毫米波硅基SiP模块设计

设计了一款采用硅基板作为载体的毫米波上变频微系统系统级封装(System in Package, SiP)模块。该模块利用类同轴硅通孔(Through-Silicon-Via, TSV)结构解决了毫米波频段信号在转接板层间低损耗垂直传输的问题。该结构整体采用四层硅基板封装,并在封装完成后对硅基射频SiP模块进行了测试。测试结果显示,在工作频段29～31 GHz之间,其增益大于27 dB,端口驻波小于1.4,且带外杂散抑制大于55 dB。该毫米波硅基SiP模块具有结构简单、集成度高、射频性能良好等优点,其体积不到传统二维集成结构的5%,实现了毫米波频段模块的微系统化,可广泛运用于射频微系统。     

基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz～18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。     

高速高密度光电共封装技术

分析了高速高密度光电共封装中2.5D、3D集成技术,提出并验证了2种2.5D光电共封装结构:采用硅转接板的光电共封装和采用玻璃转接板的2.5D结构,经仿真得到在40 GHz工作时可以实现较低的插入损耗,并进行了工艺验证,制备了硅转接板和玻璃转接板样品。还提出了一种新型基于有机基板工艺的3D光电共封装结构,该结构相比其他2.5D和3D结构尺寸更小、更薄,设计更灵活。对该结构进行了工艺验证,制作了光探测器(PD)与跨阻放大器(TIA)共同集成的三维光电共封装样品。     

后摩尔时代的封装技术

介绍了在高性能的互连和高速互连芯片(如微处理器)封装方面发挥其巨大优势的TSV互连和3D堆叠的三维封装技术。采用系统级封装(SiP)嵌入无源和有源元件的技术,有助于动态实现高度的3D-SiP尺寸缩减。将多层芯片嵌入在内核基板的腔体中;采用硅的后端工艺将无源元件集成到硅衬底上,与有源元件芯片、MEMS芯片一起形成一个混合集成的器件平台。在追求具有更高性能的未来器件的过程中,业界最为关注的是采用硅通孔(TSV)技术的3D封装、堆叠式封装以及类似在3D上具有优势的技术,并且正悄悄在技术和市场上取得实实在在的进步。随着这些创新技术在更高系统集成中的应用,为系统提供更多的附加功能和特性,推动封装技术进入后摩尔时代。     

基于异构集成技术的相控阵T/R组件微系统

基于硅基微电子机械系统(MEMS)工艺和三维异构集成技术,研制了一款硅基X波段2×2相控阵T/R组件.该组件采用收发一体多功能芯片方案,将所有器件封装于两层硅基中.其中上层硅基集成了低噪声放大器、功率放大器、开关、电源调制驱动器和PMOSFET等芯片,下层硅基集成了多功能芯片、串/并转换芯片以及逻辑运算芯片;两层硅基封装之间通过植球进行堆叠.最终样品尺寸仅为20 mm×20 mm×3 mm.实测结果显示,在8～ 12 GHz内,该T/R组件饱和输出功率约为29 dBm,接收增益约为21 dB,接收噪声系数小于3 dB,在具备优良射频性能的同时实现了组件的小型化.     

以BCB为介质层的圆片级三维多芯片封装结构研究

研究了一种新型的圆片级三维多芯片封装结构,该结构以BCB为介质层,体硅工艺加工的硅片为基板,适合于毫米波射频元器件的封装与应用。结构中包含多层BCB介质层和金属布线,同时可以集成射频芯片,薄膜电阻,可变电容等有源和无源元件。封装过程中,射频芯片埋置在接地金属化的硅腔体中,利用热压焊凸点技术和化学机械抛光（CMP）实现多成金属布线间的层间互连。BCB介质层的涂覆、固化和抛磨对封装结构的性能影响较大,为了在进行CMP工艺和多层布线工艺之前得到高质量的BCB介质层,对BCB的固化曲线进行了优化,改进后的BCB介质层在经过CMP工艺后,能够得到光滑可靠的抛磨表面,不易产生质量缺陷,表粗糙度能够控制在10nm以内,利于BCB表面的金属布线工艺。同时,对加工完成的封装结构的力学、热学和射频传输性能进行了测试,结果显示：互连金凸点的剪切力达到70 N/mm2,优化后封装结构的热阻可以控制在2℃/W以内,在工作频段内,测试用低噪放大器的S参数变化很小,插入损耗的变化小于1db,回波损耗在10~15GHz的范围内,低于-8db,满足设计要求。     

用于集成无源器件的工艺技术

当今便携式无线产品里使用的大多数器件是无 源元件。如果把这些无源元件集成到一个衬底或一个独立的器件上将能明显地提高产品性能、降低成本和减小尺寸。制造集成无源元件的材料和工艺有许多种,在这里对它们进行了比较。 最新的便携式移动电话、计算机和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用要求产品有更强的功能、更好的性能和更低的价格,同时要求体积小、重量轻。到目前为止,硅和ＧａＡｓ集成电路技术发展迅速,加上采用更小的封装形式、更小的分立无源元件和高密度互连印制电路技术,已经能满足上述要求。这些产品的基带部分可用硅单片集成电路实现…     

片上雷达技术研究进展及发展趋势

本文回顾和梳理了当前片上雷达(Radar on Chip, RoC)的架构和射频前端、天线及信号处理等芯片化研究进展,以及基于异质异构集成、3D先进封装技术的雷达系统集成实现方案。在此基础上,从物理形态、实现工艺及技术发展等方面对片上雷达未来发展趋势进行了分析,指出基于硅基半导体工艺,片上集成多路雷达收发前端、波形产生及信号处理等雷达功能单元,实现片上系统（System on Chip, SoC）;或者通过异质异构及先进封装技术,将高度集成的雷达芯片集成在一个封装内,实现封装系统（System in Package, SiP）,从而满足雷达系统微型化、轻重量、低成本和低功耗的发展需求。同时,基于芯片化可扩充多通道阵列模块也有望构建大型复杂阵列雷达系统。该方案为未来小型化武器装备提供有效的探测感知手段,也为蓬勃发展的民用雷达提供可行的技术路径。     

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。     

一种采用硅基板的芯片大小组件封装

新加坡某公司最近宣布可提供一种芯片大小封装组件，这种封装组件采用硅基板，在系统级封装内集成了无源元件和硅集成电路。使用硅基板，一是可以采用薄膜工艺来集成无源元件及增加互连密度，二是可以避免基板与集成电路芯片之间的热胀系数失配。