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。

面向硅基光互连应用的无源光子集成器件研究进展

光互连是突破传统微电子IC性能瓶颈的重要技术手段,对推进"后摩尔时代"微电子技术的发展和高性能计算技术的实现具有关键性意义。本文在归纳总结不同层次光互连结构特点的基础上,对片上光互连(on-chip or intra-chip optical interconnects)所涉及的若干种无源光子集成器件的设计制备及性能特点进行了分析介绍,这些器件包括SOI亚波长光子线波导、SOI光子晶体波导、MMI分束/合束器、微环/微盘谐振腔滤波器、光子晶体微腔耦合滤波器、光子晶体反射镜等,是硅基片上光互连的基本构成单元。本文对这些关键性光子集成器件的国内最新研究进展进行了报道。

WLCSP封装技术中的集成无源器件

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。

集成无源器件和硅转接板集成方案设计

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。

基于集成无源器件工艺的射频功率分配器设计

由于集成无源器件(IPD)工艺可与集成电路平面工艺兼容,IPD工艺设计的无源器件易集成到集成电路芯片中,有利于电子设备小型化和可靠性的提高。基于IPD工艺,采用等效电路取代14λ传输线的设计方法,分别设计了一个同相和一个反相3 d B射频功率分配器。同相功率分配器的实测结果显示插入损耗约为3.7 d B,隔离度约为25 d B,性能与威尔金森结构功率分配器接近,封装后的尺寸为1.6 mm×0.8 mm,小于威尔金森结构功率分配器。反相功率分配器仿真结果表明插入损耗小于4.2 d B,隔离度约为25 d B。该功率分配器可应用到移动通信终端。

具备深背部通孔的砷化镓集成无源器件的制作技术

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)<1.6 dB,带内回波损耗<-30 dB,可以满足当前微波毫米波系统中的大规模应用。并且该芯片滤波器的设计尺寸为1.0 mm×1.0 mm×0.25 mm,与传统滤波器相比,面积缩减了近90%,符合当前通信系统器件小型化的发展趋势,具有广阔的应用前景。

基于硅基薄膜集成无源器件工艺的双频器设计

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。

集成光无源器件及其制作

本文以光隔离器(Isolator)、波分复用器(WDM)和光耦合器(Coupler)三功能组合的混合器件为例介绍了集成光无源器件(以下简称Hybrid器件)的应用、原理、性能和特点,以及在制造过程中存在的色散和光纤模式匹配的问题及解决方案。

0.2~2.0GHz100W超宽带GaN功率放大器

设计并实现了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的100 W超宽带功率放大器。基于SiC无源工艺设计了集成无源器件(IPD)输入预匹配电路芯片;设计了基于陶瓷基片的T型集成输出预匹配电路;基于建立的传输线变压器(TLT)的精确模型,设计了宽带阻抗变换器,在超宽频带内将50Ω的端口阻抗变换至约12.5Ω,再通过多节微带电路与预匹配后的GaN HEMT芯片实现阻抗匹配。最终,以较小的电路尺寸实现了功率放大器的超宽带性能指标。测试结果表明,功率放大器在0.2~2.0 GHz频带内,在漏极电压36 V、输入功率9 W、连续波的工作条件下,输出功率大于103 W,漏极效率大于50%,输入电压驻波比(VSWR)≤2.5。

基于GaAs工艺的片上宽带功率分配器

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。

二氧化硅平面光波导器件的研究进展

二氧化硅平面光波导(PLC)器件以其低损耗、高工艺容差,以及与CMOS工艺兼容和与单模光纤模场匹配良好等优点,在光通信、光互连和集成光学中得到了广泛的应用。文章综述了二氧化硅平面光波导器件及其应用的进展,重点针对分束器、阵列波导光栅、可调光衰减器及其集成器件的最新研究进行了介绍,对未来发展趋势进行了展望。

基于0.15μm GaAs工艺的高阻带抑制低通滤波器设计

射频低通滤波器是射频电路的重要组件之一,它基于电感和电容的特性,具有阻止高频信号而通过低频信号的作用。基于GaAs集成无源器件技术,使用ADS仿真软件,在滤波器设计中的特定位置使用不同品质因数(Q值)的电感,最终设计实现了一款性能优良的高阻带抑制低通滤波器。测试结果表明,在通带DC~17 GHz内,滤波器插入损耗≤2.28 dB,回波损耗≥14.5 dB,其带外抑制在22 GHz处达到23 dB,在26~50 GHz处≥43 dB,芯片尺寸为1.4 mm×0.55 mm×0.1 mm,该滤波器性能优异。

薄膜有机集成电容的制作工艺

以PI-5型聚酰亚胺(PI)电子涂料为介质层,在99瓷氧化铝陶瓷基片表面通过磁控溅射、光刻、电镀、蚀刻等传统薄膜电路工艺制作有机集成电容。分别研究了PI旋涂转速、旋涂时间、热处理制程等参数对PI厚度和均匀性的影响,最终通过优化过程工艺参数,得到厚度与设计值相符的PI膜层,且膜厚均匀性优于±5%,有机电容的容值精度优于±5%。PI有机电容与薄膜及半导体电路工艺高度兼容,在集成无源器件(IPD)制造中有着广阔的应用前景,有利于新一代系统的微型化、多功能和高密度集成。

埋置元件PCB的发展和无源元件结构的变化

概述了新的安装结构的变化,埋置元件PBC的发展,无源元件结构的变化和今后的方向。

基于GaAs IPD的小型化高选择性X波段宽带带通滤波器

文中设计并实际开发了一种基于砷化镓(Gallium Arsenide,GaAs)集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)技术的小型化高选择性宽带带通滤波器。首先,所提出的带通滤波器是通过引入集总参数谐振器来设计的,以实现高选择性和宽带性能。其次,进一步研究了实现高选择性和宽带性能的工作原理。最后,为了证明所述性能,基于GaAs-IPD技术设计、制造和测量了一个紧凑型高选择性宽带带通滤波器。该滤波器工作频率覆盖了整个X波段(6~13 GHz),相对带宽为74.0%,带外实现了四个传输零点,从而实现了高选择性和良好的带外性能,芯片尺寸为0.05λ_(0)×0.03λ_(0)。比较了实测结果与电磁仿真结果,验证了该设计的可行性。

RF-MEMS的系统级封装

射频(RF)技术在现代通信领域正得到越来越广泛的应用,用MEMS方法制备的射频元件不仅尺寸小、成本低、功能强大,而且更利于系统集成。系统级封装(SIP)寄生效应小、集成度高的优点特别适合用来封装RF-MEMS系统。本文介绍了系统级封装的发展现状特别是在射频领域的应用,同时重点分析了在RF-MEMS系统级封装中封装结构、元件集成、互连及封装材料等几个关键问题。

基于高阻硅的毫米波IPD滤波器研究

5G通信迫切需要毫米波集成无源器件（Integrated Passive Device,IPD）,要求该类器件低成本、高性能。基于高阻硅（High Resistivity Silicon,HRS）工艺设计并加工了一款四阶交叉耦合毫米波微带滤波器,基于测试结果和有耗耦合矩阵理论反提取得到四阶滤波器谐振器的真实无载品质因素。进而对高阻硅基的毫米波工艺参数（例如,损耗角正切）进行修正,利用电磁仿真软件进行验证;分析了金属粗糙度对于滤波器损耗的影响。修正后的模型仿真结果和测试结果吻合较好,验证了修正后毫米波段高阻硅基参数的有效性,为芯片级毫米波无源器件的设计提供了支撑。

一种基于IPD工艺应用于5G网络的带通滤波器设计

提出了一种应用于第五代移动通信(5G)的四阶开口环谐振器耦合的带通滤波器。它可以在5G(37~42.5 GHz)频段上运行。滤波器的设计基于集成无源器件(IPD)工艺,运用了硅通孔(TSV)技术。实验结果表明,该滤波器的中心频率在39.75 GHz,带宽5.5 GHz,中心频率处的插入损耗小于1.2 d B,回波损耗大于23 d B,电压驻波比小于1.15,且滤波器的尺寸仅有1.2×1.2 mm2。可见,该滤波器具有尺寸小、插损小、带外抑制高等优点,且结构简单、加工成本低,特别适合5G频段的射频前端。

基于硅基IPD技术的射频SiP设计

系统级封装是实现电子产品小型化和多功能的重要技术路线,在微电子集成封装领域具有广阔的应用前景。以实际的变频单元Si P集成设计为例,介绍了利用硅基集成无源器件和倒装焊技术,在较小体积尺寸内实现有源芯片与IPD器件的三维集成,实现了变频模块的微型化设计;并利用仿真技术分析研究了各种因素对变频SIP电性能与可靠性的影响。

基于微系统IPD工艺的功分网络制造技术

集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)具有高集成度、高精度、高可靠性的优势,在射频微波领域极具应用前景,但薄膜多层电路及高精度电阻制作是限制其广泛应用的关键问题。文中基于IPD技术设计制作了毫米波Wilkinson带状线功率分配/合成器,通过薄膜多层技术实现了2层苯并环丁烯(BCB)介质、3层布线的多层结构,最小线宽和线距皆为20μm。通过反应磁控溅射方法在BCB介质表面制备了50Ω/□和100Ω/□的TaN高精度薄膜电阻。片上集成的功分网络的工作频率为30-40 GHz,频带内各个端口的回波损耗为-15dB,插入损耗为(4.6±0.2)dB。该研究突破了硅基薄膜多层高密度布线技术,制作了功分器并对其进行了测试,为射频微系统无源网络一体化集成提供了有效的解决方案。