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封面故事 | Cover Story - 雷达

图2.脊形波导天线效率
高，与晶圆级微机械加
工和3D芯片堆叠技术兼
容。金的金属化和硅蚀
刻的天线具有数千个组
件的高的尺寸精度和低
的缺陷数量。
成方法相比，它的计算强度要低得多。此外，通 的硅芯片进行深反应离子蚀刻之后是 1.5μm 的金
过利用计算能力，可以极大地简化 RF 前端的电 溅射，形成脊形状波导阵列结构（见图 2（a））。
子组件。 通过优化各种工艺参数，可以生产出具有光滑侧
我们的 CASA 的架构（见图 1）基于 700μm 壁的高质量结构。
的组件间距，这对应于 235GHz 的工作频率相关 我们加工特征的尺寸公差和重复性都极佳。
联波长的约一半左右。通过微机械制造的脊形波 脊形间隙距离的测量，这是一个关键的 220μm 特
导天线和我们的 RF GaN HEMT 组成的 RF 端口 征尺寸，显示出一侧的平均值为 224.2μm，标准偏
完全位于 CASA 平板内。这些平板上的移相器控 差为 0.2μm，另一侧为 243μm，标准偏差为 0.7μm。
制焊盘通过背面的硅通孔互连和焊料凸点连接到 请注意，所有这些值都来自数千个原件的测量数
硅的内插器。控制线馈通到内插器的后侧，在那 据。两侧之间的差异是由于刻蚀期间产生的可重
里它们连接到移相器的控制 ASIC。可扩展性是有 复侧壁锥度。我们在设计中考虑到了这一点。
可能的，因为控制 64 个移相器的每个 ASIC 在物 硅微加工工艺的一个好处是它可以保证缺陷
理尺寸上都小于相应的 64 个 CASA 组件。 水平很低。在我们的 1024 单元的阵列中，平均
我们使用开放终端脊形波导天线，因为它 来说缺陷少于两个。刻蚀后，我们对阵列晶圆进
们具有很多优点。这些优点包括效率超过 95％， 行金镀膜，然后将它们切割成各种尺寸的阵列。
小尺寸与 700μm 间距兼容，与晶圆级制造兼容，
以及使用金 - 金热压键合进行简单 MMIC 集成的 与 GaN MMIC 集成
机会。 我们的二元移相器采用我们特征尺度大
为了形成天线阵列，我们使用硅微机械加工 幅缩小的 GaN T4 HEMT 技术构建，该技术具
工艺，提供高的尺寸精度和均匀性。对 370μm 厚 有 40 nm 的栅极长度，能够制备出截止频率为

图3.（a）HRL的T4 GaN HEMT结构的图示，该结构是采用BCB的铜镶嵌工艺和器件栅极周围的空气腔。工艺改进包括用于天线键合的MET2，通过100μm厚的SiC衬底
的实心铜通孔，精细的背面图案化，焊接掩模电介质和用于焊接的镍焊盘。（b）单个MMIC组件的照片。

12 化合物半导体 2019年第2期 www.compoundsemiconductorchina.net