CN105826275B - 硅基多通道tr组件及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是硅基多通道TR组件，结构包括具有信号传输、无源元件集成和芯片载体的多层硅基基板1，用于实现TR组件各类具体功能的微波单片集成电路和数字集成电路2，顶部用于密封和保护的高阻硅硅帽3；多层硅基基板至少包括三层金属布线，金属采用铜（Cu）材料，硅基表面使用多层低介电常数的介质材料进行金属层之间的隔离和表面钝化保护，硅基基板内部制作多个硅基金属过孔（TSV）作为微波芯片接地、内部高功耗元器件的散热通道以及微波信号垂直传输的关键部分，硅基材料四周设置有对外的控制及微波接口，本发明优点：能实现40GHz以内的多通道TR组件，微波性能优良，可实现TR组件的小型化和低成本化。
Description
技术领域
本发明涉及及的是一种硅基多通道TR组件及设计方法，属于射频微系统技术领域，实现40GHz频率以下。
背景技术
近年来，随着有源相控阵的发展向薄型化、轻量化、高频化、多功能化潮流发展，对系统集成的要求越来越迫切，共形相控阵的需求要求TR组件也必须进行超薄型方向发展。传统的TR组件一般基于多层基板技术进行研制，多层基板技术主要为厚膜工艺，线宽为mm量级，若进行更高精度的要求，则必然带来成品率的大幅下降，成本急剧升高。同时加工精度的限制也一定程度影响了组件的体积，因此，现有技术存在的问题是：采用多层基板设计的TR组件无法进一步的减小体积。
发明内容
本发明提出的是一种硅基多通道TR组件及设计方法，其目的是不仅工作频率较高（40GHz以内）性能优异，同时采用微电子薄膜工艺加工的TR组件体积更小，厚度更薄。
本发明的技术解决方案为：硅基多通道TR组件，其结构包括具有信号传输、无源元件集成和芯片载体的多层硅基基板1，用于实现TR组件各类具体功能的微波单片集成电路和数字集成电路2，顶部用于密封和保护的高阻硅硅帽3；
所述多层硅基基板至少包括三层金属布线，金属采用铜（Cu）材料，硅基表面使用多层低介电常数的介质材料进行金属层之间的隔离和表面钝化保护，硅基基板内部制作多个硅基金属过孔（TSV）作为微波芯片接地、内部高功耗元器件的散热通道以及微波信号垂直传输的关键部分。
本发明的优点：
1）采用高阻硅基基板结构，内部可集成无源元件，实现多种功能，集成
度高；
2）利用微电子薄膜工艺进行加工，加工精度可达微米量级，精度高；
3）高阻硅基基板内部采用TSV技术，通过TSV可实现微波芯片的多层
堆叠，进一步减小体积；
4）高阻硅基基板、高阻硅硅帽间通过低温圆片级键合可达到气密性要求；
5）能实现40GHz以内的多通道TR组件，微波性能优良，可实现TR组件的小型化和低成本化。
附图说明
图1是硅基TR组件分层立体示意图。
图2是三层结合示意图。
图3是硅基基板示意图，顶部包含了三层金属布线，同时利用多层低介常数的介质材料进行隔离和钝化。301为用于实现各项功能的微波、数字芯片，上述芯片通过微组装方法到基板表面进行安装。
图4是硅基平面盖板示意图。
图5是具有腔体的硅基基板示意图。
图4、图5是通过键合方法实现硅帽制作。
具体实施方式
如图1、图2，硅基多通道TR组件，其结构包括信号传输、无源元件集成和芯片载体的多层硅基基板，用于实现TR组件各类具体功能的微波单片集成电路和数字集成电路，顶部用于密封和保护的高阻硅硅帽；
如图3，硅基基板顶部至少包括三层金属布线，基板采用高阻硅作为衬底，硅基表面使用多层低介电常数的介质材料进行金属层之间的隔离和表面钝化保护，基板表面利用多层技术设计组件所需的各类无源元件如功分器、电阻、电容、滤波器等等。硅基基板内部制作多个硅基金属过孔（TSV）作为微波芯片接地、内部高功耗元器件的散热通道以及微波信号垂直传输的关键部分。硅基材料四周设置有对外的控制及微波接口。
所述的TSV通孔作为微波信号的传输关键部分。
所述的硅基基板包括无源元件。
所述的硅基基板对外接口为共面波导、微带线等平面传输线。
如图4，图5，高阻硅硅帽由两层硅片键合而成，一层硅片形成腔体，一层硅片与形成腔体硅片键合，形成完整硅帽。将高阻硅硅帽焊接到硅基基板表面，实现TR组件气密性。
实施例
如图1-5所示，硅基多通道TR组件，包括硅基基板、微波和数字单片集成电路、高阻硅硅帽；硅基基板顶部金属采用三层布线设计，硅基表面使用多层低介电常数的介质材料进行金属层之间的隔离和表面钝化保护，上下金属之间采用金属通孔实现互连，硅基基板表面集成了电阻、电容、功分器、滤波器无源元件，实现无源器件的小型化，硅基基板内部制作多个硅基金属过孔（TSV）作为微波芯片接地、内部高功耗元器件的散热通道以及微波信号垂直传输。硅基表面制作各类图形形成各类微波与数字集成电路安装位置，微波与数字集成电路通过微组装的方式安装到硅基基板表面，硅基材料四周设计有对外的控制及微波接口；组件封装材料同样采用高阻硅材料，高阻硅通过刻蚀方法形成腔体，内腔涂镀金属材料，高阻硅硅帽通过低温圆片级键合工艺焊接到硅基基板表面，实现TR组件的密封及保护。
基于硅基材料的多通道TR组件，包括实现信号传输、互连、无源元件以及各类芯片载体的高阻硅基基板；实现TR组件收发、控制等功能的微波单片集成电路、数字集成电路；采用高阻硅材料制作的硅帽。该技术采用高精度的微电子工艺加工实现超细线宽布线，采用圆片级封装实现TR组件的封装。
其中高阻硅基基板至少包括三层金属布线，基板采用高阻硅作为衬底，硅基表面使用多层低介电常数的介质材料进行金属层之间的隔离和表面钝化保护，基板表面利用多层技术设计组件所需的各类无源元件如功分器、电阻、电容、滤波器等等，硅基基板内部制作多个硅基金属过孔（TSV）作为微波芯片接地、内部高功耗元器件的散热通道以及微波信号垂直传输的关键部分。
硅基材料四周设置有对外的控制及微波接口。
硅基基板顶部利用圆片级封装方法，采用低温键合工艺手段将制作完备的高阻硅硅帽键合到硅基基板表面，实现硅基TR组件的封装。
Claims (5)
1.硅基多通道TR组件，其特征在于：包括具有信号传输、无源元件集成和芯片载体的多层硅基基板（1），用于实现TR组件各类具体功能的微波单片集成电路和数字集成电路（2），顶部用于密封和保护的高阻硅硅帽（3）；
所述多层硅基基板至少包括三层金属布线，金属采用铜（Cu）材料，硅基表面使用多层低介电常数的介质材料进行金属层之间的隔离和表面钝化保护，硅基基板内部制作多个硅基金属过孔（TSV）作为微波芯片接地、内部高功耗元器件的散热通道以及微波信号垂直传输的关键部分，硅基材料四周设置有对外的控制及微波接口；
所述高阻硅硅帽采用低温圆片级键合技术焊接到硅基基板表面，实现组件气密性；
所述高阻硅硅帽由两层硅片键合而成，一层硅片形成腔体，一层硅片与形成腔体硅片键合，形成完整硅帽；
所述硅基基板的顶部利用圆片级封装方法，采用低温键合工艺手段将制作完备的高阻硅硅帽键合到硅基基板表面，实现硅基TR组件的封装。
2.根据权利要求1所述硅基多通道TR组件，其特征在于：所述硅基金属过孔（TSV）通孔不仅传输低频信号，也进行微波信号传输，具有频率特性。
3.根据权利要求1所述硅基多通道TR组件，其特征在于：所述硅基基板表面集成了无源元件，实现了无源元件的小型化。
4.根据权利要求1所述硅基多通道TR组件，其特征在于：所述硅基基板表面采用微组装方式将各类微波单片集成电路、数字集成电路安装到硅基表面，从而具备完整TR功能。
5.根据权利要求1所述硅基多通道TR组件，其特征在于：所述的硅基基板对外接口为共面波导、微带线平面传输线。
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