一种W波段多通道收发系统及制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种W波段多通道收发系统及制备方法，属于微波及微电子封装技术领域，包括微型化封装发射子阵封装体，并设置第一SIW结构及第一波导转换结构；微型化封装得到接收子阵封装体，并设置第二SIW结构及第二波导转换结构；采用晶圆级键合工艺，将发射子阵封装体和接收子阵封装体进行堆叠封装，并使第一波导转换结构与第二波导转换结构上下垂直连通。本发明专利技术提供的W波段多通道收发系统，通过硅基MEMS三维异构集成工艺、微组装工艺，解决W波段多通道电路的高密度封装；同时在发射前端和接收前端设计波导转换结构，通过晶圆级键合，实现W波段信号在垂直方向高品质传输，提高W波段多通道收发系统的集成度。多通道收发系统的集成度。多通道收发系统的集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种W波段多通道收发系统及制备方法


[0001]本专利技术属于微波微电子封装
，具体涉及一种W波段多通道收发系统及制备方法。

技术介绍

[0002]随着微波毫米波技术的发展，一体化、小型化、集成化成为射频微系统组件的发展趋势。相比传统的微波系统，更高频段的毫米波系统更容易实现小型化、集成化。常用实现小型化、集成化的方法有：(1)单片集成技术，将功率放大器、驱动放大器、低噪声放大器、开关电路、数控衰减器、数控移相器等两个或多个单功能电路集成在一个微波单片电路上，从而大幅度缩减芯片面积；(2)三维封装集成技术，通过TSV技术、三维异构集成技术、BGA植球技术等，将射频前端、信号处理、逻辑控制等多种功能结构垂直堆叠在一起，达到缩小模块尺寸、实现层间互联、提高系统功能的目的。
[0003]2016年，刘超等人发表了“基于SiGe BiCMOS工艺的X和Ka波段T/R多功能芯片设计”，设计出包括数控移相器、低噪声放大器、功率放大器和收发控制开关的单片集成X和Ka波段T/R多功能芯片，为X和Ka波段相控阵系统的小型化和低成本提供了良好的条件。但多功能芯片组成多通道系统时，芯片之间缺少电磁屏蔽，会影响收发系统的隔离度。
[0004]2017年，张先荣发表了“一种低损耗毫米波垂直互联设计”，利用BGA技术，在两层射频电路基板间，焊接BGA焊球，实现Ka波段的信号垂直互联，对毫米波微系统三维集成封装设计具有重要的借鉴意义。但是由于BGA工艺限制，无法将此技术应用于更高的V波段和W波段。
[0005]2018年，王健等人发表了“一种射频系统的三维系统级封装设计与实现”，将射频部分和数字部分分别放在上下两层基板，减小两部分之间的干扰，同时通过增加金属屏蔽罩，并对各链路进行分腔设计，有效地对射频链路进行隔离，增加系统的抗干扰能力。但是由于在上下基板之间采用柔性板材连接，适用于较低频率，无法应用于更高频率。
[0006]2019年，王驰等人发表了“基于硅基MEMS工艺的X频段三维集成射频微系统”，提出将多功能芯片、MEMS滤波器等多种射频器件集成在硅晶圆上，利用TSV技术和晶圆级键合工艺，实现X频段的射频前端小型化。该技术适用于射频器件的二维方向的集成，无法实现三维集成。
[0007]目前，射频微系统的三维堆叠结构主要采用硅基MEMS三维异构集成工艺、TSV工艺、BGA工艺等，适用于Ka及以下波段，无法应用在V波段、W波段等更高频段。

技术实现思路

[0008]本专利技术实施例提供一种W波段多通道收发系统及制备方法，旨在实现W波段多通道电路的高密度封装，提高W波段多通道收发系统的集成度。
[0009]为实现上述目的，第一方面，本专利技术采用的技术方案是：提供一种W波段多通道收发系统的制备方法，所述封装方法包括：
[0010]采用硅基MEMS三维异构集成工艺微型化封装发射子阵，得到发射子阵封装体，并在所述发射子阵封装体内设置第一SIW结构及第一波导转换结构；
[0011]采用硅基MEMS三维异构集成工艺微型化封装接收子阵，得到接收子阵封装体，并在所述接收子阵封装体内设置第二SIW结构及第二波导转换结构；
[0012]采用晶圆级键合工艺，将所述发射子阵封装体和所述接收子阵封装体进行堆叠封装，并使所述第一波导转换结构与所述第二波导转换结构上下垂直连通，所述第一SIW结构与所述第二SIW结构分设在所述第一波导转换结构和所述第二波导转换结构相对的两侧。
[0013]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述发射子阵封装体的制备方法包括：
[0014]采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板和第四硅基板，并在其中的硅基板上制备第一SIW结构和第一波导转换结构；
[0015]采用晶圆级键合工艺将第一硅基板和第二硅基板键合，并形成腔体；
[0016]采用晶圆级键合工艺将第三硅基板和第四硅基板键合，形成盖板；
[0017]采用微组装工艺，将开关控制芯片和功率放大微波单片胶粘在各硅基板形成腔体中，并与第二硅基板进行键合；
[0018]采用晶圆级键合工艺，将第三硅基板与第二硅基板进行晶圆级键合，实现发射子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔实现上下互连。
[0019]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述接收子阵封装体的制备方法包括：
[0020]采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板和第八硅基板，并在其中的硅基板上制备第二SIW结构和第二波导转换结构；
[0021]采用晶圆级键合工艺将第五硅基板和第六硅基板键合，并形成腔体；
[0022]采用晶圆级键合工艺将第七硅基板和第八硅基板进行键合，形成盖板；
[0023]采用微组装工艺，将低噪音放大微波单片胶粘在腔体中，并与第六硅基板进行键合；
[0024]采用晶圆级键合工艺，将第七硅基板与第六硅基板进行晶圆级键合，实现接收子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔实现上下互连。
[0025]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种W波段多通道收发系统，基于所述的制备方法，包括堆叠相连的发射子阵封装体和接收子阵封装体；所述发射子阵封装体内设有第一SIW结构、第一波导转换结构、功率放大微波单片和开关控制芯片；所述接收子阵封装体内设有第二SIW结构、第二波导转换结构和低噪声放大微波单片；所述第一波导转换结构与所述第二波导转换结构垂直连通，所述第一SIW结构与所述第二SIW结构分设在所述第一波导转换结构和所述第二波导转换结构相对的两侧；其中，所述发射子阵封装体和所述接收子阵封装体通过垂直硅通孔形成信号互连。
[0026]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述发射子阵封装体包括依次堆叠的第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板和第四硅基板；所述第一硅基板作为底板，以胶粘所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片；所述第二硅基板和所述第三硅基板上设有垂直连通孔，以形成封装所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片的腔体；所述第四硅基板作为盖板，以封闭所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片。
[0027]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片通过键合丝分别与所述第二硅基板键合。
[0028]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述第一SIW结构和第一波导转换结构设置于所述第二硅基板上，且所述第一SIW结构和第一波导转换结构位于四周垂直硅通孔围设的屏蔽区域内。
[0029]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述接收子阵封装体包括依次堆叠的第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板和第八硅基板；所述第五硅基板作为底板，以胶粘所述低噪声放大微波单片；所述第六硅基板和所述第七硅基板上设有垂直连通孔，以形成封装所述低噪声放大微波单片的腔体；所述第八硅基板作为盖板，以封闭所述低噪声放大微波单片。
[0030]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述低噪声放大微波单片通过键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种W波段多通道收发系统的制备方法，其特征在于，所述方法包括：采用硅基MEMS三维异构集成工艺微型化封装发射子阵，得到发射子阵封装体，并在所述发射子阵封装体内设置第一SIW结构(005)及第一波导转换结构(006)；采用硅基MEMS三维异构集成工艺微型化封装接收子阵，得到接收子阵封装体，并在所述接收子阵封装体内设置第二SIW结构(015)及第二波导转换结构(016)；采用晶圆级键合工艺，将所述发射子阵封装体和所述接收子阵封装体进行堆叠封装，并使所述第一波导转换结构(006)与所述第二波导转换结构(016)上下垂直连通，所述第一SIW结构(005)与所述第二SIW结构(015)分设在所述第一波导转换结构(006)和所述第二波导转换结构(016)相对的两侧。2.如权利要求1所述的W波段多通道收发系统的制备方法，其特征在于，所述发射子阵封装体的制备方法包括：采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第一硅基板(001)、第二硅基板(002)、第三硅基板(003)和第四硅基板(004)，并在其中的硅基板上制备第一SIW结构(005)和第一波导转换结构(006)；采用晶圆级键合工艺将第一硅基板(001)和第二硅基板(002)键合，并形成腔体；采用晶圆级键合工艺将第三硅基板(003)和第四硅基板(004)键合，形成盖板；采用微组装工艺，将开关控制芯片(008)和功率放大微波单片(007)胶粘在各硅基板形成腔体中，并与第二硅基板(002)进行键合；采用晶圆级键合工艺，将第三硅基板(003)与第二硅基板(002)进行晶圆级键合，实现发射子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔(010)实现上下互连。3.如权利要求1或2所述的W波段多通道收发系统的制备方法，其特征在于，所述接收子阵封装体的制备方法包括：采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第五硅基板(011)、第六硅基板(012)、第七硅基板(013)和第八硅基板(014)，并在其中的硅基板上制备第二SIW结构(015)和第二波导转换结构(016)；采用晶圆级键合工艺将第五硅基板(011)和第六硅基板(012)键合，并形成腔体；采用晶圆级键合工艺将第七硅基板(013)和第八硅基板(014)进行键合，形成盖板；采用微组装工艺，将低噪音放大微波单片(017)胶粘在腔体中，并与第六硅基板(012)进行键合；采用晶圆级键合工艺，将第七硅基板(013)与第六硅基板(012)进行晶圆级键合，实现接收子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔(010)实现上下互连。4.一种W波段多通道收发系统，基于如权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，包括堆叠相连的发射子阵封装体和接收子阵封装体；所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：许春良，赵宇，齐腾飞，赵永志，高艳红，李光福，李晓林，杨栋，刘晨峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：