一种W波段多通道收发系统及制备方法与流程

一种w波段多通道收发系统及制备方法技术领域1.本发明属于微波微电子封装技术领域，具体涉及一种w波段多通道收发系统及制备方法。背景技术：2.随着微波毫米波技术的发展，一体化、小型化、集成化成为射频微系统组件的发展趋势。相比传统的微波系统，更高频段的毫米波系统更容易实现小型化、集成化。常用实现小型化、集成化的方法有：(1)单片集成技术，将功率放大器、驱动放大器、低噪声放大器、开关电路、数控衰减器、数控移相器等两个或多个单功能电路集成在一个微波单片电路上，从而大幅度缩减芯片面积；(2)三维封装集成技术，通过tsv技术、三维异构集成技术、bga植球技术等，将射频前端、信号处理、逻辑控制等多种功能结构垂直堆叠在一起，达到缩小模块尺寸、实现层间互联、提高系统功能的目的。3.2016年，刘超等人发表了“基于sige bicmos工艺的x和ka波段t/r多功能芯片设计”，设计出包括数控移相器、低噪声放大器、功率放大器和收发控制开关的单片集成x和ka波段t/r多功能芯片，为x和ka波段相控阵系统的小型化和低成本提供了良好的条件。但多功能芯片组成多通道系统时，芯片之间缺少电磁屏蔽，会影响收发系统的隔离度。4.2017年，张先荣发表了“一种低损耗毫米波垂直互联设计”，利用bga技术，在两层射频电路基板间，焊接bga焊球，实现ka波段的信号垂直互联，对毫米波微系统三维集成封装设计具有重要的借鉴意义。但是由于bga工艺限制，无法将此技术应用于更高的v波段和w波段。5.2018年，王健等人发表了“一种射频系统的三维系统级封装设计与实现”，将射频部分和数字部分分别放在上下两层基板，减小两部分之间的干扰，同时通过增加金属屏蔽罩，并对各链路进行分腔设计，有效地对射频链路进行隔离，增加系统的抗干扰能力。但是由于在上下基板之间采用柔性板材连接，适用于较低频率，无法应用于更高频率。6.2019年，王驰等人发表了“基于硅基mems工艺的x频段三维集成射频微系统”，提出将多功能芯片、mems滤波器等多种射频器件集成在硅晶圆上，利用tsv技术和晶圆级键合工艺，实现x频段的射频前端小型化。该技术适用于射频器件的二维方向的集成，无法实现三维集成。7.目前，射频微系统的三维堆叠结构主要采用硅基mems三维异构集成工艺、tsv工艺、bga工艺等，适用于ka及以下波段，无法应用在v波段、w波段等更高频段。技术实现要素：8.本发明实施例提供一种w波段多通道收发系统及制备方法，旨在实现w波段多通道电路的高密度封装，提高w波段多通道收发系统的集成度。9.为实现上述目的，第一方面，本发明采用的技术方案是：提供一种w波段多通道收发系统的制备方法，所述封装方法包括：10.采用硅基mems三维异构集成工艺微型化封装发射子阵，得到发射子阵封装体，并在所述发射子阵封装体内设置第一siw结构及第一波导转换结构；11.采用硅基mems三维异构集成工艺微型化封装接收子阵，得到接收子阵封装体，并在所述接收子阵封装体内设置第二siw结构及第二波导转换结构；12.采用晶圆级键合工艺，将所述发射子阵封装体和所述接收子阵封装体进行堆叠封装，并使所述第一波导转换结构与所述第二波导转换结构上下垂直连通，所述第一siw结构与所述第二siw结构分设在所述第一波导转换结构和所述第二波导转换结构相对的两侧。13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述发射子阵封装体的制备方法包括：14.采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板和第四硅基板，并在其中的硅基板上制备第一siw结构和第一波导转换结构；15.采用晶圆级键合工艺将第一硅基板和第二硅基板键合，并形成腔体；16.采用晶圆级键合工艺将第三硅基板和第四硅基板键合，形成盖板；17.采用微组装工艺，将开关控制芯片和功率放大微波单片胶粘在各硅基板形成腔体中，并与第二硅基板进行键合；18.采用晶圆级键合工艺，将第三硅基板与第二硅基板进行晶圆级键合，实现发射子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔实现上下互连。19.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述接收子阵封装体的制备方法包括：20.采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板和第八硅基板，并在其中的硅基板上制备第二siw结构和第二波导转换结构；21.采用晶圆级键合工艺将第五硅基板和第六硅基板键合，并形成腔体；22.采用晶圆级键合工艺将第七硅基板和第八硅基板进行键合，形成盖板；23.采用微组装工艺，将低噪音放大微波单片胶粘在腔体中，并与第六硅基板进行键合；24.采用晶圆级键合工艺，将第七硅基板与第六硅基板进行晶圆级键合，实现接收子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔实现上下互连。25.第二方面，本发明实施例还提供了一种w波段多通道收发系统，基于所述的制备方法，包括堆叠相连的发射子阵封装体和接收子阵封装体；所述发射子阵封装体内设有第一siw结构、第一波导转换结构、功率放大微波单片和开关控制芯片；所述接收子阵封装体内设有第二siw结构、第二波导转换结构和低噪声放大微波单片；所述第一波导转换结构与所述第二波导转换结构垂直连通，所述第一siw结构与所述第二siw结构分设在所述第一波导转换结构和所述第二波导转换结构相对的两侧；其中，所述发射子阵封装体和所述接收子阵封装体通过垂直硅通孔形成信号互连。26.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述发射子阵封装体包括依次堆叠的第一硅基板、第二硅基板、第三硅基板和第四硅基板；所述第一硅基板作为底板，以胶粘所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片；所述第二硅基板和所述第三硅基板上设有垂直连通孔，以形成封装所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片的腔体；所述第四硅基板作为盖板，以封闭所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片。27.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述功率放大微波单片和所述开关控制芯片通过键合丝分别与所述第二硅基板键合。28.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述第一siw结构和第一波导转换结构设置于所述第二硅基板上，且所述第一siw结构和第一波导转换结构位于四周垂直硅通孔围设的屏蔽区域内。29.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述接收子阵封装体包括依次堆叠的第五硅基板、第六硅基板、第七硅基板和第八硅基板；所述第五硅基板作为底板，以胶粘所述低噪声放大微波单片；所述第六硅基板和所述第七硅基板上设有垂直连通孔，以形成封装所述低噪声放大微波单片的腔体；所述第八硅基板作为盖板，以封闭所述低噪声放大微波单片。30.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述低噪声放大微波单片通过键合丝与所述第六硅基板键合。31.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述第二siw结构和第二波导转换结构设置于所述第六硅基板上，且所述第二siw结构和第二波导转换结构位于四周的垂直硅通孔构成屏蔽区域内。32.本发明提供的w波段多通道收发系统，与现有技术相比，有益效果在于：通过硅基mems三维异构集成工艺、微组装工艺，解决w波段多通道电路的高密度封装；同时在发射前端和接收前端设计波导转换结构，通过晶圆级键合，实现w波段信号在垂直方向高品质传输，提高w波段多通道收发系统的集成度。附图说明33.图1为本发明实施例提供的w波段多通道收发系统的发射子阵封装体的结构示意图；34.图2为本发明实施例提供的w波段多通道收发系统的接收子阵封装体的结构示意图；35.图3为本发明实施例提供的w波段多通道收发系统的结构示意图；36.图4为图1所示的发射子阵封装体的硅基板上第一siw结构与第一波导转换结构部分的俯视结构示意图；37.图5为图2所示的接收子阵封装体的硅基板上第二siw结构与第二波导转换结构部分的俯视结构示意图；38.图6为本发明实施例提供的siw结构和波导转换结构剖视图；39.附图标记说明：40.001、第一硅基板；002、第二硅基板；003、第三硅基板；004、第四硅基板；005、第一siw结构；006、第一波导转换结构；007、功率放大微波单片；008、开关控制芯片；009、键合丝；010、垂直硅通孔；011、第五硅基板；012、第六硅基板；013、第七硅基板；014、第八硅基板；015、第二siw结构；016、第二波导转换结构；017、低噪音放大微波单片。具体实施方式41.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。42.请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的w波段多通道收发系统进行说明。所述w波段多通道收发系统的制备方法，所述封装方法包括：43.步骤一，参见图1，采用硅基mems三维异构集成工艺微型化封装发射子阵，得到发射子阵封装体，并在发射子阵封装体内设置第一siw结构005及第一波导转换结构006；44.步骤二，参见图2，采用硅基mems三维异构集成工艺微型化封装接收子阵，得到接收子阵封装体，并在接收子阵封装体内设置第二siw结构015及第二波导转换结构016；45.步骤三，参见图3至图6，采用晶圆级键合工艺，将发射子阵封装体和接收子阵封装体进行堆叠封装，并使第一波导转换结构006与第二波导转换结构上下垂直连通，第一siw结构005与第二siw结构015分设在第一波导转换结构006和第二波导转换结构相对的两侧。46.步骤四，进行清洗工艺，完成毫米波收发系统的三维封装堆叠工艺。47.本实施例制备的w波段多通道收发系统，与现有技术相比，效果如下：48.(1)随着微波毫米波技术的发展，对射频系统组件一体化、小型化、集成化的要求越来越高，传统的二维封装结构已经很难满足要求，本发明采用三维封装堆叠工艺，实现了微波电路的系统的小型化。49.(2)本发明采用晶圆级键合工艺，将发射子阵和接收子阵进行堆叠，在发射前端和接收前端设计垂直连通的波导转换结构，通过晶圆级键合，实现w波段信号的垂直传输，提高空间利用率，实现高集成、小型化。50.(3)本发明采用硅基mems三维异构集成工艺，将射频电路进行封装，解决了常规封装技术在高密度集成时遇到的电磁兼容难题；同时，采用三维堆叠工艺，提高了射频系统的设计灵活度。51.其中，siw结构为微带过渡结构。52.本实施例步骤一中，参见图1，发射子阵封装体的制备方法包括：53.第一步，采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第一硅基板001、第二硅基板002、第三硅基板003和第四硅基板004，并在其中的硅基板上制备第一siw结构005和第一波导转换结构006；54.第二步，采用晶圆级键合工艺将第一硅基板001和第二硅基板002键合，并形成腔体；55.第三步，采用晶圆级键合工艺将第三硅基板003和第四硅基板004键合，形成盖板；56.第四步，采用微组装工艺，将开关控制芯片008和功率放大微波单片007采用导电胶胶粘在各硅基板形成腔体中，并与第二硅基板002进行键合；57.第五步，采用晶圆级键合工艺，将第三硅基板003与第二硅基板002进行晶圆级键合，实现发射子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔010实现上下互连。58.本实施例提供的发射子阵封装体，采用了但不局限于四层硅基板，各硅基板的厚度也不做限定。例如，可以采用两层硅基板、三层硅基板、五层硅基板等，第一siw结构005也不局限于制作在第二硅基板002上。59.对于接收子阵封装体亦相同，且发射子阵封装体和接收子阵封装体的总体高度，层数，及各层层高可以相同，也可以部分相同，也可以不相同。60.步骤二中，参见图2，所述接收子阵封装体的制备方法包括：61.第一步，采用干法刻蚀、溅射和电镀，制备第五硅基板011、第六硅基板012、第七硅基板013和第八硅基板014，并在其中的硅基板上制备第二siw结构015和第二波导转换结构016；62.第二步，采用晶圆级键合工艺将第五硅基板011和第六硅基板012键合，并形成腔体；63.第三步，采用晶圆级键合工艺将第七硅基板013和第八硅基板014进行键合，形成盖板；64.第四步，采用微组装工艺，将低噪音放大微波单片017采用导电胶胶粘在腔体中，并与第六硅基板012进行键合；65.第五步，采用晶圆级键合工艺，将第七硅基板013与第六硅基板012进行晶圆级键合，实现接收子阵的封装，电信号通过各硅基板内的垂直硅通孔010实现上下互连。66.基于同一发明构思，参见图1至图6，本技术实施例还提供了一种w波段多通道收发系统，基于所述的制备方法，包括堆叠相连的发射子阵封装体和接收子阵封装体；发射子阵封装体内设有第一siw结构005、第一波导转换结构006、功率放大微波单片007和开关控制芯片008；接收子阵封装体内设有第二siw结构015、第二波导转换结构016和低噪声放大微波单片；第一波导转换结构006与第二波导转换结构垂直连通，第一siw结构005与第二siw结构015分设在第一波导转换结构006和第二波导转换结构相对的两侧；其中，发射子阵封装体和接收子阵封装体通过垂直硅通孔010形成信号互连。67.本实施例提供的w波段多通道收发系统，通过siw结构和波导转换结构实现w波段信号的垂直方向高品质传输。68.作为本技术实施例提供的w波段多通道收发系统的一种具体实施方式，参见图1，发射子阵封装体包括依次堆叠的第一硅基板001、第二硅基板002、第三硅基板003和第四硅基板004；第一硅基板001作为底板，以胶粘功率放大微波单片007和开关控制芯片008；第二硅基板002和第三硅基板003上设有垂直连通孔，以形成封装功率放大微波单片007和开关控制芯片008的腔体；第四硅基板004作为盖板，以封闭功率放大微波单片007和开关控制芯片008。69.其中，发射子阵封装体内可以设置多个封装腔体，以封装不同功能的元件，开关控制芯片008是控制发射和接收之间的切换，也可以设置在接收子阵封装体内。且，发射子阵封装体也可以键合在接收子阵封装体的下方。70.本实施例提供的发射子阵封装体中，功率放大微波单片007和开关控制芯片008通过键合丝009分别与第二硅基板002键合。在其他的实施例中，还可以键合在第三硅基板003上，或除最顶层的硅基板以外的其他硅基板上。71.本实施例提供的发射子阵封装体中，参见图4，第一siw结构005和第一波导转换结构006设置于第二硅基板002上，且第一siw结构005和第一波导转换结构006位于四周垂直硅通孔010围设的屏蔽区域内，避免信号受到干扰。在其他的实施例中，还可以键合在第三硅基板003上，或除最顶层的硅基板以外的其他硅基板上。同时，由于发射和接收的波导转换结构，或者波导腔需要连通，因此对应的设置即可。72.接收子阵封装体的结构和设计理念与发射子阵封装体相同，后面不再赘述。73.本实施例提供的接收子阵封装体中，参见图2，接收子阵封装体包括依次堆叠的第五硅基板011、第六硅基板012、第七硅基板013和第八硅基板014；第五硅基板011作为底板，以胶粘低噪声放大微波单片；第六硅基板012和第七硅基板013上设有垂直连通孔，以形成封装低噪声放大微波单片的腔体；第八硅基板014作为盖板，以封闭低噪声放大微波单片。74.本实施例提供的接收子阵封装体中，低噪声放大微波单片通过键合丝009与第六硅基板012键合。75.本实施例提供的接收子阵封装体中，参见图5，第二siw结构015和第二波导转换结构016设置于第六硅基板012上，且第二siw结构015和第二波导转换结构016位于四周的垂直硅通孔010构成屏蔽区域内，避免信号受到干扰。76.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。77.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。