球栅阵列垂直互联传输性能分析与基板叠层设计

邓国庆， 徐 正， 刘向宏， 王 松， 李帅召

(1.中国科学院空天信息创新研究院， 北京 100094； 2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院， 北京 100049；3.空装北四代表室， 北京 100041)

有源相控阵雷达在国防军事方面发挥着极大作用[1]。而T/R组件(transmitter and receiver module，T/R)是雷达关键部件，对有源相控阵雷达的天线阵列起着幅度、相位的控制作用，其重量和成本甚至可以达到雷达整机的60%，因此，T/R组件对于雷达整机的成本和尺寸控制非常关键[2]。传统砖块式T/R组件采用二维多芯片组件技术(2-D multi-chip module，2D-MCM)[3]，在广泛用于微波电路的低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic, LTCC)基板表面或腔体内粘贴元器件，在基板表面和内部布线互连，并用壳体和盖板实现气密性封焊[4]。由于自身存在的限制，其组装密度最大理论极限为85%[5]。随着封装技术的发展，组装密度已接近理论极限，难以进一步提高[6]。为进一步实现小型化，采用的典型方式是将裸芯片或是封装基板沿Z轴方向上垂直互联，利用垂直方向上的空间提高组装密度[7]；同时由于互联线缩短，可以获得更小的延迟和更好的高频高速性能[8]。

国外针对T/R组件的微波垂直互联和三维基板叠层研究较早[9]，并于2001年正式在第四代战斗机F-22上应用[4]，2018年将三维LTCC技术应用于航天射频模块[10-11]。而中国目前也将基板垂直互联作为热点进行研究，先后提出了瓦片式和叠层式三维组件等形式来实现小型化[12-14]，并对3D射频封装结构的可靠性也进行了研究[15]。但垂直互联在微波频段传输性能的恶化依然是三维叠层结构的最大挑战，结构参数对于传输性能的影响还未得到充分研究。……