一种基于硅基MEMS三维异构集成技术的T/R组件

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段双通道T/R组件。该组件由两层硅基结构通过球栅阵列(BGA)植球堆叠而成,上下两层硅基封装均采用5层硅片通过硅通孔(TSV)、晶圆级键合工艺实现。组件集成了六位数控移相、六位数控衰减、串转并、电源调制、逻辑控制等功能,最终组件尺寸仅为15 mm×8 mm×3.8 mm。测试结果表明,在Ku波段内,该组件发射通道饱和输出功率大于24 dBm,单通道发射增益大于20 dB,接收通道增益大于20 dB,噪声系数小于3.0 dB。该组件性能好,质量轻,体积小,加工精确度高,组装效率高。

硅基三维异构集成射频微系统的多物理场耦合仿真与设计

利用硅基三维异构集成工艺设计一款射频微系统,以满足设备对射频模组高性能、小型化的需求。为了在设计初期充分评估该微系统的潜在可靠性风险,根据工艺特征以及产品在多物理场中的耦合现象,建立一种面向硅基三维异构集成工艺射频微系统的多物理场一体化仿真流程,逐一分析所涉及的电-热耦合和热-力耦合过程,预判产品在工作条件下的热学和力学特性,为设计环节提供针对性的指导,预先规避可靠性风险,从而有效提高一次性设计成功率。

基于三维异构集成技术的X波段4通道收发模组

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计了一款适用于相控阵天线系统的三维堆叠4通道T/R模组。模组由3层功能芯片堆叠而成,3层功能芯片之间采用贯穿硅通孔(TSV)和球栅阵列实现电气互连;模组集成了6位数控移相、6位数控衰减、串转并、负压偏置和电源调制等功能,最终尺寸为12 mm×12 mm×3.8 mm。测试结果表明,在X波段内,模组的饱和发射输出功率为30 dBm,单通道发射增益可达27 dB,接收通道增益为23 dB,噪声系数小于1.65 dB。该模组性能优异,集成度高,适合批量生产。

一种基于MEMS体硅工艺的三维集成T/R模块

采用微电子机械系统(MEMS)体硅三维异构集成技术,设计了一种应用于雷达的四通道瓦片式三维集成T/R模块。该模块由三层硅基封装堆叠而成,每层硅基封装内部腔体异构集成多个单片微波集成电路(MMIC),内部采用硅通孔(TSV)实现互连,层间通过焊球互连。模块最终尺寸为8 mm×8 mm×3.5 mm。装配完成后对该模块进行测试,测试结果表明,在34~36 GHz内,模块的饱和发射功率为21 dBm,单通道发射增益达到21 dB,接收增益为23 dB,接收噪声系数小于3.5 dB,同时具备6 bit数控移相和5 bit数控衰减等功能。该模块在4个通道高密度集成的基础上实现了较高的性能。

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%。

基于硅基MEMS工艺的Ka波段四通道短砖式三维集成T/R微系统

基于硅基微电子机械系统(MEMS)工艺设计了一种Ka波段四通道短砖式三维集成T/R微系统,实现四通道收发及功率合成功能。器件每个通道具备6 bit数控移相、5 bit数控衰减、电源调制等功能。该T/R微系统由两层硅基MEMS模块堆叠而成,每层硅基模块内部异构集成多个单片微波集成电路(MMIC),内部采用硅通孔(TSV)实现垂直互连,层间采用植球互连,器件尺寸为18 mm×19.5 mm×3 mm。经测试,在33~37 GHz频段内,器件单通道饱和发射功率大于30 dBm,接收增益约为35 dB,噪声系数小于4.6 dB。器件兼顾高性能和高集成度,可应用于雷达相控阵系统。

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。

基于硅基MEMS三维集成技术的片式多波束发射前端

基于多波束发射前端的相控阵,具有波束灵活扫描和多目标同时通信的能力,是低轨互联网通信卫星的重要微波子系统。采用硅基MEMS三维异构集成技术,将多个微波单片集成电路MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)和硅基MEMS功分交叉网络等无源结构一体化集成,实现了一种K频段8波束32通道瓦片式相控阵发射前端。该器件由五个硅基封装模块堆叠而成,不同封装模块之间通过植球(金球凸点及铅锡焊球)的方式互连,内部通过TSV通孔技术实现垂直互连。为展示其性能,制备了19 GHz-21 GHz频段的样件,尺寸为16.25 mm×14.25 mm×6.3 mm。经测试,单通道发射增益≥18 dB,输入输出端口驻波≤2.0,同时具备6位数控移相和5位数控衰减功能。

与标准集成电路工艺兼容的硅基光学器件研究

着重介绍了与标准集成电路工艺兼容的硅基光学器件的最新研究进展,包括硅基光发射器、硅基光波导和调制器件、硅基光电探测器和接收机以及硅基光电子集成回路的工作原理、制作工艺和集成技术.与标准集成电路工艺兼容的硅基光电子集成回路能有效地解决电互连芯片内部串扰、带宽和能耗等问题,并能够充分利用现有成熟的集成电路工艺,实现大规模生产,具有广阔的实用前景.

新型硅基3D异构集成毫米波AiP相控阵列

基于硅基3D异构集成工艺,提出了一种低剖面、轻质化2×2硅基毫米波AiP阵列,内部集成了微带贴片天线阵列、单通道Ga As收发放大芯片、四通道SiGe幅相多功能芯片和电源调制电路等。采用硅片与低介电常数材料相结合的方式,降低天线衬底的复合介电常数,提升辐射效率和增益。通过高深宽比TSV和高密度微凸点,实现微波信号、数字信号和电源的垂直传输,对外采用标准的BGA端口。测试结果表明:在34~36 GHz内,2×2硅基AiP的等效全向辐射功率大于31.5 dBm,接收增益大于22 dB,射频输入口回波损耗小于-13 dB,具有5位移相、5位衰减功能,外形尺寸为12.0 mm×14.0 mm×2.6 mm,重量仅为0.75 g,可实现±30°的波束扫描。

基于MEMS三维异构集成技术的超宽带开关滤波限幅放大模块设计

本文采用硅基MEMS三维异构集成技术,完成了一种应用于通信系统中的超宽带开关滤波限幅放大模块的设计。该器件通过将多个硅基MEMS滤波器采用垂直叠层布局,实现了多路硅基MEMS滤波器与硅基封装基板的一体化三维集成,在保证设计性能的前提下,提高了模块的集成度,大大缩小了模块的体积。模块的最终尺寸为17 mm×19 mm×1.3 mm,仅为传统工艺下相同特性产品体积的几百分之一。经过测试,在0.8~12.1 GHz范围内,模块的增益为7~9 dB,端口回波损耗≤-12 dB,噪声系数为7~11 dB。

硅基光电子工艺中集成锗探测器的工艺挑战与解决方法

锗探测器是硅基光电子芯片中实现光电信号转化的核心器件。在硅基光电子芯片工艺中实现异质单片集成高性能锗探测器工艺,是光模块等硅基光电子产品实现小体积、低成本和易制造的优先选择。本文讨论了硅基光电子芯片集成锗探测器在实际工艺中遇到的挑战和解决思路。硅基光电子芯片集成锗探测器主要挑战在于热预算兼容、金属污染防控及工艺结构的匹配三个方面。

一种K波段三维集成砖式四通道四波束发射前端研究

为解决通信系统中多波束发射前端体积大、集成度低的问题,设计了一种K波段三维集成砖式四通道四波束发射前端。从多波段发射前端的原理出发,对该器件集成结构及仿真设计进行研究,并进行实物制备与结果分析。该器件通过硅基三维异构集成工艺及球栅阵列(BGA)堆叠技术,将单片微波集成电路(MMIC)芯片与无源结构(功分器、滤波器及传输结构)进行一体化集成,实现了高集成度、小型化设计,为相关工程提供了参考。

一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

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。

硅基集成微马达的研制

本文介绍一种硅基集成微马达。该微马达转子和定子由厚度为４．２μｍ的多晶硅膜形成，转子与定子之间的空气间隙为２．０～２．５μｍ，转子的半径为４０～５０μｍ。其制作工艺非常简单，仅包括四次光刻（共三块版）、两次ＬＰＣＶＤ多晶硅膜淀积和两次ＬＴＯＳｉＯ２膜淀积。初步测量结果表明，微晃动马达的最低驱动电压为４９Ｖ，最高转速估计可达６００ｒｐｍ。

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。

一种集成环行器的X波段三维异构集成T/R模组

微电子机械系统(MEMS)环行器被广泛应用于射频(RF)T/R微系统中,解决共用天线且收发隔离的问题。基于硅基三维(3D)异构集成工艺,设计了一种集成MEMS环行器的X波段T/R模组。该模组以高阻硅为介质基板,在硅基板上、下表面电镀金属图形,并堆叠多层硅基晶圆,在硅基模组上封装了集成无源器件(IPD)环行器,完成了多种微波芯片和MEMS环行器的系统级封装(SiP),将环行器紧凑集成在硅基T/R模组中。模组尺寸为12.0 mm×11.3 mm×2.0 mm。测试结果表明,在8~12 GHz频带内,模组接收通道增益为27 dB,接收通道噪声系数小于3.2 dB;发射通道增益为33 dB,饱和输出功率大于2 W。

硅基薄膜MCM工艺

薄膜 MCM工艺是一种新兴的芯片安装工艺 ,它具有提高系统速度、降低系统体积及成本等优点。本文着重叙述了硅基薄膜 MCM工艺的工艺流程、工艺要点及工艺中通常应该注意的一些问题。

美研制出非硅基全门三维晶体管

美国普渡大学和哈佛大学的科学家使用Ⅲ-Ⅴ族化合物砷化镓铟代替硅,研制出全球首款全门三维晶体管,可用于开发出运行速度更快、更高效的集成电路和更轻便、耗电更少的手提电脑。

美研制出非硅基全门三维晶体管

据美国物理学家组织网12月6日报道，美国普渡大学和哈佛大学的科学家使用III—V族化合物砷化镓钢代替硅，研制出全球首款全门三维晶体管，可用于开发出运行速度更快、更高效的集成电路和更轻便、耗电更少的手提电脑。最新研究已在12月5日至7日于华盛顿举行的周际电子设备大会上宣读。