[发明专利]基于三维封装结构的多功能相控阵TR芯片

说明书

本发明公开了一种基于三维封装结构的多功能相控阵TR芯片，芯片射频部分采用高性能砷化镓芯片，包括四个一样的单通道，分别为第一通道CH1、第二通道CH2、第三通道CH3和第四通道CH4，四个单通道分别与一分四功分器四个端口相连，每个通道包括6位数控衰减器ATT、6为数控移相器PHS、低噪声放大器LNA、驱动放大器DRV1、驱动放大器DRV2、功率放大器PA、单刀三掷开关SP3T、限幅器Limiter；芯片逻辑控制用CMOS芯片做成多功能芯片的控制电路，将CMOS芯片与砷化镓多功能芯片倒装，形成一体化三维封装结构。通过本发明实施例实现的基于三维封装结构的多功能相控阵TR芯片，具有体积小，成本低，一致性好，可靠性高和调试简单的优点。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种基于三维封装结构的多功能相控阵TR芯片。

背景技术

相控阵雷达是一种先进的雷达体制，以相控阵天线为基础，采用多种高技术的产物。60年代，为适应对人造卫星、洲际弹道导弹等外空目标的监视、跟踪和识别等需要，战略防御系统用的大型相控阵雷达才应运而生。由于大型相控阵雷达的研制费用极高，因此早期只有美、苏等国研制了几部实用雷达。

随着作为雷达观测对象的各种飞行器性能的提高，雷达目标环境的复杂化，为了从雷达回波中提取更多信息和提高雷达的生产能力，对雷达的战术性能提出了越来越高的要求，例如，要求雷达具有高精度、高数据率、抗干扰、目标识别、多功能以及多种自适应能力等，与此同时，随着技术的进步，特别是微电子技术，固态功率器件和阵列信号处理技术的飞速发展，相控阵技术已从大型相控阵雷达逐步推广应用于各种战术雷达和民用雷达之中。

相控阵雷达的天线阵面由大量个别控制的小型天线单元排列而成，单元数目与雷达的功能相关，一般从几百个到几万个，这些天线单元有规则的排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称之为电扫描。天线单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线辐射阵子之外，还有放大器、移相器、衰减器、开关等器件。不同阵子通过移相器可以被馈入不同相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可形成的波束越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。

相控阵雷达设计的重点和难点在于T/R组件。目前业界T/R组件的设计和制造通常采用混合集成技术，即通过微组装工艺将数十款单功能微波芯片(放大器、开关、移相器、衰减器、限幅器、驱动器等芯片)集成在一块电路板或微波腔体中，这种技术虽然比较成熟，但是其固有的缺点严重制约了相控阵雷达技术的发展。其固有的缺点包括以下几个方面：

1、体积大。传统的T/R组件中需要大量的芯片，大量的微带传输线、芯片载板、电容电阻、金属隔腔等，导致其体积很难做的很小，考虑到相控阵雷达包含成千上万个T/R组件，若采用传统的T/R组件技术制作，相控阵雷达的体积和重量会非常大，这会严重影响设备的便携性和使用方便性。

2、成本高。传统的T/R组件技术需要大量的微波芯片、大量的微带传输线、芯片载板、电容、电阻和金属隔腔，再加上人工调试和微组装，成本十分高昂。

3、一致性差。相控阵雷达对每个T/R组件的性能一致性具有着非常严格的要求。在微波毫米波频段、传统的T/R组件的幅度、相位、移相精度、衰减精度等性能指标受芯片级联、金丝、传输线长度、微组装配工艺的影响严重，性能的一致性较差，严重影响了相控阵雷达的性能。

4、可靠性差。传统T/R组件有大量的微带传输线、芯片载板、电容电阻、金属隔腔、金丝等，雷达在使用过程中任何一部分出问题都会导致该T/R通道性能恶化。

5、需要大量的调试工作。由于传统T/R组件的性能一致性很难保证，装配完成后很难满足相控阵系统的一致性要求，所以需要工程师对T/R组件进行大量的调试工作，需要投入大量的时间和精力，严重影响了相控阵雷达的生产效率。

发明内容