微波毫米波固态有源相控阵天线在通信、雷达和导航等电子装备中得到广泛应用,三维互联与封装技术是研制小型化、高集成和高可靠有源相控阵天线的微波毫米波多芯片模块(MMCM)的关键技术。通过开展三维多层多芯片热布局优化设计,使MMCM温度分布均匀,保证三维MMCM可靠工作。通过研发含有双面高精度腔体的低温共烧陶瓷(LTCC)多层电路基板,并采用球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)和毛纽扣微波毫米波垂直互联工艺、激光密封焊接工艺,研制出小型化、高性能和高可靠性的三维微波毫米波多芯片模块,满足新一代微波毫米波相控阵天线技术要求。在MMCM的失效中，由热引起的失效所占比重最大达到55%，单片微波毫米波集成电路(MMIC)结温每升高10℃，失效率就提高1倍左右。为确保三维MMCM可靠性高、性能稳定、寿命长，以三维MMCM的内部结构、尺寸和材料为基础，建立多层多芯片微波组件热仿真模型，用有限元分析软件ANSYS模拟该模块在工作环境下的温度分布情况，进行热布局优化，改善其热性能。三维MMCM在垂直方向上叠加的电路设计为三层，分别为功率层(底层)、公共层(中间层)和控制层(顶层)，如图1所示本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name，据此建立的三维三层MMCM几何模型如图2所示。图1三维MMCM垂直方向分层电路图2三维MMCM几何模型经过热布局优化后的三维MMCM热仿真温度分布如图3所示。从图中可以看出，优化布局后温度分布均匀，温度骤变值相应减小，保证三维MMCM在允许的温度范围内可靠工作。(a)整体温度分布图(b)内部温度分布图图3三维MMCM热仿真温度优化分布图(彩图参见本刊电子版)2LTCC高精度双面腔体多层基板制造技术为实现三维MMCM的高密度互联与封装，需采用含高精度双面腔体的LTCC多层电路基板。为此，在现有含单面腔体的LTCC多层电路基板制作工艺基础上，突破了双面腔体叠片、层压和烧结工艺等技术难点。双面腔体制作工艺流程及制作的LTCC高精度双面腔体多层基板分别如图4和图5所示。三维互联与封装技术-电动液压滚圆机滚弧机折弯机张家港数控滚圆机滚弧机折弯机双面腔体叠片工艺中，按顺序进行生瓷片叠放，用预压合工艺将相邻层压紧，层叠完以后，在表层放置聚酯膜和不锈钢片，本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name以上工艺措施较好保证了叠片对位精度及腔体形状。层压工艺中，用预压合工艺加固叠层后的LTCC生胚，避免了通过一定形状的模具，压缩成一定直径和高度的弹性圆柱体。当毛纽扣长度方向受压时，它会收缩，压力消除它会还原，如图8所示。图8典型毛纽扣实物照片毛纽扣有下列特点:1)结构尺寸小，有利信号集成;2)微波性能好，工作频带宽，最高可工作在40GHz;3)无焊接式接触，易拆卸，成本低;4)耐大电流，单点耐电流5A;5)防震动耐冲击，使用寿命长。因此，采用毛纽扣连接器实现垂直互联的无焊连接技术已经成为三维高密度封装的重要技术之一。图9所示为毛纽扣互联电路CST三维仿真模型，其中上下两层电路都采用带状线结构，中间通过毛纽扣电路结构实现微波毫米波信号互联。毛纽扣采用四线结构，正中间毛纽扣传输射频信号，周围三个毛纽扣构成屏蔽地结构。将周围三个毛纽扣与中间毛纽扣之间的间距、中间毛纽扣与带状线射频地层之间的间距设置为扫描参数，最后扫描仿真S参数曲线结果如图10所示。从图中可以看出，毛纽扣作为微波毫米波传输介质传输性能良好。图9毛纽扣互联CST三维仿真模型图10毛纽扣S参数仿真结果对比分析上述两种新型垂直互联形式，特别是仿真分析微波传输性能，它们的互联结构都具有良好的微波毫米波传输性能。由于实际应用时，除了传输微波毫米波信号外，还需要传输大量控制及电源信号，经常会涉及到多点同时互联，因此，需根据实际使用情况择优采用上述射频互联方式实现微波毫米波信号、控制信号及电源信号的有效传输。4三维MMCM密封焊接技术三维MMCM需要采用金属外壳将整个模块密封焊接起来，以保证其长期可靠工作，如图11所示。图11三维互联与封装技术-电动液压滚圆机滚弧机折弯机张家港数控滚圆机滚弧机折弯机本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name