微波射頻集成電路技術(shù)第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六第13章微波集成電路和LTCC技術(shù)及其應(yīng)用簡(jiǎn)介 13．1微波毫米波集成電路的發(fā)展趨勢(shì) 13．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 13．3多芯片組件（MCM）簡(jiǎn)介13．3．1MCM的分類13．3．2MCM的主要特點(diǎn)及應(yīng)用 13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)13．4．1LTCC加工工藝流程 13．4．2LTCC基板的材料特性13．4．3LTCC技術(shù)特點(diǎn) １3．5微波集成電路13．5．1混合微波集成電路13．5．2單片微波集成電路第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六微波毫米波集成電路的發(fā)展趨勢(shì)

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)電子系統(tǒng)的體積、重量、成本和性能的要求越來越高。通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、測(cè)控等系統(tǒng)所需的微波毫米波集成電路也是向著短、小、輕、薄，以及高可靠性、高性能、低成本的方向快速發(fā)展。微波毫米波集成電路一直沿著初期的波導(dǎo)立體電路→混合集成電路→單片集成電路→多層多芯片模塊（MCM）這一趨勢(shì)在繼續(xù)向前發(fā)展。目前，采用混合微波集成電路（HMIC）實(shí)現(xiàn)微波毫米波系統(tǒng)的技術(shù)已趨于成熟。尤其是隨著單片微波集成電路（MMIC）技術(shù)的發(fā)展，集成度及可靠性得到進(jìn)一步的提高。但對(duì)于有些集成度要求高的系統(tǒng)，HMIC技術(shù)已經(jīng)不能滿足要求。微波毫米波電路的發(fā)展第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六Ka波段下變頻器美國EDO公司的Ka波段下變頻器，它的RF為25到30GHz中的任意2GHz頻段，IF輸出14.8+/0.325GHz，變頻增益為45dB，噪聲系數(shù)小于2.5，輸入輸出駐波比小于1.3，輸出功率大于10dBm。實(shí)物圖微波毫米波電路的發(fā)展國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六2009年德國IMSTGmbH中心的W.Simon，J.Kassner，O.Nitschke等人采用LTCC技術(shù)制作了用于衛(wèi)星通信的Ka頻段發(fā)射前端。在一塊基板集成了天線陣、射頻鏈路、本振鏈路以及直流偏置電路，并采用水冷散熱系統(tǒng)使得模塊熱功率在30W時(shí)依然能維持在35攝氏度以下。微波毫米波電路的發(fā)展第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六Ka_C波段上_下變頻組件研究2009年K.HettaK等人研制出了一種新型緊湊單面基帶頻率20GHz的直接下變頻I/Q頻率輸出，GaAsMMIC.芯片創(chuàng)新的利用ACPS枝節(jié)和CPW結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電容電感減小芯片體積。利用ACPS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)魔T不僅降低了結(jié)構(gòu)尺寸而且提高本振LO和射頻RF的隔離和高的雜散抑制度。微波毫米波電路的發(fā)展第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六微波毫米波電路的發(fā)展第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六2007年臺(tái)灣大學(xué)的Yu-HsunPeng研制出基于0.18μmCMOS工藝的Ku波段頻率綜合器。該頻率合成器頻率輸出范圍是14.8GHz～16.9GHz；供電電壓2V；直流功耗僅為70mW；在輸出15GHz時(shí)相位噪聲為-104.5dBc/Hz@1MHz；由于采用了先進(jìn)的0.18μmCMOS工藝，該頻率合成器的面積僅為0.98mm×0.98mm。經(jīng)過測(cè)試，該頻率合成器在輸出15.6GHz時(shí)，功率可達(dá)-10dBm，相位噪聲為-110dBc/Hz@1MHz。下面列出Ku波段頻率合成器的原理圖和加工版圖。微波毫米波電路的發(fā)展第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六2009年電子科技大學(xué)李平等人采用LTCC技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)毫米波精確制導(dǎo)收發(fā)前端。其發(fā)射功率達(dá)到7.34dBm，接收支路增益大于30dB，噪聲系數(shù)小于5.5dB。微波毫米波電路的發(fā)展第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六報(bào)道了一種應(yīng)用于VerySmallApertureTerminal（VSAT）OutdoorUnit（ODU）的低成本Ka波段發(fā)射模塊。整個(gè)模塊的電路圖及實(shí)物圖如圖1-1和1-2所示第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波單元采用LTCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如圖所示。毫米波單元中單獨(dú)設(shè)計(jì)的低成本多功能MMIC芯片安裝在LTCC基板上，同時(shí)LTCC基片上也集成了高可靠性及低成本的濾波器和波導(dǎo)微帶過渡結(jié)構(gòu)。這些設(shè)計(jì)都有利于降低組件成本和減小體積，并適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。該Ka波段發(fā)射模塊的輸出功率大于1W。微波毫米波電路的發(fā)展第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六用HMIC和LTCC工藝制作的兩種Ka波段發(fā)射模塊，其電路圖相同，主要包括以下單元電路：1.Ka波段的單邊帶調(diào)制器；2.驅(qū)動(dòng)放大器；3.微帶定向耦合器；4.帶反饋的檢波電路。圖1-6是兩種電路的實(shí)物圖。使用LTCC技術(shù)的電路面積僅527平方毫米，較MIC的電路尺寸減少了57%。HMIC的最大變頻增益為9.6dB,而LTCC的只有6.1dB。這是因?yàn)楦髟g的失配和互連損耗，并且MMIC放大器單片和調(diào)制器的器件差異也是原因之一。混合集成發(fā)射模塊實(shí)物圖第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六基于LTCC技術(shù)的發(fā)射模塊實(shí)物微波毫米波電路的發(fā)展第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六報(bào)道了一種工作頻率40.5GHz到41.5GHz的毫米波收發(fā)前端，射頻部分采用LTCC基板設(shè)計(jì)。該收發(fā)前端的電路結(jié)構(gòu)圖和實(shí)物圖如圖所示。該模塊應(yīng)用3-D集成的新概念，在LTCC基板下面使用了FR-4PCB介質(zhì)基板，這樣加強(qiáng)了整個(gè)基板的機(jī)械強(qiáng)度，降低了組件成本。模塊的尺寸僅為32mm×28mm×3.3mm，在40.5GHz到41.5GHz范圍內(nèi)，1dB壓縮點(diǎn)輸出功率為15dBm，噪聲系數(shù)為9.72dB。（a）收發(fā)前端電路結(jié)構(gòu)圖（b）收發(fā)前端實(shí)物圖

一種工作頻率40.5GHz到41.5GHz的毫米波收發(fā)前端第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六多芯片組件（Multi-ChipModule,簡(jiǎn)稱MCM）技術(shù)是繼20世紀(jì)80年代的表面安裝技術(shù)(SMT)之后，90年代在微電子領(lǐng)域興起并獲得迅速發(fā)展的一項(xiàng)最引人矚目的微電子組裝技術(shù)，也是電子元器件與整機(jī)系統(tǒng)之間的一種先進(jìn)接口技術(shù)。MCM是將2個(gè)或2個(gè)以上的大規(guī)模集成電路（LST）裸芯片和其他微型元器件（含片式化元器件）互連組裝在同一塊高密度、高層基板上，并封裝在同一外殼內(nèi)構(gòu)成功能齊全、質(zhì)量可靠的電子組件。

3．3多芯片組件（MCM）簡(jiǎn)介MCM基本結(jié)構(gòu)示意圖第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．3．1MCM的分類MCM因使用的材料與工藝技術(shù)的不同，種類繁多，其分類方法也因認(rèn)識(shí)角度的不同而異。按基板類型分類，可把MCM分成厚膜MCM、薄膜MCM、陶瓷MCM和混合MCM。而國際比較流行的是按基板材料與基板制作工藝來分類，提出的按照MCM的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的方式，將MCM分為如表13-1所示的三個(gè)基本類型：MCM-L(疊層多芯片組件)、MCM-C(共燒陶瓷多芯片組件)、MCM-D（淀積多芯片組件）。MCMMCM-LLaminate疊層型內(nèi)外層開口型多層基板內(nèi)埋置導(dǎo)通孔多層基板MCM-CCeramic陶瓷、厚膜型高溫共燒陶瓷多層基板（HTCC）低溫共燒陶瓷多層基板（LTCC）厚膜多層基板（TFM）MCM-DDeposited淀積薄膜型D/C（陶瓷基板）D/Si（硅基板）D/M（金屬基板）D/S（藍(lán)寶石基板）MCM的類型（IPC標(biāo)準(zhǔn)）第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六低溫共燒陶瓷(LTCC-LowTemperatureCo-firedCeramic)技術(shù)是MCM-C(共燒陶瓷多芯片組件)中的一種多層布線基板技術(shù)。它是一種將未燒結(jié)的流延陶瓷材料疊層在一起而制成的多層電路，內(nèi)有印制互連導(dǎo)體、元件和電路，并將該結(jié)構(gòu)燒成一個(gè)集成式陶瓷多層材料，然后在表面安裝IC、LSI裸芯片等構(gòu)成具有一定部件或系統(tǒng)功能的高密度微電子組件技術(shù)。隨著VLSI（超大規(guī)模集成）電路傳輸速度的提高及電子整機(jī)與系統(tǒng)進(jìn)一步向小型化、多功能化、高可靠性方向發(fā)展，從而要求發(fā)展更高密度、高可靠性的電子封裝技術(shù)。13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六它是近年來興起的一種多學(xué)科交叉的整合組件技術(shù)，具有優(yōu)異的機(jī)械、熱力學(xué)和機(jī)械特性。LTCC是休斯公司在1982年研發(fā)出的一種新型材料，它是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生磁帶，在生磁帶上利用激光打孔、微孔注漿、及精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個(gè)被動(dòng)組件（如電阻、濾波器、低容值電容等）埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，在900℃下燒結(jié)，加工成三維空間互不干擾的高密度電路。另外，可以利用LTCC技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)埋無源元件的三維電路基板，在其表面貼裝IC和其它有源器件，制成有源和無源電路集成的電路模塊，實(shí)現(xiàn)電路的微型化。13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．4．1LTCC加工工藝流程LTCC多層基板的主要工藝步驟包括配料、流延、打孔、填充通孔、印刷導(dǎo)體漿料、疊層熱壓、切片和共燒等工序。其工藝流程如圖所示。其中的關(guān)鍵制造技術(shù)如下：1.流延：將有機(jī)物（主要由聚合物粘結(jié)劑和溶解于溶液的增塑劑組成）和無機(jī)物（由陶瓷和玻璃組成）成分按一定比例混合，2.劃片：把生（未燒結(jié)）瓷帶按需要尺寸進(jìn)行裁減，可采用切割機(jī)，激光或沖床進(jìn)行切割。3.打孔：生瓷片打孔主要有三種方法：鉆孔，沖孔和激光打孔。對(duì)于低溫共燒工藝來說，通孔質(zhì)量的好壞直接影響布線的密度和通孔金屬化的質(zhì)量。4.通孔填充：屬于生瓷片金屬化技術(shù)的第一個(gè)步驟，其第二步驟是導(dǎo)電帶圖形的形成。5.導(dǎo)電帶形成：導(dǎo)電帶形成的方法有兩種，傳統(tǒng)的厚膜絲網(wǎng)印刷工藝和計(jì)算機(jī)直接描繪法。6.疊片與熱壓技術(shù)燒結(jié)前應(yīng)把印刷好金屬化圖形和形成互連通孔的生瓷片，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的層數(shù)和次序疊到一起，7.排膠與共燒技術(shù)將疊片熱壓后的陶瓷生坯放入爐中排膠。排膠是有機(jī)粘合劑氣化和燒除的過程。13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六LTCC技術(shù)工藝流程圖 LTCC集成電路與組件13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)低溫共燒陶瓷(LTCC-LowTemperatureCo-firedCeramic)技術(shù)是MCM-C(共燒陶瓷多芯片組件)中的一種多層布線基板技術(shù)。它是一種將未燒結(jié)的流延陶瓷材料疊層在一起而制成的多層電路，內(nèi)有印制互連導(dǎo)體、元件和電路，并將該結(jié)構(gòu)燒成一個(gè)集成式陶瓷多層材料，然后在表面安裝IC、LSI裸芯片等構(gòu)成具有一定部件或系統(tǒng)功能的高密度微電子組件技術(shù)。它是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生磁帶，在生磁帶上利用激光打孔、微孔注漿、及精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個(gè)被動(dòng)組件（如電阻、濾波器、低容值電容等）埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，在900℃下燒結(jié)，加工成三維空間互不干擾的高密度電路。X波段LTCC交指型帶通濾波器13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六LTCC加工工藝流程LTCC多層基板的主要工藝步驟包括配料、流延、打孔、填充通孔、印刷導(dǎo)體漿料、疊層熱壓、切片和共燒等工序圖2-1典型的LTCC組件13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六由于LTCC優(yōu)異的性能，現(xiàn)已成功用于集成電路組裝、多芯片模塊、各種片式元件（如電感、電容、變壓器等）等。應(yīng)用領(lǐng)域涉及汽車電子、航空航天、軍用電子和移動(dòng)通信。LTCC技術(shù)的主要特點(diǎn)有以下七個(gè)方面：1.LTCC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)集成一體化互連封裝。采用LTCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的MCM，可以把封裝外殼和互連基板一體化。2.LTCC瓷帶可以沖孔，做出各種復(fù)雜形狀的封裝，實(shí)現(xiàn)的電路模塊密封性好、可靠性高，適合環(huán)境惡劣的情況。3.采用高導(dǎo)電率的金屬或合金做導(dǎo)體。4.LTCC技術(shù)是平行加工技術(shù)。沖孔、填孔、印刷、疊片、層壓。疊片的層數(shù)可以多達(dá)數(shù)十層，只需一次共燒。LTCC工藝便于自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，是一項(xiàng)低成本的技術(shù)。5.高密度的導(dǎo)體布線能力。用厚膜印刷工藝能輕松地實(shí)現(xiàn)0.1mm6.LTCC基板內(nèi)實(shí)現(xiàn)無源元件的集成。電阻、電容、電感和微帶元件等都可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)埋。減少了表面貼裝無源元件的數(shù)量，可以大幅度提高封裝密度。

13．4低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六任何一種成熟的電子技術(shù)都趨向于縮小尺寸、減輕重量、降低價(jià)格并增加復(fù)雜程度。微波技術(shù)沿著這個(gè)方向推進(jìn)已延續(xù)了10～20年，以便向微波集成電路發(fā)展。這一技術(shù)用尺寸小和不太貴的平面電路元件代替笨重而費(fèi)用高的波導(dǎo)和同軸元件，這類似于導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性快速增長的數(shù)字集成電路系統(tǒng)。微波集成電路(MIC)可以與傳輸線、分立電阻、電容和電感以及有源器件(如二極管、晶體管)組合在一起。MIC技術(shù)已推進(jìn)到這樣的地步，即可把完整的微波子系統(tǒng)(諸如接收機(jī)前級(jí)、雷達(dá)的發(fā)射／接收模塊)集成在一塊芯片上，大小僅有幾個(gè)平方毫米。１3．5微波集成電路第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六由于實(shí)現(xiàn)了在—個(gè)芯片中集成微波系統(tǒng)的概念，致使射頻和微波集成電路(RFIC和MIC)給射頻／微波工業(yè)帶來一場(chǎng)革命。該技術(shù)中，組半導(dǎo)體材料(如GaAs、InP等)的應(yīng)用補(bǔ)充完善了低頻硅集成電路技術(shù)。它仍采用低頻集成電路技術(shù)，但用位于元素周期表III-V族的半導(dǎo)體材料(如GaAs、InP等)取代原低頻中的硅基片。射頻／微波集成電路是由不同功能的電路通過微帶線組合而成。而各電路均由平面化的半導(dǎo)體器件、無源集總參數(shù)元件和分布參數(shù)元件構(gòu)成。與采用印制電路技術(shù)的傳統(tǒng)電路相比，射頻／微波集成電路的優(yōu)勢(shì)可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：高可靠性、重復(fù)性、性能更好、體積小、成本低。微波集成電路(MIC)可以分為兩大類：混合微波集成電路(HMIC)單片微波集成電路(MMIC)混合微波集成電路可進(jìn)一步細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)電路和小型電路。第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．5．1混合微波集成電路1．HMIC的特性混合微波集成電路起始于20世紀(jì)60年代，迄今已廣泛應(yīng)用于商業(yè)、空間、軍事等方面。標(biāo)準(zhǔn)混合MIC采用單層金屬化技術(shù)制作導(dǎo)體層和傳輸線，而將分立電路元件(如晶體管、電感、電容等)焊接到該基片上。采用單層金屬化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)混合MIC來構(gòu)成RF部件是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)。一個(gè)典型的標(biāo)準(zhǔn)混合?；旌衔⒉呻娐?HMIC)中所含的固態(tài)器件和無源元件被焊接在介質(zhì)基板上。其中，無源元件(包括集總參數(shù)和分布參數(shù)元件)采用厚膜或薄膜技術(shù)制作。集總參數(shù)元件既可以芯片形式焊接也可采用多層沉淀和電鍍技術(shù)制作，分布參數(shù)元件使用單層金屬化工藝制造。第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六混合MIC技術(shù)廣泛應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，例如：電子系統(tǒng)和設(shè)備、衛(wèi)星通信、相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)、電子對(duì)抗、航空領(lǐng)域。這些應(yīng)用需要設(shè)計(jì)和制造諸如放大器、混頻器、發(fā)射／接收組件、移相器、振蕩器等器件，所有這些器件均已在前幾章中作過詳細(xì)討論。對(duì)任何類型的MIC來說，材料選擇都是要考慮的重大問題；必須對(duì)特性(諸如電導(dǎo)率、介電常數(shù)、損耗角、熱量轉(zhuǎn)移、機(jī)械強(qiáng)度和加工兼容性)進(jìn)行評(píng)估?！銇碚f，最為看重的是基片材料。對(duì)于混合MIC，氧化鋁、石英和聚四氟乙稀(Teflon)纖維是常用的基片材料。氧化鋁是堅(jiān)硬的類陶瓷材料，其介電常數(shù)約為9—10。對(duì)于較低頻率的電路，經(jīng)常希望能用高介電常數(shù)材料，這樣可有較小的電路尺寸。

13．5．1混合微波集成電路第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六典型的混合MIC射頻前端發(fā)射電路布局圖正面腔體部分既有數(shù)字電路又有模擬電路，主要包括晶振、FPGA、DDS、電源和倍頻分頻電路等。這些都為低頻電路，電路板都用Protel軟件布線，電源采取并聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過腔體通孔連接到背面腔體各個(gè)電路，正面腔體電路供電則通過腔體壁通孔提供，正面腔體電路布局如圖13－13所示。其中數(shù)字部分包括DDS和FPGA，DDS位于右下角，左下角的FPGA控制DDS，左上角的FPGA控制PLL，其余部分為模擬部分，各個(gè)功能電路分腔設(shè)計(jì)，所以相互之間干擾較小。13．5．1混合微波集成電路第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六背面腔體部分為射頻電路，采用了具有相對(duì)較高介電常數(shù)的基片，有效的減小了電路的尺寸，主要包括S波段跳頻源電路、12.8GHz點(diǎn)頻源電路和混頻濾波電路等。這些都為高頻電路，電路板都采用AutoCAD設(shè)計(jì)，另外，在器件的選擇上選用了小型化的元器件，各類電阻、電容、電感元件和集成電路均選用貼片器件，并進(jìn)行高密度的電路排版和裝配，減小了電路板的面積，各個(gè)功能電路也采用分腔設(shè)計(jì)，所以相互之間干擾也較小。背面腔體電路實(shí)物如圖背面腔體電路實(shí)物圖13．5．1混合微波集成電路第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六2．HMIC的材料與工藝制造印制電路及HMIC的基本材料，可分為如下四類：①介質(zhì)薄膜：氧化硅、二氧化硅、四氧化三硅、五氧化二鉭；②導(dǎo)體材料：銅、金、銀、鋁等；③基板材料：藍(lán)寶石、氧化鋁、氧化鈹/石榴石、硅、RT/復(fù)合介質(zhì)板、FR-4、石英、砷化鎵、磷化銦等；④電阻薄膜：氧化鎳、鉭、鈦、氧化鉭、金屬陶瓷、砷化鎵、硅等。(1)．基板材料MIC基板具有下列一般特性：①基板表面光潔度應(yīng)該好(約0.05—0.1m光潔度)，且相應(yīng)地去除空隙，以保持導(dǎo)體損耗低和保持好的金屬薄膜附著力：②具有好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性：③在電路加：工過程中不變形；④應(yīng)該與固態(tài)器件的熱膨脹系數(shù)匹配，且附上包裝材料或避免用對(duì)溫度變化敏感的材料，以提高可靠性：⑤基板的價(jià)格相對(duì)于其應(yīng)用是合理的；⑥選擇厚度和介電常數(shù)，以決定阻抗范圍及可用頻率范圍；⑦損耗角正切值應(yīng)該足夠低，以便忽略介質(zhì)損耗。13．5．1混合微波集成電路第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六

材料表面粗糙度（m）10GHz損耗角正切()相對(duì)介電常數(shù)熱導(dǎo)率絕緣強(qiáng)度(V/cm)MIC應(yīng)用氧化鋁99.5%2～81～2100.37微帶線,懸浮基板96%20690.2885%501580.2藍(lán)寶石119.3～11.70.4微帶線，集中元件氮化鋁1～258.82.3

復(fù)合基板，封裝玻璃12050.01

集中元件氧化鈹2～5016.62.5

復(fù)合基板，封裝金紅石10～10041000.02

微帶線鐵氧體/石榴石10213～160.03微帶線，共面線砷化鎵(高電阻率)1612.90.46350高頻，微帶線，單片MIC硅(高電阻率)110～10011.71.45300MMIC石英113.80.01微帶線、高頻聚烯烴112.30.001300

磷化銦

0.68

MMICHMIC基板的性能13．5．1混合微波集成電路第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六在應(yīng)用20GHz的基板材料上，氧化鋁()是最常用到的一種材料。對(duì)于低至4—6GHz的電路和高達(dá)20GHz及以上的陣列天線，可采用塑料基板(2～4)。對(duì)于的等級(jí)區(qū)分，可采用薄膜或厚膜兩種制造工藝。一般不用純度為85％的氧化鋁，因?yàn)槠浣橘|(zhì)損耗高且可生產(chǎn)性差。氧化鋁的介電常數(shù)相對(duì)毫米波電路太高，因此很難制造出高精度的高阻抗線，且損耗太大。介電常數(shù)為4的石英晶體更適合高頻段(大于20GHz)微波和毫米波集成電路。13．5．1混合微波集成電路第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六3．微波器件裝配工藝簡(jiǎn)介由于MMIC功率單片為靜電敏感器件，在操作時(shí)要有靜電預(yù)防措施，如帶防靜電護(hù)腕，工作臺(tái)可靠的接地等。裝配工藝是影響電路工作性能好壞的重要因素之一，必須對(duì)裝配工藝予以高度重視。GaAsMMIC芯片的裝配工藝主要有金絲鍵合技術(shù)、導(dǎo)電膠粘接技術(shù)、共晶焊接技術(shù)等幾種。(1)金絲鍵合技術(shù)在毫米波頻段，信號(hào)傳輸、芯片直流供電都是靠金絲來實(shí)現(xiàn)的。因此金絲鍵合是功率放大器模塊制作的關(guān)鍵。應(yīng)用于毫米波功率放大器的金絲直徑一般為25微米或30微米，金絲直徑一般要根據(jù)芯片焊盤大小和芯片工作頻率來確定。金絲過粗會(huì)給焊接帶來困難，可能造成虛焊；過細(xì)則不能提供一定的強(qiáng)度，且在毫米波頻段會(huì)帶來比較明顯的感抗。金絲焊接的方法包括鍥型焊接和球型焊接。金絲焊接的過程中必須要使用一定的方法使金絲附著到焊盤上面，焊接附著方法主要有：熱壓法、超聲波法、熱壓超聲法等。

13．5．1混合微波集成電路第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六(2)導(dǎo)電膠粘接技術(shù)導(dǎo)電膠粘接技術(shù)的工藝性好，固化容易，粘接力強(qiáng)，但耐熱性有限。導(dǎo)電膠的粘接厚度與導(dǎo)電膠的熱阻都有密切的關(guān)系，膠層太厚會(huì)阻礙熱的傳導(dǎo)，而膠層太薄時(shí)，容易產(chǎn)生膠層不連續(xù)、不均勻等缺陷，致使熱阻變大。導(dǎo)電膠的固化溫度、固化時(shí)間將影響其粘接強(qiáng)度。(3)共晶焊接技術(shù)共晶焊接技術(shù)具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱阻小、穩(wěn)定性好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。焊接在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，使呈熔融態(tài)的金錫焊料與管芯及載體上的鍍金層相接觸，再加上一定壓力和摩擦力的作用，形成金-錫合金體系，把芯片牢固焊接在載體上。共晶焊接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在毫米波功率器件上比較明顯。功率器件對(duì)散熱要求比較高，共晶焊接技術(shù)因具有焊區(qū)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高、成品率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于功率單片的安裝。13．5．1混合微波集成電路第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．5．1混合微波集成電路第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．5．1混合微波集成電路第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．5．1混合微波集成電路第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．5．1混合微波集成電路第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六4．Ka－C波段下變頻組件MMIC芯片與基片的貼裝常用方法有兩種：環(huán)氧粘接法和共晶貼裝法。環(huán)氧粘接法成本低，工藝簡(jiǎn)單且易于返修；共晶貼裝法具有熱導(dǎo)率高、電阻小、傳熱快、可靠性強(qiáng)、粘接后剪切力大的優(yōu)點(diǎn)，適用于高頻、大功率器件中芯片與基板、基板與管殼的互聯(lián)。對(duì)于有較高散熱要求的功率器件必須采用共晶焊接項(xiàng)目共晶貼片環(huán)氧貼片粘接材料共晶焊料(AuSn，AuGe、AuSi)導(dǎo)電/導(dǎo)電的粘接劑芯片背面金屬化需要且有厚度署求無特殊要求粘接工藝處理溫度高(300℃以上)，工藝不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生金屬顆粒或?yàn)R射，高溫可能損傷器件固化溫度低(80-180℃)，成本低，在粘接前需控制粘接面清潔度導(dǎo)電率導(dǎo)電率高有導(dǎo)電和絕緣兩種，導(dǎo)電型的接觸電阻可能隨時(shí)間延長而增加導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率高對(duì)大功率電路提供良好散熱路徑導(dǎo)熱率低，一般不用作功率電路可返修性焊料溶化溫度在高溫下軟共晶貼裝法和環(huán)氧粘接法對(duì)比13．5．1混合微波集成電路第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六芯片和基片安裝結(jié)束后需進(jìn)行電氣互連，常用微連接技術(shù)有金絲鍵合、凸點(diǎn)倒裝連接和載帶貼裝。微波混合集成電路中電氣連接廣泛使用的互聯(lián)結(jié)構(gòu)是金絲鍵合。采用金絲鍵合其優(yōu)點(diǎn)主要有：金絲互聯(lián)結(jié)構(gòu)不易變形和脫落，電路工作時(shí)，可以避免因溫度變化所造成的熱脹冷縮的金絲脫落的影響。計(jì)算結(jié)果往往也不易于精確地應(yīng)用到實(shí)際工程中，其性能主要是與金絲的直徑、長度、拱高以及金絲條數(shù)有關(guān)。一般考慮原則是芯片和金絲、金絲和電路基板之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

13．5．1混合微波集成電路第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六電路組裝流程設(shè)計(jì)制作流程13．5．1混合微波集成電路第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六電路裝配完成后部分實(shí)物圖：圖包括鎖相環(huán)路和直流供電電路，圖13－17為下變頻器變頻鏈路，變頻通道和本振倍頻鏈路設(shè)計(jì)在腔體正面，鎖相環(huán)路和直流供電設(shè)計(jì)在腔體背面，上下腔體采用玻珠連接供電。

鎖相環(huán)路實(shí)物圖13．5．1混合微波集成電路第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六下變頻器實(shí)物圖13．5．1混合微波集成電路第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六微波接收機(jī)本振模塊研究唐小宏第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六微波接收機(jī)本振模塊研究唐小宏第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波頻率綜合器的研究與設(shè)計(jì)第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波頻率綜合器的研究與設(shè)計(jì)DDS芯片PLL第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波頻率綜合器的研究與設(shè)計(jì)第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波頻率綜合器的研究與設(shè)計(jì)FPGA模塊PCB第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波頻率綜合器的研究與設(shè)計(jì)第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六毫米波頻率綜合器的研究與設(shè)計(jì)第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六13．5．2單片微波集成電路MMIC的首次報(bào)道于1964年，而直至20世紀(jì)70年代末和80年代初才將MMIC技術(shù)廣泛應(yīng)用于MESFET的生產(chǎn)制作中。自20世紀(jì)70年代后期，GaAs材料處理和器件開發(fā)的進(jìn)展已經(jīng)指明單片微波集成電路是可以實(shí)現(xiàn)的，在單片MIC中一給定電路所需的無源和有源元件可以在基片上生長或植入。從潛在可能性上說，MMIC可以在低價(jià)格下制成，因?yàn)樗思庸せ旌螹IC時(shí)所需的手工勞動(dòng)。此外，可在單個(gè)晶片上包含有大量的電路，所有這些電路可以同時(shí)進(jìn)行處理和加工。微波單片集成電路(MMIC)的概念起源于低頻集成電路(IC)。一個(gè)集成電路的制作過程如圖所示。下述幾方面的考慮已成為推動(dòng)微波電路設(shè)計(jì)和制作發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?3．5．2單片微波集成電路第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六下述幾方面的考慮已成為推動(dòng)微波電路設(shè)計(jì)和制作發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?1)先進(jìn)的微波電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是增加其集成度、可靠性及低成本下的產(chǎn)量。(2)新型毫米波電路的應(yīng)用要求盡量減小焊線的寄生干擾和避免使用分立元件。(3)此外，軍事、商業(yè)、民用市場(chǎng)中微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新發(fā)展要求采用先進(jìn)的批量生產(chǎn)方式及具有多倍頻程帶寬響應(yīng)的電路。定義:單片微波集成電路(MMIC)，通過多層加工工藝將所有有源、無源電路元件及其連線集成在半絕緣的半導(dǎo)體基片內(nèi)部或表面上所獲得的微波電路。MMIC的研究和發(fā)展不斷升溫的原因可簡(jiǎn)略歸結(jié)為(1)材料制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，如外延生產(chǎn)、離子注入技術(shù)。(2)60GHz低噪聲MESFET和30GHz功率MESFET的迅速發(fā)展。(3)可采用相同工藝制造MESFET、肖基特—?jiǎng)輭径O管、開關(guān)MESFET的優(yōu)良性能。(4)在微波頻段性能優(yōu)良(如，)的半絕緣GaAs基片的發(fā)展。(5)用于對(duì)微波電路精確建模和優(yōu)化的CAD工具的良好的有效性。13．5．2單片微波集成電路第53頁，共59頁，2023年，2月20日，星期六MMIC的基片必須是一種半導(dǎo)體材料，以便使有源器件在其上制作，器件的類型及頻率范圍限定了基片材料的類型。這樣，硅雙極型晶體管可使用到幾個(gè)GHz的工作頻率，藍(lán)寶石硅(SOS)MESFET可使用到幾個(gè)GHz