[发明专利]一种射频阵列前端三维集成结构及制作方法

说明书

本发明公开了一种射频阵列前端三维集成结构及制作方法，该结构包括从上至下依次堆叠的天线层、芯片层和电路板层。本发明实现了液冷流道与玻璃天线的一体化集成，射频芯片输出端紧贴天线基板，输入端与射频电路板垂直互连，在降低天线馈电损耗的同时解决了大规模阵列的散热问题。使用板级工艺实现大幅面天线加工以及与射频电路的低剖面三维堆叠，具有低成本优势，满足了高频、大规模阵列高密度集成的应用需求。

技术领域

本发明属于微电子散热技术领域，尤其涉及一种射频阵列前端三维集成结构及制作方法。

背景技术

随着相控阵系统向着高频率、多功能、轻薄化方向发展，低剖面的平面贴片天线成为系统优选的天线结构，要求天线基材的介电常数低、损耗小，表面光洁度高，易于加工高精度图形。玻璃材料由于同时具备上述优势而成为高频相控阵系统的优选天线基材，相关专利包括CN 103782448A、CN 208723092U等。

相控阵系统的天线阵面由多个阵元组成，阵元数目越多，可实现的波束方向越多，系统功能性能更强。然而，天线阵元数量增加为系统的设计与实现带来了较大挑战，主要表现在以下几方面：

(1)随着阵元数量的增多，系统热耗上升，由于玻璃是热的不良导体，因此需要在天线与热源电路之间集成散热结构，但这样就增加了系统剖面与天线馈电损耗。

(2)天线阵面增加，晶圆级加工及晶圆键合工艺所能实现的幅面有限，难以实现大面积天线的加工以及天线、TR和控制电路的高密度三维集成。

如何将玻璃天线与散热结构进行一体化集成，在此基础上采用哪种工艺实现大幅面天线的加工，以及与有源电路的高密度三维堆叠，从而满足阵列系统低剖面、高性能的应用需求，现有技术尚未给出解决方案。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种射频阵列前端三维集成结构及制作方法，该集成结构实现了液冷流道与玻璃天线的一体化集成，射频芯片输出端紧贴天线基板，输入端与射频电路板垂直互连，在降低天线馈电损耗的同时解决了大规模阵列的散热问题。使用板级工艺实现大幅面天线加工以及与射频电路的低剖面三维堆叠，具有低成本优势，满足了高频、大规模阵列高密度集成的应用需求。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

本发明提供了一种射频阵列前端三维集成结构，包括：从上至下依次堆叠的天线层、芯片层和电路板层；

所述天线层包括表面集成有辐射单元和馈电网络的内嵌微流道的玻璃天线，内嵌微流道的玻璃天线还设有进出液口；

所述芯片层包括完成射频芯片互联通孔、射频芯片有源层和射频芯片背面焊盘加工的射频芯片；

所述电路板层包括完成内层电路加工的射频电路板。

进一步的，天线层的内嵌微流道的玻璃天线内部设有贯穿玻璃天线基板的穿玻璃通孔、分流结构和阵列微流道散热结构；

辐射单元分布在玻璃基板的上表面，馈电网络分布在玻璃基板的下表面，辐射单元与馈电网络通过穿玻璃通孔实现电气互连；

阵列微流道散热结构投影方向与射频芯片安装位置对应，阵列微流道散热结构通过分流结构与进出液口互连。

进一步的，射频芯片有源层正面面向射频电路板安装，射频芯片互联通孔将信号从射频芯片有源层引导至射频芯片背面，射频芯片背面通过射频芯片背面焊盘与设置于馈电网络表面的射频芯片与天线互连结构实现互连。

进一步的，射频电路板表面设置有一层射频基板表层介质，射频电路板通过设置于射频芯片正面的微凸点与设置于射频基板表层介质表面的射频芯片与射频电路板互连结构实现互连。

进一步的，天线层与电路板层之间填充有基板间介质。基板间介质可增加封装的强度。