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欧宝下注:用于集成无源器材的工艺技能

发布时间:2021-09-01 06:44:05 来源:欧宝棋牌下载 作者:欧宝怎么注册账号

  当今便携式无线产品里运用的大多数器材是无源元件。如果把这些无源元件集成到一个衬底或一个独立的器材上将能显着地进步产品功用、下降本钱和减小尺度。制造集成无源元件的资料和工艺有许多种,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运用要求产品有更强的功用、更好的功用和更低的价钱,一起要求体积小、分量轻。到现在为止,硅和 GaAs 集成电路技能发展迅速,加上选用更小的封装办法、更小的分立无源元件和高密度互连印制电路技能,现已能满意上述要求。这些产品的基带部分可用硅单片集成电路完成,而射频部分仍需求有源器材与高功用的无源元件多种办法的结合。因为关于射频功用来说,彻底单片集成的办法会导致产品功用大幅下降。

  跟着有源器材集成度不断进步,越来越多的功用被集成到单片上,这对集成无源元件构成很大的压力,无线产品的射频部分尤其是这样。一个典型的移动电线 个元器材,而有源器材数不到 20个,其他 380 个无源元件占电线%的产品拼装本钱。因而,无论是减小整个产品的尺度与分量,仍是在现有的产品体积内添加功用,集成无源元件技能都能发挥很大的效果。

  运用集成无源元件技能能得到的其它长处,是添加出产才能、削减库存、进步产品可靠性和下降功用块甚至系统级本钱。集成无源元件技能能供给紧凑的集成无源器材( IPD )网络产品,或作为一个功用密布的渠道,以集成射频功用所需的最佳有源器材组合。

  现在可用的集成无源元件技能有3大类,分别是薄膜技能、低温烧制陶瓷 ( LTCC )技能、依据高密度互连 ( HDI ) 的延伸技能和其它印制电路板(PCB)技能。HDI 和PCB技能一般用于数字系统。 在这种系统里,散布装焊的电容与中等精度的上拉电阻本钱低,成品率高。在适于射频集成的多种技能中,薄膜集成无源技能一般能供给最优秀的元件精度和功用密度,以及最高集成度、最小体积和最轻分量。

  一个有代表性的薄膜集成无源工艺的剖面示意图如图1所示。这个工艺能制造各种电阻、电容和电感元件,以及低电感接地板和衔接无源元件的传输线走线。薄膜结构在适宜的载体衬底资料上制造。很重要的一点是工艺要既能满意所要求的元件功用和精度目标,工艺还不杂乱,需求掩模数最少 (一般为 6~10张 )。每个无源元件一般占有不到 1mm2的面积 以便能在面积和本钱方面与外表贴装技能的分立元件竞赛。在图2中示出了一个加工好的薄膜集成无源衬底的一个部分,来阐明3种首要的集成无源元件。

  绝大多数移动电话要求薄膜电阻的阻值规划在10~100 K之间。选用100/单位的单层薄膜电阻资料,用简略几何图形能够制造10~1k的高功用射频电阻。而蛇形图画能够用来制造更高阻值的电阻。薄膜电阻资料首要是依据它们的电阻率、工艺的兼容性和电阻的温度系数(TCR)来选定的。一般还要求在加负载状况下功用稳定性优于0.5%。在温度改变时,相邻电阻器的盯梢精度与匹配精度均优于0.5%。表1示出了有代表性的集成无源薄膜电阻资料的特性。

  氮化钽也许是薄膜集成无源技能中运用最广泛的电阻资料,因为它为100/单位的薄膜电阻供给了合理的厚度和很低的温度系数。

  这种资料还可用干法工艺刻蚀,能制备高精度的几何图形。这些薄膜电阻一般在整个工艺流程前期制造,一般直接制造在根本衬底外表,以求到达最优的图形制造精度,并有利于加负载状况下的散热。

  金属层的一致性和物理图形的控制精度对终究的元件精度是很要害的。现有的金属化出产设备能为圆片工艺和大面积板材(LAP)工艺制造高度一致的电阻和淀积导电金属层。

  要满意一个典型的移动电话产品中射频和基带的需求,就要能制造1pF~100nF规划的电容。集成无源技能虽然只能供给 0.25pF~500pF规划的电容值,但仍能满意典型的射频 IPD、单功用射频模块和完好的射频模块子系统的一切要求。典型的集成无源电容器工艺选用两种或一种非铁电体电容资料,以传统的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构完成所要求的电容值和功用。聚合物电介质资料能够用于制造很低值的电容,其典型的层厚对应5pF/mm2 左右的单位电容值。中心值电容(单位电容值在 50~200pF/mm2之间)能够用具有杰出射频功用的等离子淀积氮化硅膜作层间介质,它具有很低的电容温度系数( TCC )。电容密度在 500pF/mm2 以上的高值电容首要用于射频去耦,能够用阳极氧化铝或氧化钽膜作层间介质。

  有必要特别注意的是,在规划这些集成无源MIM 结构电容时,要确保极低的电极串联电阻和最小的对地寄生电容。这些电容元件具有很小的固有寄生电感。这些元件的结构和工艺都须经过专门规划,以确保到达规矩的击穿电压(一般确保最低50V的直流电压)。

  在一般的移动电话产品中,电感元件只占元件总数的不到10%,电感值在1~100nH规划里,可是它们对总的射频功用有很重要的影响。高品质因数的电感关于在振动器振动回路和低损耗的无源滤波和匹配电路中到达必要的低相位噪声是极为重要的。经过运用多种衬底和导电资料,集成无源工艺能制造很紧凑的、具有高品质因数和高固有谐振频率的电感元件,使得它们在尺度、本钱和功用等方面能与外表贴装技能(SMT)运用的分立元件相抗衡。这些电感的功用也超越了用单片集成电路工艺制造的片上电感,因为半导体硅衬底的损耗约束了片上电感的功用。

  集成无源工艺所到达的电感功用在很大程度上与导电资料在人们感兴趣的频率上的特性和这些元件的规划水平严密相关。像铜或银这样的导电性极好的金属损耗最低,但终究频率功用遭到趋肤深度效应的限制。为在给定的频率上损耗最低,最佳的金属厚度是趋肤深度的3~5 倍。这个经历公式能够用来估量在一个集成无源电感工艺中到达低损耗的金属层厚度。

  典型的集成无源工艺能够制造单层和叠层螺旋线电感元件。叠层螺旋线电感元件具有更高的单位面积电感值,其倍数挨近n2, n 在这里是叠层螺旋线的层数。因而一个典型的2层金属化工艺能集成电感值从 1nH到超越100nH的电感器,每个元件占用的面积不超越1.5mm2。经过细心地优化电感规划和慎重地挑选资料, 也能使电感值为1~20nH、固有谐振频率为2.5~15GHz 的电感的品质因数到达40~70。

  还应该注意到,外表贴装技能顶用的电感元件比他们的伙伴电阻和电容元件要贵重得多。这促进在依据SMT的规划中尽可能少运用电感。在集成无源环境中不再存在这种状况,相反,选用电感器多的规划方案,其电路功用常常会更好。

  多层金属化结构将集成无源电阻、电容和电感相互衔接起来。金属层的典型厚度是现在一般用在集成电路工艺中的金属厚度的5~10 倍。因而, 一般运用5~15m厚的层间聚合物电介质资料, 2~7m厚的铝或铜金属层。这样的层厚能制造低损耗电感器,而低介电常数的聚合物能用来制造30~80阻抗的共平面或微带传输线元件,其能够承受的线m及其以上线宽的金属条的状况适当。

  一个典型的多层金属化工艺能制造2 或 3 层金属,其底金属层( M1 )一般充任接地层和MIM 电容器元件的下极板。上金属层( M2 与 M3 )则用作传输线、互连线、电感器螺旋线和电容器上极板连线。

  挑选聚合物电介质对集成无源工艺的工艺系统结构是要害的,对整个工艺的费用和功用也有着显着的影响。在挑选夹层资料时,还要考虑聚合物电介质资料的其他特性,包含热稳定性、吸潮性和弹性系数。表2是有代表性的制造商的已出书的数据。

  衬底是制造集成薄膜无源元件的根底。它对产品的本钱、成品率和功用有很大的影响。集成无源工艺的衬底一般选用规范的氧化物阻隔硅圆片、高电阻率硅圆片、玻璃圆片和本来为薄膜显示器职业研发的LAP玻璃资料。圆片和LAP都利用了现有工艺设备才能和批量出产根底设施的长处。

  从挑选资料到把无源元件制造办法集成进一个工艺流程的进程与集成电路工艺开发的进程相相似。首要需求开发各个单项工艺,然后把它们集成起来,以验证整套工艺与资料的兼容性,而且树立工艺规划规矩。有必要注意在确认工艺系统和挑选资料时要确保加负载时的稳定性、适宜的电搬迁和静电放电功用、抗湿润和腐蚀的才能、以及长时刻的微观结构稳定性。

  在一个集成无源工艺中,电阻和电容的精度是与层厚控制精度和特征尺度精度密切相关的,它们跟着元件的肯定尺度而改变。电感值实质上是由电感螺旋线的距离和匝数决议的。因为电感螺旋线的距离由光刻掩模决议,电感值会有小于1%的误差。

  IPD网络产品以芯片规划封装( CSP )的办法拼装。单功用模块和完好的射频收发器子系统也能够经过将有源器材装置并互连到集成无源衬底之上的办法来完成。在集成无源衬底上的粘片、压焊和焊接压点需求一个额定的可焊接和压焊的涂层。有多种镍金涂层一般用于这个意图。

  人们能够运用导电胶粘片工艺将有源器材装配到集成无源衬底上,然后运用压焊或芯片倒装焊工艺将它们相互衔接。某些别离的有源器材(例如变容二极管)要求反面触摸,就只能选用压焊拼装。

  射频IC和其它的射频器材很多选用芯片倒装焊拼装技能,极好有利地势用了其重复性好和压焊电感十分低的长处。

  圆片级IPD的焊球粘附、测验、卷带封装,以及圆片级全模块拼装和测验,也进步了集成无源技能的本钱效益 (图3)。

  稳健的规划流程关于确保IPD规划和模块规划一次成功和将产品上市的时刻减到最小都是极为重要的。对集成无源元件虽然能进行激光微调,但要做到像外表贴装技能(SMT)那样在板级替换元件、迭代规划却是不可能的。走运的是,人们一直在尽力树立高精度的“ 参数化” 元件模型,以充沛描绘元件最重要的特性和有关的寄生参数。这样的模型能够作为库单元嵌入到工业规范射频规划东西中,这些规划东西能够进行电路规划和电路图的输入、电路模仿、优化、物理规划以及布局和规划迭代。规划时还考虑到工艺容差。运用这种规划办法确保了很高的第一次成功率。

  集成无源技能现在正被用于许多频率在900MHz 和 5.8GHz 之间的无线通信产品里的IPD器材和模块的制造(图4)。有人现已规划和演示了频率高达50GHz的集成无源工艺。

  集成无源元件技能为射频无源网络、单功用模块和收发器供给了一种本钱效益高的功用密布的集成手法。多种多样的电阻、电容和电感元件资料和规划办法为射频子系统的模块化和封装内系统集成供给了完成的途径。

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