多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构及晶圆子阵制造技术

本发明专利技术公开了一种多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构及晶圆子阵，属于天线与微波技术领域。本发明专利技术包含结构载板、低损耗主路功分器、HTCC基板和互联毛纽扣；结构载板包括结构载板腔、芯片内置腔、焊接面；低损耗主路功分器嵌在结构载板腔内；HTCC基板的一面与结构载板、低损耗主路功分器焊接，其上功能芯片、元器件埋置在芯片内置腔内；板内低频、电源、射频信号通过垂直过渡结构实现信号互联，通过金丝与功能芯片信号互联，通过BGA互联层与T/R组件内信号互联；互联毛纽嵌在结构载板内，与HTCC基板压接互联。本发明专利技术体积小、重量轻、高集成、高导热性、高可靠性、低损耗、一致性好，适用于高集成、高密度的相控阵天线。高密度的相控阵天线。高密度的相控阵天线。

【技术实现步骤摘要】
多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构及晶圆子阵


[0001]本专利技术属于无线与微波
，具体涉及一种多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构及晶圆子阵。

技术介绍

[0002]随着相控阵天线的发展，其集成度越来越高。近年来，微系统技术、晶圆集成技术在相控阵天线中得到了极大的发展和应用。采用这些技术集成的天线阵列，其单元间距、剖面高度不断缩小。用于信号传输以及集成载体的综合互联层，其可用面积、厚度不断压缩，其设计受到极大的限制和挑战。此外，晶圆集成毫米波子阵内的互联网络，还需满足轻量化、低损耗、大带宽、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。
[0003]传统的相控阵雷达体系中多采用高低频电缆，电连接器等方式实现天线与T/R组件等单机之间射频、电源和控制信号的互联，但随着阵面规模的扩大及相应有源通道密度的增加，这种传统的互联方式已经难以满足阵面高密度互连的需求，同时电缆及连接器带来的重量负担更是呈指数级增长，更与微小目标探测领域高密度通道有源相控阵天线的轻量化、高集成、低剖面、高可靠性的设计理念相悖。由于毫米波天线阵面频段高、尺寸小、部件多、集成密度高，涉及射频、控制、电源、热四大链路的系统传输，因此低损耗、高宽带性能、高信号密度、高导热能力的综合网络是设计和实现过程中需要重点考虑的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多材料体系复合、多种功能一体化集成的晶圆子阵互联结构及晶圆子阵，该综合互联设计方案具备体积小、重量轻、高集成、高导热性、高可靠性、低损耗、一致性好等特点，适合高集成、高密度的相控阵天线使用。
[0005]具体地说，一方面，本专利技术提供了一种多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构，包含结构载板、低损耗主路功分器、HTCC基板和互联毛纽扣；
[0006]所述结构载板包括结构安装部、结构载板腔、芯片内置腔、焊接面和盖板；所述结构安装部用于对结构载板进行固定；
[0007]所述低损耗主路功分器设置有带状线转微带线结构和射频总口连接器；带状线转微带线结构作为射频分口；所述低损耗主路功分器嵌在结构载板腔内；
[0008]所述HTCC基板的一面与结构载板通过所述焊接面焊接互联，且与所述低损耗主路功分器焊接；HTCC基板表面设置有功能芯片、元器件、互联毛纽扣压接盘、金丝键合焊盘和BGA互联层，所述功能芯片、元器件埋置在结构载板的芯片内置腔内，通过盖板对芯片内置腔进行密封；HTCC基板设置有射频走线层、电源分配层和低频控制层；匹配结构的线路设置在射频走线层，通过金丝键合与低损耗主路功分器互联；HTCC基板板内低频信号、电源信号、射频信号通过垂直过渡结构实现信号互联，通过金丝键合实现与所述功能芯片内信号互联，通过BGA互联层实现与置于HTCC基板上的T/R组件内信号互联；
[0009]所述互联毛纽扣嵌在结构载板内，通过所述互联毛纽扣压接盘与HTCC基板压接互联，将外部的控制信号、电源信号传入HTCC基板内。
[0010]进一步的，通过金丝键合方式实现所述射频总口连接器和带状线转微带线结构从结构板载腔中与外部连接。
[0011]进一步的，所述结构安装部为柱状，其上设置有螺钉安装孔。
[0012]进一步的，低损耗主路板功分器2嵌在结构载板腔内时与所述焊接面齐平。
[0013]进一步的，当所述多材料体系复合集成的晶圆子阵发射信号时，射频信号由所述射频总口连接器进入低损耗主路功分器，经匹配结构进入HTCC基板的射频走线层，进入功能芯片后，传输到BGA互联层上，为T/R组件提供射频激励信号；控制信号与电源信号通过互联毛纽扣接入HTCC基板，通过垂直过渡结构进入低频控制层和电源分配层，至功能芯片和T/R组件。
[0014]进一步的，所述HTCC基板为若干块独立的HTCC基板。
[0015]进一步的，所述HTCC基板及结构载板选用高导热材料制作而成。
[0016]进一步的，所述结构载板采用与HTCC基板热膨胀系数接近的材料。
[0017]进一步的，所述结构安装部采用散热材料制成。
[0018]另一方面，本专利技术还提供一种多材料体系复合集成的晶圆子阵，包括上述多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构。
[0019]本专利技术的多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构及晶圆子阵的有益效果如下：
[0020]体积小、重量轻：一体化设计理念，采用HTCC基板表面贴装裸芯片的形式，集成各种功能芯片模块，通过金丝键合实现HTCC基板内射频、低频、电源的信号互联，实现一体化设计；HTCC基板与结构载板焊接互联，裸芯片埋置在结构载板腔内，既节省了射频有源功能模块的结构尺寸，也满足芯片的气密要求，有效地实现了综合网络的小型化、轻量化。
[0021]高导热性：选用高导热HTCC基板及结构载板，将T/R组件产生的热量通过BGA层传导到HTCC载板上进行均温，然后通过焊接面将热量传导到结构载板上；并且通过采用散热材料制成的结构安装柱，将热量传导到冷板上，实现了T/R组件热量的有效传输。
[0022]高可靠性：由于HTCC基板与结构载板间膨胀系数存在差异，将HTCC基板拆分为多块独立的HTCC基板焊接在结构载板上。多块独立的HTCC基板有效地释放了与结构载板的焊接应力，减小了晶圆子阵在温度变化过程的变形程度，保证了晶圆子阵及其对外互联的可靠性；同时高集成的馈电技术大大减少或消除了各部件之间的互联器件，提高了系统的可靠性。
[0023]低损耗：由于HTCC基板的射频损耗较大，为了减小射频链路损耗，采用低损耗主路功分器与HTCC基板复合使用的形式，射频主路传输采用低损耗传输结构(例如采用微波多层板、微同轴等制作的低损耗主路功分器)，低损耗传输结构与HTCC基板相比，损耗比在1/2以下，由低损耗主路功分器的带状线转微带线结构作为射频分口，在射频分口通过金丝键合、焊接等方式实现低损耗主路功分器与HTCC基板这两种材料之间的互联，既实现了功能芯片与HTCC基板之间的互联设计，又减小了整个射频链路的损耗。
[0024]热膨胀率低：与传统微波板实现的综合互联层相比，本专利技术具有更低的膨胀系数，可支持集成安装更大尺寸、更低膨胀系数材料的封装天线；可支持将20mm以上的硅基晶圆集成前端集成到本专利技术的多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构上。
[0025]本专利技术的多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构，电性能一致性好，适于高集成、高密度的相控阵天线使用：采用板内射频互联、金丝键合方式，加工、装配精度高，形式简单，去除了盲插互联以及连接器本身带来的不一致性，使得系统电性能一致性好。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例的三维立体图。
[0027]图2是本专利技术实施例的结构载板立体图(上表面)。
[0028]图3是本专利技术实施例的结构载板立体图(下表面)。
[0029]图4是本专利技术实施例的低损耗主路功分器示意图。
[0030]图5是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构，其特征在于，包含结构载板、低损耗主路功分器、HTCC基板和互联毛纽扣；所述结构载板包括结构安装部、结构载板腔、芯片内置腔、焊接面和盖板；所述结构安装部用于对结构载板进行固定；所述低损耗主路功分器设置有带状线转微带线结构和射频总口连接器；带状线转微带线结构作为射频分口；所述低损耗主路功分器嵌在结构载板腔内；所述HTCC基板的一面与结构载板通过所述焊接面焊接互联，且与所述低损耗主路功分器焊接；HTCC基板表面设置有功能芯片、元器件、互联毛纽扣压接盘、金丝键合焊盘和BGA互联层，所述功能芯片、元器件埋置在结构载板的芯片内置腔内，通过盖板对芯片内置腔进行密封；HTCC基板设置有射频走线层、电源分配层和低频控制层；匹配结构的线路设置在射频走线层，通过金丝键合与低损耗主路功分器互联；HTCC基板板内低频信号、电源信号、射频信号通过垂直过渡结构实现信号互联，通过金丝键合实现与所述功能芯片内信号互联，通过BGA互联层实现与置于HTCC基板上的T/R组件内信号互联；所述互联毛纽扣嵌在结构载板内，通过所述互联毛纽扣压接盘与HTCC基板压接互联，将外部的控制信号、电源信号传入HTCC基板内。2.根据权利要求1所述的多材料体系复合集成的晶圆子阵互联结构，其特征在于，通过金丝键合方式实现所述射频总口连接器和带状线转微带线结构从结构板载腔中与外部连接。3.根据权利要求1所述的多材料体系复合集成的晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁解，李树良，杨磊，王侃，李晓鲲，
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：