[發明專利]一種基于硅通孔的三維結構差分片上天線

有效

• 申請號: 201610952955.6
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN108011178B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 王磊;劉涓;徐國兵
• 申請（專利權）人: 北京遙感設備研究所
• 主分類號: H01Q1/22
• 分類號: H01Q1/22;H01L23/66
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱;姜中英

本發明公開了一種基于硅通孔的三維結構差分片上天線，包括：高阻硅基板（1）、頂層二氧化硅層（2）、底層二氧化硅層（3）和金屬地板（4），還包括：硅通孔（5）、差分饋線（6）、頂層金屬條帶（7）、底層金屬條帶（8）和終端短路匹配線（9）。工作時，差分射頻信號通過差分饋線（6）一端的信號硅通孔（5）進入與差分饋線（6）另一端連接的頂層金屬條帶（7），頂層金屬條帶（7）與底層金屬條帶（8）通過硅通孔（5）連接構成雙層金屬條帶，射頻信號通過雙層金屬條帶向外輻射。本發明實現了基于硅通孔的片上天線三維化和小型化，滿足天線與芯片互聯時差分饋電的需求，適用于微系統天線與功能芯片的三維堆疊高度集成應用。

技術領域

本發明涉及一種片上天線，特別是一種基于硅通孔的三維結構差分片上天線。

背景技術

目前現有的片上天線在微系統應用方面有著廣泛的應用需求。這類天線一般多采用平面結構，由于天線尺寸與天線工作頻段的波長相關，平面天線很難在較低的頻段實現很小的體積尺寸，而且，平面天線無法滿足天線與功能芯片的三維堆疊集成的需求，因此，較低頻段工作的片上天線很難實現與芯片的一體化高度集成。此外，傳統的片上天線多為單點饋電形式，若實現與采用差分信號引腳的芯片互聯，需要通過巴倫器件。系統中引入巴倫器件一方面增大的系統成本、增加了體積；另一方面，也增加了系統內部信號鏈路的損耗。在《9th European Microwave Integrated Circuit Conference （EuMIC）》2014年文獻中“A 60-GHz CMOS RF sub-harmonic RF transceiver front-end with integratedartificial-magnetic-conductor (AMC) on-chip Yagi-antenna and balun filter”提出了一種工作在60GHz頻段的片上天線，天線加工在高阻硅基板上表面的二氧化硅層上、高阻硅基板下表面的二氧化硅層上刻蝕金屬地板、輻射部分與饋電過渡部分組成，輻射部分采用八木-宇田形式，饋電過渡部分采用巴倫組件，實現天線與功能芯片的平面互聯集成。文獻中天線體積相對于工作頻段波長較大，天線與芯片采用傳統的二維平面互聯且在天線與芯片間通過巴倫結構連接，空間利用率較低，且系統鏈路損耗較大。

硅通孔指將硅片上表面的電路通過硅通孔中所填充的金屬連接至硅片背面，從而將傳統的二維分布結構轉變為三維立體堆疊的集成電路布局。硅通孔工藝提供了多層互連功能，使硅基結構在三維方向密度最大、外形尺寸最小。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于硅通孔的三維結構差分片上天線，解決現有平面片上天線體積大、單點饋電以及難以與功能芯片三維垂直互聯的問題。

一種基于硅通孔的三維結構差分片上天線，包括：高阻硅基板、頂層二氧化硅層、底層二氧化硅層和金屬地板，還包括：硅通孔、差分饋線、頂層金屬條帶、底層金屬條帶和終端短路匹配線。

基于硅通孔的三維結構差分片上天線從下至上依次為金屬地板、底層金屬條帶、底層二氧化硅層、高阻硅基板、頂層二氧化硅層、終端短路匹配線、差分饋線和頂層金屬條帶。金屬地板為矩形結構，置于整個片上天線的最底層。底層二氧化硅層、高阻硅基板和頂層二氧化硅層均為矩形且尺寸大于金屬地板，三者依次堆疊在金屬地板上。頂層金屬條帶置于頂層二氧化硅的上方，位于整個片上天線的最頂層。底層金屬條帶與金屬地板位于同層，并圍繞在金屬地板周圍，頂層金屬條帶與底層金屬條帶通過硅通孔連接。差分饋線為兩根尺寸相同的金屬條帶，差分饋線與頂層金屬條帶同層，每個差分饋線的一端與信號硅通孔連接，另一端與頂層金屬條帶連接。終端短路匹配線與頂層金屬條帶同層，終端短路匹配線的一端與接地硅通孔連接，另一端與頂層金屬條帶連接。