由于尺寸、重量和功率等问题的限制,传统采用“砖式”组件的有源相控阵天线在直升机、无人机、导引头、小卫星等平台上应用时存在不足。收发组件作为有源相控阵天线的核心部件,其架构的选择很大程度上决定了相控阵天线的布局,是影响天线重量和尺寸的重要因素。与传统“砖式”组件采用平面集成相比,采用垂直互连结构的三维集成电路在小型化方面有着无与伦比的优势,通过研究放大器的三维集成封装设计对收发组件的小型化有着重要意义。LTCC(Low Temperature Cofire Ceramic,低温共烧陶瓷)技术有着三维立体布线、无源元件可埋置在基板内层,可预留空腔实现芯片埋置等特点,在微波电路三维集成设计中受到青睐。但是由于采用厚膜工艺实现印制图形,在毫米波频段电性能的一致性有所不足。而BCB(Benzocyclobutene,苯并环丁烯)因其低介电常数和低介质损耗,采用薄膜工艺可实现高精度布线,在毫米波频段应用具有优势。将LTCC与BCB相结合,优势互补,为进一步提升毫米波放大器的三维集成性能提供了可能。本文首先从微波传输理论入手,对LTCC传输线结构和垂直互连结构进行了研究。对基于LTCC和BCB的厚薄膜混合基板进行了探索,提出了嵌入空气腔结构的垂直互连结构,抑制了寄生电容,有效降低了毫米波频段垂直互连结构的传输损耗。为探究BCB膜层工艺细节和极限以及BCB通孔特点,设计并加工了一款可工作在Ka波段的基于硅基的垂直互连结构BCB功分器,并结合工艺加工对今后BCB通孔设计提出了建议。在掌握LTCC和BCB垂直互连结构建模和工艺的基础上,对K波段放大器进行三维封装小型化设计。将功率放大器和低噪声放大器以及相应控制电路进行了三维封装设计,相较于传统平面封装结构,体积减小超过30%。根据厚膜薄基板特性,使用微凸点技术对埋置芯片进行了重布线设计。利用垂直互连结构实现了微波信号的板间互连,利用BGA技术实现了射频信号和电信号的层间互连,并且使用了联合仿真设计的方法对整体模型进行了仿真优化。为了便于测试,单独设计并制作了测试板,最终对加工完成的各模块进行装配并测试,取得了很好的测试结果。