一種基于tsv轉(zhuǎn)接板的多波束接收sip系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，包括多組應(yīng)用低噪聲放大器、數(shù)控移相器及數(shù)控衰減器進(jìn)行接收，并通過接收波束合成網(wǎng)絡(luò)多合一合路器將多個(gè)接收通道的信號(hào)合成輸出的雙波束接收裝置。該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)利用TSV三維集成封裝技術(shù)開發(fā)出一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，用于各種雷達(dá)，電子對(duì)抗，通信等微波射頻系統(tǒng)，特別用于對(duì)小型化，輕量化的要求十分高的大型微波系統(tǒng)，例如航空航天電子設(shè)備中的微波系統(tǒng)。
【專利說明】一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前在雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗、遙測(cè)遙控等軍民用電子設(shè)備中都要使用微波射頻系統(tǒng)。而這些系統(tǒng)的主體部分是射頻前端模塊，主要包括發(fā)射和接收兩個(gè)部分，一般稱為T/R組件，T/R組件的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo)是否能達(dá)到，對(duì)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。
[0003]國(guó)內(nèi)外對(duì)T/R組件的研究一直沒有停過，可以看出總的方向是小型化，輕量化，寬帶化，固態(tài)化和集成化。由于國(guó)內(nèi)的工藝水平限制，目前還沒有整個(gè)前端系統(tǒng)MMIC的報(bào)道，但是由過去的波導(dǎo)立體結(jié)構(gòu)向現(xiàn)在的混合平面微帶結(jié)構(gòu)過渡，采用LTCC技術(shù)的前端組件也大量出現(xiàn)。目前，T/R組件的發(fā)展水平以美國(guó)最為先進(jìn)，他們的戰(zhàn)場(chǎng)高空區(qū)域防御系統(tǒng)的X波段地基相控陣?yán)走_(dá)使用了 25344個(gè)T/R組件，其火炮定位系統(tǒng)的C波段地基相控陣?yán)走_(dá)使用了 2700個(gè)T/R組件，一步星載L波段的有源相控陣用2-10萬個(gè)組件，從這些可以看至IJ，有源相控陣就是用T/R組件堆砌起來的，由此可以看出小型化，輕量化是T/R組件的重要發(fā)展方向。
[0004]基于TSV技術(shù)的三維集成封裝技術(shù)對(duì)如何實(shí)現(xiàn)小型化與輕量化有著巨大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有著廣闊的應(yīng)用前景，因?yàn)檫@一技術(shù)能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，同時(shí)大大改善了芯片速度和低功耗新能。因此基于TSV三維集成封裝技術(shù)的超微型射頻前端SIP的研制對(duì)民用和軍用的電子的發(fā)展都至關(guān)重要，而該產(chǎn)品由于小型化可以廣泛應(yīng)用在對(duì)體積和重量有特殊要求的通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等平臺(tái)上。
[0005]TSV三維集成技術(shù)目前已在各式應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中嶄露頭角。目前TSV堆疊技術(shù)的研究主要應(yīng)用于DRAM、FPGA等產(chǎn)品上，國(guó)外已開發(fā)出一些TSV三維堆疊技術(shù)封裝的產(chǎn)品，2011年3月韓國(guó)海力士半導(dǎo)體宣布，采用TSV技術(shù)，成功層疊了 8層40nm級(jí)2Gbit DDR3 DRAM芯片。TSV技術(shù)與原來的引線鍵合技術(shù)相比，使運(yùn)行速度提高了 50%，功耗降低了 40%。
[0006]3個(gè)月之后的2011年6月，爾必達(dá)存儲(chǔ)器開始樣品供貨采用TSV技術(shù)的32位寬8Gbit DDR3 SDRAM。采用TSV技術(shù)層疊了 4個(gè)2Gbit DDR3 SDRAM芯片與一個(gè)接口芯片，并實(shí)現(xiàn)了單封裝。
[0007]2011年8月，韓國(guó)三星電子宣布開發(fā)出了采用TSV技術(shù)的32GB RDIMM(registereddual inline memory module)。該產(chǎn)品層疊了 30nm 級(jí) DDR3 SDRAM,并以 TSV 連接而成。已開始樣品供貨。
[0008]2011年12月，美國(guó)IBM與美國(guó)美光科技公司宣布開始生產(chǎn)基于TSV的新型存儲(chǔ)器“Hybrid Memory Cube^ (HMC)0據(jù)兩公司介紹,采用TSV技術(shù),可將每個(gè)LSI的最大數(shù)據(jù)傳輸速度提高到128GB/秒。
[0009]針對(duì)這些動(dòng)向，日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(JEITA)在2011年5月發(fā)布的《2011年度版日本封裝技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖》中，加入了基于TSV的寬I/O DRAM技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容(。而且，目前JEDEC也在為采用TSV的DRAM制定標(biāo)準(zhǔn)。
[0010]邏輯LSI方面，在采用TSV技術(shù)的硅轉(zhuǎn)接板上平面封裝邏輯LSI芯片的“2.技術(shù)已全面進(jìn)入實(shí)用化階段。比如，美國(guó)賽靈思公司2011年10月開始樣品供貨在硅轉(zhuǎn)接板上封裝4個(gè)28nm工藝FPGA芯片、相當(dāng)于3000萬門ASIC電路的FPGA產(chǎn)品“Virtex-7 2000T”。這是一種通過將大面積芯片分割為4部分來提高芯片成品率的新方式。
[0011]關(guān)于這種2.技術(shù)以及未來的三維封裝技術(shù)，賽靈思的合作企業(yè)——臺(tái)灣臺(tái)積電(TSMC)在2011年11月舉行的技術(shù)研討會(huì)上，宣布了 TSV的量產(chǎn)計(jì)劃等。因TSV技術(shù)采用半導(dǎo)體工藝，因此也為臺(tái)積電這樣的代工企業(yè)涉足封裝領(lǐng)域創(chuàng)造了契機(jī)。有人指出，在介于半導(dǎo)體前工序和后工序之間的“中端”領(lǐng)域，潛藏著新的發(fā)展機(jī)會(huì)。
[0012]另夕卜，在2011年12月舉行的“Semicon Japan 2011”的技術(shù)研討會(huì)上，法國(guó)YoleDeveloppement就賽靈思的娃轉(zhuǎn)接板公開了成本推算結(jié)果。該結(jié)果顯示，每塊40mmX40mm硅轉(zhuǎn)接板的生產(chǎn)成本約為32美元。從該數(shù)字可以看出，目前采用TSV技術(shù)的硅轉(zhuǎn)接板仍十分昂貴。不過，Semicon Japan 2011上展出了很多TSV制造裝,估計(jì)今后業(yè)界將加快降低TSV技術(shù)成本的步伐
2012年12月三星公司采用TSV技術(shù)，成功地開發(fā)出基于該公司先進(jìn)的綠色DDR3芯片的8GB RDMM內(nèi)存，功耗節(jié)省40%，內(nèi)存容量提升50%以上。
[0013]2011年7月9日，在國(guó)家02專項(xiàng)和中國(guó)封裝測(cè)試聯(lián)盟的支持下，由中國(guó)科學(xué)院微電子研究所發(fā)起的國(guó)內(nèi)首個(gè)TSV技術(shù)攻關(guān)聯(lián)合體在北京宣告成立并啟動(dòng)了第I期攻關(guān)項(xiàng)目。有關(guān)高校也正在積極開展TSV的技術(shù)研究工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)利用TSV三維集成封裝技術(shù)開發(fā)出一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，用于各種雷達(dá)，電子對(duì)抗，通信等微波射頻系統(tǒng)，特別用于對(duì)小型化，輕量化的要求十分高的大型微波系統(tǒng)，例如航空航天電子設(shè)備中的微波系統(tǒng)。
[0015]為達(dá)到上述要求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:提供一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)包括多組應(yīng)用低噪聲放大器、數(shù)控移相器及數(shù)控衰減器進(jìn)行接收，并通過接收波束合成網(wǎng)絡(luò)多合一合路器將多個(gè)接收通道的信號(hào)合成輸出的雙波束接收裝置。
[0016]該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)利用TSV三維集成封裝技術(shù)開發(fā)出一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，用于各種雷達(dá)，電子對(duì)抗，通信等微波射頻系統(tǒng)，特別用于對(duì)小型化，輕量化的要求十分高的大型微波系統(tǒng)，例如航空航天電子設(shè)備中的微波系統(tǒng)；同時(shí)，TSV作為第四代芯片互聯(lián)技術(shù)，是一種新型的封裝技術(shù)，對(duì)整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)鏈都有著重要的影響，同時(shí)，T/R組件作為微波射頻系統(tǒng)的重要組成部分，小型化和輕量化的需求一直非常迫切，因此基于TSV三維集成封裝技術(shù)的超微型射頻前端SIP的研制對(duì)民用和軍用的電子的發(fā)展都至關(guān)重要，而該產(chǎn)品由于小型化可以廣泛應(yīng)用在對(duì)體積和重量有特殊要求的通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等平臺(tái)上；本發(fā)明產(chǎn)品可大大推動(dòng)基于TSV三維集成封裝技術(shù)的超微型射頻前端SIP的技術(shù)革命，引領(lǐng)超微型射頻前端SIP的發(fā)展方向，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)向質(zhì)量提高、成本降低、更加安全的方向良性升級(jí)和發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標(biāo)號(hào)來表示相同或相似的部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1示意性地示出了多波束接收系統(tǒng)原理圖。
[0018]圖2示意性地示出了雙波束接收芯片原理圖。
[0019]圖3示意性地示出了雙波束SIP結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4示意性地示出了多波束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5示意性地示出了基于TSV的多層轉(zhuǎn)接板接收SIP結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0023]在以下描述中，對(duì)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的實(shí)施例或示例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度，但并非每個(gè)實(shí)施例或示例都必然包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度。另外，重復(fù)使用短語(yǔ)“根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例”雖然有可能是指代相同實(shí)施例，但并非必然指代相同的實(shí)施例。
[0024]為簡(jiǎn)單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。
[0025]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，提供一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，包括多組應(yīng)用低噪聲放大器、數(shù)控移相器及數(shù)控衰減器進(jìn)行接收，并通過接收波束合成網(wǎng)絡(luò)多合一合路器將多個(gè)接收通道的信號(hào)合成輸出的雙波束接收裝置。
[0026]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)的雙波束接收裝置包括兩個(gè)前功分器一個(gè)后功分器和一個(gè)低噪聲放大器，所述功分器均與兩個(gè)衰減器相連接，所述衰減器均連接有移相器，所述移相器均與后功分器相連接，所述后功分器與低噪聲放大器相連接。
[0027]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)還包括用于對(duì)接收通道、波控芯片進(jìn)行控制的波控子板。
[0028]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例，該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)的工作頻率為C波段。
[0029]多波束接收組件系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，接收信號(hào)分別通過多個(gè)接收通道的前級(jí)低噪聲放大器、數(shù)控移相器、數(shù)控衰減器接收，后續(xù)通過接收波束合成網(wǎng)絡(luò)多合I合路器將多個(gè)接收通道的信號(hào)合成輸出。整個(gè)組件通過波控子板對(duì)接收通道、波控芯片進(jìn)行控制，完成波控芯片對(duì)移相衰減器的控制，從而實(shí)現(xiàn)收發(fā)組件的布相及加權(quán)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)波束指向的控制。
[0030]該項(xiàng)目中基于TSV多波束接收SIP由多個(gè)單通道接收單元構(gòu)成，工作頻率為C波段，其中每一個(gè)通道接收單元包含一個(gè)低噪放芯片，一個(gè)移相芯片和一個(gè)衰減芯片，一個(gè)放大器和外圍電路和波控電路。
[0031]項(xiàng)目的初級(jí)階段的目標(biāo)是研究基于TSV的雙波束接收SIP，如圖2在單個(gè)通道的基礎(chǔ)上加入了 4個(gè)功分網(wǎng)絡(luò)，將天線下發(fā)信號(hào)經(jīng)過功分網(wǎng)絡(luò)分成兩路，然后每路信號(hào)經(jīng)過幅相加權(quán)后合成兩路波束輸出。具體設(shè)計(jì)時(shí)，用兩波束接收組件來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)接收組件完成對(duì)兩路信號(hào)的處理。四路射頻輸入信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器提供一定增益，對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行幅度、相位調(diào)整后再合成兩路子波束輸出。
[0032]根據(jù)雙波束接收芯片的原理圖，采用倒裝焊接方法裝配芯片的TSV接收SIP的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0033]多波束系統(tǒng)由多個(gè)上述的雙波束接收構(gòu)成，最終形成完整的接收系統(tǒng)，如圖4所示:
在上述設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)基于TSV的多層轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，將無源器件以及功分網(wǎng)絡(luò)集成在轉(zhuǎn)接板內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)高密度的縱向集成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5。
[0034]根據(jù)所示原理，單個(gè)通道一共使用了 3款芯片，分別是低噪放芯片，移相芯片，衰減芯片。
[0035]由基于TSV的接收SIP的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，雙波束接收SIP的尺寸由芯片的尺寸決定，所以芯片的尺寸也應(yīng)盡量小。
[0036]同時(shí)基于TSV轉(zhuǎn)接板的技術(shù)和傳統(tǒng)的技術(shù)有很大的不同之處，主要是互聯(lián)方式的不同，以及封裝方式的不同，因此接收SIP使用的芯片，需要在原有芯片的基礎(chǔ)上，結(jié)合TSV集成技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合仿真設(shè)計(jì)。
[0037]以上所述實(shí)施例僅表示本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以所述權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，其特征在于:包括多組應(yīng)用低噪聲放大器、數(shù)控移相器及數(shù)控衰減器進(jìn)行接收，并通過接收波束合成網(wǎng)絡(luò)多合一合路器將多個(gè)接收通道的信號(hào)合成輸出的雙波束接收裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，其特征在于:所述雙波束接收裝置包括兩個(gè)前功分器一個(gè)后功分器和一個(gè)低噪聲放大器，所述功分器均與兩個(gè)衰減器相連接，所述衰減器均連接有移相器，所述移相器均與后功分器相連接，所述后功分器與低噪聲放大器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于對(duì)接收通道、波控芯片進(jìn)行控制的波控子板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)，其特征在于:該基于TSV轉(zhuǎn)接板的多波束接收SIP系統(tǒng)的工作頻率為C波段。
【文檔編號(hào)】G01S7/486GK104502903SQ201410699820
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】童偉, 陳依軍, 胡柳林, 何舒瑋, 金珠, 王棟, 歐陽(yáng)耀果, 侯杰, 賈麒, 呂繼平 申請(qǐng)人:成都嘉納海威科技有限責(zé)任公司