[一]、金屬封裝外殼的特性
隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的速度適宜發(fā)展，電子系統(tǒng)及設(shè)備向大規(guī)模集成化、小型化和優(yōu)良性方向發(fā)展。電子封裝正在與電子設(shè)計(jì)及一起，共同推動(dòng)著信息化社會(huì)的發(fā)展。由于電子器件和電子裝置中元器件復(fù)雜性和密集性的日益提高，因此迫切需要研究和設(shè)備性能優(yōu)異、可滿(mǎn)足各種需求的新型電子封裝材料。
硅鋁合金復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料(MetalMatrixComposite)的一種，是以鋁為基體，以硅為增強(qiáng)體，按確定的質(zhì)量百分比進(jìn)行人工合成的復(fù)合材料。鋁硅之間有著良好的潤(rùn)濕性，金屬外殼在制備過(guò)程中沒(méi)有中間化合物產(chǎn)生，所以硅鋁復(fù)合材料較好地繼承了增強(qiáng)體和基本的優(yōu)良特性。
硅鋁合金復(fù)合材料具有密度低(小于2.7g/cm3)、熱膨脹系數(shù)在確定范圍內(nèi)可調(diào)、熱傳導(dǎo)性能良好，以及較高的強(qiáng)度和剛度，與金、銀、銅、鎳可鍍，與基材可焊，易于機(jī)加工等性能，符合電子封裝技術(shù)朝小型化、輕量化、密度好組裝化方向發(fā)展的要求。硅鋁合金復(fù)合材料是一種與LTCC，GaAS熱膨脹系數(shù)相匹配的高導(dǎo)熱、強(qiáng)度、電子封裝材料，可從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度解決機(jī)載、彈載與航天工程項(xiàng)目中的整體散熱問(wèn)題。因此，迫切需要通過(guò)機(jī)械加工、鍍覆、焊接等工藝技術(shù)攻關(guān)研究工作，確定硅鋁合金復(fù)合材料加工工藝方法及主要技術(shù)參數(shù)。
由于有源相控陣優(yōu)良的波束捷變能力及多目標(biāo)跟能力，相控陣導(dǎo)引頭己經(jīng)成為未來(lái)導(dǎo)引頭發(fā)展的主要方向。TR組件是毫米波相控陣導(dǎo)引頭的重要部件，其相關(guān)技術(shù)比較寬泛，包括TR組件外殼加工、復(fù)合微帶電路工藝、陶瓷薄膜電路工藝、LTCC集成技術(shù)、表面處理技術(shù)、微組裝工藝和封裝工藝等。其中，往往是實(shí)現(xiàn)其性能穩(wěn)定技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵。此外，由于以LTCC，GaAs為代表的高發(fā)熱芯片易發(fā)生熱失效問(wèn)題，解決TR組件外殼與高發(fā)熱芯片之間的熱匹配問(wèn)題也是實(shí)現(xiàn)其性能穩(wěn)定技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[二]、蝶形微波器外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
TR組件目前常用的高功率發(fā)熱芯片主要有GaAs，GaN和LTCC，其中典型的整體蝶形微波器外殼TR組件的幾乎都為封閉式盒體結(jié)構(gòu)。GaAs，GaN芯片直接或間接(有過(guò)渡層)焊接在殼體上，然后和印制板進(jìn)行鍵合，然后整個(gè)盒體進(jìn)行密封裝。
該種形式TR的氣密封裝形式簡(jiǎn)便，但是厚度受限，一般不低于5mm。我所目前常用微波、毫米波TR組件主要是Ku，K，Ka頻段，半波長(zhǎng)在5~11毫米。當(dāng)TR組件的厚度受限時(shí)，就采用局部氣密封裝的形式，將天線和TR做成LTCC然后將LTCC焊接在TR背板上，對(duì)LTCC進(jìn)行局部氣密封。
相控陣毫米波導(dǎo)引頭TR組件由于厚度受限，設(shè)計(jì)采用局部氣密封裝方式。相控陣毫米波導(dǎo)引頭天線的間距為9mm，TR組件封裝外殼典型結(jié)構(gòu)為間距9mm的磚式結(jié)構(gòu)。雙面焊接LTCC基板，單面焊接2片，該TR背板上要同時(shí)集成LTCC及收發(fā)電路，中間還有部分波導(dǎo)，尺寸小，器件集成度好，安裝定位要素多，精度要求高。該TR背板不僅是所有元器件的安裝載體，也是整個(gè)TR抵抗環(huán)境應(yīng)力破壞的基體，對(duì)設(shè)計(jì)該背板的材料除應(yīng)與LTCC進(jìn)行熱匹配外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度抵抗沖擊、振動(dòng)等環(huán)境因素的破壞。
為了與芯片的熱膨脹系數(shù)相匹配以減少工作時(shí)芯片受熱應(yīng)力破壞的可能，應(yīng)根據(jù)芯片的熱膨脹系數(shù)選擇與之相近的硅鋁合金復(fù)合材料，硅鋁合金復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)目前外洋有5，6，7，9，11，13，15，17等規(guī)格，國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品還不能全部覆蓋外洋的規(guī)格。由于加工性能和采購(gòu)周期的限制，結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)使用情況的調(diào)研結(jié)果，對(duì)膨脹系數(shù)為9和11兩種規(guī)格的材料進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)證。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，膨脹系數(shù)為9和11的硅鋁合金復(fù)合材料材料LTCC封裝的TR組件殼體的要求
除上述電路總體要求外，由于相控陣毫米波導(dǎo)引頭項(xiàng)目TR組件外殼采用新型封裝材料硅鋁合金復(fù)合材料為基體材料，因其高脆性特點(diǎn)，結(jié)合氣密封裝性與環(huán)境適應(yīng)性要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需保護(hù)其加工工藝性、鍍覆性能、焊接性能以及使用性能等。