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SIP(System in Package,系统级封装)技术是将多个具有不同功能的无源电路、有源电路等封装在一个壳体内,成为可提供多种功能的单个标准封装件,具备系统或者子系统功能。为了满足不断增加系统功能、缩小体积、减轻重量和降低成本的市场需求,SIP技术已逐渐成为封装技术的发展趋势。在微波毫米波频段,SIP封装尺寸变得越来越小,对SIP封装的载体有了越来越高的要求。LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,低温共烧陶瓷)工艺采用多层陶瓷叠压烧结,高频介质损耗小,高温稳定性好,膨胀系数与集成电路接近易匹配,容易与芯片集成,适合高低频混合和数模一体化封装。同时,LTCC工艺又是一种三维无源基板,可以满足系统高密度布线和紧凑复杂的无源电路要求,能充分发挥大规模集成电路的性能优势。本文对基于砷化镓(Ga As)工艺的多功能微波单片集成电路、多功能毫米波单片集成电路开展了理论研究和实验研究,对基于LTCC工艺的无源电路、微波毫米波SIP封装技术和基于矢量调制器(VM)的SIP封装技术开展了深入研究。本文主要研究成果如下:1.针对当前多功能收发芯片(T/R芯片)输出功率受限于砷化镓(GaAs)FET开关功率容量小的问题,深入分析了FET开关在大功率条件下射频功率容量的理论限制,提出了一种在不增加开关晶体管规模的前提下大幅度提高其功率容量的多功能T/R芯片电路结构。该电路采用功率放大器、低噪声放大器和FET开关匹配电路一体化设计的方法,突破了多功能T/R芯片大功率输出的技术难题,分别研制了两款Ku波段发射功率分别为2W、5W和一款Ka波段发射功率0.5W的GaAs多功能T/R芯片,并在GaAs pHEMT工艺上进行了实验研究。2.针对微波频段氮化镓(GaN)“内匹配”功率放大器带宽窄、增益低、调试敏感等问题,对GaN HEMT工艺和电路结构开展了研究。本文利用微波二端口网络理论,从宽带匹配的角度对大功率GaN器件进行了理论分析和优化设计,并提出一种“预匹配”技术,大幅度拓展了GaN“内匹配”功率放大器的带宽,提高了增益,降低了调试敏感度;优化设计了Ku波段输出功率30W的GaN“内匹配”宽带大功率放大器,并在GaN HEMT工艺上进行了实验研究。3.针对传统T/R组件数字移相器芯片方案复杂、成本高、控制精度受限等问题,从VM基本理论出发,对T/R组件移相功能的相位控制特性进行了深入分析。本文提出在微波毫米波频段T/R组件中采用VM进行幅度和相位控制的方案,并以Ga As pHEMT工艺的Ku波段和Ka波段平衡式宽带VM芯片为基础,研制出Ku波段和Ka波段T/R组件,验证了基于VM移相的T/R组件相位控制功能,并进行了实验研究。4.基于LTCC工艺,本文设计优化了T/R组件中的各种无源过渡电路、天线等电路,并针对传统LTCC金属封装谐振效应问题,提出一种全LTCC材料实现的气密封装方案,克服了传统金属封装的谐振问题,实现了具有良好应用前景的SIP封装技术。