一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线，包括：高阻硅基板（1）、顶层二氧化硅层（2）、底层二氧化硅层（3）和金属地板（4），还包括：硅通孔（5）、差分馈线（6）、顶层金属条带（7）、底层金属条带（8）和终端短路匹配线（9）。工作时，差分射频信号通过差分馈线（6）一端的信号硅通孔（5）进入与差分馈线（6）另一端连接的顶层金属条带（7），顶层金属条带（7）与底层金属条带（8）通过硅通孔（5）连接构成双层金属条带，射频信号通过双层金属条带向外辐射。本发明专利技术实现了基于硅通孔的片上天线三维化和小型化，满足天线与芯片互联时差分馈电的需求，适用于微系统天线与功能芯片的三维堆叠高度集成应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线
本专利技术涉及一种片上天线，特别是一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线。
技术介绍
目前现有的片上天线在微系统应用方面有着广泛的应用需求。这类天线一般多采用平面结构，由于天线尺寸与天线工作频段的波长相关，平面天线很难在较低的频段实现很小的体积尺寸，而且，平面天线无法满足天线与功能芯片的三维堆叠集成的需求，因此，较低频段工作的片上天线很难实现与芯片的一体化高度集成。此外，传统的片上天线多为单点馈电形式，若实现与采用差分信号引脚的芯片互联，需要通过巴伦器件。系统中引入巴伦器件一方面增大的系统成本、增加了体积；另一方面，也增加了系统内部信号链路的损耗。在《9thEuropeanMicrowaveIntegratedCircuitConference（EuMIC）》2014年文献中“A60-GHzCMOSRFsub-harmonicRFtransceiverfront-endwithintegratedartificial-magnetic-conductor(AMC)on-chipYagi-antennaandbalunfilter”提出了一种工作在60GHz频段的片上天线，天线加工在高阻硅基板上表面的二氧化硅层上、高阻硅基板下表面的二氧化硅层上刻蚀金属地板、辐射部分与馈电过渡部分组成，辐射部分采用八木-宇田形式，馈电过渡部分采用巴伦组件，实现天线与功能芯片的平面互联集成。文献中天线体积相对于工作频段波长较大，天线与芯片采用传统的二维平面互联且在天线与芯片间通过巴伦结构连接，空间利用率较低，且系统链路损耗较大。硅通孔指将硅片上表面的电路通过硅通孔中所填充的金属连接至硅片背面，从而将传统的二维分布结构转变为三维立体堆叠的集成电路布局。硅通孔工艺提供了多层互连功能，使硅基结构在三维方向密度最大、外形尺寸最小。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线，解决现有平面片上天线体积大、单点馈电以及难以与功能芯片三维垂直互联的问题。一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线，包括：高阻硅基板、顶层二氧化硅层、底层二氧化硅层和金属地板，还包括：硅通孔、差分馈线、顶层金属条带、底层金属条带和终端短路匹配线。基于硅通孔的三维结构差分片上天线从下至上依次为金属地板、底层金属条带、底层二氧化硅层、高阻硅基板、顶层二氧化硅层、终端短路匹配线、差分馈线和顶层金属条带。金属地板为矩形结构，置于整个片上天线的最底层。底层二氧化硅层、高阻硅基板和顶层二氧化硅层均为矩形且尺寸大于金属地板，三者依次堆叠在金属地板上。顶层金属条带置于顶层二氧化硅的上方，位于整个片上天线的最顶层。底层金属条带与金属地板位于同层，并围绕在金属地板周围，顶层金属条带与底层金属条带通过硅通孔连接。差分馈线为两根尺寸相同的金属条带，差分馈线与顶层金属条带同层，每个差分馈线的一端与信号硅通孔连接，另一端与顶层金属条带连接。终端短路匹配线与顶层金属条带同层，终端短路匹配线的一端与接地硅通孔连接，另一端与顶层金属条带连接。工作时，差分射频信号通过差分馈线一端的信号硅通孔进入与差分馈线另一端连接的顶层金属条带，顶层金属条带与底层金属条带通过硅通孔连接构成双层金属条带，射频信号通过双层金属条带向外辐射。高阻硅基板、顶层二氧化硅层和底层二氧化硅层为天线的介质载体，金属地板隔绝天线下方器件对天线性能的影响，通过调节终端短路匹配线的长度使天线工作在端口匹配状态，获得良好的辐射性能。差分片上天线的体积为0.064λ0×0.04λ0×0.003λ0，λ0为天线在空气介质中工作时对应的电磁波波长。本专利技术在保证加工工艺的前提下，实现了基于硅通孔的片上天线三维化和小型化，满足天线与芯片互联时差分馈电的需求，适用于微系统天线与功能芯片的三维堆叠高度集成应用。附图说明图1一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线俯视图；图2一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线仰视图；图3一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线侧视图。1.高阻硅基板2.顶层二氧化硅层3.底层二氧化硅层4.金属地板5.硅通孔6.差分馈线7.顶层金属条带8.底层金属条带9.终端短路匹配线。具体实施方式一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线，包括：高阻硅基板1、顶层二氧化硅层2、底层二氧化硅层3和金属地板4，还包括：硅通孔5、差分馈线6、顶层金属条带7、底层金属条带8和终端短路匹配线9。基于硅通孔的三维结构差分片上天线从下至上依次为金属地板4、底层金属条带8、底层二氧化硅层3、高阻硅基板1、顶层二氧化硅层2、终端短路匹配线9、差分馈线6和顶层金属条带7。金属地板4为矩形结构，置于整个片上天线的最底层。底层二氧化硅层3、高阻硅基板1和顶层二氧化硅层2均为矩形且尺寸大于金属地板4，三者依次堆叠在金属地板4上。顶层金属条带7置于顶层二氧化硅的上方，位于整个片上天线的最顶层。底层金属条带8与金属地板4位于同层，并围绕在金属地板4周围，顶层金属条带7与底层金属条带8通过硅通孔5连接。差分馈线6为两根尺寸相同的金属条带，差分馈线6与顶层金属条带7同层，每个差分馈线6的一端与信号硅通孔5连接，另一端与顶层金属条带7连接。终端短路匹配线9与顶层金属条带7同层，终端短路匹配线9的一端与接地硅通孔5连接，另一端与顶层金属条带7连接。工作时，差分射频信号通过差分馈线6一端的信号硅通孔5进入与差分馈线6另一端连接的顶层金属条带7，顶层金属条带7与底层金属条带8通过硅通孔5连接构成双层金属条带，射频信号通过双层金属条带向外辐射。高阻硅基板1、顶层二氧化硅层2和底层二氧化硅层3为天线的介质载体，金属地板4隔绝天线下方器件对天线性能的影响，通过调节终端短路匹配线9的长度使天线工作在端口匹配状态，获得良好的辐射性能。差分片上天线的体积为0.064λ0×0.04λ0×0.003λ0，λ0为天线在空气介质中工作时对应的电磁波波长。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线，包括：高阻硅基板(1)、顶层二氧化硅层(2)、底层二氧化硅层(3)和金属地板(4)，其特征在于还包括：硅通孔(5)、差分馈线(6)、顶层金属条带(7)、底层金属条带(8)和终端短路匹配线(9)；基于硅通孔的三维结构差分片上天线从下至上依次为金属地板(4)、底层金属条带(8)、底层二氧化硅层(3)、高阻硅基板(1)、顶层二氧化硅层(2)、终端短路匹配线(9)、差分馈线(6)和顶层金属条带(7)；金属地板(4)为矩形结构，置于整个片上天线的最底层；底层二氧化硅层(3)、高阻硅基板(1)和顶层二氧化硅层(2)均为矩形且尺寸大于金属地板(4)，三者依次堆叠在金属地板(4)上；顶层金属条带(7)置于顶层二氧化硅的上方，位于整个片上天线的最顶层；底层金属条带(8)与金属地板(4)位于同层，并围绕在金属地板(4)周围，顶层金属条带(7)与底层金属条带(8)通过硅通孔(5)连接；差分馈线(6)为两根尺寸相同的金属条带，差分馈线(6)与顶层金属条带(7)同层，每个差分馈线(6)的一端与信号硅通孔(5)连接，另一端与顶层金属条带(7)连接；终端短路匹配线(9)与顶层金属条带(7)同层，终端短路匹配线(9)的一端与接地硅通孔(5)连接，另一端与顶层金属条带(7)连接；工作时，差分射频信号通过差分馈线(6)一端的信号硅通孔(5)进入与差分馈线(6)另一端连接的顶层金属条带(7)，顶层金属条带(7)与底层金属条带(8)通过硅通孔(5)连接构成双层金属条带，射频信号通过双层金属条带向外辐射；高阻硅基板(1)、顶层二氧化硅层(2)和底层二氧化硅层(3)为天线的介质载体，金属地板(4)隔绝天线下方器件对天线性能的影响，通过调节终端短路匹配线(9)的长度使天线工作在端口匹配状态，获得良好的辐射性能；差分片上天线的体积为0.064λ0×0.04λ0×0.003λ0，λ0为天线在空气介质中工作时对应的电磁波波长。...

【技术特征摘要】
1.一种基于硅通孔的三维结构差分片上天线，包括：高阻硅基板(1)、顶层二氧化硅层(2)、底层二氧化硅层(3)和金属地板(4)，其特征在于还包括：硅通孔(5)、差分馈线(6)、顶层金属条带(7)、底层金属条带(8)和终端短路匹配线(9)；基于硅通孔的三维结构差分片上天线从下至上依次为金属地板(4)、底层金属条带(8)、底层二氧化硅层(3)、高阻硅基板(1)、顶层二氧化硅层(2)、终端短路匹配线(9)、差分馈线(6)和顶层金属条带(7)；金属地板(4)为矩形结构，置于整个片上天线的最底层；底层二氧化硅层(3)、高阻硅基板(1)和顶层二氧化硅层(2)均为矩形且尺寸大于金属地板(4)，三者依次堆叠在金属地板(4)上；顶层金属条带(7)置于顶层二氧化硅的上方，位于整个片上天线的最顶层；底层金属条带(8)与金属地板(4)位于同层，并围绕在金属地板(4)周围，顶层金属条带(7)与底层金属条带(8)通过硅通孔(5)连接；差分馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，刘涓，徐国兵，
申请(专利权)人：北京遥感设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11