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多层硅基模块晶圆级键合腔体的可靠性

半导体技术 2024年第7期49卷 674-681页

作者：马将郜佳佳杨栋中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

晶圆级键合是实现多层硅基模块内部互连的关键工艺,针对硅片在晶圆级键合工艺中的开裂现象,建立了硅基刻蚀腔体在键合工艺中的力学模型,经样件实验验证,该模型可以准确预估腔体的开裂现象。在此基础上设计了硅片键合实验,通过引入硅通孔... 详细信息

晶圆级键合是实现多层硅基模块内部互连的关键工艺,针对硅片在晶圆级键合工艺中的开裂现象,建立了硅基刻蚀腔体在键合工艺中的力学模型,经样件实验验证,该模型可以准确预估腔体的开裂现象。在此基础上设计了硅片键合实验,通过引入硅通孔(TSV)的应力集中因子确定了硅基晶圆级键合的应力失效判据。而后通过参数化仿真系统性探究了硅基刻蚀腔体面积及腔体形状等因素对键合应力的影响规律,并绘制出刻蚀腔体设计可靠范围图。结果表明,硅片键合可靠腔体临界面积约为21 mm^(2),且腔体形状越接近正方形越易开裂。该研究为多层硅基模块刻蚀腔体的可靠性设计提供了参考。

关键词：晶圆级键合多层硅基模块刻蚀腔体硅通孔(TSV) 可靠性

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一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

半导体技术 2024年第6期49卷 569-574页

作者：陈兴张超陈东博赵永志中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建... 详细信息

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

关键词：硅基微电子机械系统(MEMS) 收发(T/R)模块三维集成高功率散热设计

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用于SPAD阵列的高速主被动混和淬灭电路

红外与激光工程 2024年第7期53卷 78-85页

作者：郑丽霞尤旺巧胡康吴金孙伟锋周幸叶东南大学集成电路学院江苏无锡214125 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得... 详细信息

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得更高的分辨率和更快的扫描探测速度,探测器正朝着大规模阵列化和高度集成化的方向发展,阵列应用要求淬灭电路较小的电路面积。基于盖革模式下SPAD的探测成像应用,建立了雪崩信号检测与淬灭的信号模型,并通过数学分析得到了混和淬灭电路中的最优检测电阻取值,在理论分析基础上对混合淬灭电路的结构和参数进行了设计与优化。根据建模分析结果,设计了一种主被动混合的高速淬灭电路结构,以较小的电路面积实现了雪崩信号快速检测与淬灭。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺完成了电路版图的设计与流片。芯片测试结果表明,电路的淬灭时间约为2.9 ns,复位时间为1.75 ns。结合版图面积的占用情况,所设计的电路具有较高的“性价比”,可以满足SPAD阵列型读出电路的需求,具有快速雪崩淬灭和复位的特点。

关键词：单光子雪崩二极管主被动混合淬灭最优检测电阻阵列应用

一种X波段150W紧凑型功率放大器MMIC

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半导体技术 2024年第7期49卷 642-647页

作者：杨卅男李通蔡道民中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功... 详细信息

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功率分配/合成、阻抗变换和谐波调谐等功能,并通过多电容串联提高了击穿电压,增强了电路的鲁棒性;优化了版图布局,末级HEMT采用两两共地,并利用片上电感以缩短栅极偏置线,减小了芯片面积。最终,实现了饱和输出功率大于150 W、功率附加效率大于40%、功率增益大于22 dB的X波段功率放大器MMIC,其尺寸为3.8 mm×5.3 mm。该功率放大器MMIC可广泛应用于通信领域。

关键词：紧凑型 X波段功率放大器功率附加效率热阻单片微波集成电路(MMIC)

基于HTCC和薄膜工艺的微系统封装基板制备技术

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半导体技术 2024年第11期49卷 1030-1035页

作者：于斐杨振涛段强张鹤中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

随着对微系统轻量化、小型化、高密度和高可靠性的要求越来越高,高集成度的微系统封装基板成为业界关注的焦点。采用多层薄膜工艺与多层高温共烧陶瓷(HTCC)工艺结合的方式制备了微系统封装陶瓷基板。薄膜工艺的布线宽度仅为0.02 mm,线... 详细信息

随着对微系统轻量化、小型化、高密度和高可靠性的要求越来越高,高集成度的微系统封装基板成为业界关注的焦点。采用多层薄膜工艺与多层高温共烧陶瓷(HTCC)工艺结合的方式制备了微系统封装陶瓷基板。薄膜工艺的布线宽度仅为0.02 mm,线间距仅为0.02 mm,小于多层HTCC基板的0.05 mm线宽和0.085 mm线间距。对多层HTCC与多层薄膜结合制备的基板的可靠性进行了验证,结果符合GJB 548C—2021标准对焊接和键合的指标要求。对关键差分信号的传输性能进行了测试,在DC~40 GHz频段,差分信号的回波损耗≤-10.00 dB,插入损耗≥-2.50 dB,测试结果与仿真结果基本相符。

关键词：高温共烧陶瓷(HTCC) 薄膜工艺高密度粗糙度微系统封装

基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路

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半导体技术 2024年第5期49卷 499-504页

作者：李飞吴洪江龚剑曹慧斌中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提... 详细信息

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提高了采样保持电路的线性度。输出缓冲电路采用级联结构实现高线性度,并提高了电路的驱动能力。测试结果发现,在采样模式下单端输入信号频率4 GHz、采样时钟频率8 GHz条件下,有效位数为5.4 bit,无杂散动态范围为37.6 dB,总谐波失真为37.5 dB,总功耗为450 mW,芯片尺寸为0.68 mm×0.68 mm。

关键词：采样保持电路 SiGe BiCMOS工艺射极跟随型采样开关前馈电容馈通补偿电路

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一种L波段300W GaN脉冲功率模块

半导体技术 2024年第6期49卷 555-560页

作者：董四华刘英坤高永辉秦龙中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在电子系统中逐步得到了广泛应用。研制了一款小型化L波段300 W GaN脉冲功率模块。研发了满足高压脉冲工作条件的GaN HEMT芯片,采用负载牵引技术进行了器件大信号阻... 详细信息

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在电子系统中逐步得到了广泛应用。研制了一款小型化L波段300 W GaN脉冲功率模块。研发了满足高压脉冲工作条件的GaN HEMT芯片,采用负载牵引技术进行了器件大信号阻抗参数提取,并以此为基础设计了小型化匹配网络进行阻抗变换。基于高压驱动芯片和开关器件芯片设计了小型化高压脉冲调制电路。测试结果表明,在工作频率990~1130 MHz、工作电压50 V、脉冲宽度100μs、占空比10%下,功率模块脉冲输出功率大于300 W,功率附加效率大于53%,功率增益大于38 dB。功率模块尺寸为30 mm×30 mm×8 mm。

关键词： GaN高电子迁移率晶体管(HEMT) 负载牵引技术高压脉冲调制 L波段功率模块

基于金刚石/钼铜载体的高功率密度芯片散热方案

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半导体技术 2024年第11期49卷 1043-1048页

作者：温连健刘超董强中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

为满足高功率射频微系统的散热需求,提出了一种纳米银胶粘结高导热金刚石载体的高功率密度芯片的散热方案。通过实验对比研究了4种方案(纳米银胶粘结芯片和金刚石载体、金锡焊料烧结芯片和金刚石载体、纳米银胶粘结芯片和钼铜载体及金... 详细信息

为满足高功率射频微系统的散热需求,提出了一种纳米银胶粘结高导热金刚石载体的高功率密度芯片的散热方案。通过实验对比研究了4种方案(纳米银胶粘结芯片和金刚石载体、金锡焊料烧结芯片和金刚石载体、纳米银胶粘结芯片和钼铜载体及金锡焊料烧结芯片和钼铜载体)芯片的结温和热阻。依据实验方案建立高精度温度场散热仿真模型,探究了载体厚度及载体面积对芯片结温的影响。结果表明,采用纳米银胶粘结芯片和金刚石载体的方案时,热阻明显小于其他封装形式,散热效果最好。增大金刚石载体面积和厚度可以增强散热效果,金刚石载体厚度为0.3~0.4 mm、载体面积为芯片面积的3倍时,实用性和散热效果最佳。减薄钼铜载体对散热有利,钼铜载体面积对散热影响不大。

关键词：金刚石纳米银胶散热 GaN功率放大器芯片结温

基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

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半导体技术 2024年第6期49卷 575-579,588页

作者：徐伟赵子润刘会东李远鹏中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、... 详细信息

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

关键词：双通道多功能芯片增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT) 单刀双掷(SPDT)开关数控移相器数控衰减器