SMT同轴连接器合金可实现微波和毫米波性能
发布时间:2019-12-15 11:56

在过去二十年中,计算机、商业设备、消费类、军事和汽车电子等全球电子产业经历了显著增长,现在规模达到每年超过1万亿美元。RF /微波产业,包括测试设备、雷达和无线通信,澳门新濠天地网址 澳门新濠天地官网,估计每年市场规模超过1000亿美元。虽然RF /微波产业的封装细分市场(IC封装、印刷电路板、焊接连接、引线键合、电缆连接和连接器)占整个全球电子封装行业的不到1%,但保守估计也是每年超过120亿美元的细分市场。

在20世纪50年代,用于通孔元件的波峰焊技术实现了印刷电路板的大批量生产。近50年来,该技术已被证明是电子工业的支柱。然而,在20世纪80年代,机器视觉和模式识别(pattern recognition)的出现促进了自动表面贴装技术(SMT)的使用,从而导致电子组件的显著致密化。

最初,表面贴装元件是外围引线封装,具有有限的最大引线数。但在20世纪90年代早期,增加互连密度的压力导致了球栅阵列(BGA)封装的发展。虽然BGA技术比传统的混合微波集成电路封装更便宜、更薄、更轻且更容易集成到电路板架构中(见图1),但屏蔽、隔离和互连问题是在RF /微波子系统应用中的明显不足。

混合微电路封装

图1.混合微电路封装。

在20世纪90年代中期,倒装芯片技术(FCT)的发展克服了BGA在高频应用中的一些局限性,并改善了互连密度。FCT的出现受到高端微处理器、磁盘驱动器IC、手表和汽车点火装置等数字应用的推动。因此,倒装芯片基础设施迅速发展。最近,倒装芯片器件技术已被用于毫米波领域的应用,例如汽车雷达。随着对基于SMT、BGA和FCT应用的要求已经转向更高频率,对直接与平面基板接口连接的高性能同轴连接器的需求也急剧增加。

平面基板同轴连接器

在仪器和测试系统中的电路模块之间,主要是通过半刚性同轴电缆来路由高频信号。虽然同轴电缆为信号提供径向对称的传输结构,但电路模块内的传输结构本身是平面的。通常,这些结构在平面基板上包含微带传输线。由于对信号隔离和低电感的要求,径向对称同轴电缆和平面微带环境之间的电转换不仅对系统的电性能至关重要,而且从设计和制造的角度来看也在技术上具有挑战性。对于在微波或毫米波频率范围内传输的信号尤其如此,其中过渡(transition)界面处的不连续性导致阻抗不匹配,这可能显著降低电信号。

在高频应用的同轴和平面传输结构之间,最小化不连续性和阻抗不匹配的传统方法是为了定向同轴连接器的中心导体,该连接器的组装平行于电路模块的微带传输线平面。这种类型的界面需要将器件基板连接到金属封装体的底板上(图1),然后将连接器组件拧入封装体壁上的螺纹孔中。螺纹孔的位置使中心导体与平面传输结构对齐。虽然这种配置在接口处会产生有利的阻抗匹配,但由于依赖金属封装体,这增加了电路模块的尺寸和制造成本。本文介绍了一种基于玻璃—金属密封的高性能同轴连接器,它可以直接固定在电路模块或印刷电路板的平面基板上,从而使得电路模块比传统的混合微电路封装组件更小且更便宜。

实际上,该连接器是使用焊料或导电环氧树脂直接连接到平面基板。基底材料可以是陶瓷、聚合物或金属合金,它具有合适的接触垫以促进连接过程并确保电连续性。该连接器设计成垂直于基板安装,并在电路模块和半刚性电缆之间提供过渡。

在基板中制造具有径向对称同轴结构的圆柱形导电孔,从而在同轴和平面传输结构之间提供阻抗匹配。连接器的插拔表面采用法兰连接,以提供最大的接触面积(见图2)。这确保了电接触并增强了组件的机械稳定性。中心销突出穿过法兰中的孔,它周围有个接头。

在附着过程中,澳门新濠天地网址 澳门新濠天地官网,该接头用于将插销对准基板的导电孔,这样就可以保持对称的同轴过渡。 在基板相对侧上的平面传输线和延伸穿过基板孔的连接器中心销的端部之间,电路要完成合适的键合。

法兰式同轴连接器

图2.法兰式同轴连接器。

图3为所考虑的同轴连接器的工程图。连接器组件由五个较低级别的组件组成:外导体或外壳、玻璃磁珠、中心销、介电支撑磁珠和中心导体。尽管可表面安装的连接器通常不需要密封性,但该连接器具有整体的玻璃—金属密封,以提高机械稳定性并将中心销精确定位在外壳通孔中。中心插销在RF通孔中的位置对于电信号离开同轴结构时的传输是至关重要的。