硅基多通道tr組件及設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是硅基多通道TR組件，結(jié)構(gòu)包括具有信號(hào)傳輸、無(wú)源元件集成和芯片載體的多層硅基基板1，用于實(shí)現(xiàn)TR組件各類(lèi)具體功能的微波單片集成電路和數(shù)字集成電路2，頂部用于密封和保護(hù)的高阻硅硅帽3；多層硅基基板至少包括三層金屬布線，金屬采用銅（Cu）材料，硅基表面使用多層低介電常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行金屬層之間的隔離和表面鈍化保護(hù)，硅基基板內(nèi)部制作多個(gè)硅基金屬過(guò)孔（TSV）作為微波芯片接地、內(nèi)部高功耗元器件的散熱通道以及微波信號(hào)垂直傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，硅基材料四周設(shè)置有對(duì)外的控制及微波接口，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)40GHz以?xún)?nèi)的多通道TR組件，微波性能優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)TR組件的小型化和低成本化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
硅基多通道TR組件及設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及及的是一種硅基多通道TR組件及設(shè)計(jì)方法，屬于射頻微系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)40GHz頻率以下。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著有源相控陣的發(fā)展向薄型化、輕量化、高頻化、多功能化潮流發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)集成的要求越來(lái)越迫切，共形相控陣的需求要求TR組件也必須進(jìn)行超薄型方向發(fā)展。傳統(tǒng)的TR組件一般基于多層基板技術(shù)進(jìn)行研制，多層基板技術(shù)主要為厚膜工藝，線寬為_(kāi)量級(jí)，若進(jìn)行更高精度的要求，則必然帶來(lái)成品率的大幅下降，成本急劇升高。同時(shí)加工精度的限制也一定程度影響了組件的體積，因此，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是:采用多層基板設(shè)計(jì)的TR組件無(wú)法進(jìn)一步的減小體積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出的是一種硅基多通道TR組件及設(shè)計(jì)方法，其目的是不僅工作頻率較高(40GHz以?xún)?nèi))性能優(yōu)異，同時(shí)采用微電子薄膜工藝加工的TR組件體積更小，厚度更薄。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:硅基多通道TR組件，其結(jié)構(gòu)包括具有信號(hào)傳輸、無(wú)源元件集成和芯片載體的多層硅基基板I，用于實(shí)現(xiàn)TR組件各類(lèi)具體功能的微波單片集成電路和數(shù)字集成電路2，頂部用于密封和保護(hù)的高阻硅硅帽3;
所述多層硅基基板至少包括三層金屬布線，金屬采用銅(Cu)材料，硅基表面使用多層低介電常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行金屬層之間的隔離和表面鈍化保護(hù)，硅基基板內(nèi)部制作多個(gè)硅基金屬過(guò)孔(TSV)作為微波芯片接地、內(nèi)部高功耗元器件的散熱通道以及微波信號(hào)垂直傳輸?shù)年P(guān)鍵部分。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
1)采用高阻硅基基板結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可集成無(wú)源元件，實(shí)現(xiàn)多種功能，集成度高；
2)利用微電子薄膜工藝進(jìn)行加工，加工精度可達(dá)微米量級(jí)，精度高；
3)高阻硅基基板內(nèi)部采用TSV技術(shù)，通過(guò)TSV可實(shí)現(xiàn)微波芯片的多層堆置，進(jìn)一步減小體積；
4)高阻硅基基板、高阻硅硅帽間通過(guò)低溫圓片級(jí)鍵合可達(dá)到氣密性要求；
5)能實(shí)現(xiàn)40GHz以?xún)?nèi)的多通道TR組件，微波性能優(yōu)良，可實(shí)現(xiàn)TR組件的小型化和低成本化。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是娃基TR組件分層立體示意圖。
[0007]圖2是三層結(jié)合示意圖。
[0008]圖3是硅基基板示意圖，頂部包含了三層金屬布線，同時(shí)利用多層低介常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行隔離和鈍化。301為用于實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的微波、數(shù)字芯片，上述芯片通過(guò)微組裝方法到基板表面進(jìn)行安裝。
[0009]圖4是娃基平面蓋板不意圖。
[0010]圖5是具有腔體的硅基基板示意圖。
[0011 ]圖4、圖5是通過(guò)鍵合方法實(shí)現(xiàn)硅帽制作。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1、圖2，硅基多通道TR組件，其結(jié)構(gòu)包括信號(hào)傳輸、無(wú)源元件集成和芯片載體的多層硅基基板，用于實(shí)現(xiàn)TR組件各類(lèi)具體功能的微波單片集成電路和數(shù)字集成電路，頂部用于密封和保護(hù)的高阻硅硅帽；
如圖3，硅基基板頂部至少包括三層金屬布線，基板采用高阻硅作為襯底，硅基表面使用多層低介電常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行金屬層之間的隔離和表面鈍化保護(hù)，基板表面利用多層技術(shù)設(shè)計(jì)組件所需的各類(lèi)無(wú)源元件如功分器、電阻、電容、濾波器等等。硅基基板內(nèi)部制作多個(gè)硅基金屬過(guò)孔(TSV)作為微波芯片接地、內(nèi)部高功耗元器件的散熱通道以及微波信號(hào)垂直傳輸?shù)年P(guān)鍵部分。硅基材料四周設(shè)置有對(duì)外的控制及微波接口。
[0013]所述的TSV通孔作為微波信號(hào)的傳輸關(guān)鍵部分。
[0014]所述的硅基基板包括無(wú)源元件。
[0015]所述的硅基基板對(duì)外接口為共面波導(dǎo)、微帶線等平面?zhèn)鬏斁€。
[0016]如圖4，圖5，高阻娃娃帽由兩層娃片鍵合而成，一層娃片形成腔體，一層娃片與形成腔體硅片鍵合，形成完整硅帽。將高阻硅硅帽焊接到硅基基板表面，實(shí)現(xiàn)TR組件氣密性。
實(shí)施例
[0017]如圖1-5所示，硅基多通道TR組件，包括硅基基板、微波和數(shù)字單片集成電路、高阻硅硅帽；硅基基板頂部金屬采用三層布線設(shè)計(jì)，硅基表面使用多層低介電常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行金屬層之間的隔離和表面鈍化保護(hù)，上下金屬之間采用金屬通孔實(shí)現(xiàn)互連，硅基基板表面集成了電阻、電容、功分器、濾波器無(wú)源元件，實(shí)現(xiàn)無(wú)源器件的小型化，硅基基板內(nèi)部制作多個(gè)硅基金屬過(guò)孔(TSV)作為微波芯片接地、內(nèi)部高功耗元器件的散熱通道以及微波信號(hào)垂直傳輸。硅基表面制作各類(lèi)圖形形成各類(lèi)微波與數(shù)字集成電路安裝位置，微波與數(shù)字集成電路通過(guò)微組裝的方式安裝到硅基基板表面，硅基材料四周設(shè)計(jì)有對(duì)外的控制及微波接口；組件封裝材料同樣采用高阻硅材料，高阻硅通過(guò)刻蝕方法形成腔體，內(nèi)腔涂鍍金屬材料，高阻硅硅帽通過(guò)低溫圓片級(jí)鍵合工藝焊接到硅基基板表面，實(shí)現(xiàn)TR組件的密封及保護(hù)。
[0018]基于硅基材料的多通道TR組件，包括實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸、互連、無(wú)源元件以及各類(lèi)芯片載體的高阻硅基基板;實(shí)現(xiàn)TR組件收發(fā)、控制等功能的微波單片集成電路、數(shù)字集成電路；采用高阻硅材料制作的硅帽。該技術(shù)采用高精度的微電子工藝加工實(shí)現(xiàn)超細(xì)線寬布線，采用圓片級(jí)封裝實(shí)現(xiàn)TR組件的封裝。
[0019]其中高阻硅基基板至少包括三層金屬布線，基板采用高阻硅作為襯底，硅基表面使用多層低介電常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行金屬層之間的隔離和表面鈍化保護(hù)，基板表面利用多層技術(shù)設(shè)計(jì)組件所需的各類(lèi)無(wú)源元件如功分器、電阻、電容、濾波器等等，硅基基板內(nèi)部制作多個(gè)硅基金屬過(guò)孔(TSV)作為微波芯片接地、內(nèi)部高功耗元器件的散熱通道以及微波信號(hào)垂直傳輸?shù)年P(guān)鍵部分。
[0020]硅基材料四周設(shè)置有對(duì)外的控制及微波接口。
[0021]硅基基板頂部利用圓片級(jí)封裝方法，采用低溫鍵合工藝手段將制作完備的高阻硅硅帽鍵合到硅基基板表面，實(shí)現(xiàn)硅基TR組件的封裝。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.硅基多通道TR組件，其特征在于:包括具有信號(hào)傳輸、無(wú)源元件集成和芯片載體的多層硅基基板(I)，用于實(shí)現(xiàn)TR組件各類(lèi)具體功能的微波單片集成電路和數(shù)字集成電路(2)，頂部用于密封和保護(hù)的高阻硅硅帽(3); 所述多層硅基基板至少包括三層金屬布線，金屬采用銅(Cu)材料，硅基表面使用多層低介電常數(shù)的介質(zhì)材料進(jìn)行金屬層之間的隔離和表面鈍化保護(hù)，硅基基板內(nèi)部制作多個(gè)硅基金屬過(guò)孔(TSV)作為微波芯片接地、內(nèi)部高功耗元器件的散熱通道以及微波信號(hào)垂直傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，硅基材料四周設(shè)置有對(duì)外的控制及微波接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述硅基金屬過(guò)孔(TSV)通孔不僅傳輸?shù)皖l信號(hào)，也進(jìn)行微波信號(hào)傳輸，具有頻率特性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述硅基基板表面集成了無(wú)源元件，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源元件的小型化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述硅基基板表面采用微組裝方式將各類(lèi)微波單片集成電路、數(shù)字集成電路安裝到硅基表面，從而具備完整TR功能。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述高阻硅硅帽采用低溫圓片級(jí)鍵合技術(shù)焊接到硅基基板表面，實(shí)現(xiàn)組件氣密性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述的硅基基板對(duì)外接口為共面波導(dǎo)、微帶線平面?zhèn)鬏斁€。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述高阻硅硅帽由兩層硅片鍵合而成，一層硅片形成腔體，一層硅片與形成腔體硅片鍵合，形成完整硅帽。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基多通道TR組件，其特征在于:所述硅基基板的頂部利用圓片級(jí)封裝方法，采用低溫鍵合工藝手段將制作完備的高阻硅硅帽鍵合到硅基基板表面，實(shí)現(xiàn)硅基TR組件的封裝。
【文檔編號(hào)】H01L23/04GK105826275SQ201610159643
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】周駿, 沈國(guó)策, 吳暻
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所