[发明专利]太赫兹无跳丝微带探针单片及系统级电路一体化封装结构

说明书

本发明公开一种太赫兹无跳丝微带探针单片及系统级电路一体化封装结构，应用于电路封装技术领域，针对现有的采用金丝键合线互联，存在的高传输损耗的问题，本发明在每个芯片pad上方的Pi介质层打孔制作孔状互联结构，使测试pad与微带线连接，而无需传统的金丝键合跳线结构，微带线与互联匹配微带枝节连接，用于修正孔状互联结构引入的阻抗失配，由于孔状互联结构和互联匹配微带枝节均采用高精度金属原子溅射技术制作，可以保证良好的一致性和重复性。

技术领域

本发明属于电路封装技术领域，特别涉及一种太赫兹单片及系统级电路的技术。

背景技术

太赫兹波广义上指频率在100GHz～10THz(对应波长为3mm～30um)频谱范围内的电磁波，由于太赫兹波位于宏观电子学与微观光子学的过渡区，具有很多独特的性质。与微波毫米波相比，太赫兹波具有频率高、波长短的特点，因此，太赫兹波的波束定向性更强、分辨率更高、信息容量更大，同时电子设备可以制作得更小。与光波相比，太赫兹波的穿透性更强，可以应用于雨雾、硝烟弥漫的战场等环境，具备全天候工作能力；太赫兹波具有较低的光子能量，可以应用于生物活体组织的无损检测。因此，太赫兹技术在精确制导、宽带通信、物体成像、环境监测以及医疗诊断等领域应用前景广阔。

太赫兹单片电路是在单个芯片上实现具有独立功能的各类电路，如功率放大器、低噪声放大器、混频器、倍频器、检波器、振荡器等，功能复杂的单片电路甚至可以集成整个收发前端电路。单片电路封装技术是片上功能电路与各种模块化电路互联的关键技术，系统级封装技术是将具有不同功能的有源、无源单片电路、不同半导体工艺的太赫兹电路等集成封装到一个结构壳体内的关键技术，是未来电子产品小型化、低成本的重要方向。

而传统的单片及系统级电路封装技术是将芯片安装在金属腔体中，通过金丝或金带键合连接到微带线，然后由微带-波导过渡探针传输至波导腔，实现芯片-过渡结构-波导的信号传输转换；或者由微带传输至天线，实现芯片-微带-天线的信号传输辐射。如图1所示，使用导电胶将芯片安装在空腔中，然后通过金丝键合连接到高频基板的微带线上。然而，在毫米波和太赫兹频段，金丝键合线的感抗值较大，会造成严重的阻抗失配，金丝键合封装技术已经不能保证良好的传输性能，主要表现在高损耗，高反射，并且由于太赫兹芯片尺寸极小，金丝键合形式的过渡结构无法保证良好的重复性和一致性。面对传统封装技术无法完成良好的信号过渡的问题，目前的解决方法十分有限，芯片倒装是一种更先进的技术，通过使用导电焊球来替代金丝键合线，可减小芯片到微带间的过渡损耗。但它的局限性在于倒装芯片的基板上的焊盘尺寸和间距极小，加工难度较大甚至无法实现，同时会增大芯片的面积和片上传输损耗，导致更高昂的成本和芯片的射频性能下降。另外，主要采用片上天线直接向波导结构辐射的方法完成片上信号-导波信号的转换，然而这种方法完成的片上电路装配前完全无法进行片上测试，对模块的成品率构成了巨大的威胁，并且片上天线对单片工艺有更高更复杂的要求，会增加芯片的面积和成本，并不适用于所有工艺线。

探针过渡结构可以实现两种电磁波传输模式的过渡及阻抗匹配。对过渡结构的性能要求是：低传输损耗和回波损耗，同时需要覆盖一定的频带宽度、重复性和一致性高、便于加工制作。矩形波导与平面传输线转换有多种形式，常用的主要是波导-脊波导-微带过渡、波导-微带探针过渡和波导-探针-微带过渡，这些传统微波过渡结构难以和片上电路的测试焊盘(pad)直接互联，而在毫米波及太赫兹频段，采用金丝键合线互联后，又会引入高传输损耗，且无法保证良好的重复性和一致性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种太赫兹无跳丝微带探针单片及系统级电路一体化封装结构，该封装结构无需金丝键合线连接。

本发明采用的技术方案为：一种太赫兹无跳丝微带探针单片及系统级电路一体化封装结构，包括：上腔体、下腔体、上腔体封盖在下腔体上形成的屏蔽腔、微带探针互联封装一体化结构，所述微带探针互联封装一体化结构安装在屏蔽腔内；所述屏蔽腔包括矩形波导腔、微带电路屏蔽腔和单片电路屏蔽腔。