[发明专利]具有集成天线阵列和低损耗多层内插器的天线设备

说明书

本发明公开了一种天线设备，该天线设备包括：辐射层，该辐射层具有形成天线阵列的多个天线元件；半导体晶圆，该半导体晶圆包括各自具有波束形成电路的多个块；以及多层内插器。该多层内插器可包括：下部介电层，该下部介电层与衬底相邻；上部介电层，该上部介电层与辐射层相邻；金属层，该金属层位于下部层与上部层之间并包括多条导电迹线；多个第一通孔，该多个第一通孔延伸穿过上部层和下部层两者并将波束形成电路电耦合到多个天线元件；以及多个第二通孔，该多个第二通孔在波束形成电路与导电迹线之间延伸以互连块。

技术领域

本公开整体涉及天线，并且更具体地涉及与波束形成电路集成的天线阵列的紧凑配置。

相关领域的讨论

天线阵列当前以微波和毫米波频率被部署在各种应用中，包括被部署在飞行器、卫星、车辆和用于一般陆基通信的基站中。此类天线阵列通常包括贴片辐射元件，该贴片辐射元件用相移波束形成电路驱动，以生成用于波束导向的相控阵列。在许多情况下，希望整个天线系统(包括天线阵列和波束形成电路)占据薄型的最小空间，同时仍然满足必要的性能度量。特别是在高毫米波频率下，因为部件的波长及尺寸/间距极小，存在限制不期望的电抗和损耗方面的挑战。

发明内容

在本发明所公开的技术的一个方面，一种天线设备包括：辐射层，该辐射层包括形成天线阵列的多个天线元件；半导体晶圆，该半导体晶圆包括各自具有波束形成电路的多个块；以及多层内插器。该多层内插器可包括：下部介电层，该下部介电层与晶圆相邻；上部介电层，该上部介电层与辐射层相邻；金属层，该金属层位于下部介电层与上部介电层之间并包括多条导电迹线；多个第一通孔，该多个第一通孔延伸穿过上部介电层和下部介电层两者并将波束形成电路电耦合到多个天线元件；以及多个第二通孔，该多个第二通孔在波束形成电路与导电迹线之间延伸以互连块。

在另一方面，一种天线设备包括：辐射层，该辐射层具有形成天线阵列的多个天线元件；半导体晶圆，该半导体晶圆包括各自具有内部形成于半导体晶圆内的晶体管区域的多个RF波束形成电路，每个波束形成电路具有至少一个相移器以及发射路径放大器和/或接收路径放大器；以及多层内插器。该多层内插器包括：下部介电层，该下部介电层与衬底相邻；上部介电层，该上部介电层与辐射层相邻；金属层，该金属层位于下部层与上部层之间并包括多条导电迹线，该多条导电迹线形成组合器/分频器网络，该组合器/分频器网络在多个RF波束形成电路和内插器的输入/输出连接点之间组合和/或分频信号；以及多个第一通孔，该多个第一通孔延伸穿过上部层和下部层两者并将多个RF波束形成电路电耦合到多个天线元件。多个第二通孔在RF波束形成电路与导电迹线之间延伸，其中的一些通过RF波束形成电路将天线元件与组合器/分频器网络互连。晶圆还包括至少一个中间放大器，该至少一个中间放大器将通过第二通孔中的另一个第二通孔路由往/返于组合器/分频器网络的中间点的发射信号或接收信号放大，并且通过第二通孔中的又一个第二通孔将所放大的发射信号或接收信号输出回组合器/分频器网络。

在另一方面，一种制造天线设备的方法涉及将相同的倍缩光罩图像相继施加到半导体晶圆的多个区域中的每个区域，由此在每个区域内形成相应块，每个块包括RF波束形成电路，该RF波束形成电路具有位于晶圆内的离子注入晶体管区域和位于晶圆的表面上的金属化图案；以及将内插器附接到晶圆。内插器包括与晶圆相邻的下部介电层、上部介电层、位于下部介电层与上部介电层之间并包括多条导电迹线的金属层、延伸穿过上部层和下部层两者的多个第一通孔以及在内插器的下表面与金属层之间延伸以互连多个块的多个第二通孔。将包括多个天线元件的辐射层附接到内插器的上表面或形成于其上，使得天线元件通过多个第一通孔电耦合到RF波束形成电路。

附图说明