一种复合互联层及基于其的有源子阵制造技术

本发明专利技术公开了一种复合互联层及基于其的有源子阵，所述复合互联层包括微同轴网络层和与之连接的低频网络层；低频连接器和射频连接器设置在低频网络层的下表面，低频信号和射频信号分别通过低频连接器和射频连接器输入后通过低频网络层和微同轴网络层分配，完成热流由微同轴网络层至低频网络层的垂直传递；所述微同轴网络层包括N级共若干个微同轴网络，N为正整数。本发明专利技术公开的复合互联层及基于其的有源子阵可实现高隔离、低损耗多端口毫米波信号分配和传输以及控制和供电信号的传输和分配，具有集成度高，重量轻，剖面低，损耗小，导热性能好等优点。能好等优点。能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种复合互联层及基于其的有源子阵


[0001]本专利技术属于相控阵天线领域，尤其涉及一种复合互联层及基于其的有源子阵。

技术介绍

[0002]高集成是相控阵天线未来的发展趋势，随着微系统技术、晶圆集成技术的发展，其已成为提高相控阵天线的有效手段。近年来，美国、德法等发达国家持续有相关研究成果报道，主要研究成果集中在射频前端有源部分，对于形成相控阵所需的互联研究较少。国内也有部分晶圆集成阵列的架构研究，如层叠式的子阵等。对于Ka及以上频段的相控阵天线，特别采用微系统或晶圆集成的阵列，单元间距很小、可用面积小，剖面的低、集成度极高，互联设计受到极大的限制。
[0003]用于晶圆集成毫米波子阵内的互联网络，需满足轻薄、损耗小、带宽宽、可高密度传输高低频信号、基材的热膨胀系数与晶圆射频前端(硅基或其它晶圆材料)匹配等要求。传统微波板膨胀系数与硅相差较大，高温陶瓷在毫米波频段损耗较大，低温陶瓷则存在吸潮等劣势，需要单独气密使用不灵活。而硅基晶圆上可实现高密度的走线，材料与射频前端一致，无热失配风险。但由于硅是半导体，在硅基晶圆上使用传统传输线，如带状线等，则存在损耗过大的问题。
[0004]目前国际上有硅基微同轴传输线的相关研究，但未见有微同轴网络相关研究报道，也未有将微同轴网络通过氮化铝衬底和金属载板、硅基射频前端集成应用。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种复合互联层，包括微同轴网络层21和与之连接的低频网络层20；低频连接器4和射频连接器6设置在低频网络层20的下表面，低频信号和射频信号分别通过低频连接器4和射频连接器6输入后通过低频网络层20和微同轴网络层21分配，完成热流由微同轴网络层21至低频网络层20的垂直传递；所述微同轴网络层21包括N级共若干个微同轴网络，N为正整数。
[0006]进一步地，低频网络层20的材料的热膨胀系数大于微同轴网络层21的材料的热膨胀系数。
[0007]进一步地，所述微同轴网络包括第一微同轴网络16和第二微同轴网络8，所述第一微同轴网络16和第二微同轴网络8均包括三个通孔端口，第一微同轴网络16的通孔端口包括位于其下表面的中间通孔端口、位于中间通孔两侧的左侧通孔端口和右侧通孔端口；所述第一微同轴网络16的通孔端口包括两个位于其上表面的通孔端口和一个位于其下表面的通孔端口；N级微同轴网络包括位于其上侧的第N级的2
N
‑1个第二微同轴网络8和位于第二微同轴网络8下方的第1级的一个第一微同轴网络16、第2级的两个第一微同轴网络16、
…
、第n级的2
n
‑1个第一微同轴网络16、
…
、第N
‑
1级的2
N
‑2个第二微同轴网络8，n为1到N的正整数；所述第1至第N
‑
1级的第一微同轴网络16之间通过二叉树型的连接方式进行连接，具体为：第m
‑
2级的第一微同轴网络16的左侧通孔端口和右侧通孔端口分别连接不同的第m
‑
1级
的第一微同轴网络16的中间通孔端口，第1级的第一微同轴网络16的中间通孔与射频连接器6连接，第N
‑
1级的第一微同轴网络16的左侧通孔端口和右侧通孔端口分别连接不同的第N级的第二微同轴网络8的下表面的通孔端口，其中，m为3至N的正整数。
[0008]进一步地，微同轴网络层21的材料为硅，低频网络层20的材料为氮化铝或氧化铝，微同轴网络层21和低频网络层20之间使用大面积焊接的方式进行连接。
[0009]进一步地，微同轴网络之间通过放大芯片14进行连接。
[0010]进一步地，微同轴网络之间通过金丝进行连接。
[0011]进一步地，所述低频网络层20的上表面设置有空腔17，所述空腔17放置用于连接微同轴网络的放大芯片14或金丝；微同轴网络21和低频网络层20通过焊接面15焊接后实现空腔17为气密环境。
[0012]进一步地，所述低频网络层20和微同轴网络层21均为扁平的长方体。
[0013]还提出了一种有源子阵，所述有源子阵基于上述的复合互联层；所述有源子阵还包括晶圆射频前端2和金属载板5；微同轴网络层21的上表面与晶圆射频前端2连接，低频网络层20的下表面与金属载板5连接；低频连接器4和射频连接器6设置在低频网络层20的下表面并穿过金属载板5，低频信号和射频信号分别通过低频连接器4和射频连接器6输入，经低频网络层20和微同轴网络层21分配后传递到晶圆射频前端2，由此复合互联层3完成热流由晶圆射频前端2到金属载板5的垂直传递。
[0014]进一步地，由晶圆射频前端2至金属载板5方向，晶圆射频前端2、微同轴网络层21、低频网络层20和金属载板5的材料的热膨胀系数逐个增大。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具备以下优点：
[0016]1)复合互联层采用硅层和氮化铝层重叠式集成设计，上层为平面型硅基微同轴网络，下层为平面型氮化铝低频网络；有源芯片放置在氮化铝空腔内，使用金丝或倒装焊方式与微同轴网络互联。整个互联层均为扁平化设计，通过该集成方式，大幅度提高集成度，降低了互联层的剖面高度和重量。
[0017]2)射频信号采用基于硅基微同轴互联网络方案，相比于传统带状线(如LTCC或微波板)网络，损耗仅为其1/5，有效降低收发链路损耗，可有效提升集成子阵性能。
[0018]3)复合互联层的上层为硅材料，下层为氮化铝材料，均为导热系数较高的材料，两层材料通过大面积焊接集成到一起，传热面积大，相比于传统微波板材制成的互联层，导热系数高2个数量级。
[0019]4)复合互联层的上层硅材料热膨胀系数为2.5ppm，下层材料为氮化铝，热膨胀系数为4.1ppm，两者比较接近，不会由于热胀冷缩而出现较大应力导致失效，热适配好，是实现大面积互联层的关键。有源子阵的硅层与晶圆射频前端(硅或其它半导体材料)集成，两者材料相同或相近，热适配好；氮化铝层与金属载板(高硅铝或钼铜，热膨胀系数约4
‑
7ppm)焊接集成，热膨胀系数接近，热适配性和热稳定性好。采用硅和氮化铝复合集成的互联层，其内部、与外部其它部件的集成都具有良好的热适配，具有良好的热稳定性，可有效提升系统环境适应性和可靠性。
附图说明
[0020]图1为实施例一有源子阵的示意图。
[0021]图2为包括两级微同轴网络复合互联层的剖面示意图。
[0022]图3为包括两级微同轴网络复合互联层的平面示意图。
[0023]图4为三级微同轴网络示意图。
[0024]图中标号所代表的含义为：
[0025]第一连接点1、晶圆射频前端2、复合互联层3、低频连接器4、金属载板5、射频连接器6、过孔7、第二微同轴网络8、第三表面连接点9、第一表面连接点10、第二表面连接点11、内部走线12、金丝13、放大芯片14、焊接面15、第一微同轴网络16、空腔17、第一焊接点18、第二焊接点19、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合互联层，其特征在于，包括微同轴网络层(21)和与之连接的低频网络层(20)；低频连接器(4)和射频连接器(6)设置在低频网络层(20)的下表面，低频信号和射频信号分别通过低频连接器(4)和射频连接器(6)输入后通过低频网络层(20)和微同轴网络层(21)分配，从而完成热流由微同轴网络层(21)至低频网络层(20)的垂直传递；所述微同轴网络层(21)包括N级共若干个微同轴网络，N为正整数。2.根据权利要求1所述的复合互联层，其特征在于，低频网络层(20)的材料的热膨胀系数大于微同轴网络层(21)的材料的热膨胀系数。3.根据权利要求2所述的复合互联层，其特征在于，所述微同轴网络包括第一微同轴网络(16)和第二微同轴网络(8)，所述第一微同轴网络(16)和第二微同轴网络(8)均包括三个通孔端口，第一微同轴网络(16)的通孔端口包括位于其下表面的中间通孔端口、位于中间通孔两侧的左侧通孔端口和右侧通孔端口；所述第一微同轴网络(16)的通孔端口包括两个位于其上表面的通孔端口和一个位于其下表面的通孔端口；N级微同轴网络包括位于其上侧的第N级的2
N
‑1个第二微同轴网络(8)和位于第二微同轴网络(8)下方的第1级的一个第一微同轴网络(16)、第2级的两个第一微同轴网络(16)、
…
、第n级的2
n
‑1个第一微同轴网络(16)、
…
、第N
‑
1级的2
N
‑2个第二微同轴网络(8)，n为1到N的正整数；所述第1至第N
‑
1级的第一微同轴网络(16)之间通过二叉树型的连接方式进行连接，具体为：第m
‑
2级的第一微同轴网络(16)的左侧通孔端口和右侧通孔端口分别连接不同的第m
‑
1级的第一微同轴网络(16)的中间通孔端口，第1级的第一微同轴网络(16)的中间通孔与射频连接器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，王侃，丁解，孙磊，葛津津，王斌斌，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：