基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法，其特征在于基于TSV技术在双面抛光的硅基片上，通过深硅刻蚀、电镀、研磨抛光、堆叠等工艺，获得开关矩阵的射频单元；基于LTCC技术在生瓷片上，通过冲孔、填孔、印刷、叠片、层压、烧结等工艺，获得开关矩阵的控制单元；将射频单元与控制单元高密度集成，获得集成度高、损耗小的开关矩阵。本发明专利技术所述的开关矩阵，具有集成度高、损耗小、通用化程度高的优点。该方法加工一致性好，特别适用于微波、毫米波通信、雷达等系统/子系统的小型化应用，属于实现小型化、高性能微波通信、雷达系统/子系统的关键技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于实现小型化、高性能、通用化程度高的微波通信、雷达系统/子系统的关键
，具体涉及一种基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法。
技术介绍
随着通信系统、相控阵雷达系统中的T/R组件、微波/毫米波模块的小型化需求日益突出，电子装备逐渐向小型化、高性能等方向发展，模块、组件的集成度和性能相应提高。开关矩阵是系统中实现通路转换的关键部件，其性能和体积直接影响通信、雷达系统/子系统的性能和集成度。传统的开关矩阵多使用PCB板，采用平面组装的方式实现传输线之间的交叉互连；或由于工艺限制，使得设计复杂且成品率低，体积庞大、集成度不高，制约了关键部件在小型化系统中的应用。个别开关矩阵使用LTCC基板，采用LTCC技术实现射频和控制的集成。该技术使开关矩阵的体积在一定程度上减小，但由于LTCC最细线条和精度的加工能力有限，限制了开关矩阵的进一步小型化和性能的提升。现采用TSV技术和LTCC技术结合的方式制造开关矩阵，其射频单元采用线条更细、精度更高的TSV技术实现，既能进一步减小体积，又能获得更好的性能；其控制单元采用LTCC技术实现，组装灵活、通用化程度高。通过高密度集成，该开关矩阵的性能优异、集成度高、小型化效果明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法，用于解决体积大、集成度低、通用化程度低、损耗高的技术难题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(1)基于TSV技术制备得到开关矩阵射频单元；(2)利用LTCC技术制备开关矩阵控制单元，开关矩阵控制单元设置有用于装配开关矩阵射频单元的腔体且该腔体的深度与开关矩阵射频单元的高度相同；(3)将开关矩阵射频单元配装在开关矩阵控制单元的腔体内并进行线路互连，得到基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵。其中，步骤(1)基于TSV技术制备得到开关矩阵射频单元包括以下步骤：B1、使用有机清洗液对硅基片进行清洗；B2、对步骤B1中清洗后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面上形成深孔刻蚀掩膜图形；B3、对步骤B2中光刻后的硅基片正面进行深硅刻蚀，在硅基片正面上形成深孔图形；B4、对步骤B3中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B5、对步骤B4中去胶后的硅基片正面进行绝缘层生长；B6、对步骤B5中生长有绝缘层的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛粘附层和铜种子层；B7、对步骤B6中磁控溅射后的硅基片正面进行电镀铜，形成TSV填充孔；B8、对步骤B7中填镀孔后的硅基片正面进行化学机械抛光，将硅基片正面的钛粘附层和铜种子层进行去除，形成平整表面；B9、对步骤B8中化学机械抛光后的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛钨粘附层和金层；B10、对步骤B9中磁控溅射后的硅基片正面进行光刻，在硅基片种子层上形成凸点电镀用掩膜图形；B11、对步骤B10中光刻后的硅基片正面进行凸点电镀，形成凸点；B12、对步骤B11中电镀凸点后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B13、对步骤B12中去胶后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面金层上形成刻蚀用掩膜图形；B14、对步骤B13中光刻后的硅基片正面进行刻蚀，在硅基片金层上形成电路图形；B15、对步骤B14中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B16、对步骤B15去胶后的硅基片正面进行临时键合，形成对图形面的临时保护；B17、对步骤B16中临时键合后的硅基片背面进行减薄、化学机械抛光处理，使TSV孔内的铜裸露且平整；B18、对步骤B17中减薄、化学机械抛光处理后的硅基片背面进行绝缘层生长；B19、对步骤B18中生长绝缘层后的硅基片背面进行光刻，在硅基片背面绝缘层上形成刻蚀用掩膜图形；B20、对步骤B19中光刻后的硅基片背面进行刻蚀，使硅基片背面TSV孔部分的绝缘层被刻蚀掉；B21、对步骤B20中刻蚀后的硅基片背面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B22、对步骤B21中去胶处理后的硅基片背面进行磁控溅射，在硅基片背面上形成钛粘附层和铜种子层电路；B23、对步骤B22中磁控溅射后的硅基片背面进行光刻，在硅基片背面钛粘附层和铜种子层上形成电镀用掩膜图形；B24、对步骤B23中溅射后的硅基片背面进行凸点电镀铜，形成凸点；B25、对步骤B24中电镀后的硅基片背面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B26、对步骤B25中去胶后的硅基片进行刻蚀，在硅基片背面上形成电路图形；B27、对步骤B26中刻蚀后的硅基片进行解键合，去除临时键合层；B28、重复上述步骤B1至步骤B27，进行各层TSV硅基片制作；B29、对步骤B1至步骤B28中制作的各层TSV硅基片进行堆叠，形成开关矩阵射频单元。其中，步骤B7中，在电镀前对硅基片进行抽真空和冲水处理，电镀填充饱满度为100％。其中，步骤B11中，凸点电镀具体为：先进行镀铜，再进行镀锡，形成铜/锡结构的凸点。其中，步骤B18中绝缘层材料为氮化硅。其中，步骤B19中，掩膜图形中与TSV填充孔位置相对应处的孔径小于TSV填充孔的孔径。其中，步骤B20中绝缘层刻蚀气体为四氟化碳与氧气的混合气体。其中，步骤B26中是采用湿法刻蚀来去除钛粘附层和铜种子层的，钛粘附层的刻蚀溶液为双氧水，铜种子层的刻蚀溶液为三氯化铁。其中，如果步骤B1至B29中堆叠的TSV硅基片含有多个开关矩阵射频单元，则进行激光划片。其中，步骤(2)中利用LTCC技术制备开关矩阵控制单元具体包括以下步骤：S1、采用机械冲孔方式在LTCC生瓷片上形成通孔；S2、对步骤S1中冲孔的LTCC生瓷片进行填孔处理，形成互连通孔；S3、对步骤S2中填孔的LTCC生瓷片进行印刷处理，形成导体电路图形；S4、对步骤S3中印刷的LTCC生瓷片进行冲腔处理，形成开关矩阵射频单元的装配腔体；S5、重复上述步骤S1至步骤S4，进行各层LTCC生瓷片制作；S6、对步骤S1至步骤S5中制作的各层LTCC生瓷片进行叠片、层压，形成LTCC生坯体；S7、对步骤S6中叠片层压的LTCC生坯体进行热切，形成小块生坯体；S8、对步骤S7中热切的LTCC小块生坯体进行烧结，形成LTCC熟瓷；S9、对步骤S8中烧结的LTCC熟瓷进行划片，形成开关矩阵控制单元。本专利技术与现有技术相比所取得的有益效果为：(1)本专利技术采用TSV技术实现开关矩阵的射频单元制造，加工精度更高、线宽更细、布线密度更高，进一步缩小开关矩阵的体积，提高开关矩阵的集成度。(2)本专利技术采用LTCC技术实现开关矩阵的控制单元制造，布线灵活、层间互连便利、集成度高，且易于实现射频单元的更换，通用化程度高。(3)本专利技术采用高密度集成组装的方式，对开关矩阵射频单元进行单刀多掷的装配，以及射频单元与控制单元的装配，射频单元嵌入控制单元的腔体中，减小互连金丝的长度，降低信号的传输损耗。附图说明图1是基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵制造工艺流程图，其中，虚线分别框出基于TSV技术的开关矩阵射频单元、基于LTCC技术的开关矩阵控制单元的制造流程。图2是基于TSV的开关矩阵射频单元制备过程示意图。图3是开关矩阵射频单元和控制单元集成示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(1)基于TSV技术制备得到开关矩阵射频单元；(2)利用LTCC技术制备开关矩阵控制单元，开关矩阵控制单元设置有用于装配开关矩阵射频单元的腔体且该腔体的深度与开关矩阵射频单元的高度相同；(3)将开关矩阵射频单元配装在开关矩阵控制单元的腔体内并进行线路互连，得到基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵。

【技术特征摘要】
1.基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(1)基于TSV技术制备得到开关矩阵射频单元；(2)利用LTCC技术制备开关矩阵控制单元，开关矩阵控制单元设置有用于装配开关矩阵射频单元的腔体且该腔体的深度与开关矩阵射频单元的高度相同；(3)将开关矩阵射频单元配装在开关矩阵控制单元的腔体内并进行线路互连，得到基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵。2.根据权利要求1所述的基于TSV技术和LTCC技术的开关矩阵的制造方法，其特征在于：步骤(1)基于TSV技术制备得到开关矩阵射频单元包括以下步骤：B1、使用有机清洗液对硅基片进行清洗；B2、对步骤B1中清洗后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面上形成深孔刻蚀掩膜图形；B3、对步骤B2中光刻后的硅基片正面进行深硅刻蚀，在硅基片正面上形成深孔图形；B4、对步骤B3中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B5、对步骤B4中去胶后的硅基片正面进行绝缘层生长；B6、对步骤B5中生长有绝缘层的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛粘附层和铜种子层；B7、对步骤B6中磁控溅射后的硅基片正面进行电镀铜，形成TSV填充孔；B8、对步骤B7中填镀孔后的硅基片正面进行化学机械抛光，将硅基片正面的钛粘附层和铜种子层进行去除，形成平整表面；B9、对步骤B8中化学机械抛光后的硅基片正面进行磁控溅射，在硅基片正面上形成钛钨粘附层和金层；B10、对步骤B9中磁控溅射后的硅基片正面进行光刻，在硅基片种子层上形成凸点电镀用掩膜图形；B11、对步骤B10中光刻后的硅基片正面进行凸点电镀，形成凸点；B12、对步骤B11中电镀凸点后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B13、对步骤B12中去胶后的硅基片正面进行光刻，在硅基片正面金层上形成刻蚀用掩膜图形；B14、对步骤B13中光刻后的硅基片正面进行刻蚀，在硅基片金层上形成电路图形；B15、对步骤B14中刻蚀后的硅基片正面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B16、对步骤B15去胶后的硅基片正面进行临时键合，形成对图形面的临时保护；B17、对步骤B16中临时键合后的硅基片背面进行减薄、化学机械抛光处理，使TSV孔内的铜裸露且平整；B18、对步骤B17中减薄、化学机械抛光处理后的硅基片背面进行绝缘层生长；B19、对步骤B18中生长绝缘层后的硅基片背面进行光刻，在硅基片背面绝缘层上形成刻蚀用掩膜图形；B20、对步骤B19中光刻后的硅基片背面进行刻蚀，使硅基片背面TSV孔部分的绝缘层被刻蚀掉；B21、对步骤B20中刻蚀后的硅基片背面进行去胶处理，去除作为掩膜的光刻胶；B22、对步骤B21中去胶处理后的硅基片背面进行磁控溅射，在硅基片背面上形成钛粘附层和铜种子层电路；B23、对步骤B22中磁控溅射后的硅基片背面进行光刻，在硅基...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵飞，党元兰，韩威，徐亚新，梁广华，刘晓兰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13