13．3．2 MCM 的主要特点及应用
13．4 低温共烧陶瓷(LTCC)技术
13．4．1 LTCC 加工工艺流程
13．4．2 LTCC 基板的材料特性
13．4．3 LTCC 技术特点
１3．5 微波集成电路
13．5．1 混合微波集成电路
13．5．2 单片微波集成电路
微波毫米波电路的发展
微波毫米波集成电路的发展趋势
解放军理工大学通信工程学院
课程名称 课程性质 学时 授课对象
《射频微电子学》 （考试） 理论40学时 2011级硕士研究生
微波射频集成电路技术
第13章 微波集成电路和LTCC 技术及其应用简介
13．1
微波毫米波集成电路的发展趋势
13．2 国内外研究现状
13．3 多芯片组件（MCM）简介
13．3．1 MCM的分类
Ka_C波段上_下变频组件研究
微波毫米波电路的发展
微波毫米波电路的发展
2007年台湾大学的Yu-Hsun Peng研制出基于0.18μmCMOS工艺 的Ku波段频率综合器。该频率合成器频率输出范围是14.8GHz～ 16.9GHz；供电电压2V；直流功耗仅为70mW；在输出15GHz时相位噪 声为-104.5dBc/Hz@1MHz；由于采用了先进的0.18μmCMOS工艺，该 频率合成器的面积仅为0.98mm×0.98mm。经过测试，该频率合成器 在输出15.6GHz 时，功率可达-10dBm，相位噪声为110dBc/Hz@1MHz。下面列出Ku波段频率合成器的原理图和加工版图。
微波毫米波电路的发展
基于 LTCC 技术的发射模块实物
一种工作频率 40.5GHz 到 41.5GHz 的毫米波收发前端
输入IF 2.4GHz
本振输入 19.2GHz
中频输出 2.4GHz
中频放大
发射部分 BW=3GHz
接收部分
射频 开关
40.5－41.5GHz
BW=1GHz 波导 传输
前端部分
微波毫米波电路的发展国内外研究现状
Ka 波段下变频器
美国EDO公司的Ka波 段下变频器，它的RF 为 25 到 30GHz中的任 意 2GHz频段，IF输出 14.8+/0.325GHz，变频 增益为45dB，噪声系 数小于2.5，输入输出 驻波比小于 1.3，输出 功率大于10dBm。实 物图
微波毫米波电路的发展
随着微电子技术的不断发展，对电子系统的体积、 重量、成本和性能的要求越来越高。通信、雷达、导 航、测控等系统所需的微波毫米波集成电路也是向着 短、小、轻、薄，以及高可靠性、高性能、低成本的 方向快速发展。微波毫米波集成电路一直沿着初期的 波导立体电路→混合集成电路→单片集成电路→多层 多芯片模块（MCM）这一趋势在继续向前发展。目 前，采用混合微波集成电路（HMIC）实现微波毫米 波系统的技术已趋于成熟。尤其是随着单片微波集成 电路（MMIC）技术的发展，集成度及可靠性得到进 一步的提高。但对于有些集成度要求高的系统， HMIC技术已经不能满足要求。
3．3 多芯片组件（MCM）简介 多芯片组件（Multi-Chip Module,简称 MCM）技术是继
20世纪80年代的表面安装技术(SMT)之后，90年代在微电子领 域兴起并获得迅速发展的一项最引人瞩目的微电子组装技术， 也是电子元器件与整机系统之间的一种先进接口技术。MCM是 将2个或2个以上的大规模集成电路（LST）裸芯片和其他微型 元器件（含片式化元器件）互连组装在同一块高密度、高层基 板上，并封装在同一外壳内构成功能齐全、质量可靠的电子组 件。
2009 年德国IMST GmbH中心的W. Simon，J. Kassner，O. Nitschke 等人采用LTCC 技术制作了用于卫星通信的 Ka频段发射 前端。在一块基板集成了天线阵、射频链路、本振链路以及直流偏 置电路，并采用水冷散热系统使得模块热功率在30W 时依然能维持 在 35 摄氏度以下。
微波毫米波电路的发展
2009年 K.HettaK等人研制出了一种 新型紧凑单面基带频率20GHz的直接下 变频 I/Q 频率输出，GaAsMMIC.芯片 创新的利用 ACPS枝节和 CPW结构设 计电容电感减小芯片体积。利用ACPS 结构设计魔T不仅降低了结构尺寸而且 提高本振LO和射频RF的隔离和高的杂 散抑制度。
BW=3GHz
（a） 收发前端电路结构图（b） 收发前端实物图
报道了一种工作频率40.5GHz到41.5GHz的毫米波收发前端，射频部分采用 LTCC基板设计。该收发前端的电路结构图和实物图如图所示。该模块应用3-D 集成的新概念，在LTCC基板下面使用了FR-4 PCB介质基板，这样加强了整个 基板的机械强度，降低了组件成本。模块的尺寸仅为32mm×28mm×3.3mm， 在40.5GHz 到41.5GHz范围内，1dB压缩点输出功率为15dBm，噪声系数为 9.72dB。
混合集成发射模块实物图
用HMIC和LTCC工艺制作的 两种Ka波段发射模块，其电 路图相同，主要包括以下单 元电路：
1.Ka 波段的单边带调制器； 2.驱动放大器； 3.微带定向耦合器； 4.带反馈的检波电路。 图 1-6 是两种电路的实物图。 使用LTCC技术的电路面积仅 527 平方毫米，较 MIC 的电 路尺寸减少了57%。HMIC的 最大变频增益为 9.6dB,而 LTCC的只有6.1 dB。这是因 为各原件之间的失配和互连 损耗，并且MMIC放大器单片 和2009 年电子科技大学李平等人采用LTCC技术设计一 个毫米波精确制导收发前端。其发射功率达到7.34dBm， 接收支路增益大于30dB，噪声系数小于5.5dB。
报道了一种应用于Very Small Aperture Terminal （VSAT） OutdoorUnit （ODU）的低成 本Ka波段发射模块。整个模块的 电路图及实物图如图1-1 和1-2所示
微波毫米波电路的发展
毫米波单元采用LTCC技术 实现，如图所示。毫米波单元 中单独设计的低成本多功能 MMIC芯片安装在LTCC基板上， 同时LTCC基片上也集成了高可 靠性及低成本的滤波器和波导 微带过渡结构。这些设计都有 利于降低组件成本和减小体积， 并适宜于大规模生产。该Ka波 段发射模块的输出功率大于1W。