芯片三维互连技术及异质集成研究进展

集成电路的纳米制程工艺逐渐逼近物理极限,通过异质集成来延续和拓展摩尔定律的重要性日趋凸显。异质集成以需求为导向,将分立的处理器、存储器和传感器等不同尺寸、功能和类型的芯片,在三维方向上实现灵活的模块化整合与系统集成。异质集成芯片在垂直方向上的信号互连依赖硅通孔（TSV）或玻璃通孔（TGV）等技术实现,而在水平方向上可通过再布线层（RDL）技术实现高密度互连。异质集成技术开发与整合的关键在于融合实现多尺度、多维度的芯片互连,通过三维互连技术配合,将不同功能的芯粒异质集成到一个封装体中,从而提高带宽和电源效率并减小延迟,为高性能计算、人工智能和智慧终端等提供小尺寸、高性能的芯片。通过综述TSV、TGV、RDL技术及相应的2.5D、3D异质集成方案,阐述了当前研究现状,并探讨存在的技术难点及未来发展趋势。     

微波光子异质/异构集成技术

微波光子芯片是支撑微波光子学发展的基石。针对微波光子芯片材料体系多样、难以多功能集成等问题,异质/异构集成技术提供了一种有效途径。该技术可将不同材料体系的最优性能器件集成到同一芯片上,大大扩展微波光子芯片的功能,降低微波光子功能模块的体积、重量,并提高其性能稳定性。本文介绍了目前主流的微波光子异质/异构集成技术和光电混合集成方面的主要研究进展,并对未来发展趋势进行展望。     

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（Å）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。     

异质异构集成微系统可靠性技术发展的挑战和机遇

后摩尔时代的发展浪潮下,异构集成技术正成为微系统工程化应用的实践途径,其带来高密度集成、多专业融合、高性能、微型化和智能化等优势的同时,也带来了诸多潜在的可靠性问题,直接影响工程化的推广实施.针对上述问题,分析了多尺度多物理特征下的潜在故障模式,并从设计制造基础能力、失效模式和机理、可靠性表征和建模、仿真预测平台、试验评价等方面进行了调研综述,指出微系统可靠性发展的技术挑战,并给出未来的发展建议.     

硅基异构三维集成技术研究进展

为满足电子系统小型化高密度集成、多功能高性能集成、小体积低成本集成的需求,硅基异构集成和三维集成成为下一代集成电路的使能技术,成为当前和今后的研究热点。硅基三维集成微系统可集成化合物半导体、CMOS、MEMS等芯片,充分发挥材料、器件和结构的优势,使传统的高性能射频组件电路进入到射频前端芯片化,可集成不同节点的CPU、GPU、FPGA等芯片,实现信号处理产品性价比的最优化。梳理了业内射频和信号处理微系统硅基异构集成的主要研究历程和最新进展,分析了基于小芯片集成的接口标准技术,展望了硅基三维异构集成技术的发展趋势。     

RF MEMS技术在毫米波探测系统中的应用

微机电系统（MEMS）是一项与集成电路制造工艺相似的新兴技术,其研究领域已扩展到了射频（RF）与微波领域,并有继续向毫米波频率扩展的趋势。文中结合RFMEMS技术研究的最新进展,研究了如何利用最新的RFMEMS技术设计毫米波探测系统,以实现毫米波探测系统的小型化、低功耗和高性能。     

基于SIW结构的毫米波MEMS滤波器设计

针对5G毫米波无线通信的发展需求,采用硅基单层基片集成波导(SIW)结构设计了一款毫米波滤波器。首先通过理论分析,计算得到滤波器的结构参数。然后使用电磁仿真软件HFSS 对滤波器结构进行仿真与优化,使其满足设计指标要求。设计得到了一个五阶毫米波滤波器,其通带范围24.25~27.5 GHz,相对带宽12.56%,中心频率处插入损耗小于1 dB,带内回波损耗优于-16 dB。最后,使用MEMS工艺将该滤波器加工成实物并进行性能测试,得到尺寸为9.45 mm×4.8 mm×0.4 mm 的滤波器芯片,达到小型化要求。测试结果表明,MEMS毫米波滤波器的仿真结果与测试结果基本保持一致。     

Ku频段Si基异质集成MEMS表面贴装型环行器

随着现代电子技术的发展,通信收发系统趋向小型化,对射频前端的环行器提出了小型化的迫切需求,微电子机械系统(MEMS)环行器与传统环行器相比具有尺寸小、精度高、功率高的优势。创新性地提出了一款基于MEMS工艺的可表面贴装使用的环行器,最终尺寸为6 mm×6 mm×2.6 mm,工作频率为14～18 GHz,器件损耗小于0.65 dB,隔离度大于18 dB,电压驻波比小于1.4,满足用户需求;与传统微带环行器相比,其具有精度高、一致性好、可批量化生产等特点,同时通过金属化通孔实现微波信号垂直传输,避免出现金丝/金带键合使用时的匹配复杂等难题,在通信和雷达收发组件领域有着广泛应用。     

单片异质集成技术研究现状与进展

异质集成技术是微系统的核心技术,分为混合异质集成技术和单片异质集成技术。单片异质集成技术因具有较高的集成度,逐渐成为研究热点。从两个方面介绍了微系统中单片异质集成技术的研究现状和进展。在微电子器件方面,主要发展方向为Ⅲ-Ⅴ族和Si基CMOS电子器件的单片异质集成;在光电子、MEMS器件方面,主要发展方向为Ⅲ-Ⅴ族光电器件、Si基CMOS电子器件和MEMS器件等的单片异质集成。最后,总结出异质集成技术面临的挑战和丞待解决的问题。     

小型化光声成像技术在生物医学领域的研究进展

光声成像具有无损、高分辨率、高对比度等特点,在心脑血管研究、肿瘤研究、脑科学研究与疾病初期诊断等领域有广泛的应用。随着光机电技术的进步,小型化光声成像技术得到了较快发展。本文围绕光声成像系统的小型化与集成化应用,分别对光声成像在手持式、可穿戴式、便携式和内窥式方面的研究进展进行了综述。     

基于分级信息融合的引信多模融合

为了提高引信的准确性,结合当前微型毫米波雷达、激光传感器、微机电系统( MEMS)传感器对目标的探测能力,提出了一种引信多模融合策略。以传感器受环境影响的主要因素为输入,构建环境影响贝叶斯网络,形成传感器可靠性权重分配;通过建立传感器量测加权融合,形成测距与加速度两级融合综合处理获得目标准确位置信息,从而提高量测可靠性,为准确引爆提供支撑。实验表明该算法可提高测距准确性且对不同环境具有较好的适应性。     

一种低损耗毫米波垂直互联设计

设计了一种利用球栅阵列(BGA)的毫米波垂直互联,解决了毫米波系统三维(3D)集成时层间信号互联的低损耗传输问题.根据传输线理论,利用电磁仿真软件对这种采用BGA的垂直互联进行了仿真,并对层间通孔半径、焊球半径、焊盘半径等对传输性能的影响进行了分析.样件测试结果显示,在28.4~30.4 GHz,其层间垂直传输损耗小于0.36 dB,反射小于-15 dB.该垂直互联结构简单、性能良好,可广泛用于毫米波微系统3D集成.     

基于BCB的薄膜多层基板在毫米波T/R组件中的应用

基于BCB的薄膜多层基板具有优异的高频特性,是毫米波频段多芯片组件集成封装的重要途径。研究了BCB薄膜多层基板在Ka波段相控阵雷达T/R组件中应用的可行性,首先与LTCC基板对比验证了BCB微带线的传输特性,然后研制了功率分配/合成器、穿墙过渡等关键微波无源电路,最后设计了八通道的无源组件进行微波性能测试评估,结果表明基于BCB的薄膜多层基板能够满足应用需要。     

SOP集成技术的发展现状及其在毫米波系统中的应用

介绍了SOP(System On Package)集成技术,并与传统系统集成方法以及SOC(System On Chip)、MIP(Module In Package)、MCM(Mult i Chip Module)、SIP(System In Package)等微封装、微集成技术进行了比较和分析,揭示了SOP小型化、低成本、高可靠性、高性能特点。对SOP在毫米波系统应用、新材料和新工艺的进展进行了总结,结果表明SOP在毫米波系统中具有良好的应用前景。     

小型化毫米波增益均衡器的仿真设计

采用混合集成技术的宽带毫米波接收前端,由于MMIC器件增益或插损在工作频带内存在起伏,导致组件输出增益平坦度较差,可采用增益均衡器来改善组件的平坦度。设计了吸收式的毫米波微带增益均衡器来补偿2级低噪放的增益不平坦度。介绍了增益均衡器的基本原理,利用仿真软件ADS构建电路模型,按步骤进行了优化设计。简要讨论了薄膜电阻的相关设计问题,采用薄膜电路的形式实现了小型化,并最终用HFSS进行了全波仿真验证,设计结果与实测值十分吻合。     

体硅热膜传感器单片集成工艺的研究

针对MEMS热膜式传感器的发展趋势和在实用化过程中存在的问题,提出了一种新型的单片电路和体硅MEMS热膜式传感器实现集成制造的嵌入式CMOS工艺技术,解决了MEMS制造工艺和CMOS集成电路工艺之间存在的兼容性问题。通过这种嵌入式CMOS工艺技术,可以实现具备最小体积、最低成本的MEMS器件。通过这种嵌入式热膜式传感器和CMOS处理电路的单片集成制造工艺,实现了一款热膜式传感器和IC放大电路的集成部件,并完成了相关基本电性能测试和传感器功能的演示验证,证明了设计的工艺路线的可行性。     

三维集成微波组件技术:进展与展望

介绍了三维集成微波组件的典型集成架构及其特点,综述了三维集成微波组件基板技术、垂直互连及热设计等关键技术研究现状,对主要技术性能进行了对比分析.介绍了三维集成微波组件可靠性理论与技术研究进展及后续研究方向.分析了三维集成微波组件技术发展趋势,提出了重点技术攻关方向建议,并对三维集成微波组件技术发展和应用前景进行了预测.     

一种人工表面等离激元的小型化毫米波天线

设计了一款基于人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasma Polariton,SSPP)的小型化高效率定向辐射天线.在介质基板表面印刷了共面波导(CPW)、波矢匹配结构和SSPP传输线三种结构,其中波矢匹配结构与共面波导部分相结合,更好地完成阻抗匹配.此外,因人工表面等离子体激元可以将电场约束在天线...