面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法技术方案

本公开提供一种面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法，包括：操作S1：采用LTCC工艺对毫米波模块，射频模块，以及数字模块分别进行系统级封装得到各板级电路层；操作S2：将所述各板级电路层和收发天线进行板级电路堆叠和互联；以及操作S3：对操作S2后的器件基于电磁场、热场和应力场协同建模分析验证，完成面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装。上述三维集成封装方法能够缓解现有技术中SAR系统集成时体积大、集成度低、功耗高、难以进行有效热管理等技术问题。管理等技术问题。管理等技术问题。

【技术实现步骤摘要】
面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法


[0001]本公开涉及雷达
，尤其涉及一种面向毫米波微型SAR系统(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)系统设计的三维集成封装方法。

技术介绍

[0002]由于微型化、高性能和低功耗等苛刻要求，小型化SAR系统雷达系统逐渐向毫米波、芯片化的方向发展，SAR系统的平面集成难度越来越大。
[0003]目前，SAR系统主要还是以基于PCB工艺的平面集成方法为主，这主要体现在以下两方面：首先，包括频率源、收发通道、线性调频源等功能单元采用分立器件在一块或多块PCB板上集成，形成面积比较大的板卡或模块；其次，上述功能单元由于相互间需要传输信号，因此往往还需要一块信号母板来集成，最后形成比较大的机箱。因此，基于PCB工艺的平面集成方法不适用于小型化、集成化、低功耗的需求。
[0004]如图1a和图1b所示，传统SAR系统封装方法中各组成功能模块主要采用分立器件在一块或多块PCB板上集成，占用面积较大，功耗较高。其中，频率源、收发通道、线性调频源等功能单元采用传统PCB工艺，利用芯片、电阻电容电感和连接器等分立器件搭建，并且一块PCB板上最多只有正反两面可以利用，因此占用面积较大；同时，由于在不同模块间传输信号链路较长，损耗比较大，需要的功率冗余比较多，因此系统功耗也较高。其次，传统SAR系统的模块一般按功能进行设计研制，但其外部控制和供电是统一的，并且模块间也需要进行信号传输，因此一般采用并列直插在一块PCB母板上的方式，在母板上进行信号的传输和交互，然后集成在机箱中，这样占用的体积比较大。同时各个模块散热环境和能力不一样，性能可能会受到整体热环境影响，并且往往需要外加风扇等散热方式。最后，传统方案的设计重点往往在各功能单元性能指标的实现，没有从系统层面考虑电磁、热、应力的影响，当无源或有源元件工作时产生热量带来温度的升高，进而影响封装结构中电参数(如硅衬底的电导率和热导率等)，进一步影响了电场分布；电场的变化再一次改变了热场分布，同时还产生热应力的影响。因此，三维集成封装始终伴随着电、热和力场之间的相互耦合作用，因此在集成后往往容易碰到电磁兼容、散热或者形变问题。
[0005]因此，如何提高集成度并进行有效热管理问题是亟需解决的技术问题。
[0006]公开内容
[0007](一)要解决的技术问题
[0008]基于上述问题，本公开提供了一种面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法，以缓解现有技术中SAR系统集成时体积大、集成度低、功耗高、难以进行有效热管理等技术问题。
[0009](二)技术方案
[0010]本公开提供一种面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法，包括：
[0011]操作S1：采用LTCC工艺对毫米波模块，射频模块，以及数字模块分别进行系统级封装得到各板级电路层；
[0012]操作S2：将所述各板级电路层和收发天线进行板级电路堆叠和互联；以及
[0013]操作S3：对操作S2后的器件基于电磁场、热场和应力场协同建模分析验证，完成面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装。
[0014]在本公开实施例中，操作S1包括：
[0015]操作S11：对所述毫米波模块封进行系统级封装获得毫米波SiP层；
[0016]操作S12：对所述射频模块进行系统级封装获得射频SiP层；以及
[0017]操作S13：对所述数字模块进行系统级封装获得数字SiP层。
[0018]在本公开实施例中，所述毫米波SiP层包括毫米波芯片、天线阵元，用于完成毫米波信号的产生、收发和辐射接收。
[0019]在本公开实施例中，所述射频SiP层包括调频源芯片、中频芯片，用于完成线性调频信号的产生和接收，中频信号的增益控制和滤波。
[0020]在本公开实施例中，所述数字SiP层包括AD/时钟芯片、数字处理芯片，用于完成中频信号采集、系统时钟产生以及数字信号处理等工作。
[0021]在本公开实施例中，操作S2时，最上层为系统收发天线，该层背紧贴第二层毫米波SiP层，第三层为射频SiP层，第四层为数字SiP层。
[0022]在本公开实施例中，所述收发天线层与第二层的毫米波SiP层之间只有毫米波信号需要连接，通过波导至微带过渡电路，采用金丝键合的方式实现信号的连接。
[0023]在本公开实施例中，所述毫米波SiP层与射频SiP层之间需要高频和低频电路连接，高频采用射频对插接头实现垂直连接，低频连接采用低频盲插式接头实现垂直连接。
[0024](三)有益效果
[0025]从上述技术方案可以看出，本公开面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0026](1)能够有效减小电路间电、磁、热等多物理场的耦合效应，实现功能模块的有效隔离，进而保障毫米波SAR系统的性能；
[0027](2)在充分提高系统集成度的同时，实现模块电路的立体化、小型化和低成本；
[0028](3)系统设计阶段可以有效评估电磁
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热
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力互耦可能带来的风险，保障封装方法的可靠性。
附图说明
[0029]图1a为现有技术中传统微型SAR系统集成俯视结构示意图。
[0030]图1b为现有技术中传统微型SAR系统中功能模块在模板集成的结构示意图。
[0031]图2为本公开实施例的面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法的封装结构示意图。
[0032]图3为本公开实施例的面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法中各功能模块的封装结构示意图。
[0033]图4为本公开实施例的面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法中板级电路的多层堆叠三维集成
[0034]图5为本公开实施例的面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法中基于电磁场、热场和应力场协同建模分析验证的流程示意图。
[0035]图6为本公开实施例的面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法的流程示意图。
具体实施方式
[0036]本公开提供了一种面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法，其基于LTCC(Low Temperature Co
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fired Ceramic，低温共烧陶瓷)系统级封装(System In Package，SiP)与板级电路堆叠的三维集成封装方法，突破了SAR系统平面集成的限制，并解决高密度集成带来的多物理场耦合问题，可以满足SAR系统的微型化、低功耗和高性能的要求。本公开提出了面向毫米波微型SAR系统设计的三维集成总体架构与方案；基于LTCC技术实现毫米波前端芯片组、中频芯片组和数字芯片组的SiP封装，并通过埋置方法实现无源器件的集成；然后通过板级电路的多层堆叠，多层之间采用低频接头或毫米波垂直互联方法实现板级连接；通过电磁
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热
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力一体化协同设计，建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装方法，包括：操作S1：采用LTCC工艺对毫米波模块，射频模块，以及数字模块分别进行系统级封装得到各板级电路层；操作S2：将所述各板级电路层和收发天线进行板级电路堆叠和互联；以及操作S3：对操作S2后的器件基于电磁场、热场和应力场协同建模分析验证，完成面向毫米波微型SAR系统的三维集成封装。2.根据权利要求1所述的封装方法，操作S1包括：操作S11：对所述毫米波模块封进行系统级封装获得毫米波SiP层；操作S12：对所述射频模块进行系统级封装获得射频SiP层；以及操作S13：对所述数字模块进行系统级封装获得数字SiP层。3.根据权利要求2所述的封装方法，所述毫米波SiP层包括毫米波芯片、天线阵元，用于完成毫米波信号的产生、收发和辐射接收。4.根据权利要求2所述的封装方法，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐跞，丁满来，丁赤飚，王雪梅，曲佳萌，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：