射频三维微纳集成技术

后摩尔时代,半导体技术的发展主要有延续摩尔(More Moore)和超越摩尔(More than Moore)两条路径,延续摩尔通过新材料新范式,沿着摩尔定律进一步将线宽逐渐微缩至3 nm甚至进入埃(A)量级,超越摩尔则是采用异质异构三维微纳集成的途径来满足下一代电子高速低功耗高性能的需求。异质异构集成可以充分利用不同材料的半导体特性使得系统性能最优化。射频三维微纳集成技术推动高频微电子从平面二维向三维技术突破,成为后摩尔时代高频微电子发展的重要途经。射频三维微纳异质异构集成技术利用硅基加工精度高、批次一致性好、可以多层立体堆叠等特点,不断推动无源器件微型化、射频模组芯片化、射频系统微型化技术发展。本文介绍了射频三维微纳技术发展趋势,并给出了国内外采用该技术开拓RF MEMS器件、RF MEMS模组以及三维射频微系统技术发展和应用案例。

基于硅基埋置异构集成工艺的V波段收发芯片

南京电子器件研究所结合自主的硅基埋置异构集成工艺和InP HBT工艺,设计制造了国内首款基于硅基埋置异构集成工艺的V波段收发芯片(如图1所示)。该芯片内部集成六倍频器、混频器、滤波器、放大器、伪码调制器等,采用球栅阵列封装(Ball grid array,BGA)接口,具有集成度高。

芯片级原子钟碱金属吸收泡

基于原子相干布局囚禁(Coherent population trapping)原理的芯片级原子钟是原子钟微型化发展的必然趋势,其中的核心微型化碱金属吸收泡起着关键性的作用。南京电子器件研究所与成都天奥电子股份有限公司联合研究。

应用于微波/毫米波领域的集成无源器件硅基转接板技术

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。

硅基晶圆级封装的三维集成X波段8通道变频模块

南京电子器件研究所将CMOS芯片、GaAs多功能芯片、硅基IPD芯片、TCSAW滤波器等多种工艺制程的芯片异构集成到硅基晶圆上,再采用TSV、微凸点以及晶圆低温键合等工艺在国内首次实现了基于硅基射频微系统集成工艺的三维集成微波模块。如图1所示,该模块包含了接收多功能、8通道滤波、镜像抑制混频多功能、中频多功能以及三种中频带宽可切换功能的集成。

超宽带硅基三维集成四通道收发微模组

南京电子器件研究所大力推进射频组件芯片化技术发展,在国内首先提出了五层硅基晶圆级堆叠架构(图1),在8英寸硅晶圆上,通过基于TSV射频转接板的三维集成先进工艺技术,制备出首款2~18 GHz硅基三维集成四通道收发微模组,模组大小为17 mm×17 mm×1.8 mm(图2),连续波输出功率大于29 dBm,发射电流小于0.8 A(图3),衰减态精度小于±(0.3+6%标称值)dB(图4)。基于成熟的TSV制造工艺,实现了多层硅基转接板间的射频垂直传输,通过硅腔技术大幅提升模组的稳定性和通道间隔离度,可靠的多层晶圆键合能力确保了模组的密封性能。该微模组的研制为高密度、高可靠性、高性能收发组件的开发奠定了基础。

硅基射频微系统三维异构集成技术

南京电子器件研究所根据射频组件芯片化的发展趋势,在国内首先提出了硅基射频微系统架构,在203.2mm(8英寸)硅晶圆上,建立起了TSV射频转接板的设计/工艺能力,通过基于TSV射频转接板的三维异构集成先进工艺技术,制备出硅基首款38GHz异构集成收发芯片,研制出4层硅片堆叠集成的X波段硅基变频芯片,形成了1.0版本的射频微系统工艺规则和多用户流程能力。TSV尺寸(30:200)μm,可以支持4层硅片的圆片级堆叠。该工艺架构在DC-40GHz的微波性能已通过了验证。

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。

小型化硅基毫米波MEMS三维异构集成开关滤波器件

针对传统开关滤波器组件体积庞大、重量重、调试复杂、集成度低的问题,设计并制作了一种小型化六通道毫米波硅基MEMS三维异构集成开关滤波器件。该器件以四层堆叠的高阻硅材料为衬底,工作频段覆盖18~40 GHz,内部集成了6款小型化空间堆叠的MEMS滤波器和2个单片开关,采用3D-TSV(硅通孔)异构集成工艺,实现了开关与滤波器组的晶圆级集成。为了优化毫米波频段集成滤波器性能,提出了MEMS混合交叉耦合多层堆叠SIW(基片集成波导)滤波器拓扑结构,且其工艺与整个开关滤波器件兼容,极大提升了滤波器的带外抑制。经测试,该开关滤波器件带内插损<8.2 dB(包括2个开关共约4 d B的损耗),反射损耗>10 dB,带边1 GHz处带外抑制>40 dBc。该器件体积仅19.0 mm×16.5 mm×1.1 mm,比传统开关滤波器体积减小了99.7%。

碳化硅薄膜的力学性能理论研究

目前,SiC薄膜在极端苛刻环境下的力学性质尚不明确,相关力学参数仍需进一步研究。文章采用模拟软件ANSYS对微尺寸的SiC薄膜在不同条件下的力学性能进行了理论分析。研究了SiC薄膜的面积和厚度对刚度的影响,结果表明,其刚度与薄膜面积成反比,与薄膜厚度的三次方成正比。其次,研究了材料中缺陷的尺寸及其位置对SiC薄膜力学性能的影响,模拟结果表明,缺陷的位置越接近薄膜中心,对刚度的影响越大;缺陷的尺寸越大,密度越高,薄膜的刚度越小。根据实验测得高温下杨氏模量数据,模拟计算发现SiC薄膜的刚度在290-2 500K范围内,随温度升高呈准线性下降趋势。

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。

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。

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。

“两官”评议:人大监督司法创新实践

“开展法官评议工作,是对我院法官队伍的一次深度检阅,也是对我从事民事审判工作的一次评查和检验.”

面向5G的高频微型化射频滤波器技术及应用

小型化宽带高性能滤波器是是移动通信中信号传输频率选择、噪声滤除干扰的关键核心器件,是满足5G不同模式、不同体制需求关键器件,已成为5G通信产业化急需解决的瓶颈.传统选频器件在满足5G通信高频段、宽带、小型化、封装、测试等应用需求中都或多或少存在缺陷,亟需将新结构、新材料、新设计方法和新工艺引入到滤波器实现中来,以求研发出满足现代通信系统要求的高性能滤波器.

“两官”评议:人大司法监督新途径

近年来,我省台州、杭州等地人大常委会积极探索监督司法工作的新途径,对其任命的法官和检察官开展履职评议,在实施过程中取得一定成效。"开展法官评议工作,是对我院法官队伍的一次深度检阅,也是对我从事民事审判工作的一次评查和检验。"2014年4月1日下午,杭州市中级人民法院北7楼会议室,一场特殊的法官履职评议动员暨述职大会正在紧张举行。该院民事审判第五庭法官张一文,以"审判是法官的生命线,公正是法官的保障线"为题进行了述职发言。