系统级封装中硅基无源集成技术研究

发布时间：2021-10-12 19:08

　　系统级封装中无源器件的小型化是SiP小型化的关键,硅基无源集成（IPD）技术具有体积小、一致性好、集成度与可靠性高等优势,使其成为无源器件集成的首选方案。滤波器的集成是首要问题之一,由于硅上电感品质因数不高,使得集成的滤波器性能受限,特别是在窄带应用中这个问题凸显。针对这一情况,本文在深入理解IPD工艺结构和电参数特性的基础上,将电路设计和工艺紧密结合,开展硅基带通滤波器集成设计研究,主要包含以下三个方面:1.利用三维电磁仿真软件,建立了平面螺旋电感结构的参数化模型。通过仿真分析了电感几何参数如圈数、内径、线宽、线间距等对其电特性的影响;且通过仿真验证了切角、多电流路径等电感Q值优化的途径。然后,在深入理解硅基IPD工艺结构与电特性关系的基础上,提出新颖的四电感互耦结构,建立了设计带通滤波器的物理版图基础。2.针对难以获取频变耦合矩阵的问题,提出一种基于矩阵广义特征值的优化方法,采用该方法求解出频变耦合带通滤波器的耦合矩阵。该耦合矩阵结构、阵元值分别与滤波器拓扑结构、谐振单元间耦合系数对应,这建立了设计频变交叉耦合滤波器的结构基础。3.分析了频变耦合形成的传输零点的分布特性,总结了二阶... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 SiP发展概述
        1.1.1 系统封装集成概述
        1.1.2 射频系统级封装与无源集成
    1.2 硅基无源集成技术
        1.2.1 常用无源集成基板材料性能对比
        1.2.2 高阻硅基无源集成主要优势
    1.3 国内外现状
        1.3.1 硅基板上系统集成
        1.3.2 硅基无源集成
        1.3.3 国内外现状小结
    1.4 本文章节安排
第二章 滤波器设计基本理论
    2.1 集总参数谐振器
        2.1.1 串联RLC谐振电路
        2.1.2 并联RLC谐振电路
    2.2 基于插入损耗法的滤波器设计原理及流程
        2.2.1 低通原型滤波网络
        2.2.2 电路等效变换
        2.2.3 低通-带通频率变换
        2.2.4 耦合谐振滤波器集总形式
    2.3 滤波网络的耦合矩阵
        2.3.1 耦合矩阵建立
        2.3.2 耦合矩阵的网络分析
        2.3.3 耦合矩阵综合方法
    2.4 小结
第三章 硅基集成电感设计与优化
    3.1 硅基电感简介
        3.1.1 电感物理结构
        3.1.2 平面螺旋电感模型
        3.1.3 有效电感值与品质因数
    3.2 电感值计算仿真研究
        3.2.1 自感仿真
        3.2.2 互感计算与仿真
    3.3 电感Q值仿真与优化
        3.3.1 损耗机理分析
        3.3.2 电感设计优化中的结构参数
        3.3.3 提升电感Q值的其他因素
    3.4 互感结构与模型
    3.5 小结
第四章 频变交叉耦合带通滤波器的耦合矩阵综合研究
    4.1 频变耦合
        4.1.1 频变耦合矩阵及其广义特征值
    4.2 特征值优化方法
        4.2.1 目标函数与优化流程
        4.2.2 多项式综合方法
        4.2.3 优化变量的梯度计算
    4.3 应用实例与分析
        4.3.1 特征值优化算法的数值实例
        4.3.2 传输零点与带外抑制
        4.3.3 传输零点与频变耦合节点的系数
    4.4 小结
第五章 硅基IPD带通滤波器设计与优化
    5.1 频变耦合滤波器设计
        5.1.1 频变耦合的J/K变换器
        5.1.2 频变耦合集总电路形式
        5.1.3 混合耦合小结
    5.2 四阶带通滤波器设计
        5.2.1 滤波器指标要求
        5.2.2 滤波器设计分析
        5.2.3 从耦合矩阵到滤波器原理电路图
        5.2.4 耦合电感的互感替换
    5.3 滤波器版图设计
        5.3.1 IPD工艺结构与版图设计
        5.3.2 互感对结构
        5.3.3 电容与滤波器优化
    5.4 四阶双频变耦合滤波器电路设计
    5.5 小结
第六章 硅基带通滤波器的实现与容差分析
    6.1 硅基带通滤波器的工艺实现
        6.1.1 IPD工艺剖面结构及参数
        6.1.2 硅基IPD工艺流程介绍
    6.2 滤波器流片及测试
        6.2.1 流片
        6.2.2 样品测试与分析
    6.3 四阶双频变耦合滤波器容差分析
    6.4 四阶双频变滤波器工作频率拓展研究
        6.4.1 S波段滤波器的设计
        6.4.2 C波段滤波器的设计
    6.5 小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文主要内容
    7.2 本文主要创新点
    7.3 未来工作展望
致谢
参考文献
附录A 硕士研究生期间发表论文情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]C波段双层MEMS滤波器的设计[J]. 彭艳君,贾宝富,杨晓瑜,施朝著.  微波学报. 2016(S1)
[2]基于集成无源器件工艺的射频功率分配器设计[J]. 隆万洪,黄文韬,吴振川,徐宽茂,蒋凯旋.  半导体技术. 2016(05)
[3]基于硅基薄膜集成无源器件工艺的双频器设计[J]. 吴振川,隆万洪.  科学技术与工程. 2016(09)
[4]基于硅基IPD技术的射频SiP设计[J]. 罗明,王辉,刘江洪,代文亮.  电子工艺技术. 2015(06)
[5]用于射频集成的高Q硅基电感的优化设计[J]. 王惠娟,潘杰,任晓黎,曹立强,于大全,万里兮.  现代电子技术. 2015(18)
[6]系统集成中的高阻硅IPD技术[J]. 刘勇.  现代电子技术. 2014(14)
[7]系统级封装及其研发领域[J]. 万里兮.  电子工业专用设备. 2007(08)
[8]硅基平面螺旋电感的等效电路模型和参数提取[J]. 黄志忠,殷晓星,崔铁军,洪伟.  电波科学学报. 2005(06)

硕士论文
[1]IPD-高选择性LC滤波器的设计[D]. 王萍.电子科技大学 2016
[2]硅基无源集成LC集总滤波器的设计[D]. 李轶龙.电子科技大学 2015
[3]硅基集成无源滤波器的设计与制作[D]. 李轶楠.大连理工大学 2013



本文编号：3433142