低阻硅TSV高温工艺中的热力学分析

针对低阻硅TSV热力学研究的空白做出了相应的仿真分析.首先介绍了低阻硅TSV转接层的加工工艺,接着基于实验尺寸,在350℃工艺温度下,模拟了低阻硅TSV的涨出高度及应力分布.不同于铜基TSV,低阻硅TSV的涨出区域主要集中在聚合物绝缘层的上方.为了减小低阻硅TSV的涨出高度及热应力,分别对工艺温度、表面SiO₂厚度、低阻硅TSV的直径、高度、间距和BCB绝缘层厚度进行了变参分析.结果表明,减小BCB绝缘层的厚度及高度以及增加表面SiO₂厚度是抑制低阻硅TSV膨胀高度及减小热应力的有效方法.      

PI-TSV等效热导率提取与验证

与传统的T/R组件相比,采用转接板技术实现的2.5D集成硅基T/R组件体积更小,集成度更高,散热性能更好.硅通孔（through-silicon-via,TSV）是其中的关键结构.本文针对2.5D集成的复杂T/R组件难以直接建模进行有限元热学仿真的问题,通过提取TSV等效热导率的方法简化仿真.对聚酰亚胺（Polyimide,PI）作为绝缘介质层的硅通孔（PI-TSV）进行了相应的有限元数值模拟,并改变结构参数,研究了不同结构因素对PI-TSV等效热导率的影响.给出了PI-TSV等效热导率关于中心导电铜柱直径、绝缘介质层厚度及TSV间距的经验公式.      

基于阶跃阻抗谐振器的新型双频宽带带通滤波器

在传统1/4波长阶跃阻抗谐振器（step impedance resonator,SIR）的基础上,提出一种新型双频宽带带通滤波器（bandpass filter,BPF）的结构及其设计方法,其中心频率为1.90/5.65 GHz,可工作于GSM等无线通信系统中.该滤波器频率覆盖范围广,带宽宽,其第一频段的绝对带宽为980 MHz,第二频段的绝对带宽为960 MHz.该滤波器在基频1.90 GHz的回波损耗低于-25 dB,插入损耗为-0.012 dB.同时,滤波器的两通带隔离度好,结构简单,易于加工.频率响应特性S₁₁和S₂₁的电磁仿真和实测结果非常吻合.     

低阻硅TSV与铜TSV的热力学变参分析

硅通孔（through-silicon-via,TSV）是三维集成技术中的关键器件.本文对低阻硅TSV与铜TSV的热力学特性随各项参数的变化进行了比较.基于基准尺寸,比较了低阻硅TSV和铜TSV在350℃的工作温度下,最大von Mises应力和最大凸起高度之间的不同.基于这两种结构,分别对TSV的直径、高度、间距进行了变参分析,比较了不同参数下,两种TSV的热力学特性.结果表明,低阻硅TSV具有更好的热力学特性.      

基于光敏玻璃的垂直互连通孔仿真与电镀工艺研究

本文对玻璃通孔与硅通孔垂直互连结构进行了电磁场仿真,并对比了两者的高频传输特性,结果显示在20GHz处,玻璃通孔与硅通孔的插入损耗分别为-0.024dB和-1.62dB,玻璃通孔的高频传输性能明显优于硅通孔.基于光敏玻璃衬底,采用高刻蚀速率的湿法腐蚀方法,获得了深宽比为7:1的玻璃通孔,孔阵列均匀性良好,侧壁粗糙度小于1μm.对不同电流密度下的玻璃通孔填充工艺进行了仿真分析,结果显示在小电流密度下,开口处的电流密度拥挤效应改善明显,铜层生长速度更为均匀,但沉积速度较慢.基于仿真结果,进行了电流密度为1ASD下的通孔填充实验研究,结果显示填充效果良好,120μm的TGV中铜层生长均匀,70μm的TGV中的缝隙较小.      

60 GHz低损耗宽带的超表面天线阵列

研究一种基于超表面的60 GHz 1×2宽带天线阵列.为降低传输损耗,天线阵列由间隙波导功分器馈电,间隙波导传输线两侧放置电磁带隙结构,能量通过缝隙与顶层超表面耦合,从而向空间辐射.天线阵列安装在Rogers 4350b介质基板上,由超表面辐射器引入的准TM₃₀谐振模式与缝隙辐射单元的本征模式结合,从而拓展天线带宽,改善天线增益.研究结果表明:天线阵列-10 dB |S₁₁| 带宽仿真结果为49.3~65.0 GHz,实测结果为48.5~64.8 GHz,覆盖57.0~64.0 GHz范围的无授权毫米波通信频段;在匹配带宽内,天线的最大增益为11.8 dB,3 dB增益带宽为15%.     

混合介质层类同轴垂直硅通孔的高频性能研究

为了改善T/R组件中2.5 D转接板的高频特性,本文提出一种工艺简单、结构新颖的混合介质层类同轴硅通孔（through silicon via,TSV）结构,对混合介质层类同轴TSV结构的外围TSV数量、TSV直径、混合介质层厚度等参数进行了仿真研究,并与传统同轴TSV的回波损耗、插入损耗、串扰等性能进行对比.结果表明优化后的混合介质层类同轴TSV结构在1~45 GHz频率范围内,具有良好的射频传输性能.      

低阻硅TSV与铜填充TSV热力学特性对比分析

对低阻硅TSV以及铜填充TSV的热力学性能通过有限元仿真的方法进行对比分析.低阻硅TSV在绝缘层上方以及低阻硅柱上方的铝层区域中凸起最为显著,且高度分别为82 nm和76 nm;铜填充TSV的凸起位置主要集中在通孔中心铜柱的上方,最大值为150 nm.应力方面,低阻硅TSV在绝缘层两侧的应力最大,且最大值为1 005 MPa;铜填充TSV在中心铜柱外侧应力最大,且最大值为1 227 MPa.另外,两种结构TSV的界面应力都在靠近TSV两端时最大.低阻硅TSV界面应力没有超过400 MPa,而铜填充TSV在靠近其两端时界面应力已经超过800 MPa.综上所述,相比于铜填充TSV,低阻硅TSV具有更高的热力学可靠性.      

退火工艺对于TSV结构热-机械可靠性影响研究

针对铜柱穿透硅通孔（through silicon via,TSV）结构的热机械可靠性,进行退火工艺对其影响的有限元分析研究.介绍了基于聚酰亚胺（Polyimide,PI）介质层的TSV结构的加工工艺.比较了在400℃退火温度,保温退火30 min条件下,PI和SiO₂分别作为介质层时TSV结构的Von Mises应力及Cu胀出高度的分布.在此基础上,进一步针对PI-TSV结构分别对其尺寸参数（介质层厚度以及TSV直径、高度、间距）和退火工艺参数（退火温度、时间）进行变参分析.结果表明,与SiO₂-TSV相比,PI-TSV结构退火后具有更好的热机械可靠性,并且适当增加介质层厚度是降低退火后PI-TSV结构的Cu胀出高度和以及热应力的有效方法.      

阶梯热还原法制备Fe3O4/rGO复合膜

先用溶液共混法获得Fe₃O₄纳米颗粒与氧化石墨烯（GO）混合溶液, 再通过阶梯热还原过程（从室温逐渐升至160 ℃）制备Fe₃O₄和还原氧化石墨烯（rGO）复合膜, 并用X射线衍射仪、 Fourier变换红外光谱和扫描电子显微镜表征不同Fe₃O₄质量分数的Fe₃O₄/rGO复合膜的结构和形貌, 用矢量网络分析仪测试复合膜的电磁参数. 实验结果表明, 当Fe₃O₄质量分数为40％时, 复合膜的吸波效能为17.30 dB, 频率为10.72 GHz, 厚度为2 mm, 低于-10 dB[KG*8]的有效吸收带宽为3.28 GHz.     

Sidewall Roughness对TSV互连结构高频性能的影响

本文详细分析了由Bosch 刻蚀形成的侧壁形貌的粗糙度（Sidewall Roughness）对硅通孔（TSV）互连结构高频性能的影响,并通过全波电磁场仿真软件HFSS将粗糙侧壁TSV互连结构与平滑侧壁TSV互连结构的传输特性进行了详尽的对比,仿真结果显示,在相同的条件下,粗糙侧壁TSV结构的插入损耗比光滑侧壁TSV结构增加了15%,并且随着侧壁形貌粗糙度的增加,TSV互连结构的高频性能恶化更加严重。最后,文章通过对二氧化硅绝缘层厚度和TSV直径对TSV互连结构高频性能的影响,提出了补偿侧壁粗糙度对高频性能产生的不良影响的方法,为TSV电学设计提供参考依据。     

粗线条的2.5D硅转接板高速信号布线设计与仿真分析

硅转接板作为2.5D集成的核心结构,通过TSV(through silicon via)提供垂直互联大大缩短了连线长度;同时其热膨胀系数与芯片较好匹配,并兼容圆片级工艺,因此硅转接板拥有着广阔的应用与发展空间。然而由于现有的封装工艺条件的限制,以及半导体硅高损耗的特性,在实现高速信号的高密度集成时,会出现损耗、串扰等多方面的信号完整性问题。结合封装工艺,针对硅转接板10μm线宽的RDL(redistribution layer)传输线多种布线结构在ANSYS的全波电磁场仿真软件HFSS中建立模型。通过仿真,得出硅衬底对传输线电性能的影响;以及单端和差分传输线的合理布线方式,并且提出了高速传输线的高密度排布结构。通过20μm线宽RDL传输线的高频电测试与仿真的结果分析,得出转接板RDL制作工艺的可靠性以及仿真方法的准确性,同时得出RDL层间介质厚度对传输线高频电性能的影响。     

高速电路中电源/地平面间同步开关噪声的抑制研究

提出一种将介质型电磁带隙结构与电源平面分割技术相结合,用于抑制高速电路电源/地平面间同步开关噪声的新方法。利用Ansoft HFSS建立相应三维电磁仿真模型并对其进行数值仿真,结果表明:若以-40 dB为噪声隔离标准,噪声可在0 .01~0.66 GHz与0.91~4.11 GHz范围内得到有效抑制,并且噪声最大抑制深度可达-152 dB。对以分割电源平面为参考平面的单端微带信号线的信号传输质量进行分析,结果表明单端微带信号线的插入损耗在0.01~4.46 GHz范围均大于-3 dB,证明本方法在抑制同步开关噪声的同时可以保持较好的信号传输质量。     

一种基于耦合矩阵的新型带通滤波器

提出一种新型的具有2个传输零点的微带带通滤波器(bandpass filter, BPF).该滤波器采用2个新型慢波谐振器,具有较宽的上阻带带宽.该滤波器设计简单,由于利用"N+2”耦合矩阵的方法而呈现出较高的频率选择性.测量结果表明,该滤波器具有良好的响应特性,在中心频率2.4 GHz处的插入损耗为1.66 dB,上阻带频率达到7.0 GHz.实测和仿真结果具有良好的一致性.     

一种应用于汽车雷达的SIW带通滤波器

使用HFSS仿真软件设计了基于基片集成玻导（substrate integrated waveguide,SIW)的带通滤波器。在SIW腔体中加入金属圆柱扰动,形成带通滤波器,并通过调节扰动金属柱的半径来调整带通滤波器的频带宽度和中心频率,最后在Rogers 5880介质基板制作实物。测试结果表明:中心频率为24 GHz,通带内插入损耗2.4 dB、回波小于-15 dB的带宽为300 MHz。仿真结果和实验测试结果基本相符。此带通滤波器能够应用在汽车雷达系统中。     

基于分支线加载的紧凑微带双通带滤波器设计

提出了一种紧凑的零度馈电的具有分支线加载的具有3个传输零点的微带双带通滤波器。首先完成了中心频率2．4 GHz的微带单带通滤波器设计,再次完成了加载分支线的优化仿真设计,最终实现了2．4／3．5 GHz微带双通带滤波器,实测和仿真结果吻合较好,实测得到了的第一、二通带相对带宽大于5％,第一通带内插损小于1．5dB,第二通带内插损小于3 dB。提出的分支加载的微带双带通滤波器具有设计简单、结构紧凑、很好的选择性等优点,可以满足无线局域网（WLAN）系统和固定无线接入（FWA）通信需要。     

Development of a BGA Package Based on Si Interposer with Through Silicon Via

A ball grid array (BGA) package based on Si interposer with through silicon via (TSV) was designed. Thermal behaviors of the designed BGA with Si interposer has been analyzed and compared to a conventional BGA with BT substrate in the approach of finite element modeling (FEM). The Si interposer with TSV was then fabricated and the designed BGA package was demonstrated. The designed BGA package includes a 100 μm thick Si interposer, which has redistribution copper traces on both sides. Through vias with 25 to 40 μm diameter were fabricated on the Si interposer using deep reactive ion etching (DRIE), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), copper electroplating and chemical mechanical polishing (CMP), etc. TSV in the designed interposer is used as electrical interconnections and cooling channels. 5 mm by 5 mm and 10 mm by 10 mm thermal chips were assembled on the Si interposer.     

Research of the terahertz dual-band notch filter based on FSS structures

In this paper, a dual-band notch filter for two-layer frequency selective surface （FSS） at terahertz （THz） frequency with high fil- tering performance has been realized on high-resistivity silicon substrates. With periodic metallic resonators patterned on the sili- con wafer, the designed filter can provide two tunable resonant frequencies for terahertz application. The transmission response was improved by introducing an extra surrounding pattern around the T-shaped structure, and the location of transmission drop was tuned independently with geometric parameters. Simulated by finite-integral time-domain method, the filter is designed to operate between 0.2 and 0.6 THz with dual-band band-stop performance, a salient feature of this design is making the low sensi- tivity of its frequency response to the incident angles, which allows to place the filter close to the radiation source with spherical wave fronts. The proposed structures were fabricated using photolithography and tested by THz time-domain spectroscopy system Experimental results show that the transmission response has more than 12 and 32 dB rejections near 285 and 460 GHz respectively, which is in good agreement with the simulation result.     

采用阶梯阻抗谐振器的新型小型化双频带带通滤波器

设计一种新颖的双频带带通滤波器,应用于2.4/5.2 GHz无线局域网WLAN系统.该滤波器采用2个阶梯阻抗谐振器, 通过合理的配置耦合方式,具有非常紧凑的电路结构.实际测量结果显示,该滤波器具有很小的插入损耗,在2个通带内,2.4和5.2 GHz处的插损分别为0.3和0.7 dB, 并且该滤波器具有很宽的通带响应,2个通带的分数带宽分别为30%和17%.测量结果和仿真结果非常吻合.