Medichats 2008
Progettazione e realizzazione
Di
LNA in Banda W
Andrea Cremonini
Indice
•
•
•
•
•
•
Introduzione
Specifiche
MMIC : dall’Idea al chip
Progetto UIT 2006
LNA: dal Chip al componente
Risultati TT
Introduzione – Origine progetto
Grazie ad i finanziamenti ottenuti nell’ambito del V° programma
quadro finanziato dalla comunità europea, IRA ha avuto la possibilità
di eseguire 2 wafer run, per la produzione di dispositivi monolitici a
22 GHz. Essendo stato estremamente positivo il risultato ottenuto nel
primo wafer run il secondo è stato utilizzato per sperimentare la
produzione di LNA a più alte frequenze
Analogamente UTV ha avuto la possibilità di cimentarsi nella
progettazione di MMIC in banda W grazie ad un progetto finanziato
nell’ambito del VI° Programma quadro
Introduzione –Tecnologie utilizzate
MMIC : Monolithic Microwave Integrated Circuit
L’insieme di procedure e di tecnologie codificate per ottenere il
MMIC si definisce PROCESSO
Per realizzare dispositivi a basso rumore ad alta frequenza vengono
impiegati gli HEMT (High Electron Mobility Transistor)
Le tecnologie produttive si distinguono
Per tipo di semiconduttore ( SiGe, GaAs, InP )
Per gli HEMT ,Per lunghezza di gate
Introduzione –Tecnologie utilizzate
HEMT : High Electron Mobility Transistor
Transistor a effetto di campo caratterizzato da una eterogiunzione
(metallo-semiconduttore) con differente band gap.
L'HEMT sfrutta la formazione di elettroni ad
alta mobilità presenti nella buca di
potenziale, generata dall' eterogiunzione tra
GaAs e n-AlGaAs, al di sotto del livello di
Fermi.
Questo strato di elettroni ad alta mobilità,
formatosi al di sotto della giunzione, è detto
strato 2deg(2-dimensional-electron-gas), esso
costituisce il vero canale del dispositivo. La
densità di elettroni nel canale 2deg dipende
dalla tensione gate-source.
Introduzione –Tecnologie utilizzate
Tecnologie a confronto
Processo TRW (US): InP 100nm gate length qualificato spazio
criogenicamente testato. Difficile Accessibilità
Processo OMMIC (Eu): GaAs mHEMT (HEMT metamorfico, ad
alto contenuto di indio) 70mn. Non ufficialmente rilasciato. Non
testato criogenicamente.
Specifiche - LNA
•
•
•
•
•
Criogenico
Rumore il più basso possibile
Guadagno superiore a 20 dB
Adattamento migliore di 15 dB
Basso consumo di potenza
MMIC: Dall’idea al Chip
Progetto RF
Layout
Wafer
Run
On Wafer
Dicing
Measurements
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
GND:
Caratterizzzione
Ausilio
Esecuzione
Definizione
di CAD
dadiparte
di
dei
un
simulazione
dispositivi
layout
della Fonderia
cheon
basati
deve
wafer
disu
tutte
rispettare
librerie
le operazioni
regole
di modelli
ben
codificate
precise.
dei dispositivi
nelPrima
processo
di
Spar
procedere
a realizzare
alla produzione
iNoise
chip.
Il singolo
vieneed
eseguito
layout
Ilatte
Wafer
viene
inciso
(scribing)
iper
chip
un
viene
DRC
replicato
(Design
n
rule
volte
Checking)
sul
wafer
Ausilio
di vengono
simulatori
suddivisi
EM perdidefinire
il
IP3
garantire
la
realizzabilità
quanto
comportamento
di
complesse
Tendenza
progettato
ad strutture
autooscillare
GND:
MMIC
E Adesso che ce ne
facciamo?
Occorre creare
un’interfaccia verso il
mondo
Progetto UIT 2006 - Obiettivo
Consolidare un processo industriale per la produzione di
dispositivi criogenici RF e millimetrici realizzando un
amplificatore in banda W utilizzando un “Core” monolitico
Attività
Deliverables







 Prototipo
 2 realizzazioni industriali
Acquisto componenti
Progettazione Meccanica
Realizzazione Meccanica
Montaggio componenti
Test prototipo
Produzione in serie
Test serie
LNA: Dal Chip al componente
Acquisto
Componenti
La maggior parte dei componenti sono stati
acquistati attraverso FERRARI BSN..




Tempistiche della fornitura
Dimensioni dei componenti
Costo
Tipi di Colle
Inizio definizione processo
 Raccolta datasheet
 Scambio
informazioni
tecniche
 Funzioni dei componenti
 Tools, attrezzature e
consumabili necessari
LNA: Dal Chip al componente
Acquisto
Componenti
Progetto
Carrier
Verifica
EM




Propagazione RF
Ingresso uscita in guida
Livellamento dei componenti
Compensazione CTE Differenziale
LNA: Dal Chip al componente
Acquisto
Componenti





Progetto
Carrier
Verifica
EM
Lavorazione lega Si/Al
Tolleranze strette
Allineamento corpo-coperchio
Filettatura
Doratura
Produzione parti
meccaniche
LNA: Dal Chip al componente
Acquisto
Componenti
Progetto
Carrier
Verifica
EM
Produzione parti
meccaniche
 Manipolazione oggetti “unpackaged” di
dimensioni ridotte (0,5 mm)
 Manipolazione oggetti estremamente fragili
(airbridges e 75um di spessore)
 Dispensing colla conduttiva
 Bonding
Assemblaggio
LNA: Dal Chip al componente
Acquisto
Componenti
Progetto
Carrier
Verifica
EM
Produzione parti
meccaniche
Assemblaggio Test
 Ispezione Visuale
 Wirebond Pull Test
 Alimentazione DC
 2 Cicli Termici a 77°K
 Verifica Vis. ed Alimentazione DC



Verifica
tenuta
dei wirebonds
I°
Non
stadio
sono
non
funzionante
rotture
Saldature
DCevidenti
“fredde”
meccaniche
Soluzione per contatto GND
Il
non dispositivo
affidabile si alimenta
correttamente
ΔCTE Al/Inp
Rottura
MMIC 18,4
in faseppm/°C
di montaggio
Rifatte
saldature
con! di
pasta
di stagno MMIC
Ridefinizione
modalita
manipolazione
Eccellente
Superiore arisultato
4,5
gr Eccellente
risultato
Ridefinito
ilMMIC
processo
Sostituzione
e bondature
Processo definito
Ridefinizione
processo !
OK per la produzione
Progetto UIT 2006 - Attività
Montaggio
Test
 Lavorazione Macchina e filettature
 Accorpamento per filettature “spaccate”
e rettifica faccie laterali RFIN e RFOUT
 Doratura
 Montaggio Jumper
 Montaggio connettore
 Saldatura stagno
 Dispensing colla conduttiva
 Posizionamento componenti
 Curing colla conduttiva
 Wirebonding




Ispezione Visuale
Alimentazione DC
Cicli termici 70°K
Alimentazione DC
InP LNA, Flanged, 300K
Gins
30
IRL
ORL
[dB]
20
10
0
-10
-20
75
80
85
90
95
100
freq. [GHz]
105
110
GaAs 70nm LNA, Flanged, 300K
Gins
IRL
40
ORL
30
[dB]
20
10
0
-10
-20
75
85
95
105
freq. [GHz]
Progetto UIT 2006 – Trasferimento T.
•
•
•
1.
2.
3.
4.
Acquisizione da parte di FERRARI BSN di conoscenze che ampliano
la loro capacità, qualificandoli per operare su dispositivi millimetrici
Definizione di un processo produttivo e di un insieme di procedure
operative che si adattano mi modo flessibile alle esigenze del cliente
Consolidamento rapporto IRA-FERRARI BSN
FERRARI BSN referente per le produzioni in serie di IRA o di
istituti di ricerca che operano nel campo RF e millimetrico
IRA avendo un referente industriale può produrre dispositivi per
terzi, garantendo un alto livello qualitativo del prodotto
IRA e FERRARI BSN coinvolte alla pari nella realizzazione di
componenti millimetrici
FERRARI BSN ascuisisce commesse e diventa committente di IRA
per la progettazione di dispositivi RF o millimetrici
Grazie