[发明专利]一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构及其制作方法。

背景技术

有源相控阵天线通常由几百个甚至成千上万个T/R模块组成。这些T/R模块或者采用平面排列，或者采用曲面排列。由于用于平面组装的T/R模块与曲面不能进行很好的共面接触，故组装时，T/R模块很难与曲面进行共面焊接。因此采用平面排列的T/R模块一般仅适用于平面母板组装，不能进行曲面母板组装。同样，由于用于曲面组装的T/R模块不能与平面母板进行很好的共面接触，子系统很难与平面进行焊接，因此采用曲面排列的子系统一般也仅适用于曲面组装，形成共形天线，而不能用于平面母板组装。

常规的元器件组装是在二维表面进行。要组装的芯片或其他元件越多，所占的组装面积就越大，模块的面积、体积和重量也就越大。如能使组装的元器件垂直分布在两层或更多层上，即用三维组装替代二维单面组装，则可使模块及系统体积缩小，重量减轻，同时由于缩短了互连线，寄生效应减小，信号传输更快，噪声和损耗亦下降，系统的性能得到进一步提高。

发明内容

本发明采用PGA/BGA三维叠层结构制作有源相控阵天线T/R模块子系统，不仅实现了芯片的垂直叠装，提高了组装密度，而且该结构既可用于平面母板组装，也可用于曲面母板组装。

本发明的一种用于元器件组装的PGA/BGA三维结构，包括引出端为BGA结构的T/R模块和引出端为PGA结构的子系统板；所述T/R模块包括T/R模块基板以及连接在T/R模块基板上的元器件，所述子系统板包括子系统基板以及连接在子系统基板上的元器件，所述T/R模块基板与子系统基板上还设有用于安装元器件的空腔，所述T/R模块的BGA引出端与子系统基板相焊接；所述T/R模块基板与子系统基板均为LTCC基板。

本发明所述PGA/BGA三维结构的制作方法，包括下述步骤：

1）、在T/R模块基板和子系统基板上制作空腔，形成带有空腔的T/R模块基板和带有空腔的子系统基板；

2）、采用AuSn焊片或焊膏将PGA引针焊接在子系统基板上，焊接温度为310～350℃；

3）、采用熔点210-230℃的中温焊料通过再流焊将元器件焊接在子系统基板上，焊接温度为240～270℃；

4）、在T/R模块基板上，将熔点210-230℃的中温焊球置放在BGA焊盘位置，采用熔点210-230℃的中温焊膏在空腔内预固定元器件，然后通过再流焊在T/R模块基板上形成BGA结构和焊接元器件，焊接温度为240～270℃；

5）、在与T/R模块相连接的子系统板的对应焊接位置上印上或点涂上低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37，在T/R模块基板的表面需焊接元器件的位置上同样采用低温焊膏Sn62Pn36Ag2或Sn63Pn37预固定元器件，再将T/R模块与子系统板进行对位，通过再流焊实现T/R模块表面元器件的焊接以及T/R模块与子系统板的焊接，焊接温度为210～240℃。

本产品由上下两部分组成。上部是带有空腔、空腔内可组装芯片等元器件、引出端为BGA结构的T/R模块；下部是带有空腔、空腔内可组装芯片等元器件、表面可组装若干个T/R模块、引出端为PGA结构的子系统板。

T/R模块基板和子系统板均采用LTCC（低温共烧陶瓷）制作。

T/R模块基板和子系统板上的空腔是通过在生瓷带上挖孔、将多层生瓷带叠压然后烧结形成。

T/R（模块）基板上的BGA是在T/R基板底面制作金属化焊接区，采用熔点210-230℃的中温焊球通过再流焊方式形成。

子系统板上的PGA是在子系统板底面制作金属化焊接区，采用镀Ni/Au可伐引针通过AuSn焊接方式形成。

T/R模块与子系统板的连接是通过在子系统板上制作金属化焊接区，然后采用低温焊膏将T/R基板上的BGA与子系统板上制作金属化焊接区连接在一起。子系统板若组装在平面母板上，则所有PGA引针长度一致；若组装在曲面母板上，则所有PGA引针长度不一致，引针长度可以根据该点到曲面的距离进行选用或剪裁。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、组装密度高。现有技术一般仅在基板表面进行元器件单层组装。本发明采用空腔和BGA引出结构，实现了元器件三层立体组装，因此，减小了组装面积，提高了组装密度。对于组装单元多的系统，将大大缩小系统体积，减轻系统重量。同时。由于使用了空腔结构，空腔内的元器件得到更好的保护，引线长度进一步优化，因此T/R模块的可靠性和性能将得到提高。