基于硅基MEMS工艺的Ka波段四通道短砖式三维集成T/R微系统

基于硅基微电子机械系统(MEMS)工艺设计了一种Ka波段四通道短砖式三维集成T/R微系统,实现四通道收发及功率合成功能。器件每个通道具备6 bit数控移相、5 bit数控衰减、电源调制等功能。该T/R微系统由两层硅基MEMS模块堆叠而成,每层硅基模块内部异构集成多个单片微波集成电路(MMIC),内部采用硅通孔(TSV)实现垂直互连,层间采用植球互连,器件尺寸为18 mm×19.5 mm×3 mm。经测试,在33～37 GHz频段内,器件单通道饱和发射功率大于30 dBm,接收增益约为35 dB,噪声系数小于4.6 dB。器件兼顾高性能和高集成度,可应用于雷达相控阵系统。     

基于MEMS技术的三维集成K波段四通道T/R微系统

为满足有源相控阵雷达小型化需求,基于微电子机械系统(MEMS)多层3D封装技术研制了一种超小尺寸K波段四通道T/R微系统。该器件结合高精度晶圆、微凸点、重布线层(RDL)、硅通孔(TSV)等先进封装技术,将功能芯片和硅片进行纵向堆叠,实现了异质异构的三维集成,具有限幅、低噪声放大、功率放大、5 bit数控衰减、6 bit数控移相、串并转换等功能。器件尺寸仅为10.3 mm×10.3 mm×3.88 mm,质量为1.1 g,体积、质量均减小至传统砖式模块的1/10。实测噪声系数3.29 dB,接收增益19.22 dB,发射输出功率22 dBm,功率一致性优于±0.6 dB。实测结果与仿真结果吻合,为T/R前端的小型化研究提供了参考。     

一种集成环行器的X波段三维异构集成T/R模组

微电子机械系统(MEMS)环行器被广泛应用于射频(RF)T/R微系统中,解决共用天线且收发隔离的问题。基于硅基三维(3D)异构集成工艺,设计了一种集成MEMS环行器的X波段T/R模组。该模组以高阻硅为介质基板,在硅基板上、下表面电镀金属图形,并堆叠多层硅基晶圆,在硅基模组上封装了集成无源器件(IPD)环行器,完成了多种微波芯片和MEMS环行器的系统级封装(SiP),将环行器紧凑集成在硅基T/R模组中。模组尺寸为12.0 mm×11.3 mm×2.0 mm。测试结果表明,在8～12 GHz频带内,模组接收通道增益为27 dB,接收通道噪声系数小于3.2 dB;发射通道增益为33 dB,饱和输出功率大于2 W。     

基于三维异构集成技术的X波段4通道收发模组

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计了一款适用于相控阵天线系统的三维堆叠4通道T/R模组。模组由3层功能芯片堆叠而成,3层功能芯片之间采用贯穿硅通孔(TSV)和球栅阵列实现电气互连;模组集成了6位数控移相、6位数控衰减、串转并、负压偏置和电源调制等功能,最终尺寸为12 mm×12 mm×3.8 mm。测试结果表明,在X波段内,模组的饱和发射输出功率为30 dBm,单通道发射增益可达27 dB,接收通道增益为23 dB,噪声系数小于1.65 dB。该模组性能优异,集成度高,适合批量生产。     

基于异构集成技术的相控阵T/R组件微系统

基于硅基微电子机械系统(MEMS)工艺和三维异构集成技术,研制了一款硅基X波段2×2相控阵T/R组件.该组件采用收发一体多功能芯片方案,将所有器件封装于两层硅基中.其中上层硅基集成了低噪声放大器、功率放大器、开关、电源调制驱动器和PMOSFET等芯片,下层硅基集成了多功能芯片、串/并转换芯片以及逻辑运算芯片;两层硅基封装之间通过植球进行堆叠.最终样品尺寸仅为20 mm×20 mm×3 mm.实测结果显示,在8～ 12 GHz内,该T/R组件饱和输出功率约为29 dBm,接收增益约为21 dB,接收噪声系数小于3 dB,在具备优良射频性能的同时实现了组件的小型化.     

一种基于硅基MEMS三维异构集成技术的T/R组件

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段双通道T/R组件。该组件由两层硅基结构通过球栅阵列(BGA)植球堆叠而成,上下两层硅基封装均采用5层硅片通过硅通孔(TSV)、晶圆级键合工艺实现。组件集成了六位数控移相、六位数控衰减、串转并、电源调制、逻辑控制等功能,最终组件尺寸仅为15 mm×8 mm×3.8 mm。测试结果表明,在Ku波段内,该组件发射通道饱和输出功率大于24 dBm,单通道发射增益大于20 dB,接收通道增益大于20 dB,噪声系数小于3.0 dB。该组件性能好,质量轻,体积小,加工精确度高,组装效率高。     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

应用于MEMS封装的TSV工艺研究

开展了应用于微机电系统(MEMS)封装的硅通孔(TSV)工艺研究,分析了典型TSV的工艺,使用Bosch工艺干法刻蚀形成通孔,气体SF6和气体C4F8的流量分别为450和190 cm3/min,一个刻蚀周期内的刻蚀和保护时长分别为8和3 s;热氧化形成绝缘层;溅射50 nm Ti黏附阻挡层和1μm Cu种子层;使用硫酸铜和甲基磺酸铜体系电镀液电镀填充通孔,比较了双面电镀和自下而上电镀工艺;最终获得了硅片厚度370μm、通孔直径60μm TSV加工工艺。测试结果证明:样品TSV无孔隙;其TSV电阻值小于0.01Ω;样品气密性良好。     

基于三维集成技术的Ku波段四通道T/R模块

基于三维集成技术研制了一款适用于表面贴装技术的Ku波段四通道T/R模块.模块内部设计成两层层叠结构,层间使用球栅阵列实现互连,仿真分析模块微波垂直互连结构、腔体谐振和散热模型,实现模块的小型化.模块集成了数控移相、数控衰减和串并转换等功能,由幅相控制多功能芯片、开关功率放大器芯片、限幅低噪声放大器和控制芯片构成.测试结果显示,在Ku波段内,单路发射通道饱和输出功率大于30 dBm,接收通道增益大于20 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸为16 mm×16 mm×2.5 mm.     

基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz～18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。     

T/R组件自动测试技术研究

系统论述了T／R组件自动测试系统的各项组成及原理，包括脉冲矢量测试系统原理及连续波矢量网络分析仪实现高功率脉冲测试的原理。介绍了测试装置、程序流程图和关犍技术。     

收发组件测试技术研究

针对有源相控阵雷达系统研制生产中大量的收发组件测试工作,提出了一种改进的收发组件的测试方法.针对不同的应用需求,分别介绍了典型的收发组件测试系统及改进型的测试系统.在改进型测试系统中,采用了一种基于单片杌的核心控制板对收发组件的电源和工作时序进行保护.并提出了一种基于核心控制板的收发组件测试系统组建方案,该测试系统方案自动化程度高、通用性强并对测试过程具有完善保护.该方案组建的测试系统,具有测试效率高、人工操作少及组建成本低等优点.     

雷达T/R组件的精密清洗技术

雷达T／R组件具有很高的可靠性要求,但制造过程中难免在T／R组件内部会留下一些残留物,诸如焊剂残留、焊锡球和灰尘颗粒等,对T／R组件的可靠性造成潜在威胁。介绍了高频扫频超声波清洗技术、兆声波清洗技术、汽相清洗技术和等离子体清洗技术在T／R组件制造过程中的应用,并且指出这些清洗技术对提高T／R组件的可靠性具有很重要的作用。     

柔性薄膜收发组件技术研究

采用有源相控阵技术的薄膜合成孔径雷达因其全天候、大范围、高精度的探测能力,受到各国广泛重视。柔性薄膜T/ R 组件,由于其重量轻、厚度薄、可弯曲的特性,可以满足天基预警雷达柔性薄膜天线的需要。柔性 薄膜收发组件作为薄膜合成孔径雷达的核心部件,成为薄膜合成孔径雷达(SAR)的关键。文中对柔性薄膜T/ R 组件的接收和发射电路、弯曲特性进行了仿真分析,并对该T/ R 组件样机进行测试验证,获得了工作频段为L 波段,接收增益大于24dB,噪声系数小于2dB,发射功率大于1W,弯曲对带内的损耗影响小于0. 1dB,对带内的相位影响小于2°的结果,其在噪声和接收性能上具有先进性,并对工程应用具有一定的实际参考意义。     

微型片式收发组件技术研究

针对采用有源相控阵技术的高分辨率合成孔径雷达(SAR)应用要求,设计制作了一款尺寸小、重量 轻、厚度薄、可与片式天线阵面相兼容的片式T/ R 组件,对该片式T/ R 组件的接收和发射电路、垂直互连性能进行了 仿真分析,并对该T/ R 组件样机进行测试验证,在X 波段获得的测试结果为:接收增益大于24 dB,噪声系数小于3 dB,发射功率大于1 W,垂直互连的端口驻波小于1. 35,垂直互连的插损小于0. 2 dB。尺寸仅为10 mm×10 mm×5 mm ,可应用于相关工程中。     

一体化固态T/R组件前级电源设计

本文对基于隔离ZCS-Sepic-PFC变换器构成的一体化固态T/R组件前级电源的设计进行了描述。该变换器开关利用电感和电容谐振实现了零电流开关(ZCS),在高频化的同时降低了开关损耗,同时该变换器具有功率因数校正(PFC)的特性,适合应用于ac/dc电源中。文中对电路工作原理和功率因数校正的特性进行了详细分析,并给出组件前级电源的参数设计及电源部分工作波形。     

一种模拟T/R与变频模块一体设计的组件

为适应雷达高功率、小型化的要求,设计一种模拟T/R和变频部分为一体的T/R组件.对结构合理设计,缩减每个通道的宽度,保证后续波束的合成精度,实现小体积下的通道间距.为T/R的多通道、小型化、一体化提供一种设计参考.