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高频段(＞80GHz)毫米波雷达微型化成为近距离探测技术发展趋势，对毫米波前端集成电路散热性能和封装技术提出了更高要求。传统金丝键合及贴置型封装技术体积大，传输损耗大，散热效果差，不适用于高频微型化集成。因此，开展高频段芯片集成热学设计和三维微型化封装技术研究显得尤为重要。本文瞄准散热性能佳、损耗低、微型化近距离W波段雷达应用需求，基于COMSOL软件的热学模拟和MEMS（微机电系统）器件工艺，在Si基板上实现W波段雷达探测器的三维异质微型化集成，并完成测试。工作具有如下创新：
1、提出一种硅基埋置型三维集成散热模型。针对传统贴置型芯片封装集成度低、散热效果差的不足，基于COMSOL软件开展热学优化，提出一种毫米波硅埋置型三维封装结构模型，研究芯片温度与封装基板厚度、底座厚度、涂覆银浆厚度、TSV（硅通孔）位置和大小的变化规律，获得芯片埋置的热学最优化工艺参数。最终确定的模型集成度高、体积小，芯片工作温度要比传统贴片封装模型降低13.64℃，散热效果良好。
2、基于确定的封装散热模型，完成工艺设计，制定高精度、低损耗硅基埋置型三维集成工艺规范。针对光刻标记易损坏、多芯片埋置键合精度低、大厚度BCB（苯并环丁烯）工艺参数难把控，易出现气泡、褶皱、断裂、塌陷等问题，通过设计控制单一变量、逐个确定工艺参数的多次对比实验，提出制备两套对准标记及对准标记保护的方法提高光刻精度；多芯片埋置时增加芯片对准标记提高埋置键合精度；确定了20μm大厚度BCB涂胶转速、前烘温度、曝光时间、显影时间、坚膜、固化等相对最优的工艺参数。采用涂胶后充分静置、前烘坚膜温度阶梯上升、显影时充分搅拌等方法，大幅减小气泡、褶皱、断裂、塌陷等现象，使多芯片系统级集成的成品率显著提高。
3、实现W波段Si基MEMS异质集成毫米波雷达探测器集成，完成异质集成雷达前端性能验证。基于单发单收雷达探测系统架构，开展硅基衬底、BCB（苯并环丁烯）介质层W波段的传输线设计研究，通过对微带线结构和CPWG（共面波导）结构传输线性能比较，发现CPWG传输性能更好，在92-96GHz频段，插入损耗为-0.17~-0.18dB/mm；设计了一款二等分的威尔金森结构的功分器，在80GHz-100GHz间，回波损耗小于-11dB，隔离度小于-17dB，传输损耗小于-3.45dB。根据封装散热模型及工艺流程设计，制备出雷达探测器前端，性能达到设计指标：雷达探测器工作频率在89~96GHz，发射功率达到13dBm，传输线损耗小于0.5dB/mm，探测距离达6m，组件直径为30mm，符合散热性能佳、低损耗、微型化近距离探测设计要求。
1、提出一种硅基埋置型三维集成散热模型。针对传统贴置型芯片封装集成度低、散热效果差的不足，基于COMSOL软件开展热学优化，提出一种毫米波硅埋置型三维封装结构模型，研究芯片温度与封装基板厚度、底座厚度、涂覆银浆厚度、TSV（硅通孔）位置和大小的变化规律，获得芯片埋置的热学最优化工艺参数。最终确定的模型集成度高、体积小，芯片工作温度要比传统贴片封装模型降低13.64℃，散热效果良好。
2、基于确定的封装散热模型，完成工艺设计，制定高精度、低损耗硅基埋置型三维集成工艺规范。针对光刻标记易损坏、多芯片埋置键合精度低、大厚度BCB（苯并环丁烯）工艺参数难把控，易出现气泡、褶皱、断裂、塌陷等问题，通过设计控制单一变量、逐个确定工艺参数的多次对比实验，提出制备两套对准标记及对准标记保护的方法提高光刻精度；多芯片埋置时增加芯片对准标记提高埋置键合精度；确定了20μm大厚度BCB涂胶转速、前烘温度、曝光时间、显影时间、坚膜、固化等相对最优的工艺参数。采用涂胶后充分静置、前烘坚膜温度阶梯上升、显影时充分搅拌等方法，大幅减小气泡、褶皱、断裂、塌陷等现象，使多芯片系统级集成的成品率显著提高。
3、实现W波段Si基MEMS异质集成毫米波雷达探测器集成，完成异质集成雷达前端性能验证。基于单发单收雷达探测系统架构，开展硅基衬底、BCB（苯并环丁烯）介质层W波段的传输线设计研究，通过对微带线结构和CPWG（共面波导）结构传输线性能比较，发现CPWG传输性能更好，在92-96GHz频段，插入损耗为-0.17~-0.18dB/mm；设计了一款二等分的威尔金森结构的功分器，在80GHz-100GHz间，回波损耗小于-11dB，隔离度小于-17dB，传输损耗小于-3.45dB。根据封装散热模型及工艺流程设计，制备出雷达探测器前端，性能达到设计指标：雷达探测器工作频率在89~96GHz，发射功率达到13dBm，传输线损耗小于0.5dB/mm，探测距离达6m，组件直径为30mm，符合散热性能佳、低损耗、微型化近距离探测设计要求。