一種集成封裝的射頻前端系統的製作方法

2023-05-26 20:49:16 1

專利名稱：一種集成封裝的射頻前端系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子技術領域，涉及射頻前端系統，尤其是一種集成封裝的射頻前端系統。
背景技術：
近年來，無線通信系統的不斷發展對個人通信終端提出了更高的要求。如隨著 WLAN普及程度的不斷提高，射頻前端系統日益趨向可攜式方向發展，輕、薄、短、小的集成封裝的射頻前端系統更加受到人們的青睞。天線是無線通訊系統中必須的元件，在可攜式的無線通訊設備的小型化和模塊化要求下，必須將天線與工作在5. 8GHz頻段的放大器、本振混頻組件等特定功能的單片電路以及濾波部分進行系統集成封裝。如何提供良好的有特定功能射頻前端電路並將其與天線進行系統集成和封裝，是目前工業界所追求的技術。現有的集成封裝的射頻前端系統通常將天線和射頻前端電路封裝在單層介質板的同一個表面，這使得現有的集成封裝的射頻前端系統佔用面積較大，同時集成在同一表面的非線性有源電路對天線的輻射性能有較大影響，電磁兼容特性較差。

發明內容
本發明提供一種集成封裝的射頻前端系統，該集成封裝的射頻前端系統以LTCC 封裝技術為基礎，將天線和射頻前端電路封裝在多層LTCC基板上，使得整個系統具有結構緊湊、電磁兼容性能較好的特點。本發明技術方案如下—種集成封裝的射頻前端系統，如圖1、2所示，包括三層結構上層結構包括天線基板，天線的輻射結構位於天線基板上表面，天線的金屬地板位於天線基板的下表面；中間結構在橫向方向上包括由彼此間隔的4層介質層和5層金屬層構成的直流偏置網絡區域和由4層介質層構成的區域，其中直流偏置網絡區域在垂直方向上與下層結構的集成電路相對應，4層介質層構成的區域在垂直方向上與上層結構的天線輻射結構相對應；直流偏置網絡區域中間具有一個直流饋電金屬柱，直流饋電金屬柱上端穿過天線基板作為直流電源接入埠、下端穿過下層集成電路基板與射頻前端電路相連，直流偏置網絡區域的第1、 3、5層金屬層之間通過周期性分布的金屬化過孔連接並與天線的金屬地板相連，第2、4層金屬層中間具有一個與直流饋電金屬柱相連的平面電感，且第2、4層金屬層之間通過金屬化過孔連接，第1、3、5層金屬層與第2、4層金屬層之間彼此絕緣；下層結構為集成電路基板，射頻前端電路布置於集成電路基板下表面；天線輻射結構的饋電點通過金屬饋電柱穿過介質層連接到下層集成電路基板，金屬饋電柱與天線的金屬地板之間相互絕緣。整個集成封裝的射頻前端系統採用LTCC工藝實現。本發明的有益效果是本發明提供的集成封裝的射頻前端系統，其天線和射頻電路採用垂直多層結構形式封裝，在天線結構和射頻前端電路之間採用垂直直流偏置網絡實現射頻電路的直流饋電和交流隔離，能夠在滿足系統電磁兼容特性要求的前提下極大地縮小整個系統的體積；同時，本發明採用LTCC工藝，使之能夠更好地和特定功能有源電路進行系統封裝、形成模塊化，並便於大批量生產。


圖1是本發明提供的集成封裝的射頻前端系統的立體結構示意圖。圖2是本發明提供的集成封裝的射頻前端系統中直流偏置網絡結構示意圖。圖3是本發明提供的集成封裝的射頻前端系統的天線反射係數曲線。圖4是本發明提供的集成封裝的射頻前端系統的射頻前端混頻電路的變頻損耗曲線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。封裝結構的最上層為LTCC天線層，由兩層LTCC基片構成，尺寸為 14. 9mm*8mm*l. 8mm。金屬輻射貼片置於上層LTCC基片的頂部，並且開有兩個槽；饋電層位於兩層基片中間，對頂層貼片耦合饋電；地板位於天線的最底部並且與中間的直流偏置網絡的上層地板重合。天線的饋線貫穿整個LTCC封裝結構後在底部引出，作為底部前端電路的射頻信號源。封裝結構的中層為直流電源偏置網絡，其作用為隔離射頻信號並為底層的射頻前端電路提供直流偏置電源。該偏置網絡包括四層LTCC介質基片，尺寸為 14. 9mm*8mm*0. 434mm。第一層基片的頂部與第四次基片的底部有金屬地板，可以良好地隔離天線與射頻前端電路。偏置網絡的上層地板與天線地板重合，下層地板與射頻電路的地板重合。偏置網絡的頂部基片與底部基片中心位置分別引出兩個直流電路接頭，該接頭不與地板相連接。兩個接頭在貫穿頂部天線基板與底部射頻電路基板後分別接直流電源與底部的前端電路。四層LTCC基片之間有大量的通孔，可以與周圍的電路結構形成良好的隔
1 O封裝結構的最底層為射頻電路前端，尺寸為20mm*8mm*0. 434mm。該電路由二極體、 隔直電容、耦合器和電阻構成。其中耦合器的埠 1與天線的饋線相連，相應的隔離埠 3 與本振信號源相連，這樣直通埠 2得到的為射頻與本振信號的疊加。二埠在經過隔置電容後與肖特基二極體相併聯。偏置網絡的下層直流接頭也與二極體相連，以提供直流偏置電壓。混頻後的信號經過隔直電容與低通濾波器後得到中頻信號，提供下一級的前端電路。由圖1 圖4可見，該封裝方案結構緊湊，佔用體積很小，在對電路元件小型化要求日益提高的今天具有重要使用價值；而且封裝結構的電磁兼容特性良好，變頻損耗較低 (仿真測試結果為7dB左右)；並且當工作頻率為5. 8GHz時系統的駐波比也較小，可以廣泛應用於各種WLAN通信系統中。
權利要求
1.一種集成封裝的射頻前端系統，包括三層結構上層結構包括天線基板，天線的輻射結構位於天線基板上表面，天線的金屬地板位於天線基板的下表面；中間結構在橫向方向上包括由彼此間隔的4層介質層和5層金屬層構成的直流偏置網絡區域和由4層介質層構成的區域，其中直流偏置網絡區域在垂直方向上與下層結構的集成電路相對應，4層介質層構成的區域在垂直方向上與上層結構的天線輻射結構相對應；直流偏置網絡區域中間具有一個直流饋電金屬柱，直流饋電金屬柱上端穿過天線基板作為直流電源接入埠、下端穿過下層集成電路基板與射頻前端電路相連，直流偏置網絡區域的第1、3、5層金屬層之間通過周期性分布的金屬化過孔連接並與天線的金屬地板相連，第2、4層金屬層中間具有一個與直流饋電金屬柱相連的平面電感，且第2、4層金屬層之間通過金屬化過孔連接，第 1、3、5層金屬層與第2、4層金屬層之間彼此絕緣；下層結構為集成電路基板，射頻前端電路布置於集成電路基板下表面；天線輻射結構的饋電點通過金屬饋電柱穿過介質層連接到下層集成電路基板，金屬饋電柱與天線的金屬地板之間相互絕緣。
2.根據權利要求1所述的集成封裝的射頻前端系統，其特徵在於，所述集成封裝的射頻前端系統採用LTCC工藝實現。
全文摘要
一種集成封裝的射頻前端系統，屬於電子技術領域。本發明提供的集成封裝的射頻前端系統天線和射頻電路採用垂直多層結構形式封裝，在天線結構和射頻前端電路之間採用垂直直流偏置網絡實現射頻電路的直流饋電和交流隔離，能夠在滿足系統電磁兼容特性要求的前提下極大地縮小整個系統的體積；同時，本發明採用LTCC工藝，使之能夠更好地和特定功能有源電路進行系統封裝、形成模塊化，並便於大批量生產。
文檔編號H01Q1/38GK102158244SQ20111002460
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月23日 優先權日2011年1月23日
發明者李家林, 楊程, 王秉中, 肖紹球, 高子陽 申請人:電子科技大學