3.3 A l/SiC復(fù)合材料基板上HDI技術(shù)T/R組件

　　1997年，Lockheed Martin 公司報(bào)道了和GE 公司合作開(kāi)發(fā)的基于A(yíng)l/SiC材料基板的薄膜多層電路的T/R組件（7），結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。采用Al/SiC材料做T/R組件的基板，主要考慮該材料不僅導(dǎo)熱率較高（接近氮化鋁，約160W/moK），而且熱張系數(shù)與GaAs或Si有源芯片接近，有利于直接貼裝芯片。此外該材料密度低，有利于降低組件重量。 采用Al/SiC材料作基板，必須預(yù)先加工成形并進(jìn)行鍍Ni/Au金屬化，有源芯片和無(wú)源器件可以直接貼裝于凹腔內(nèi)，并使其與基板表面在同一平面上，其中高功率GaAs芯片采用 AuSn高溫焊料焊于基板凹腔內(nèi)，以保證熱傳導(dǎo)并降低器件結(jié)點(diǎn)溫度；非功率芯片和無(wú)源器件可以采用導(dǎo)電膠貼于基板凹腔內(nèi)。然后在其上實(shí)施HDI技術(shù)（薄膜高密度多層互連），即采用膠粘劑復(fù)合一層聚酰亞胺膜（kapton）， 用激光在對(duì)應(yīng)芯片焊盤(pán)以及基板上需要的位置開(kāi)孔，在孔及基板上采用濺射工藝實(shí)現(xiàn)金屬化（Ti/Cu/Ti），然后采用激光或光刻的方法刻出圖形及帶線(xiàn)。以此類(lèi)推，實(shí)現(xiàn)多層。

　　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(xiàn)，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(wú)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(chǎng)合，高導(dǎo)熱的氮化鋁、氧化鈹陶瓷更有優(yōu)勢(shì)。圖5是美國(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(xiàn)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。基于 HTCC的薄膜多層互連技術(shù)可以將電源線(xiàn)、地層、信號(hào)線(xiàn)布在HTCC中， 以滿(mǎn)足耐功率需要并減少薄膜多層層數(shù)。功率芯片可以通過(guò)焊接的方式貼在HTCC的凹腔中，有利于散熱。微帶線(xiàn)及芯片精細(xì)互連線(xiàn)可以作在少數(shù)幾層HDI層中，滿(mǎn)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(kāi)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(jiàn)圖8。利用LTCC容易實(shí)現(xiàn)多層的特點(diǎn)，把直流電源線(xiàn)、控制信號(hào)線(xiàn)做在不同的層上，還可埋置電阻、電容等無(wú)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(wú)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(xiàn)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(zhǎng)度及關(guān)聯(lián)電感，芯片熱量可通過(guò)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(cè)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(yǔ)

　　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(shì)，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(zhǎng)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(wú)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。