W波段三维异构集成有源电扫描阵列设计技术

作者：刘劲松; 曹佳; 王飞; 陈鹏伟; 孙翔宇

来源：导航与控制, 2022, Z1: 147-156.

• 有源电扫描阵列
• 硅通孔转接板
• 封装
• 微系统
• 三维异构集成

针对高数据率无线通信以及高分辨率成像雷达对毫米波微系统提出小尺寸、高集成度和二维宽角电扫描的需求，传统设计方法和工艺技术难以胜任。探索了可扩展晶圆级相控阵设计方法和工艺技术，解决了W波段低剖面、二维宽角有源电扫描阵列(Active Electronically Scanned Array, AESA)雷达的集成难题。采用三层硅通孔(Through Silicon Via, TSV)转接板堆叠将16颗4通道锗硅(SiGe)芯片与贴片天线单元进行三维异构集成，实现了W波段8×8单元二维有源电扫描阵列晶圆封装。封装尺寸为18mm×19mm×0.93mm,接口形式采用球栅阵列(Ball Grid Array, BGA)。测试结果表明，波束在2GHz带宽内无栅瓣扫描范围可达±45°,实测结果与仿真结果相吻合。研究结果验证了TSV转接板三维异构集成技术是解决W波段二维有源电扫描阵列集成难题的有效技术途径，所采用的“电路-封装”协同设计仿真可作为类似毫米波微系统的设计参考。