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。     

新型三维立体集成接收模块设计与实现

讨论了不同种三维集成技术设计方法,利用LGA结构方式设计上下基板间垂直互连,通过垂直过孔与地平面之间寄生参数的优化,达到高频宽带匹配。设计两通道X波段接收模块,将上述垂直互连结构运用到该模块结构设计中,减小模块体积。该接收模块接收增益大于31dB,噪声系数小于3.5dB,移相精度小于4°,体积仅为24mm×15mm×8mm,封装效率达到100%。     

一种基于MEMS体硅工艺的三维集成T/R模块

采用微电子机械系统(MEMS)体硅三维异构集成技术,设计了一种应用于雷达的四通道瓦片式三维集成T/R模块.该模块由三层硅基封装堆叠而成,每层硅基封装内部腔体异构集成多个单片微波集成电路(M MIC),内部采用硅通孔(TSV)实现互连,层间通过焊球互连.模块最终尺寸为8 mm×8 mm×3.5 mm.装配完成后对该模块进行测试,测试结果表明,在34～36 GHz内,模块的饱和发射功率为21 dBm,单通道发射增益达到21 dB,接收增益为23 dB,接收噪声系数小于3.5 dB,同时具备6 bit数控移相和5 bit数控衰减等功能.该模块在4个通道高密度集成的基础上实现了较高的性能.     

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。     

Ku波段SiGe幅相多功能芯片设计

幅相多功能芯片是相控阵雷达的关键部件。为了降低前端收发组件的尺寸和成本,本文采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了一款Ku波段幅相多功能芯片,单片集成了接收通道和发射通道,芯片面积2.5 mm×4.5mm。研制的多功能芯片的接收通道含前端低噪声放大器、六位数控衰减器、驱动放大器、单刀双掷开关、六位数控移相器;发射通道含六位数控移相器、单刀双掷开关、驱动放大器、中功率放大器。此外,为了进一步提高芯片的集成度,采用片上集成的电源管理单元和数字逻辑单元实现电源电压变换、衰减器和移相器的逻辑控制以及收发通道切换等功能。实测结果表明:在f1~f2(1GHz带宽)频带内,实现了发射增益17dB,发射功率(Psat)21.7dBm;接收增益-3dB,接收输入功率(P-1)-8.5dBm,接收噪声系数6.5dB;5.625°移相步进,移相精度(RMS)4.5°;0.5dB衰减步进,衰减精度(0.3dB+7%AS)。     

基于垂直互连技术的上下变频多芯片模块

采用垂直互连技术研制了一种X波段上下变频多芯片模块,实现了微波单片集成电路和介质基板在三维微波互连结构中的平稳转换、保证了微波信号的有效传输.简要分析了垂直互连对微波传输的影响和解决方法,应用微波仿真软件建立了互联结构的三维电磁场模型,对垂直互连结构进行了仿真优化.实测结果和仿真结果吻合良好.最后在较小尺寸盒体内实现了上变频链路、下变频链路、电源管理、TTL检测四个功能.模块测试结果表明,下变频链路的变频增益大于51 dB,噪声系数小于6 dB,杂散抑制小于65 dBc;上变频链路的变频增益大于9 dB,1 dB压缩点输出功率大于11 dBm,杂散抑制小于55 dBc;模块尺寸为80 mm×42 mm×15 mm,达到了小型化设计要求.     

基于LTCC的X波段四通道发射SiP模块

面向雷达相控阵系统应用,研制了一款X波段四通道发射封装内系统(SiP)模块。SiP模块采用低温共烧陶瓷(LTCC)基板,共28层,设计最小线宽为150μm,且内置埋阻。模块集成了驱动放大器、低噪声放大器(LNA)、幅相多功能等芯片,并将四功分器和交叉带状线网络设计于基板内部,提高了模块的集成度和通道间隔离度,采用内部互连的LTCC基板实现了多种有源器件和无源结构的三维集成。测试结果表明,在工作频率9～10.5 GHz, SiP模块单通道增益≥37 dB,输出功率可达24 dBm,通道间隔离度≥25 dB。SiP模块尺寸仅为20 mm×20 mm×2.65 mm,质量约3.35 g。实现了X波段多通道SiP模块的高性能、高集成度和小型化,可广泛应用于相控阵雷达的T/R组件中。     

Ku波段GaN一片式收发组件芯片

报道了一款应用于Ku波段的GaN T/R MMIC。该芯片采用0.15μm GaN HEMT器件工艺制造,集成了T/R组件的接收通道和发射通道,芯片面积7.00mm×3.32mm。研制的MMIC集成了5位数字衰减器、5位数字移相器、前级低噪声放大器、后级低噪声放大器、驱动放大器、功率放大器、公用支路的小信号开关和收发切换的功率开关。在16~17GHz工作频带内测得该芯片接收通道增益大于21dB,噪声系数小于3.5dB;发射通道增益大于20.8dB,饱和功率大于40.8dBm,功率附加效率典型值30%。该芯片上集成的5位数字移相器、5位数字衰减器功能正常,达到设计要求。     

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。     

基于双栅长GaN集成工艺的Ku波段收发芯片

研制了一款Ku波段GaN收发多功能芯片。芯片集成了接收通道的低噪声放大器和发射通道的功率放大器,使用单刀双掷开关实现通道间切换。该芯片采用两种不同栅长集成的GaN HEMT工艺。低噪声放大器使用0.10μm低压低噪声工艺,功率放大器和开关使用0.15μm高压高功率工艺。低噪声放大器采用电流复用结构以降低功耗,功率放大器采用三级电抗式匹配网络以提高芯片输出功率。测试结果表明,在14～18 GHz频带内,发射通道线性增益≥30 dB,饱和输出功率≥40.5 dBm,功率附加效率典型值为23%;接收通道线性增益为24 dB（±0.2 dB）,噪声系数典型值为2.3 dB,功耗仅为140 mW(5 V/28 mA)。芯片面积为4.0 mm×3.0 mm。