《电子技术应用》
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基于扇出型晶圆级封装的X波段异构集成T/R模组研制
电子技术应用
张翔宇,张帅,赵宇,吴洪江
中国电子科技集团公司第十三研究所
摘要: 基于扇出型晶圆级封装(FOWLP)技术,设计并制造了一款X波段四通道收发模组。模组异构集成了CMOS和GaAs两种工艺的芯片,可实现接收射频信号的低噪声放大、幅相控制及功率放大输出等功能。模组内部通过重布线层实现芯片间的互联以及扇出,与印制电路板通过球栅阵列实现垂直连接,模组最终体积仅为12.8 mm×10.4 mm×0.5 mm。模组经测试,结果为接收增益≥27 dB,噪声系数≤4 dB,发射增益≥26.7 dB,饱和输出功率≥24 dBm,四位数控衰减精度RMS≤1 dB,六位数控移相精度RMS≤6°,符合设计预期,在高密度树脂基封装的基础上整合了两种材质芯片的特性,实现了优异的性能。
中图分类号:TN454 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257153
中文引用格式: 张翔宇,张帅,赵宇,等. 基于扇出型晶圆级封装的X波段异构集成T/R模组研制[J]. 电子技术应用,2026,52(2):15-23.
英文引用格式: Zhang Xiangyu,Zhang Shuai,Zhao Yu,et al. Design of X-band heterogeneous integrated T/R module based on fan-out wafer-level packaging[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(2):15-23.
Design of X-band heterogeneous integrated T/R module based on fan-out wafer-level packaging
Zhang Xiangyu,Zhang Shuai,Zhao Yu,Wu Hongjiang
The 13th Research Institute of China Electronics Technology
Abstract: Based on Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP) technology, a compact X-band quad-channel transceiver module was designed and fabricated. This module heterogeneously integrates chips manufactured using Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) and Gallium Arsenide (GaAs) processes, enabling functionalities such as low-noise amplification, amplitude-phase control, and power amplification output for received RF signals. Within the module, interconnections and fan-out among chips are achieved through redistribution layers (RDL), while vertical connections to the printed circuit board (PCB) are realized via ball grid arrays (BGA). The final module dimensions are a mere 12.8 mm × 10.4 mm × 0.5 mm. Test results indicate that the module achieves a reception gain ≥27 dB, noise figure≤4 dB, transmission gain≥26.7 dB, and saturated output power ≥24 dBm. Furthermore, the RMS accuracy of the 4-bit digital attenuation≤1 dB, and the RMS accuracy of the 6-bit digital phase shifter≤6°, all meeting design expectations. By consolidating the characteristics of two distinct material chips on a high-density resin-based packaging platform, this module demonstrates superior performance.
Key words : wafer-level packaging;T/R microsystems;system-in-package;redistribution layer;advanced packaging technology;miniaturization

引言

T/R模组是相控阵系统的重要组成部分,其性能在很大程度上决定了相控阵系统整体的性能。当前相控阵中的T/R模组技术主要发展方向为高性能、小体积、轻质量和低成本[1]。随着电子信息技术不断发展,越来越多的电子设备终端采用了相控阵体制,作为相控阵系统中的关键器件,T/R模组通常集成了功率放大器、低噪声放大器、限幅器、数控移相器、数控衰减器等电路功能[2]。系统级封装(System in Package, SiP)是指将多种集成多种有源结构和无源结构集成在一个封装体内,能使产品在高集成密度的条件下保持优异性能。 T/R模组在相控阵系统中通常是许多子阵单元以阵列形式组合工作,所以其尺寸、功耗和增益等指标对整个系统的影响十分明显,因此系统级封装技术在T/R微系统领域应用优势明显。SiP具有小型化、高集成、低成本等诸多优势。随着电子信息技术的持续进步,对T/R模组SiP的性能要求将越来越高[3]。

目前,应用在T/R微系统主流的SiP封装方式主要有陶瓷基管壳封装[4-5]和三维硅基异构集成[6-7],两种封装方式的加工工艺都需要经过芯片粘结、引线键合等微组装工艺将芯片装配在封装腔体中,再通过植球工序实现电信号传输结构,因此具有加工流程多、周期长、不利于进一步降低成本的不足。扇出型晶圆级封装(Fan-Out Wafer-Level Packaging,FOWLP)是一种先进半导体封装技术,可基于树脂基实现SiP方案,在重构晶圆上通过刻蚀、电镀等半导体工艺完成封装过程,其优势在于通过重布线层(Re-distributed Layer, RDL)替代了传统引线键合实现电信号的互联和传输,采用聚酰亚胺(Polyimide, PI)实现层间的隔离,能够缩短传输路径,减小传输损耗、提高集成密度,进而可在更小体积和更低成本的条件下实现优异的性能[8-9]。目前FOWLP技术广泛应用于消费电子产品处理器芯片、人工智能芯片等领域[10-12],但应用在T/R微系统领域还鲜有报道。

本文基于FOWLP技术,设计了一款X波段四通道T/R模组。本次设计在塑封模组中集成了互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)和砷化镓两种工艺结构的芯片,整合发挥了CMOS芯片可实现高密度数字集成的特点,砷化镓高增益、低噪声的射频性能优势,以及FOWLP集成密度高、模组体积小的优点,信号的输入输出通过BGA植球实现。经测试验证,本次设计研制了一款高性能、低成本的四通道T/R模组,为今后FOWLP技术在T/R微系统领域的进一步应用提供了设计参考。


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作者信息:

张翔宇,张帅,赵宇,吴洪江

(中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050000)

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