CN104502903A - 一种基于tsv转接板的多波束接收sip系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，包括多组应用低噪声放大器、数控移相器及数控衰减器进行接收，并通过接收波束合成网络多合一合路器将多个接收通道的信号合成输出的双波束接收装置。该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统利用TSV三维集成封装技术开发出一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，用于各种雷达，电子对抗，通信等微波射频系统，特别用于对小型化，轻量化的要求十分高的大型微波系统，例如航空航天电子设备中的微波系统。

Description

一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统

技术领域

本发明涉及射频封装技术领域，具体涉及一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统。

背景技术

 目前在雷达、通信、电子对抗、遥测遥控等军民用电子设备中都要使用微波射频系统。而这些系统的主体部分是射频前端模块，主要包括发射和接收两个部分，一般称为T/R组件，T/R组件的性能直接影响整个系统的指标是否能达到，对系统起着至关重要的作用。

国内外对T/R组件的研究一直没有停过，可以看出总的方向是小型化，轻量化，宽带化，固态化和集成化。由于国内的工艺水平限制，目前还没有整个前端系统MMIC的报道，但是由过去的波导立体结构向现在的混合平面微带结构过渡，采用LTCC技术的前端组件也大量出现。目前，T/R组件的发展水平以美国最为先进，他们的战场高空区域防御系统的X波段地基相控阵雷达使用了25344个T/R组件，其火炮定位系统的C波段地基相控阵雷达使用了2700个T/R组件，一步星载L波段的有源相控阵用2-10万个组件，从这些可以看到，有源相控阵就是用T/R组件堆砌起来的，由此可以看出小型化，轻量化是T/R组件的重要发展方向。

   基于TSV技术的三维集成封装技术对如何实现小型化与轻量化有着巨大的优势，同时也有着广阔的应用前景，因为这一技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小,同时大大改善了芯片速度和低功耗新能。因此基于TSV三维集成封装技术的超微型射频前端SIP的研制对民用和军用的电子的发展都至关重要，而该产品由于小型化可以广泛应用在对体积和重量有特殊要求的通信、雷达、电子对抗等平台上。

TSV三维集成技术目前已在各式应用领域当中崭露头角。目前TSV堆叠技术的研究主要应用于DRAM、FPGA等产品上，国外已开发出一些TSV三维堆叠技术封装的产品，2011年3月韩国海力士半导体宣布，采用TSV技术，成功层叠了8层40nm级2Gbit DDR3 DRAM芯片。TSV技术与原来的引线键合技术相比，使运行速度提高了50％，功耗降低了40％。

3个月之后的2011年6月，尔必达存储器开始样品供货采用TSV技术的32位宽8Gbit DDR3 SDRAM。采用TSV技术层叠了4个2Gbit DDR3 SDRAM芯片与一个接口芯片，并实现了单封装。

2011年8月，韩国三星电子宣布开发出了采用TSV技术的32GB RDIMM（registered dual inline memory module）。该产品层叠了30nm级DDR3 SDRAM，并以TSV连接而成。已开始样品供货。

 2011年12月，美国IBM与美国美光科技公司宣布开始生产基于TSV的新型存储器“Hybrid Memory Cube”（HMC）。据两公司介绍，采用TSV技术，可将每个LSI的最大数据传输速度提高到128GB/秒。

 针对这些动向，日本电子信息技术产业协会（JEITA）在2011年5月发布的《2011年度版日本封装技术发展蓝图》中，加入了基于TSV的宽I/O DRAM技术的相关内容（。而且，目前JEDEC也在为采用TSV的DRAM制定标准。

 逻辑LSI方面，在采用TSV技术的硅转接板上平面封装逻辑LSI芯片的“2.5D”技术已全面进入实用化阶段。比如，美国赛灵思公司2011年10月开始样品供货在硅转接板上封装4个28nm工艺FPGA芯片、相当于3000万门ASIC电路的FPGA产品“Virtex-7 2000T”。这是一种通过将大面积芯片分割为4部分来提高芯片成品率的新方式。

关于这种2.5D技术以及未来的三维封装技术，赛灵思的合作企业——台湾台积电（TSMC）在2011年11月举行的技术研讨会上，宣布了TSV的量产计划等。因TSV技术采用半导体工艺，因此也为台积电这样的代工企业涉足封装领域创造了契机。有人指出，在介于半导体前工序和后工序之间的“中端”领域，潜藏着新的发展机会。

 另外，在2011年12月举行的“Semicon Japan 2011”的技术研讨会上，法国YoleDeveloppement就赛灵思的硅转接板公开了成本推算结果。该结果显示，每块40mm×40mm硅转接板的生产成本约为32美元。从该数字可以看出，目前采用TSV技术的硅转接板仍十分昂贵。不过，Semicon Japan 2011上展出了很多TSV制造装，估计今后业界将加快降低TSV技术成本的步伐

2012年12月三星公司采用TSV技术，成功地开发出基于该公司先进的绿色DDR3芯片的8GB RDIMM内存，功耗节省40％，内存容量提升50％以上。

2011年7月9日，在国家02专项和中国封装测试联盟的支持下，由中国科学院微电子研究所发起的国内首个TSV技术攻关联合体在北京宣告成立并启动了第1期攻关项目。有关高校也正在积极开展TSV的技术研究工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统利用TSV三维集成封装技术开发出一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，用于各种雷达，电子对抗，通信等微波射频系统，特别用于对小型化，轻量化的要求十分高的大型微波系统，例如航空航天电子设备中的微波系统。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统包括多组应用低噪声放大器、数控移相器及数控衰减器进行接收，并通过接收波束合成网络多合一合路器将多个接收通道的信号合成输出的双波束接收装置 。

该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统利用TSV三维集成封装技术开发出一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，用于各种雷达，电子对抗，通信等微波射频系统，特别用于对小型化，轻量化的要求十分高的大型微波系统，例如航空航天电子设备中的微波系统；同时，TSV作为第四代芯片互联技术，是一种新型的封装技术，对整个电子产业链都有着重要的影响，同时，T/R组件作为微波射频系统的重要组成部分，小型化和轻量化的需求一直非常迫切，因此基于TSV三维集成封装技术的超微型射频前端SIP的研制对民用和军用的电子的发展都至关重要，而该产品由于小型化可以广泛应用在对体积和重量有特殊要求的通信、雷达、电子对抗等平台上；本发明产品可大大推动基于TSV三维集成封装技术的超微型射频前端SIP的技术革命，引领超微型射频前端SIP的发展方向，带动产业向质量提高、成本降低、更加安全的方向良性升级和发展。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性地示出了多波束接收系统原理图。

图2示意性地示出了双波束接收芯片原理图。

图3示意性地示出了双波束SIP结构图。

图4示意性地示出了多波束系统结构示意图。

图5示意性地示出了基于TSV的多层转接板接收SIP结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施例，提供一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，包括多组应用低噪声放大器、数控移相器及数控衰减器进行接收，并通过接收波束合成网络多合一合路器将多个接收通道的信号合成输出的双波束接收装置 。

根据本申请的一个实施例，该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统的双波束接收装置包括两个前功分器一个后功分器和一个低噪声放大器，所述功分器均与两个衰减器相连接，所述衰减器均连接有移相器，所述移相器均与后功分器相连接，所述后功分器与低噪声放大器相连接。

根据本申请的一个实施例，该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统还包括用于对接收通道、波控芯片进行控制的波控子板。

根据本申请的一个实施例，该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统的工作频率为C波段。

多波束接收组件系统架构如图1所示，接收信号分别通过多个接收通道的前级低噪声放大器、数控移相器、数控衰减器接收，后续通过接收波束合成网络多合1合路器将多个接收通道的信号合成输出。整个组件通过波控子板对接收通道、波控芯片进行控制，完成波控芯片对移相衰减器的控制，从而实现收发组件的布相及加权，最终实现对波束指向的控制。

该项目中基于TSV多波束接收SIP由多个单通道接收单元构成，工作频率为C波段，其中每一个通道接收单元包含一个低噪放芯片，一个移相芯片和一个衰减芯片，一个放大器和外围电路和波控电路。

项目的初级阶段的目标是研究基于TSV的双波束接收SIP，如图2在单个通道的基础上加入了4个功分网络，将天线下发信号经过功分网络分成两路，然后每路信号经过幅相加权后合成两路波束输出。具体设计时，用两波束接收组件来实现。每个接收组件完成对两路信号的处理。四路射频输入信号经低噪声放大器提供一定增益，对每路信号进行幅度、相位调整后再合成两路子波束输出。

根据双波束接收芯片的原理图,采用倒装焊接方法装配芯片的TSV接收SIP的结构如图3所示。

多波束系统由多个上述的双波束接收构成，最终形成完整的接收系统，如图4所示：

在上述设计的基础上，可以设计基于TSV的多层转接板结构，将无源器件以及功分网络集成在转接板内部，实现高密度的纵向集成，其结构示意图如图5。

根据所示原理，单个通道一共使用了3款芯片，分别是低噪放芯片，移相芯片，衰减芯片。

由基于TSV的接收SIP的结构示意图可以看出，双波束接收SIP的尺寸由芯片的尺寸决定，所以芯片的尺寸也应尽量小。

同时基于TSV转接板的技术和传统的技术有很大的不同之处，主要是互联方式的不同，以及封装方式的不同，因此接收SIP使用的芯片，需要在原有芯片的基础上，结合TSV集成技术进行联合仿真设计。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，其特征在于：包括多组应用低噪声放大器、数控移相器及数控衰减器进行接收，并通过接收波束合成网络多合一合路器将多个接收通道的信号合成输出的双波束接收装置 。

2.根据权利要求1所述的基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，其特征在于：所述双波束接收装置包括两个前功分器一个后功分器和一个低噪声放大器，所述功分器均与两个衰减器相连接，所述衰减器均连接有移相器，所述移相器均与后功分器相连接，所述后功分器与低噪声放大器相连接。

3.根据权利要求1所述的基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，其特征在于：还包括用于对接收通道、波控芯片进行控制的波控子板。

4.根据权利要求1所述的基于TSV转接板的多波束接收SIP系统，其特征在于：该基于TSV转接板的多波束接收SIP系统的工作频率为C波段。