高精度薄厚膜异构HTCC基板制备工艺

针对高温共烧陶瓷(HTCC)基板高平整度、高密度封装需求,提出了一种高精度薄厚膜异构HTCC基板的制备方法,并对其关键工艺进行研究。结合陶瓷基板精密研磨工艺与薄膜制备工艺,该方法在大幅降低原有HTCC基板的平面度、粗糙度的同时,实现HTCC表面精密布线。测量结果表明,薄厚膜HTCC基板的平面度低至15μm,表面布线最小线宽低至10μm,与传统陶瓷基板平面度(30μm)与最小线宽(50μm)相比均有较大改善。在此基础上,研究了不同种子层厚度对薄厚膜异构HTCC基板结合力的影响。结果表明当钛钨层厚度为150 nm时,薄膜层和陶瓷基板结合力高达9.27 gf(1 gf=0.0098 N)。

基于HTCC的200 Gbit/s光调制器外壳的研制

研制了一款基于高温共烧陶瓷(HTCC)工艺的光调制器外壳,通过高速端口实现信号的传输。端口的设计采用共面波导结构的水平传输和类同轴结构的垂直传输,通过分析高速信号传输通道的等效电路和在频域上的仿真,实现端口的阻抗匹配,在保证信号完整性的前提下端口可以实现单通道28 Gbit/s的高速信号传输。将相同条件下的差分过孔结构与类同轴结构在频域和时域下展开分析,验证了类同轴结构可以更有效地保证信号完整性。利用探针测试与背靠背结构相结合的方式对样品进行测试,验证了高速端口可以在保证信号完整性的前提下实现单通道28 Gbit/s的高速信号传输速率。将该结构应用在8通道的光调制器外壳上,可以支持200 Gbit/s以上的高速信号传输。

一种基于倒装芯片的超宽带BGA封装差分传输结构

随着高速数字电路和射频微波电路对时钟频率和带宽的要求越来越高,差分传输结构因其优良的噪声抑制和抗干扰性能而受到越来越多的重视。提出了一种基于倒装芯片的超宽带球栅阵列(BGA)封装差分传输结构。整体传输结构包括采用陶瓷材料制作的倒装芯片用基板、BGA封装焊球和印制电路板(PCB)。主要分析了差分垂直传输结构的尺寸参数对阻抗和截止频率的影响,并利用阶梯过孔减小阻抗不连续性。整体结构的传输性能通过矢量网络分析仪测试的散射参数来表征。测试与仿真结果具有较好的一致性,在DC~60 GHz频段,差分传输结构的回波损耗≤-15 dB,插入损耗优于-1 dB,为超宽带倒装芯片的封装设计提供参考。

HTCC一体化管壳失效问题分析

针对HTCC一体化管壳在后道封装中出现的瓷体裂纹、渗胶变色、多余物等失效问题,通过过程应力仿真、材料物理性能测试、失效点检测、工艺对比实验等方法分析原因。并进一步开展了改进验证。对HTCC一体化管壳工程化应用具有借鉴意义。

基于陶瓷基板一体化封装的高可靠性LC滤波器组装工艺研究

针对陶瓷基板一体化封装结构的LC滤波器,采用回流焊方法进行装配,制作了具有高可靠性的LC滤波器。采用电阻点焊对绕线电感进行引脚固定,使用贴片红胶粘接固定片式电容,实现陶瓷一体化封装LC滤波器内部元件的预固定。通过点涂方式施加焊膏,经回流焊接形成润湿良好的焊点,利用微压水柱清洗去除残留的助焊剂。经过调试和涂胶固定绕线电感后采用平行缝焊完成产品封装。对回流焊装配的LC滤波器进行过程检验、温度和机械试验。结果表明,由所研究的组装工艺制成的LC滤波器具有较好的工序直通率,满足高可靠环境应用要求,适合于批量化生产。

有机封装基板的芯片埋置技术研究进展

有机封装基板为IC提供支持、保护和电互联,是IC封装最关键的材料之一。系统级、微型化和低成本是IC封装的趋势,将有源、无源元件埋入封装基板,可以充分利用基板内部空间,释放更多表面空间,是减小系统封装体积的重要途径,因此有机封装基板的芯片埋置技术发展迅速。主要介绍有机封装基板的埋置技术发展过程,归纳了有机基板芯片埋置工艺路线类型,着重介绍了近十年不同的芯片埋置技术方案及其应用领域。在此基础上,对有机封装基板的埋置技术研究前景进行了展望。

基于叠层SIW滤波器的高集成硅基毫米波收发前端

提出了一种基于硅基晶圆级封装技术的小型化Ka频段收发前端,实现了接收通道、发射通道与本振产生电路的一体集成。该收发前端采用嵌入叠层型基片集成波导(SIW)滤波器结构实现高选择性预选滤波与低损耗垂直互连过渡的一体化设计。测试结果表明,该Ka频段滤波器中心损耗1 dB,1 dB带宽4.02 GHz,中心频偏5 GHz处抑制度优于35 dB,仿真与测试结果吻合良好。在前端模组设计中,通过采用硅基微腔屏蔽实现紧凑尺寸下各功能单元的隔离,通过采用1/4波长短路传输线结构抑制电源、控制等低频信号对接收中频的干扰,最终实现了该毫米波收发前端的小型化集成,其尺寸仅为20 mm×20 mm×1.25 mm,主要电性能满足设计要求。

基于分形结构的天线设计及天线-芯片一体化射频组件制造工艺

实现了一种基于分形结构的天线-芯片一体化射频组件的设计与制造,设计了基于4阶Hilbert曲线的分形电感和基于2阶Sierpinski三角形的天线结构,有效提高了集成模组中的空间利用率,实现了电子器件的小型化。天线结构可以通过馈电位置的变化实现辐射频点可调,最多可实现36GHz、50GHz、70.6GHz3个辐射频点,有助于实现灵活的应用场景。各辐射频点上的回波损耗大于25dB,最大辐射方向增益为11.93dB。为了实现分形天线和射频芯片的一体化集成,设计和实现了天线-芯片一体化射频组件架构与12英寸晶圆级嵌入式基板工艺。与现有的射频组件集成工艺相比,利用光刻工艺实现了天线-芯片垂直高密度互连,同时改善了系统的射频性能。

基于介质集成悬置槽线的差分至单端功分器

设计了一种基于介质集成悬置槽线的宽带差分至单端功分器。采用槽线与微带线耦合的差分过渡结构,实现了差分电路与单端电路的互连。在较宽的工作频率范围内实现了较好的共模噪声抑制。在10.52~15.58 GHz的频率范围内,测得差分端口处的回波损耗优于10 dB。输出端口在10.1~15 GHz的频率范围内保持15 dB以上的隔离度。差分工作模式下,功分器输出的两路信号具有幅值相等、相位相反的特点。所设计的电路基于多层板结构,将槽线及其核心电路悬置于多层板内置的腔体中,具有自封装、低辐射损耗等优势。

金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究

研究了金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料作为超高速、大功率集成电路封装基板材料的可行性。采用电容法测量了复合材料的介电性质,结果表明在氧化铝上沉积金刚石膜,能有效降低基片材料的介电系数。碳离子预注入处理使介电损耗降低(从5×10-3降低到2×10-3),且频率稳定性更好。金刚石膜的沉积可明显提高基片的热导率,随着薄膜厚度的增加,复合材料的热导率单调递增。当薄膜厚度超过100μm时复合材料的介电系数下降到6.5、热导率上升至3.98W/cm·K,热导率接近氧化铝的20倍。

基板堆叠型三维系统级封装技术

系统级封装是将多个具有不同功能的有源电子元件与无源器件组装到一起,组成具有一定功能的封装体,从而形成一个系统或者子系统。在三维系统级封装技术中,基板堆叠是对芯片堆叠的有益补充。从基板堆叠的角度出发,分析了三维系统级封装所需HTCC一体化封装外壳形式以及各类三维系统级封装形式,提出系统级封装的发展趋势与面临的问题。

共烧陶瓷多层基板技术及其发展应用

论述了高温共烧陶瓷与低温共烧陶瓷的优缺点,并讨论了多层共烧陶瓷的材料选择、工艺过程与控制,然后在提高材料性能方面提出了一些建议和方法,同时介绍了多层共烧陶瓷的国内外研究状况及今后的发展趋势。

基片集成脊波导毫米波板间垂直互联结构研究

在毫米波系统级封装(System-On-Package,SOP)中,需要一种宽带、小型化、易集成的板间垂直互联电路,以实现不同功能层之间毫米波信号的可靠互联。不同于常规基片集成波导(SIW),提出一种基于Z向基片集成脊波导(Substrate-Integrated-Riged-Waveguide,SIRW)的毫米波板间垂直互联结构。该结构体积小、易集成,可与多层基板加工工艺兼容、一体化同步实现。最后利用低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)加工工艺,制作了背靠背互联实物,电路接口尺寸2.2 mm×1.3 mm,经测试在28~36 GHz频带内实现单个互联插损小于0.45dB,带内平坦度优于±0.5 dB,回波损耗优于-12 dB。

微小型一体化管壳气密封装技术

微小型一体化管壳将基板和外壳构成一个封装整体,可以较好地解决高密度集成微电路的封装难题。平行缝焊技术是微小型一体化管壳气密封装的主要形式,平行缝焊的热应力是造成微小型一体化管壳气密封装失效的主要原因。文章用有限元法计算了微小型一体化管壳的热应力分布,并在此基础上优化了平行缝焊参数,保证获得最佳的焊接效果。

陶瓷基板研究现状及新进展

近年来,电力机车、电动汽车和微波通信等行业发展迅速,系统所用的电子器件具有大功率、小尺寸、高集成和高频率等特点。为满足电子器件散热、密封和信号传输优良的需求,陶瓷基板以较高的热导率、与半导体材料相匹配的热膨胀系数、致密的结构和较高的机械强度等特性得到广泛的应用。首先综述了不同陶瓷基板材料的性能、发展历史和新进展,分析了各自的优缺点;然后综述了陶瓷基板的制备工艺,对多层共烧陶瓷技术进行了详细介绍,并简述了陶瓷基板的应用;最后指出了陶瓷基板的研究方向和面临的挑战。

数模混合高速集成电路封装基板协同设计与验证

介绍了数模混合高速集成电路(IC)封装的特性以及该类封装协同设计的一般分析方法。合理有效的基板设计是实现可靠封装的重要保障,基于物理互连设计与电设计协同开展的思路,采用Cadence APD工具以及三维电磁场仿真工具实现了特定数模混合高速集成电路(一款探测器读出电路)的封装设计与仿真论证,芯片封装后组装测试,探测器系统性能良好,封装设计达到预期目标。封装电仿真主要包含:封装信号传输通道S参数提取、电源/地网络评估,探测器读出芯片封装体互连通道设计能满足信号带宽为350 MHz(或者信号上升时间大于1 ns)的高速信号的传输。封装基板布线设计与基板电设计协同分析是提高数模混合高速集成电路封装设计效率的有效途径。

集成电路封装载板用层间绝缘材料研究与应用进展

综述了近年来国内外在集成电路(IC)装载板用层间绝缘介质材料,尤其是日本味之素公司的ABF(Ajinomoto Build-up films,味之素积层膜)材料的研究与应用进展情况。重点介绍了ABF材料的发展历史、结构分类以及在IC封装及其他高技术领域中的应用进展,最后对ABF材料未来的发展趋势进行了展望。

基片集成波导式高温压力传感器的制备与测试

提出了一种新的无线无源高温压力传感器结构,该传感器的结构主要由含有内置空腔的基片集成圆波导（SICW）谐振器和集成于波导上金属面的缝隙天线两部分组成。共面波导天线（CPW）发出的频率电磁信号通过缝隙天线耦合到传感器内部,并经由缝隙天线反馈到共面波导天线。当外部压力作用于传感器的空腔上表面时,传感器的有效介电常数发生变化,从而导致传感器的谐振频率发生变化。传感器的试样通过高温共烧陶瓷（HTCC）微组装工艺与丝网印刷技术相结合进行制备。实验过程中,共面波导天线与网络分析仪进行连接,通过网络分析仪对天线的S11参数进行测试,进而可以从频率曲线中对传感器的谐振频率进行提取。通过对制备的传感器进行不同温度下的压力测试,发现提出的压力传感器在800℃高温下仍然可以正常工作,在800℃时传感器的测试灵敏度为0.124 5 MHz/kPa。

基于一体化封装的小型化设计与实现

以一个幅度调制器模块的小型化需求为例,基于一体化封装技术,设计构造出一种小型化封装结构,并详细介绍了该结构的外形特点与材料特性。利用这种封装结构对原模块电路进行小型化设计,外形尺寸可由91 mm×28 mm×8.5 mm减小为20 mm×15 mm×7.6 mm,平面布版面积缩小约88%。利用多芯片组装(MCM)和表面组装(SMT)工艺,组装实现了小型化电路,实测其电参数指标与原电路基本一致,成功达到了小型化目的。

微电子组装技术述评——兼议我所微组装技术发展方向

微电子组装技术是从电路集成到系统集成的关键技术,它的支柱是高性能、高集成度集成电路和微细高密度多层互连基板。而后者又可分为优质薄膜多层布线板和优质厚膜多层布线板,其中又包括若干支撑技术和基础技术。 本文介绍了微电子组装技术的各个方面和几个发展阶段;建议充分发挥本所在高性能、高集成度集成电路及其技术方面,特别是LSL、VHSIC、ASIC等十大系列产品的优势和LSI的工艺优势,加速开发优质薄膜多层布线技术;重视开发优质厚膜多层布线技术和相关的系统集成封装技术及计算机辅助设计技术。在开发系统集成技术方面应根据我国和我所的实际情况,狠抓二次集成技术。这应是我所微电子组装技术的发展方向。