一种晶圆级封装的MEMS数控衰减器

设计实现了一种晶圆级封装的三位MEMS数控衰减器,工作频段DC~15 GHz,衰减范围0~35 dB,步进5 dB。衰减器采用MEMS工艺实现,信号传输采用共面波导(CPW)结构,6个直接接触式悬臂梁MEMS开关对称放置实现不同衰减量的切换,每个开关带有三个触点,电阻网络采用T型结构,整个衰减器实现晶圆级封装。测试结果显示,DC~15 GHz频段内实现了8个衰减态,衰减器插入损耗小于1.7 dB,回波损耗小于-15 dB,衰减平坦度小于±5%,功耗几乎为零。芯片尺寸为2.7 mm×2.7 mm×0.8 mm。

改进K型单刀四掷射频MEMS开关

针对射频器件小型化以及5G通信发展的需求,设计了一款射频微机电系统(RF-MEMS)单刀四掷开关。该开关由一个改进型K型功分器和六个单刀单掷开关级联构成,并基于硅基MEMS工艺进行制造。其中,改进型K型功分器由多个Y型功分器串并联构成。改进的开关各端口具有插入损耗小和隔离度高的特点。最终流片的测试结果显示:该单刀四掷MEMS开关的插入损耗优于2.8 dB,隔离度优于29 dB。

砷化镓基毫米波MEMS开关表面工艺研究

研究了砷化镓基毫米波MEMS开关的表面工艺方法,包括MEMS开关的工艺流程中的牺牲层技术、结构层技术、触点技术、薄膜电阻技术。重点阐述了以光敏聚酰亚胺作牺牲层和以电镀金作结构层的工艺制作方法。形成了砷化镓RF MEMS开关表面工艺流程,制作出了RF MEMS开关样品。开关驱动电压为60 V,35 GHz时的插入损耗<0.2 dB,隔离度>18 dB。

多晶硅微悬臂梁断裂的可靠性预测模型

分析了多晶硅微悬臂梁断裂失效机理,利用威布尔分布理论建立了多晶硅微悬臂梁在轴向拉抻和垂直两种受力方式下的断裂可靠性预测模型,模型考虑了由于实际加工工艺所带来的残余应力因素,模型所得的预测曲线与实验数据比较吻合。

Ka波段0/Π MEMS移相器

报道了一种Ka波段实时延MEMS移相器芯片。该移相器基于开关线式移相器设计原理,集成了4个MEMS三端口直接接触式毫米波开关单元,使用共面波导（CPW）传输线,利用阶梯阻抗的方式实现传输线拐角和CPW空气桥结构的传输线阻抗匹配。芯片采用RF MEMS表面牺牲层工艺制作在400μm厚的高阻硅衬底上,面积为1.4 mm×2.8 mm。测试显示,在34~36 GHz频率范围内,相移误差3.2°,插入损耗2 dB,反射损耗小于-15 dB。

4位毫米波MEMS移相器

报道了一款开关线型Ka波段MEMS移相器,采用了16只悬臂梁结构MEMS开关,实现了4位相移。采用阶梯阻抗共面波导(CPW)传输线设计,实现了一种新型而紧凑的移相器阻抗匹配的结构。采用RF MEMS低温表面牺牲层工艺,在高阻硅片上实现了单片4位MEMS移相器样品,在35GHz频点,平均插入损耗-5.8dB,16态相移误差≤8.5°,芯片尺寸5.3mm×2.9mm。分析MEMS移相器插损的构成,提出了降低MEMS移相器插损的工艺途径,预期Ka波段4位MEMS移相器的平均插损可降为-2.6dB,满足低成本毫米波MEMS相控阵系统应用需求。

表面微加工悬臂梁断裂失效可靠度预测

MEMS的可靠性已经成为它能否成功地实现商品化的乙的一个基本结构,阐述了多晶硅微悬臂梁的断裂失效机理.利用宏观机械理论中的应力-强度干涉理论对表面微加工的多晶硅微悬臂梁的断裂可靠性进行预测,建立了在均匀的表面载荷下的断裂可靠度预测模型.

多种添加剂及电流密度对高径深TSV电镀影响研究

硅通孔(TSV)填充工艺是三维集成关键技术之一。通过分析对比TSV电镀填充药水光亮剂、整平剂的浓度以及电流密度等对于TSV电镀填充效果的影响,发现在光亮剂浓度10 ml/L、整平剂浓度30 ml/L条件下,填充效果呈底部生长且形貌较好;同时发现电流密度较低时,呈等壁生长,而电流密度较高时,底部产生孔洞。

用于不同体态芯片互连的凸点制备及性能表征

随着轻量化、小型化及模块功能多样化的发展,由二维平面到三维高度上的先进封装技术应运而生。微凸点作为实现芯片到圆片异构集成的关键结构,可有效缩短信号传输距离,提升芯片性能。利用电沉积法在Si基板上以Cu作支撑层、Ni作阻挡层淀积微米级别的Au/Sn凸点,所制得的多层凸点直径约60μm、高度约54μm,其高度可控、尺寸可调,并研究了Die内凸点高度的一致性,同时对凸点进行了剪切强度和推拉力测试。结果表明,Die内凸点高度均匀性≤2%,剪切力可达61.72 g以上,与化合物芯片(另一侧为Au)键合后推拉力可达7.5 kgf,可实现与化合物芯片的有效集成。

毫米波MEMS移相器模块用驱动电路研究

设计了一种4 bit毫米波MEMS移相器驱动电路,主要由24 bit串并转换电路、高压控制电路和升压电路组成。利用24 bit串并转换电路和高压控制电路,实现了波控机控制系统与MEMS移相器的接口转换,满足毫米波MEMS移相器对正反相驱动电压的要求。采用升压电路,实现了5 V电压向80 V毫米波MEMS移相器驱动电压的DC/DC转换。测试结果表明,设计的MEMS移相器驱动电路实现了对4 bit MEMS移相器的16态相移控制,驱动电路的静态电流仅为12.4 mA@5 V,满足了毫米波MEMS移相器对驱动信号的要求和相控阵天线演示系统对低功耗的要求,解决了毫米波MEMS移相器低成本驱动问题。

面向异质集成的Au-Sn、Au-In晶圆级键合

针对高温(>300℃)及低温(<200℃)键合应用场景,提出了一种多沟槽键合结构,对键合参数、金属层厚度等方面进行优化,实现了基于Au-Sn键合、Au-In键合的三层GaAs-Si异质晶圆级堆叠。Au-Sn键合强度均大于293.10 MPa,键合区内观测到高强度、高可靠性的AuSn共晶组织。研究了单面In结构的Au-In扩散机理,提出不同阶段下Au-In扩散顺序及生成的金属间化合物。

MEMS层叠器件悬空结构划切方法研究

针对MEMS层叠器件悬空结构划切的各种缺陷,提出了分段进给式切割方法,通过多次切割同一个划切槽,切割深度依次增加,直到切割深度大于悬梁厚度,有效减小悬空结构底部崩边和裂纹。为解决划片槽覆盖有划切标记和介质钝化层的划片正面崩边问题,进一步提出了预开槽分段进给式切割方案,用宽刀开槽,再用窄刀分段进给式切割,解决了悬空结构正面崩边和侧边裂纹等划切缺陷,使得崩边尺寸减小至10μm以内,大大提高成品率。

硅膜RFMEMS开关

利用静电驱动原理设计了一种新颖的射频硅膜RF MEMS开关,其开关的优点在于:巧妙的运用CPW传输线的地线作为下电极,加大了开关驱动面积,减小了驱动电压;利用硅膜作为结构层,利用硅本身优良的机械特性可提高开关的可靠性;具有静电接触式开关低频隔离度的优点。通过流片得到了满意的开关样品,测试结果表明:在DC-6 GHz频率范围内,开关的插入损耗小于0.5 dB,隔离度大于30 dB。

低应力掺钪氮化铝薄膜制备技术研究

分析了双层膜薄膜失效模型,提出了制备低应力掺钪氮化铝薄膜在薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器工艺中的必要性。利用反应溅射法制备掺钪氮化铝薄膜,并使用应力测试仪表征薄膜的力学性能,研究薄膜厚度、工艺时溅射功率、偏置功率以及工艺气压等参数对薄膜应力的影响,通过优化工艺参数制备了接近零应力的掺钪氮化铝薄膜。

温度对悬臂梁静电驱动RF-MEMS开关性能的影响

介绍了温度对悬臂梁式RF-MEMS开关的影响。以南京电子器件研究所研制的悬臂梁式RF-MEMS开关为实验样品,常温下(25°C)先测定样品的驱动电压和射频特性,再将样品置于温度恒定的烘箱中热烘1h,取出后在常温条件下测定其机械形貌及电学性能。烘箱的温度从50°C变化到200°C,步进50°C。针对每个温度做一轮实验,最后将所得数据进行对比。实验结果表明,温度对于开关的射频性能影响极其微弱,但驱动电压对于温度却有较强的依赖性。分析认为,当温度变化时,悬臂梁结构的翘曲是影响驱动电压变化的主要因素。最后提出了几种可以提高结构温度稳定性的方法。

LPCVD生长结构层多晶硅和掺P多晶硅的工艺

对LPCVD生长结构层多晶硅和掺P多晶硅的原理进行了阐述,分析了薄膜质量与各项工艺参数的关系。实验时,对各项工艺参数进行调节,在保证薄膜质量和片内一致性的同时取得最大的生长速率。生长出来的多晶硅结构层厚度达到2μm;掺P多晶硅的厚度达到1000。