《電子技術應用》
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基于三維集成的小型化Ku波段收發(fā)組件
2022年電子技術應用第5期
劉昊東，吳洪江，余小輝，馬戰(zhàn)剛
中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊050051
摘要： 基于硅基三維集成模塊和印制板(Printed Circuit Board，PCB)混壓工藝，設計了一種小型化Ku波段收發(fā)組件，并對其原理方案和具體實現(xiàn)進行了介紹。該收發(fā)組件整體電路采用三維集成架構實現(xiàn)，射頻及中頻芯片和其外圍電路集成于硅基三維集成模塊中，外部電路板采用射頻與低頻混壓印制板，模塊和印制板通過球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)互聯(lián)。通過對信號過渡結構進行優(yōu)化設計，降低了信號傳輸損耗，提升了通道間隔離度。電路測試表明，組件在工作頻帶內滿足通道間幅度一致性、帶內平坦度、噪聲系數(shù)等指標要求，且符合組件小型化、高集成度、高一致性、高可生產性的現(xiàn)實需求。
中圖分類號： TN92
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222677
中文引用格式： 劉昊東，吳洪江，余小輝，等. 基于三維集成的小型化Ku波段收發(fā)組件[J].電子技術應用，2022，48(5)：119-124，128.
英文引用格式： Liu Haodong，Wu Hongjiang，Yu Xiaohui，et al. Miniaturized Ku-band transceiver based on 3D integration technology[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(5)：119-124，128.
Miniaturized Ku-band transceiver based on 3D integration technology
Liu Haodong，Wu Hongjiang，Yu Xiaohui，Ma Zhangang
The 13th Research Institute，CETC，Shijiazhuang 050051，China
Abstract： With silicon-based 3D integrated module and multilayer hybrid pressing printed circuit board(PCB) technique, a miniaturized Ku-band transceiver was designed, and meanwhile its principle project and approach were expounded. The transceiver employed 3D integrated structure. Radio frequency(RF) and intermediate frequency(IF) chips and their periphery circuits were integrated in 3D heterogeneous integrated module. Outer circuit board was made of a mixed-laminated multi-layer PCB. The transceiver used ball grid array(BGA) to connect 3D module and PCB. Signal transmission structure was optimized to reduce transmission loss and improve isolation among the channels. Product test indicates that the transceiver meet the requirements of inter-channel amplitude consistency, intra-band flatness, noise factor and other indicators. Besides, the transceiver has conformed to practical needs such as miniaturization, high integration, high consistency and high producibility.
Key words : 3D integrated；transceiver；Ku-band；vertical interconnection

0 引言

    微波組件是雷達和通信系統(tǒng)中的重要硬件支撐部分，承擔著信號的放大、混頻、調制和幅相控制功能。為了滿足性能更加強大的雷達和通信系統(tǒng)的需求，設備前端所使用的天線陣列規(guī)模越來越大，所需要的信號也越來越復雜，對于微波組件的技術指標來說，就需要在同樣甚至更小的體積下有著更多的通道數(shù)、更高的通道間一致性和隔離度、更好的電磁兼容和更低的功耗，同時還要保證組件在極端環(huán)境下的可靠性。因此，微波組件正在向著小型化、輕量化、高工作頻率、多功能、高可靠性和低成本等方向發(fā)展[1-2]。然而，目前傳統(tǒng)的微波多芯片模塊和組件已經(jīng)漸漸無法滿足小體積、低功耗的需求。

    本文介紹了一種以硅基三維集成器件為基礎的三維集成微波組件，采用盒體單層開腔，電源和信號集成至一整塊多層混壓PCB板的形式[3-4]，將80%的射頻和中頻芯片、器件集成在硅基三維集成器件中，采用BGA安裝形式，晶圓級鍵合封裝，頂層還可以表貼阻容、電橋等無源器件；再將硅基模塊、中頻LC濾波器、溫補衰減器、π型衰減器和穩(wěn)壓電路、控制電路等所需要的器件表貼在PCB板上形成完整的收發(fā)鏈路和控制電路，最終研制出的微波組件相對于其原型接收機增加了發(fā)射功能和一路多功能通道的情況下，整體體積降低至原接收機的一半，實際使用體積僅有原接收機的1/3；組件采用單層開腔、多層混壓PCB板、通道功能硅基模塊化、整體裝配自動化的設計思路，使多功能組件在保證大批量生產的一致性的同時大幅降低所需要的裝配時間，提高組件大批量生產效率，降低人力成本和手工裝配所帶來的不穩(wěn)定性。




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作者信息：

劉昊東，吳洪江，余小輝，馬戰(zhàn)剛

(中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊050051)





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