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基于三维集成的小型化Ku波段收发组件
2022年电子技术应用第5期
刘昊东,吴洪江,余小辉,马战刚
中国电子科技集团公司第十三研究所,河北 石家庄050051
摘要:基于硅基三维集成模块和印制板(Printed Circuit Board,PCB)混压工艺,设计了一种小型化Ku波段收发组件,并对其原理方案和具体实现进行了介绍。该收发组件整体电路采用三维集成架构实现,射频及中频芯片和其外围电路集成于硅基三维集成模块中,外部电路板采用射频与低频混压印制板,模块和印制板通过球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)互联。通过对信号过渡结构进行优化设计,降低了信号传输损耗,提升了通道间隔离度。电路测试表明,组件在工作频带内满足通道间幅度一致性、带内平坦度、噪声系数等指标要求,且符合组件小型化、高集成度、高一致性、高可生产性的现实需求。
中图分类号:TN92
文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222677
中文引用格式:刘昊东,吴洪江,余小辉,等. 基于三维集成的小型化Ku波段收发组件[J].电子技术应用,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

微波组件是雷达和通信系统中的重要硬件支撑部分,承担着信号的放大、混频、调制和幅相控制功能。为了满足性能更加强大的雷达和通信系统的需求,设备前端所使用的天线阵列规模越来越大,所需要的信号也越来越复杂,对于微波组件的技术指标来说,就需要在同样甚至更小的体积下有着更多的通道数、更高的通道间一致性和隔离度、更好的电磁兼容和更低的功耗,同时还要保证组件在极端环境下的可靠性。因此,微波组件正在向着小型化、轻量化、高工作频率、多功能、高可靠性和低成本等方向发展[1-2]。然而,目前传统的微波多芯片模块和组件已经渐渐无法满足小体积、低功耗的需求。

本文介绍了一种以硅基三维集成器件为基础的三维集成微波组件,采用盒体单层开腔,电源和信号集成至一整块多层混压PCB板的形式[3-4],将80%的射频和中频芯片、器件集成在硅基三维集成器件中,采用BGA安装形式,晶圆级键合封装,顶层还可以表贴阻容、电桥等无源器件;再将硅基模块、中频LC滤波器、温补衰减器、π型衰减器和稳压电路、控制电路等所需要的器件表贴在PCB板上形成完整的收发链路和控制电路,最终研制出的微波组件相对于其原型接收机增加了发射功能和一路多功能通道的情况下,整体体积降低至原接收机的一半,实际使用体积仅有原接收机的1/3;组件采用单层开腔、多层混压PCB板、通道功能硅基模块化、整体装配自动化的设计思路,使多功能组件在保证大批量生产的一致性的同时大幅降低所需要的装配时间,提高组件大批量生产效率,降低人力成本和手工装配所带来的不稳定性。




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作者信息:

刘昊东,吴洪江,余小辉,马战刚

(中国电子科技集团公司第十三研究所,河北 石家庄050051)





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