【技术实现步骤摘要】
本技术属于射频微系统，特别涉及基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统。
技术介绍
1、随着现电子不断发展，这对于具备较小体积、低成本特点、多种工作模式可调的射频微系统的需求也日益增强。而将多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件，通过多种不同材料进行三维堆叠与集成，实现一定功能的异构集成射频微系统技术在近年来快速发展，已经被广泛用雷达、通信等领域。应用三维异构集成技术的射频微系统具有设计灵活性高、集成密度高、性能优异等优点，已成为复杂系统的最佳解决方案，并在微波射频领域有着广阔的发展前景。
2、在目前三维异构集成射频微系统研究中，大多数的三维堆叠都采用同种材料，比如lcp（liquid crystal polymer）与lcp基板的堆叠, ltcc （low temperature co-firedceramic）与ltcc的堆叠等等。然而采用同种基板材料设计的模块或者系统有很大的缺陷，难满足实际应用需求，比如纯粹由lcp设计的模块无法气密，完全由ltcc或者硅基板设计的模块硬度不够，材料较脆，容易损坏。由不同材料基板进行异构集成的系统，可以充分发挥不同类型材料与基板各自的优势，设计出超越同种基板材料的性能，例如硅与aln陶瓷集成，一方面发挥出硅基板高集成度、以及与半导体工艺兼容的特点，还包含了aln陶瓷硬度达、气密水密、热导率高等特点，使得基于硅与aln集成的三维系统具有很高的可靠性。但是，目前不同基板材料的异构集成三维堆叠较少报到。如何实现不同材料基板，比如硅基板与氮化铝基板（aln）的堆叠，成为目前
技术实现思路
1、本技术的目的在于为克服已有技术的不足之处，设一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，该系统具备收发工作模式的可调功能、四个不同频率工作频段的可调功能以及增益的大范围可调功能，并且具有堆叠紧凑、制作成本低、高可靠性、高性能和大批量制造等特点。
2、为实现本技术的目的，采用以下技术方案：
3、一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统包括：第一硅基板位于微系统的顶层，它的上下表面作为电讯互联层，用于射频与控制、电源的走线，并且在上表面集成了四种芯片，分别为s波段砷化镓滤波器，第一中频滤波器，s波段混频器以及第二中频滤波器，其中的s波段混频其中集成了5位增益可调电路。第二硅基板位于微系统的中间层，其上下表面也作为电讯互联层，在其上表面集成了x波段开关放大滤波器与x波段混频器。其中x波段的开关放大滤波器集成了四个通带，实现了通过控制信号对系统的工作频率进行调控。氮化铝基板位于微系统的最下层，它的上表面集成了x波段开关滤波器组以及x波段收发多功能放大器，下表面为7 × 8球栅阵列（bga）接口作为输入输出端口，用来与外部pcb进行连接。第一硅基板和第二硅基板均是薄膜硅基板，氮化铝基板是厚膜氮化铝基板，硅基板与氮化铝基板通过超声热压金凸点技术进行三维异构互联。
4、该可调射频微系统具备接收工作模式和发射工作模式的可调功能。通过控制信号，可以调控x波段收发多功能放大器8、x波段混频器7、和s波段多功能混频器20，使得它们可以根据用户需求工作在接收模式或者发射模式。该系统具备四个可调的工作频带,简称为通带。通过控制信号，可以调控四通带开关滤波器10和开关滤波放大器9，使得他们分别工作在8-9.5 ghz，9.5-10.5 ghz，10.5-12 ghz，8-12 ghz四种频带的工作模式。该系具备增益可调功能。在x波段收发多功能放大器8、和s波段多功能混频器20中，集成了数控衰减功能，通过改变衰减控制指令，可以分别实现10db，20db，1db，2db，4db，8db的衰减，衰减范围可达0db到45db的范围。
5、本技术中采用了70um以上的金凸点，并且对氮化铝基板的表面进行镀金，实现了薄膜硅基板与厚膜氮化铝基板两种不同材料进行三维异构堆叠。
6、该射频系统在工作中，可以根据需要通过选择合适的工作频段，使其具备了抗干扰能力；整体系统具备工作模式灵活多变、抗干扰性能高，堆叠紧凑、制作成本低、高可靠性等特点。
7、本技术的特点及有益效果：
8、本技术的微系统具备接收与发射两种工作模式可调，具备了四个不同频率的工作通带可调功能，并且接收与发射增益可以通过衰减控制字进行控制。通过对氮化铝基板的平整度设计以及表面镀金，提升与金凸点的兼容性，实现了薄膜硅基板和厚膜氮化铝基板两种不同材料的异构堆叠。该射频系统通过选择合适的信号频率通带使得其最大程度的规避了干扰；除此之外，本技术整体系统具备工作模式灵活可调，设计自由度高、堆叠紧凑、制作成本低、高可靠性、高性能等特点，适合大批量制造。
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1.一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，包括：第一硅基板（2），第二硅基板（4），氮化铝基板（23），所述的第一硅基板（2），第二硅基板（4）和氮化铝基板（23）构造成三维异构堆叠结构，所述的第一硅基板（2）的上表面设有第二中频滤波器（19）、砷化镓滤波器（21）、S波段多功能混频器（20）、第一中频滤波器（22），所述的第一硅基板（2）的下表面与所述的第二硅基板（4）的上表面紧密相接构成硅载体空腔，在其空腔内部分别搭载着X波段混频器（7）和开关滤波放大器（9），所述的第二硅基板（4）的下表面与氮化铝基板（23）的上表面构造成第二硅载体空腔，在其空腔内部分别搭载着X波段收发多功能放大器（8）和四通带开关滤波器（10）。
2.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，所述的第一硅基板（2）的上表面电路通过第一重布线层（18）汇总，再经第一硅通孔（17）与第二重布线层（16）进行相连，之后通过位于所述的第二重布线层（16）、第三重布线层（15）之间的第一金凸点（3）与第二硅基板（4）的上表面电路
3.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，氮化铝基板（23）是由十二个电气层厚度为80-120微米的氮化铝基板烧结而成，基板总厚度为0.5-1.5mm，其中部分层用于控制、电源、接地和微波信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，所述的第一金凸点（3）和所述的第二金凸点（5）的金凸点的高度大于70微米，所述的氮化铝基板（23）需要厚度为0.25-0.4微米的表面化学镀金。
5.根据权利要求2所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，所述的球栅阵列（12）球栅阵列（12）为7×8阵列，间距为1.5毫米。
6.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，该系统具备接收工作模式和发射工作模式的可调功能，通过控制信号，可以调控所述的X波段收发多功能放大器（8）、所述的X波段混频器（7）、和所述的S波段多功能混频器（20），使得它们可以根据用户需求工作在接收模式或者发射模式。
7.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，该系统具备四个可调的工作频带，通过控制信号，可以调控所述的四通带开关滤波器（10）和所述的开关滤波放大器（9），使得所述的四通带开关滤波器（10）和所述的开关滤波放大器（9）分别工作在7.6 GHz-9.8 GHz， 8.9 GHz-11 GHz， 10.3 GHz-12.2GHz和6.9 GHz-12.8 GHz四种频带的工作模式。
8.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，在所述的X波段收发多功能放大器（8）、和所述的S波段多功能混频器（20）中，集成了数控衰减功能，通过改变衰减控制指令，可以分别实现10dB，20dB，1dB，2dB，4dB，8dB的衰减，衰减范围可达0dB到45dB的范围。
9.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，所述的四通带开关滤波器（10）和所述的开关滤波放大器（9）可以对一本振信号的泄漏、镜像频率和其他干扰提供了足够的抑制，进入系统的X波段射频信号，通过所述的X波段混频器（7），可以得到频率为2.96 GHz的第一中频，所述的第一中频滤波器（22）和所述的砷化镓滤波器（21）都是窄带高选择性滤波器，可以对第一中频信号进行进一步的滤波以及提高选择性，所述的S波段多功能混频器（20）可以将滤波后的第一中频信号下变频为第二中频信号，所述的第二中频滤波器（19）为窄带高选择性滤波器，可以对第二中频信号进行进一步的滤波提高选择性。
10.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，封装在金属封装气密外壳（1）。
...【技术特征摘要】
1.一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，包括：第一硅基板（2），第二硅基板（4），氮化铝基板（23），所述的第一硅基板（2），第二硅基板（4）和氮化铝基板（23）构造成三维异构堆叠结构，所述的第一硅基板（2）的上表面设有第二中频滤波器（19）、砷化镓滤波器（21）、s波段多功能混频器（20）、第一中频滤波器（22），所述的第一硅基板（2）的下表面与所述的第二硅基板（4）的上表面紧密相接构成硅载体空腔，在其空腔内部分别搭载着x波段混频器（7）和开关滤波放大器（9），所述的第二硅基板（4）的下表面与氮化铝基板（23）的上表面构造成第二硅载体空腔，在其空腔内部分别搭载着x波段收发多功能放大器（8）和四通带开关滤波器（10）。
2.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，所述的第一硅基板（2）的上表面电路通过第一重布线层（18）汇总，再经第一硅通孔（17）与第二重布线层（16）进行相连，之后通过位于所述的第二重布线层（16）、第三重布线层（15）之间的第一金凸点（3）与第二硅基板（4）的上表面电路进行连接，第二硅基板（4）的上表面电路通过所述的第三重布线层（15）汇总，再经第二硅通孔（14）与第四重布线层（13）进行相连，之后通过位于所述的第三重布线层（15）、所述的第四重布线层（13）之间的第二金凸点（5）与所述的氮化铝基板（23）的上表面电路进行连接，最后电路通过位于氮化铝基板（23）内部的金属通孔（6）引导至氮化铝基板（23）下表面与植入的球栅阵列（12）相连，最后应用到pcb介质基板（11）。
3.根据权利要求1所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，氮化铝基板（23）是由十二个电气层厚度为80-120微米的氮化铝基板烧结而成，基板总厚度为0.5-1.5mm，其中部分层用于控制、电源、接地和微波信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于硅基与氮化铝三维异构集成的四通带可调射频微系统，其特征在于，所述的第一金凸点（3）和所述的第二金凸点（5）的金凸点的高度大于70微米，所述的氮化铝基板（23）需要厚度为0.25-0.4微米的表面化学镀金。
5.根据权利要求2所述的一种基于硅基与氮化铝三维异...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆喜龙，孔庆羽，周世钢，赵亮，张睿，魏斌，
申请(专利权)人：苏州泰莱微波技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
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