[发明专利]一种三维异构集成综合射频前端微系统

说明书

本发明涉及一种三维异构集成综合射频前端微系统，该微系统采用多层硅转接板堆叠结构，多个功率可重构收发芯片内嵌于一层或多层硅转接板；电源管理芯片内嵌于一层设有功率可重构收发芯片的硅转接板；超宽带混频器芯片和射频开关矩阵芯片均内嵌于同一层硅转接板；各个可调滤波器芯片通过一体化加工设于两层硅转接板之间，形成夹层结构，夹层结构设于超宽带混频器芯片所在层外侧，或设于超宽带混频器芯片所在层与电源管理芯片所在层之间；每个功率可重构收发芯片均通过一个可调滤波器芯片连接射频开关矩阵芯片；射频开关矩阵芯片连接超宽带混频器芯片；电源管理芯片用于提供控制信号和电源供电。本发明可解决现有技术微系统集成度低的问题。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种三维异构集成综合射频前端微系统。

背景技术

未来先进电子系统须具有多功能、自适应和小型化等特点，目前国内外正在大力探索多功能一体化电子系统的技术实现途径，在已具备的数字通道软件定义技术基础上，进一步要求构建多功能一体化的综合射频前端微系统，实现射频前端通道的宽频带、可重构、微型化等特征。

综合射频前端本质上是由多个可重构的射频前端通道组成，传统解决方案由数十个单一功能的分立电子元器件构成，包括射频开关、功率放大器、低噪声放大器、滤波器、混频器等，导致整个射频前端通道体积大，难以集成。在L~C波段相控阵应用中，天线阵元间距较大，常采用二维多芯片组件封装（MCM）集成工艺，尺寸要求不高，但相控阵向高频Ku、Ka波段延伸时，通道间距仅有几毫米，同时为了实现相控阵天线的低剖面，对射频前端的横向和纵向尺寸要求愈加苛刻，传统二维集成工艺已无法满足需求，须通过高集成度芯片和先进集成工艺两个层面解决综合射频前端通道小型化问题。

随着硅基微机电（MEMS）和射频硅通孔（RF TSV）工艺技术的发展，三维异构集成（3D heterogeneous integration）微系统技术成为下一代高集成射频系统技术发展的重要方向。三维异构集成是将功能电路分解到硅基衬底或三五族衬底上，通过硅通孔（TSV）来实现高密度集成。该技术通过实现化合物芯片（GaAs/GaN为代表）与硅基芯片的异构集成及纵向三维堆叠，在有效利用化合物半导体器件大功率、高速、高击穿电压等优势的同时，继续发挥硅基电路的高速低功耗、芯片制造成本相对较低等优势，实现器件及模块性能的最大化，提高射频系统集成度。

目前，现有技术通常采用功能分立的电子元器件实现综合射频前端功能，器件尺寸大，难以实现多路多频段射频通道的系统集成，工作频率一般在3-10倍频程范围内，系统工作频率范围小；且在采用电子元器件集成度和综合射频前端组成架构限制下，难以实现通用化射频前端的工作频率、带宽和输出功率特性的可重构设计，系统射频前端可重构灵活性差；同时，采用传统二维多芯片组件封装集成工艺方式实现系统集成，电子元器件集成度低，导致系统水平尺寸占用大，无法满足综合相控阵亚波长阵元排布需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分缺陷，提供一种高密度的、三维异构集成的综合射频前端微系统，以实现综合射频前端的小型化、一体化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三维异构集成综合射频前端微系统，该微系统采用多层硅转接板堆叠结构，包括电源管理芯片、超宽带混频器芯片、射频开关矩阵芯片、多个可调滤波器芯片以及多个功率可重构收发芯片；

其中，多个所述功率可重构收发芯片内嵌于一层或多层硅转接板；所述电源管理芯片内嵌于一层设有所述功率可重构收发芯片的硅转接板；所述超宽带混频器芯片和所述射频开关矩阵芯片均内嵌于同一层硅转接板；各个可调滤波器芯片通过一体化加工设于两层硅转接板之间，形成夹层结构，所述夹层结构设于所述超宽带混频器芯片和所述射频开关矩阵芯片所在层外侧，或设于所述超宽带混频器芯片和所述射频开关矩阵芯片所在层与所述电源管理芯片所在层之间；