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基于硅基薄膜集成无源器件工艺的双频器设计

科学技术与工程 2016年第9期16卷 199-204页

作者：吴振川隆万洪中国科学院上海高等研究院上海201210 中国科学院大学北京100049

消费类电子市场对产品的便携性要求愈益强烈。薄膜集成无源器件工艺由于集成度更高、成本低且性能较好而被提了出来。本文基于硅(Si)基薄膜无源器件工艺设计了一个集成静电防护(electro-static discharge,ESD)功能的双频器(diplexer),... 详细信息

消费类电子市场对产品的便携性要求愈益强烈。薄膜集成无源器件工艺由于集成度更高、成本低且性能较好而被提了出来。本文基于硅(Si)基薄膜无源器件工艺设计了一个集成静电防护(electro-static discharge,ESD)功能的双频器(diplexer),利用电磁仿真(EM)来优化双频器的性能。双频器在GPS频段的插入损耗小于1.1d B,回波损耗平均为10 d B,隔离度大于22 d B;在2.4 GHz WIFI频段的插入损耗小于1.2 d B,回波损耗为11 d B,隔离度大于30 d B;双频器的面积是1 100×950μm。经测试,在HBM模式下,可以经受2 k V的电压的冲击。对比低温共烧陶瓷和PCB工艺制作的双频器,这个双频器在保证性能的同时,具有体积小,价格低的优点。这样的diplexer可以用在很多手持设备和便携设备上面。

关键词：双频器集成无源器件静电防护小型化集成化

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基于TGV技术的集成无源器件及其应用

基于TGV技术的集成无源器件及其应用

作者：桑吉飞宁波大学

学位级别：硕士

无线通信技术的发展,对系统的集成度和操作性能提出了更高的要求,一些先进的封装技术应运而生。在过去几年中,异质三维集成封装技术得到快速发展。三维集成是一种新型系统级架构,其电路系统存在着多个芯片的堆叠,并使用硅通孔(Through S... 详细信息

无线通信技术的发展,对系统的集成度和操作性能提出了更高的要求,一些先进的封装技术应运而生。在过去几年中,异质三维集成封装技术得到快速发展。三维集成是一种新型系统级架构,其电路系统存在着多个芯片的堆叠,并使用硅通孔(Through Silicon Vias,TSV)将芯片在垂直方向进行互连,使系统实现更高的集成度、更高的运行速度和更低的功耗。此外,无线通信系统中存在多种无源模块,这些模块占据大量的基板面积。为减小封装尺寸,相关学者提出采用硅通孔设计紧凑的片上无源器件。但在射频范围,硅基具有高介电损耗和高制造成本,无法满足射频电路对于器件高品质因数的要求,因此本文采用玻璃来替代硅作为衬底材质。与硅相比,玻璃在射频范围具有低介质损耗、高尺寸稳定性,且玻璃通孔(Through Glass Vias,TGV)可以采用低成本面板工艺制造,不需要进行额外的电隔离。考虑到片上电感器是微电子应用的关键组件,本文将TGV应用到片上3D电感器的实现,并利用TGV电感器设计一款二阶耦合谐振式带通滤波器和一款单阶威尔金森功分器。本文首先分析TGV电感器的电气特性以验证TGV技术的优越性。结果表明,TGV电感器的电感密度与硅基电感器相当,但具有更高的品质因素,相对于平面螺旋电感器,其具有更高的电感密度,这充分说明TGV在射频电路的微型化与高性能方面的应用前景。之后进一步分析各技术参数对TGV电感器性能的影响,为其设计和性能优化提供理论依据。根据集总式带通滤波器的设计原理,利用TGV电感器和平行板电容器设计一款二阶耦合谐振式带通滤波器。其中心频率为2.4GHz,带宽约为300MHz,插入损耗小于2.5d B,回波损耗大于15d B,体积为0.56×0.56×0.18mm3。最后,本文采用LC阻抗匹配网络代替传统威尔金森功分器结构中的四分之一波长传输线,并通过奇-偶模理论分析了其工作原理。利用TGV电感器和平行板电容器设计出一款单阶威尔金森功分器。其中心频率为2.95GHz,带宽约为300MHz,插入损耗小于3.5d B,回波损耗大于15d B,端口隔离度大于15d B,相位不平衡小于1°,体积为0.6×1.1×0.18mm3。由于TGV技术优越性,与其他工艺相比,本文基于TGV电感器设计出的集总型带通滤波器和威尔金森功分器具有更高的集成度和更加出众的电学性能。

关键词： 3D集成集成无源器件带通滤波器功分器

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集成无源器件和硅转接板集成方案设计

电子设计工程 2017年第4期25卷 95-98页

作者：刘宇罗乐上海微系统与信息技术研究所上海200050

集成无源器件(IPD)和穿硅通孔(TSV)技术是目前封装发展的一大趋势。为了实现高性能集成无源器件和硅转接板集成的目的,本文采取了设计两套不同的集成方案,对比研究的方法。方案结合了深槽电容,液态金属填充等先进技术,从集成方式、通孔... 详细信息

集成无源器件(IPD)和穿硅通孔(TSV)技术是目前封装发展的一大趋势。为了实现高性能集成无源器件和硅转接板集成的目的,本文采取了设计两套不同的集成方案,对比研究的方法。方案结合了深槽电容,液态金属填充等先进技术,从集成方式、通孔制作、通孔填充、IPD类型等多方面进行对比,全面的研究IPD和TSV的集成方案。

关键词：封装集成无源器件穿硅通孔硅转接板

基于2.5D封装的集成无源器件电学特性研究

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基于2.5D封装的集成无源器件电学特性研究

作者：任晓黎中国科学院大学（工程管理与信息技术学院）

学位级别：硕士

随着半导体产业的飞速发展,各种功能电路集成度迅速提高,对功能模块和元器件小型化的需要日益增多。在无源器件领域,集成无源器件(Integrated Passive Devices, IPD)成为一种取代分立无源器件以达到小型化的解决方案。同时,随着系统级... 详细信息

随着半导体产业的飞速发展,各种功能电路集成度迅速提高,对功能模块和元器件小型化的需要日益增多。在无源器件领域,集成无源器件(Integrated Passive Devices, IPD)成为一种取代分立无源器件以达到小型化的解决方案。同时,随着系统级封装及TSV(Through Silicon Via)技术的日益成熟,将无源器件集成于2.5D封装已经成为一种高密度小型化的有效解决方案。将无源器件集成到转接板上,再通过转接板上的互连结构与功能芯片相连,可以有效地实现高集成度的系统级封装。在解决信号完整性与电源完整性问题的同时,尽可能少地引入其它干扰。本文通过对硅基电容、电感电学模型的提取与仿真,综合分析比较了衬底损耗和金属损耗等对电容电感特性的影响,并提出了相应的优化结构。接下来,在对单个无源器件研究的基础上,设计并制作了一款硅基集成无源带通滤波器。根据构成滤波器的电容电感元件的物理结构模型和等效电路模型,结合有限元分析方法以及数值分析方法,基于三维全波电磁场仿真软件HFSS以及电路级分析软件ADS,分别对滤波器进行仿真。在此,本文提出了三种滤波器的仿真方法：电路级仿真、三维全波电磁场仿真和三维全波电磁场与电路级联合仿真的方法,综合比较了各仿真方法的异同及应用范围。最后,根据上述三种不同形式的仿真结果,提出了滤波器的优化方案。根据上述的设计仿真及优化结果,完成了滤波器的加工和测试,器件性能测试结果表明实验结果和仿真曲线可以较好地吻合。另外,本文还提出应用于2.5D转接板中,结合TSV互连结构的新型无源器件集成方式,并对该新型结构进行仿真,完成了整个集成无源器件在2.5D封装中的损耗特性评估。

关键词： 2.5D封装 TSV 集成无源器件电学特性仿真测试

硅基氮化镓毫米波集成的无源器件制备及性能研究

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硅基氮化镓毫米波集成的无源器件制备及性能研究

作者：李光智华南理工大学

学位级别：硕士

氮化镓（GaN）材料具有宽禁带宽度、高工作频率和工作温度等特点,能够满足电子设备向着更高频率和功率发展的要求,是国内外研究的热点。针对当前国内硅基氮化镓毫米波单片集成芯片中无源器件研究的不足,本文对氮化钽（TaN）和氧化钽（Ta... 详细信息

氮化镓（GaN）材料具有宽禁带宽度、高工作频率和工作温度等特点,能够满足电子设备向着更高频率和功率发展的要求,是国内外研究的热点。针对当前国内硅基氮化镓毫米波单片集成芯片中无源器件研究的不足,本文对氮化钽（TaN）和氧化钽（TaO）薄膜材料的制备工艺以及其制备成薄膜电阻和金属-绝缘层-金属（MIM）电容器件的性能展开了系统的研究,具体如下:首先使用直流反应磁控溅射制备TaN薄膜,研究了本底真空、溅射气压、溅射功率和氮分压对薄膜的电性能影响。结果表明:在3.0×10 torr的本底真空度下,溅射功率为250 W,溅射气压为5 mtorr,氮分压为5%,溅射温度为80℃时,薄膜具有较低的温度系数,此参数下制备的TaN薄膜温度系数为-50 ppm/℃,电阻率为215.4μΩ·cm。然后结合电子束沉积镍铬铝薄膜,设计并制备一种基于温度系数互补的氮化钽多层薄膜电阻,寻找合适的电极和热处理条件以及对电阻综合性能进行测试分析。结果表明:在150℃以内和大于10μm的尺寸下,氮化钽多层薄膜电阻具有较高的热稳定性和精度。使用Ti/Au电极在300℃退火后,多层氮化钽薄膜电阻的温度系数最低可到2 ppm/℃,相对单层TaN薄膜电阻提高了96%。通过分析热处理温度和时间对电阻的影响,预估最佳的退火温度和时间,可将阻值误差缩小到1%以内。在高频特性方面,通过去嵌和寄生参数提取,等效电路的仿真与实物测试数据在高频段拟合误差小于2%。最后对反应磁控溅射制备TaO介质层制备工艺及MIM电容性能做了相关研究,研究表明:在氧分压大于30%时可以获得符合化学计量比的TaO薄膜。使用Ta作为上下电极,介质层厚度在76nm时,MIM电容的综合性能较优,其二次电压系数为228ppm/V,电容密度为3.4 f F/μm。在频率响应方面,MIM电容的谐振频率可达58GHz,覆盖部分毫米波频段。通过对电容进行退火处理分析,发现其合适的退火温度在300～400℃间,在单片集成上与其它器件工艺互相兼容,可与TaN薄膜电阻共同集成于GaN芯片。

关键词： GaN 集成无源器件氮化钽电阻 MIM电容氧化钽

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WLCSP封装技术中的集成无源器件

电子工业专用设备 2007年第2期36卷 58-62页

作者：杨建生天水华天科技股份有限公司甘肃天水741000

芯片规模封装技术一直倍受高性能、小形状因素解决方案在各类应用中的关注。芯片规模封装与球栅阵列(BGA)封装之间的区别变得不可分辨,已成为“细间距BGA”的同义词。芯片规模封装成本也是业界关注的焦点之一。芯片规模晶圆级封装是提... 详细信息

芯片规模封装技术一直倍受高性能、小形状因素解决方案在各类应用中的关注。芯片规模封装与球栅阵列(BGA)封装之间的区别变得不可分辨,已成为“细间距BGA”的同义词。芯片规模封装成本也是业界关注的焦点之一。芯片规模晶圆级封装是提供小形状、高性能和低成本的最快途径。论述了集成无源器件加工、低成本化的晶圆级芯片规模封装技术。

关键词：芯片规模封装技术集成无源器件晶圆级加工

应用于微波/毫米波领域的集成无源器件硅基转接板技术

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电子工业专用设备 2017年第4期46卷 20-23页

作者：黄旼朱健石归雄微波毫米波单片集成电路与模块国家级重点实验室南京210016 中国电子科技集团公司第五十五研究所南京210016

展示了一种应用于射频微系统领域的可以集成射频无源器件的硅基转接板结构。该结构将电感、电容、电阻、传输线和TSV等集成在适用于微波应用的高阻硅衬底上,可实现芯片级的CMOS、MMIC及MEMS多种不同材料器件集成。采用这种方法制备的传... 详细信息

展示了一种应用于射频微系统领域的可以集成射频无源器件的硅基转接板结构。该结构将电感、电容、电阻、传输线和TSV等集成在适用于微波应用的高阻硅衬底上,可实现芯片级的CMOS、MMIC及MEMS多种不同材料器件集成。采用这种方法制备的传输线损耗在40 GHz为0.34 dB/mm,电容密度达到1.05 fF/μm^2,2.5圈8 n H电感最大Q值在1.5 GHz达到16。这项制造技术与CMOS制造工艺兼容,可为超高集成度的三维集成型化射频微系统提供有力支撑。

关键词：集成无源器件硅通孔互补金属氧化物半导体转接板射频

具备深背部通孔的砷化镓集成无源器件的制作技术

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集成电路应用 2019年第12期36卷 20-22页

作者：陈智广林伟铭李立中庄永淳马跃辉黄光伟吴靖吴淑芳福联集成电路有限公司

介绍一种具备深背部通孔特点的砷化镓无源器件制作的芯片滤波器,并对其射频特性进行了进一步的讨论。在背部通孔深度达到200μm且形貌垂直的基础上,制备出一背部垂直电感。测试结果表明:在3.3~4.2 GHz频带内,该芯片滤波器的插入损耗(IL)... 详细信息

介绍一种具备深背部通孔特点的砷化镓无源器件制作的芯片滤波器,并对其射频特性进行了进一步的讨论。在背部通孔深度达到200μm且形貌垂直的基础上,制备出一背部垂直电感。测试结果表明:在3.3~4.2 GHz频带内,该芯片滤波器的插入损耗(IL)器件小型化的发展趋势,具有广阔的应用前景。

关键词：集成无源器件砷化镓深背部通孔垂直电感

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基于GaAs工艺的片上宽带功率分配器

传感器与微系统 2024年第1期43卷 95-98页

作者：李辰辰高一强孙晓玮钱蓉周健杨明辉中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室上海200050 中国科学院大学北京100049 杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018

提出了一种基于砷化镓—集成无源器件(GaAs-IPD)工艺的宽带3dB功率分配器。使用多节级联以及集总参数等效的方法,实现了宽带小型化设计;使用RC串联隔离网络实现宽带内的高隔离性能。对提出的功分器进行了理论分析,并以20GHz为中心频率... 详细信息

提出了一种基于砷化镓—集成无源器件(GaAs-IPD)工艺的宽带3dB功率分配器。使用多节级联以及集总参数等效的方法,实现了宽带小型化设计;使用RC串联隔离网络实现宽带内的高隔离性能。对提出的功分器进行了理论分析,并以20GHz为中心频率完成设计,电路尺寸为0.04λ0×0.053λ0,λ0为中心频率处的自由空间波长。经过测试,其相对工作带宽为80%,带内插损0.7dB,端口隔离高于20dB。测试结果与仿真结果保持了良好的一致性。

关键词：功率分配器砷化镓工艺宽带集成无源器件

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