薄膜電路技術(shù)在T/R組件中的應(yīng)用

3.4 薄、厚膜混合集成電路寬帶T/R組件

1992年，通用公司報(bào)導(dǎo)了采用薄膜和厚膜混合工藝研制的寬帶S/C波段T/R組件(8)(3.0～6.0GHz)，尺寸只有3.3英寸×1.17英寸，S波段輸出功率21W, C波段輸出功率19W,接收增益30~38 dB。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示,在同一塊氧化鋁陶瓷基板(厚0.635mm)上，正面采用薄膜技術(shù)做微帶電路，背面采用厚膜技術(shù)做4層布線，正面薄膜電路和背面厚膜電路之間的互連采用激光打孔的方法實(shí)現(xiàn)，芯片和器件埋在陶瓷板孔內(nèi)。

3.5 半導(dǎo)體硅材料上薄膜多層發(fā)射模塊

在半導(dǎo)體硅材料上，采用薄膜多層技術(shù)制造T/R組件的優(yōu)點(diǎn)是可以和半導(dǎo)體技術(shù)兼容，可以集成有源芯片、無源器件，組件可以做的很小、并且能夠大批量生產(chǎn);缺點(diǎn)是由于硅材料導(dǎo)熱率低，在需要高功率或高Q值的場合，高導(dǎo)熱的氮化鋁、氧化鈹陶瓷更有優(yōu)勢。圖5是美國辛西納底大學(xué)研制的薄膜多層發(fā)射模塊示意圖，它是在硅基片上，用Dupont公司的聚酰亞胺做介質(zhì)(每層介質(zhì)厚度9~15μm)，用Ti-Au-Ti或Cr-Au-Cr做導(dǎo)帶(Au厚度2~3μm)，制作的4層金屬、3層介質(zhì)的多層互連結(jié)構(gòu)。

3.6 HTCC基板上薄膜多層 T/R組件

GE 和 Lockheed Martin 等公司合作開發(fā)的基于HTCC基板的薄膜多層電路的T/R組件(7)，如圖7所示。預(yù)先將HTCC基板開槽并金屬化，將功率芯片貼裝預(yù)槽內(nèi)，使之與基板表面持平，然后在其上實(shí)施HDI工藝。

采用 HTCC做T/R組件的基板，是充分利用了高溫共燒陶瓷(HTCC)和薄膜多層的優(yōu)點(diǎn)，而又避開其不足。HTCC的優(yōu)點(diǎn)是熱導(dǎo)率高、易實(shí)現(xiàn)多層;其缺點(diǎn)是由于采用的電阻率高的Mo、W等漿料制作導(dǎo)帶，微波損耗較大。薄膜多層互連技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：線條精度高，采用Cu、Au等電阻率低的材料作導(dǎo)帶，微波損耗小;其缺點(diǎn)是耐功率不足、多層成本高?；? HTCC的薄膜多層互連技術(shù)可以將電源線、地層、信號(hào)線布在HTCC中, 以滿足耐功率需要并減少薄膜多層層數(shù)。功率芯片可以通過焊接的方式貼在HTCC的凹腔中，有利于散熱。微帶線及芯片精細(xì)互連線可以作在少數(shù)幾層HDI層中，滿足微波性能的需要。

3.7 LTCC基板上薄膜集成 T/R組件

Reinhardt Microtech公司和Micro Systems Engineering 公司合作開發(fā)了一種可用于X波段T/R組件的精細(xì)混合(Finebrid)集成技術(shù)，這種技術(shù)是將LTCC和薄膜技術(shù)集成在一起，在采用杜邦951或943生瓷制造的LTCC板上，不用拋光等處理，直接制造精細(xì)薄膜電路圖形，結(jié)構(gòu)示意圖見圖8。利用LTCC容易實(shí)現(xiàn)多層的特點(diǎn)，把直流電源線、控制信號(hào)線做在不同的層上，還可埋置電阻、電容等無源器件。選用杜邦951或943生瓷，是因?yàn)橹瞥傻腖TCC損耗比較小。利用薄膜的高精度特點(diǎn)，把無源器件(如Lange耦合器、濾波器、電阻網(wǎng)絡(luò)、衰減器、功率分配器等)集成在LTCC表面。實(shí)用中薄膜圖形典型的線條及間距20微米，膜層厚度5微米;NiCr層充當(dāng)電阻層和粘附層。從結(jié)構(gòu)圖上可以看出，芯片安裝在LTCC表面的凹腔內(nèi)，可以減小鍵合長度及關(guān)聯(lián)電感，芯片熱量可通過背面的散熱通孔柱傳到下面的熱沉上，可克服LTCC熱導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。經(jīng)可靠性測試，在LTCC表面實(shí)施薄膜工藝與在氧化鋁陶瓷上的可靠性相當(dāng)。

4. 結(jié)語

從以上分析可以看出，與傳統(tǒng)的在陶瓷基板實(shí)施薄膜工藝相比，薄膜技術(shù)在T/R組件的應(yīng)用有兩個(gè)明顯的新的趨勢，一是，在高導(dǎo)熱的金屬、合金、復(fù)合材料( Al/SiC)上采用多層薄膜工藝，制造T/R組件，提高了組件耐功率性能，并且利于封裝;還可根據(jù)設(shè)計(jì)需要把芯片貼裝在表面的凹腔內(nèi)，減短了金絲鍵合的長度或者不用鍵合，減小了或克服了寄生效應(yīng)，改善組件性能;二是在其他多層基板(如HTCC或LTCC)上，實(shí)施薄膜工藝制造T/R組件，充分發(fā)揮HTCC或LTCC易實(shí)現(xiàn)多層及埋置無源器件的優(yōu)點(diǎn)以及薄膜工藝高精度、低損耗的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)減小T/R組件基板尺寸、改善組件的電性能和熱性能有重要意義。

國內(nèi)，在T/R組件的制造領(lǐng)域，尚未見相關(guān)應(yīng)用報(bào)導(dǎo)，可加以重視，開展相關(guān)跟進(jìn)研究工作。