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CN101460018B - 一种印制电路板及其制造方法、射频装置 - Google Patents

一种印制电路板及其制造方法、射频装置 Download PDF

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CN101460018B CN2007100324551A CN200710032455A CN101460018B CN 101460018 B CN101460018 B CN 101460018B CN 2007100324551 A CN2007100324551 A CN 2007100324551A CN 200710032455 A CN200710032455 A CN 200710032455A CN 101460018 B CN101460018 B CN 101460018B
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Abstract

本发明公开了一种印制电路板，该印制电路板包括混压的第一类微波板材、第二类半固化片板材、第三类普通板材，所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均设有开窗；其中，至少两个开窗大小不相等，在至少两个开窗的边界之间的区域设置有穿过所述区域内板材的过孔。并可选择性使用背钻孔。本发明还公开了一种射频装置及印制电路板的制作方法。本发明的实施例可以适应不同功率模块可与其他电路模块全共板设计，适应现有印制电路板加工基本技术，且成本低，能满足大功率、不同频率射频电路的要求。

Description

一种印制电路板及其制造方法、射频装置 
技术领域
本发明涉及印制电路板(PCB)技术领域，特别是涉及一种印制电路板及其制造方法、射频装置。 
背景技术
现有射频装置(如，基站)的射频模块，通常由多块单板组成，诸如包括收发信机(Transceiver，TRX)单板、低噪放大器(Low Noise Amplifier，LNA)单板、功率放大器(Power Amplifier，PA)单板、电源单板及腔体双工器等。这种由多块单板组成的射频模块在小型化、低成本、高可靠及高装配维护性等各方面缺乏竞争优势。 
现在也出现了将射频模块中的两块或多块单板进行共板设计的方案，例如，将收发信机与低噪放大器设计在同一个单板上、将功率放大器与电源模块设计在同一个单板上；甚至将小功率功率放大器(如，小于60W)与收发信机、低噪放大器、电源全部设计在同一个单板上，这些方案的实现可以提升射频装置的竞争力； 
例如，在现有技术中存在如下的共板层叠设计方案： 
(一)、采用至少二个单板的层叠设计 
在这种方案中，采用将功率放大器作为一个独立的单板，或者将功率放大器与电源共板设计在一个单板；除此之外的其他模块(如，收发信机模块与低噪放大器模块等)进行共板或分板设计。 
这种方案可以比较容易满足功率放大器接地回路、散热等各方面的需求，由于面积不大，功率放大器的单板板材可以直接使用射频板材，或者使用射频板材与普通板材的混压，而其他模块的单板可以完全使用普通板材，从而 可以很好地控制PCB总成本。另外，由于是两板或以上的设计方案，单板总面积相对可以大一些，这对PCB设计提供了更多的布局、布线设计资源，同时也增加了方案设计的灵活性。但是，发明人在实施本发明时发现，在这种现有的方案中，由于板间射频信号，电源供电及控制信号需要通过连接器、电缆连接或盲插硬连接等来实现，故增加了物料及装配等方面的成本，并增加了可靠性隐患。 
(二)、小功率功率放大器的共板设计 
对于小功率功率放大器与其他模块共板设计的方案，目前多采用低成本板材高密度印制电路板(High Density Intrerconnection Technology，HDI)的1+n+1层叠方案，在一些射频装置中，将低噪放大器和双工器外置，将功率放大器、电源和收发信机集成设计在一块单板上，其中，功率放大器的功放管采用局部烧结工艺或螺钉压接安装的方式；这种方案可以应用于低频小功率功率放大器的场合，其非地孔只到倒数第2层，利于屏蔽、散热，结构简单且成本低；HDI板有利于高密格点球栅阵列器件(Ball Grid Array，BGA)在低层数出线的实现，板材成本相对较低；另外，如果采用功放管螺钉压接安装，则装配非常简单； 
但是发明人在实施本发明时发现，在这种现有的方案中，由于低成本板材的信号损耗远大于射频板材上的信号损耗，故这种方案不适宜应用于高频高功率场合；另外，由于采用HDI工艺，PCB加工成本较高，要高于全通孔的工艺；且在HDI工艺中，不能采用射频板材的混压实现，因为激光钻孔深度有限，一般只能实现有限深度(如，5mil以内)的钻孔，且大多射频板材不宜采用激光钻孔。 
(三)、功放模块的嵌入式设计 
在这种方案中，将功率放大器、电源、收发信机等进行共板设计，形成层叠单板。其中，大板可以采用全低成本板材，并采用HDI的1+n+1的层叠方式。其中，功率放大器的外围电路可以设计在大板上，功率放大器匹配结 及输出部分采用嵌入式设计；在这种方案中，由于将功放管及输出大功率部分电路单独使用高性能射频板材设计成独立的模块，并将模块直接焊接在大PCB上或使用适当的连接器与大板进行互连安装，可以满足高频功率放大器一致性及可靠性要求，同时满足大功率应用的要求；也具有利于屏蔽、散热设计，结构简单成本低等优点。 
但是，发明人在实施本发明时发现，在现有的这种方案中，由于功率放大器采用嵌入模块，需要特定的连接器来连接功放模块与大板，使加工装配复杂成本高；如果采用将模块直接通过回流工艺焊接在大板上的方式，则存在由于共面性配合问题而导致的焊接不良的风险和焊点可靠性的风险；大板采用HDI工艺，PCB加工成本较高；且嵌入式模块不适合大尺寸功率放大器的实现；另外，功率放大器模块的外形需要配合大板的设计要求，使其通用性差，会导致物料关系复杂而增加了装配、物料维护等周边成本。 
上述现有的各种方案均存在不足之处。另外，由于多方面的原因，在一些射频设备中，对大功率功率放大器(如，大于80W)的需求越来越大，但是，上述方案不能实现将大功率功率放大器、低噪放大器、电源、收发信机等电路全部集成设计在一块单板上，因为，将大功率功率放大器与其他模块共板设计需满足多方面的需求，诸如，对损耗、出线、散热、单板厚度及局部烧结加工、翘曲控制、板内及模块间互连、装配等多方面的要求。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种层叠单板、射频装置及其制造方法。可以将各种功率模块可与其他电路模块全共板层叠设计，且成本低，能满足大功率射频电路的要求。 
一种印制电路板，包括依序混压的第一类板材、第二类板材、第三类板材，所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均设有开窗；其中，至少两个开窗大小不相等，至少两类板材的相应位置的两个开窗处形成阶梯状，在至少两个开窗的边界之间的区域的板材上设置有穿过所述区域内板材的过孔。 
一种印制电路板的制造方法，包括如下步骤： 
将第一类板材、第二类板材、第三类板材进行开窗处理，且其中至少有两个开窗大小不相等，至少两类板材的相应位置的两个开窗处形成阶梯状； 
依次将所述第一类板材、第二类板材、第三类板材叠合并进行压合； 
在至少两个开窗的边界之间的区域的板材上设置穿过所述区域内板材的过孔。 
一种射频装置，包括印制电路板及安装在所述印制电路板上的射频器件，所述印制电路板包括依序混压的第一类板材、第二类板材、第三类板材，其中：所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均设有开窗；其中，至少两个开窗大小不相等，至少两类板材的相应位置的两个开窗处形成阶梯状，在至少两个开窗的边界之间的区域的板材上设置有穿过所述区域内板材的过孔。 
本发明实施例的印制电路板及制造方法、射频装置，其通用性强，能满足射频装置的各种功率和频率的要求；由于采用单板方案，适应多种信号设计要求及印制电路板布局布线要求；其印制电路板的成本及加工成本低，能适应大尺寸功放的要求。 
附图说明
图1是本发明印制电路板的一种实施例的纵剖面示意图； 
图2是本发明印制电路板的一个实施例的顶视图； 
图3是本发明印制电路板的另一个实施例的顶视图； 
图4是本发明印制电路板的制造方法的一个实施例的流程示意图； 
图5是本发明印制电路板的制造方法中一个实施例中装配器件的流程示意图。 
具体实施方式
下面结合附图以优选实施例对本发明进行详细说明。 
如图1所示，是本发明印制电路板的一种实施例的纵剖面示意图。在该 实施例中，为了便于说明，在图中同时示出了局部烧结散热金属块5和散热器6的位置。该印制电路板包括依序混压的第一类板材1、第二类板材2、第三类板材3，在具体实施时，该第一类板材1可以为高频PCB板材(如射频板材)；所述第二类板材2为半固化片材；第三类板材3为低频PCB板材；每一类板板材均可以是一层以上。例如，图1中每一类的高频PCB板材为二层，第二类的半固化片材为一层，第三类的低频PCB板材为多层。其中该层叠单板的总层数N根据实际应用中的需求确定，例如，在一些应用中N≥4，N为偶数。 
其中，在所述第一类板材1上设有功放管4的开窗结构；在第二类板材2与第三类板材3均设有开窗，该开窗可以多个。其中，至少两个开窗大小不相等；或者至少两类板材的相应的两个开窗处形成阶梯状；例如，在图1中，该三类板材压合后，该第一类板材1与第二类板材2上相对应位置上的开窗形成阶梯状开窗区域，该阶梯状区域与局部烧结散热金属块5相配合。在该形成阶梯状的两个开窗的边界之间的区域内的板材，其靠近较大开窗的一面(如底面)设有焊接面，例如在第一类板材1与第二类板材2的开窗形成的阶梯中，两个开窗的边界之间的区域中的第一类板材1的底面设有焊接面(即烧结界面)，用于与局部烧结散热金属块5相应区域(如顶面部份区域)进行焊接。同理，在第三类板材3的开窗周围的区域也有一部份设有焊接面，与该阶梯槽与散热金属块5另一上表面进行烧结配合。 
另外，在该印制电路板上设有穿过至少一类板材的过孔，其中，在一些实施例中，在至少两个开窗的边界之间的区域内可设置该些过孔，例如设置在第一类板材1的开窗与第二类板材2的开窗的边界之间区域内的穿过所述第一类板材1的过孔70；或者还可以在在最大开窗外的区域进一步设有穿过所述三类板材的过孔，例如，穿过第一类板材1、第二类板材2及第三类板材3的过孔71，所述过孔70与过孔71均为全通孔。可选择地，对所述过孔中的部份进行过孔背钻(Selective BackDrilling)处理，即选择部分过孔或部分区域内的过孔采取背钻处理，将该过孔某一侧的焊盘及孔壁钻除，形成背钻 孔或背钻槽，例如，可以对非地孔进行背钻处理，以使该过孔中的孔壁与其他导电材料隔离开来，例如图中对过孔71即进行背钻处理，形成有背钻孔710，从而使该过孔71中的孔壁与下方的散热器6隔离，不至于形成电性连接，并同时具备诸如增加散热效果的作用。 
如图2所示，是本发明层叠单板的一个实施例的顶视图。图中示出的是加工完成的层叠单板(PCB)未组装元件时的平面示意图，同时亦可参见图3中示出的另一实施例。 
其中，区域A为该整个层叠印制电路板的所有层区域(如N层)，该区域的过孔为1～N层的机械全通孔； 
各区域C为阶梯窗区域，图2中示出了6个独立的阶梯窗区域，在其他的实施例中，也可以将几个独立阶梯窗合并为一个大阶梯窗(见图3)，该区域的过孔为第一类板材(如1～2层)的机械全通孔；另外，该区域亦可以看作是局部烧结散热金属块与印制电路板阶梯窗处接触并形成的烧结界面， 
区域D为功放管的开窗区域； 
虚线框B表示功放区域背面的局部烧结散热金属块的二维外形；无论上述有几个小阶梯窗，该金属块为一块，其下表面为一平面，其上表面为阶梯表面，以分别配合功放法兰盘下表面、阶梯窗区域的印制电路板第二类板材底面及第三类板材第N层底面；故局部烧结散热金属块的上表面至少有三种高度的阶梯面表面。 
在本例中，区域C与区域D为局部烧结散热金属块的真正烧结面；其他区域不烧结，但可以在这些区域采用诸如固定螺钉对所述烧结散热金属块、层叠印制电路板、散热器进行固定。 
上述介绍了本发明中的层叠印制电路板的结构。在实际应用中，在这种层叠印制电路板上安装有射频器件，即可以形成射频装置(如基站等)；例如可以在该层叠印制电路板的正面或/及背面表贴有相应射频器件，在该层叠印制电路板正面的第一类板材的开窗处烧结功放管，在背面第二类板材及第 三类板材的阶梯状表面处烧结金属块，并安装散热器等。在一个实施例中，该射频器件包括：大功率射频功率放大器(PA)、低噪声放大器(LAN)、收发信机(TRX)和电源电路器件等。其中，收发信机可进一步包括接收处理电路、发射电路、反馈处理电路、数模转换电路、基带处理电路等。 
如图4所示，是本发明印制电路板的制作流程示意图。 
步骤S40，对第一类板材进行处理，例如在第一层和第二层均采用第一类的射频板材，完成第二层的图形形成，此时不包括打孔及金属化处理； 
对第二类板材进行处理，例如对第二类的半固化片材，进行开窗处理； 
对第三类板材进行处理，例如，在第三层到第N层采用第三类的普通低成本板材先加工一块(N-2)层板，进行开窗处理，此时不进行打孔及金属化处理； 
步骤S41，将已处理的第一类板材、第二类板材、第三类板材依序从上到下叠合在一起，再进行压合； 
步骤S42，将压合好的印制电路板，以第N层面朝下的姿势放在钻孔机器的台面上，对C区或/和A区进行全通孔机械钻孔处理； 
步骤S43，在该层叠印制电路板的顶面(TOP)及底面(BOTTOM)根据电路设计的要求形成图形； 
步骤S44，对步骤S42中所形成的通孔进行金属化处理； 
步骤S45，根据需要，对于非地孔的通孔的背面进行选择性背钻处理； 
步骤S46，进行成型加工，包括诸如形成功放法兰盘开窗。 
其中，步骤S45为可选步骤。 
这样就完成了层叠印制电路板光板(未组装电路器件)制作过程。 
下述将介绍在这种层叠印制电路板光板上进行器件装配的流程，如图5所示，包括： 
步骤S51，如果该层叠印制电路板的背面需要表贴器件，则先贴背面器件，并进行回流焊接； 
步骤S52，再进行该层叠印制电路板的正面(主器件面)表贴器件的安装，包括：将功放管贴片放置在相应开窗处，将印好锡膏的烧结金属块从下方压在印制电路板的阶梯状处的背面，并用预先准备好夹具将该印制电路板和烧结金属块固定在一起，并进行回流焊接。 
如果该印制电路板的背面不需要表贴器件，则可以省掉步骤S51。 
步骤S53，进行插件焊接。可以选择诸如手工焊接、局部波峰焊接、或在前述步骤中同时进行插件回流焊接； 
步骤S54，整机装配。将包括烧结金属块在内的PCB板作为一个整体与其他部件(如散热器等)进行整机装配，后续不再需要手工焊接操作处理；后续整机装配过程与一般电子设备的装配过程无异，此处不再详述。 
综上，本发明实施例提供的印制电路板及制造方法、射频装置，有如下优点： 
因为在印制电路板中采用不同类型的板材进行混合层叠，可以使成本更低；能完全满足功率放大器的实现的需求(例如，可以满足散热要求、实现匹配结地回流、板材不受高温影响而变型软化等)，可适用于更大功率和更高频率的应用；可以适用于大尺寸功率放大器； 
层叠印制电路板加工制造过程简单，整个过程钻孔处理次数非常少(如，1次)，不需要采用HDI或埋盲孔等特殊印制电路板工艺，加工成本低； 
只采用一块烧结金属块，有利于散热、减少结构平面数量，多个小阶梯窗的组合解决了印制电路板加工过程中可能引起的印制电路板塌陷及装配过程中承重变形等问题；且散热器可同时作为屏蔽盖； 
选择性过孔背钻的运用，可以在印制电路板单面布局情形下，简化散热器结构，提高散热屏蔽性能。 
故本发明实施例提供的层叠印制电路板及相应射频装置，很好地解决了大功率或高频率功放应用场景的全共板设计难题，兼顾了各种信号设计需求、 散热、屏蔽、印制电路板加工、装配等各方面的设计需求，其适用性广泛，成本低。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (17)

1.一种印制电路板，包括依序混压的第一类板材、第二类板材、第三类板材，其特征在于，
所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均设有开窗，其中，至少两个开窗大小不相等，且至少两类板材的相应位置的两个开窗处形成阶梯状；
在至少两个开窗的边界之间的区域的板材上设置有穿过所述区域内板材的过孔。
2.如权利要求1所述的印制电路板，其特征在于，在最大开窗外的区域进一步设置有穿过所述第一类板材、第二类板材以及第三类板材的过孔。
3.如权利要求2所述的印制电路板，其特征在于，在形成阶梯状的两个开窗的边界之间的区域内的板材，其靠近较大开窗的一面设置有焊接面。
4.如权利要求1至3任一项所述的印制电路板，其特征在于，所述第一类板材为高频PCB板材；所述第二类板材为半固化片材；第三类板材为低频PCB板材；所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均为至少一层。
5.如权利要求1至3任一项所述的印制电路板，其特征在于，所述过孔中至少一个设置有背钻孔或背钻槽。
6.一种印制电路板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将第一类板材、第二类板材、第三类板材进行开窗处理，且其中至少有两个开窗大小不相等，且至少两类板材的相应位置的两个开窗处形成阶梯状；
依次将所述第一类板材、第二类板材、第三类板材叠合并进行压合；
在至少两个开窗的边界之间的区域的板材上设置穿过所述区域内板材的过孔。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在最大开窗外的区域进一步设置穿过所述第一类板材、第二类板材以及第三类板材的过孔。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
选择所述压合后的板材并经金属化处理后的过孔中的部分，在背面进行背钻处理。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述压合后的板材上安装射频器件及散热器件。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述压合后的板材上安装射频器件及散热器件的步骤具体为：
在所述层叠单板的反面或/和正面焊接表贴器件；
将散热金属块与所述开窗进行配合，并烧结固定；
将散热器安装在所述散热金属块上。
11.如权利要求7至10任一项所述的方法，其特征在于，所述第一类板材为高频PCB板材；所述第二类板材为半固化片材；第三类板材为低频PCB板材；所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均为至少一层。
12.一种射频装置，包括印制电路板及安装在所述印制电路板上的射频器件，其特征在于，所述印制电路板包括依序混压的第一类板材、第二类板材、第三类板材，其中：
所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均设有开窗；
其中，至少两个开窗大小不相等，且至少两类板材的相应位置的两个开窗处形成阶梯状，在至少两个开窗的边界之间的区域的板材上设置有穿过所述区域内板材的过孔。
13.如权利要求12所述的射频装置，其特征在于，在最大开窗外的区域进一步设置有穿过所述第一类板材、第二类板材以及第三类板材的过孔。
14.如权利要求12所述的射频装置，其特征在于，在形成阶梯状的两个开窗的边界之间的区域的板材，其靠近较大开窗的一面设置有焊接面。
15.如权利要求12至14任一项所述的射频装置，其特征在于，所述第一类板材为高频PCB板材；所述第二类板材为半固化片材；第三类板材为低频PCB板材；且所述第一类板材、第二类板材与第三类板材均为至少一层。
16.如权利要求12至14任一项所述的射频装置，其特征在于，所述过孔中至少一个设置有背钻孔或背钻槽。
17.如权利要求12至14任一项所述的射频装置，其特征在于，所述射频装置为基站装置；所述射频器件包括：大功率射频功率放大器、低噪声放大器、收发信机或电源电路器件。
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