Medichats 2008 Progettazione e realizzazione Di LNA in Banda W Andrea Cremonini.

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1 Medichats 2008 Progettazione e realizzazione Di LNA in Banda W Andrea Cremonini

2 Indice Introduzione Specifiche MMIC : dallIdea al chip Progetto UIT 2006 LNA: dal Chip al componente Risultati TT

3 Introduzione – Origine progetto Grazie ad i finanziamenti ottenuti nellambito 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 nellambito del VI° Programma quadro

4 Introduzione – Tecnologie utilizzate Linsieme di procedure e di tecnologie codificate per ottenere il MMIC si definisce PROCESSO Le tecnologie produttive si distinguono Per tipo di semiconduttore ( SiGe, GaAs, InP ) Per gli HEMT,Per lunghezza di gate MMIC : Monolithic Microwave Integrated Circuit Per realizzare dispositivi a basso rumore ad alta frequenza vengono impiegati gli HEMT (High Electron Mobility Transistor)

5 Introduzione – Tecnologie utilizzate 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. HEMT : High Electron Mobility Transistor Transistor a effetto di campo caratterizzato da una eterogiunzione (metallo-semiconduttore) con differente band gap.

6 Introduzione – Tecnologie utilizzate Processo TRW (US): InP 100nm gate length qualificato spazio criogenicamente testato. Difficile Accessibilità Tecnologie a confronto Processo OMMIC (Eu): GaAs mHEMT (HEMT metamorfico, ad alto contenuto di indio) 70mn. Non ufficialmente rilasciato. Non testato criogenicamente.

7 Specifiche - LNA Criogenico Rumore il più basso possibile Guadagno superiore a 20 dB Adattamento migliore di 15 dB Basso consumo di potenza

8 MMIC: Dallidea al Chip Progetto RFLayoutWafer Run On Wafer Measurements Dicing Ausilio di CAD di simulazione basati su librerie di modelli dei dispositivi Ausilio di simulatori EM per definire il comportamento di strutture complesse Definizione di un layout che deve rispettare regole ben precise. Prima di procedere alla produzione viene eseguito un DRC (Design rule Checking) per garantire la realizzabilità di quanto progettato Esecuzione da parte della Fonderia di tutte le operazioni codificate nel processo atte a realizzare i chip. Il singolo layout viene replicato n volte sul wafer Caratterizzzione dei dispositivi on wafer Spar Noise IP3 Tendenza ad autooscillare Il Wafer viene inciso (scribing) ed i chip vengono suddivisi

9 MMIC E Adesso che ce ne facciamo? Occorre creare uninterfaccia verso il mondo

10 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 Acquisto componenti Progettazione Meccanica Realizzazione Meccanica Montaggio componenti Test prototipo Produzione in serie Test serie Prototipo 2 realizzazioni industriali Attività Deliverables

11 La maggior parte dei componenti sono stati acquistati attraverso FERRARI BSN.. Tempistiche della fornitura Dimensioni dei componenti Costo Tipi di Colle Raccolta datasheet Scambio informazioni tecniche Funzioni dei componenti Tools, attrezzature e consumabili necessari Inizio definizione processo Acquisto Componenti LNA: Dal Chip al componente

12 Propagazione RF Ingresso uscita in guida Livellamento dei componenti Compensazione CTE Differenziale LNA: Dal Chip al componente Progetto Carrier Acquisto Componenti Verifica EM

13 Lavorazione lega Si/Al Tolleranze strette Allineamento corpo-coperchio Filettatura Doratura LNA: Dal Chip al componente Progetto Carrier Verifica EM Produzione parti meccaniche Acquisto Componenti

14 Manipolazione oggetti unpackaged di dimensioni ridotte (0,5 mm) Dispensing colla conduttiva Manipolazione oggetti estremamente fragili (airbridges e 75um di spessore) Bonding LNA: Dal Chip al componente Progetto Carrier Verifica EM Produzione parti meccaniche AssemblaggioAcquisto Componenti

15 Progetto Carrier Verifica EM Produzione parti meccaniche AssemblaggioTest LNA: Dal Chip al componente Rifatte saldature con pasta di stagno Ridefinito il processo Ispezione Visuale Alimentazione DC Wirebond Pull Test 2 Cicli Termici a 77°K Verifica Vis. ed Alimentazione DC Saldature DC fredde Soluzione per contatto GND non affidabile Superiore a 4,5 gr Eccellente risultato I° stadio non funzionante Rottura MMIC in fase di montaggio Ridefinizione modalita di manipolazione MMIC Sostituzione MMIC e bondature Ridefinizione processo Non sono evidenti rotture meccaniche Il dispositivo si alimenta correttamente Verifica tenuta dei wirebonds ΔCTE Al/Inp 18,4 ppm/°C Eccellente risultato ! Processo definito OK per la produzione ! Acquisto Componenti

16 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 TestMontaggio Progetto UIT 2006 - Attività

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19 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 Progetto UIT 2006 – Trasferimento T. 1.FERRARI BSN referente per le produzioni in serie di IRA o di istituti di ricerca che operano nel campo RF e millimetrico 2.IRA avendo un referente industriale può produrre dispositivi per terzi, garantendo un alto livello qualitativo del prodotto 3.IRA e FERRARI BSN coinvolte alla pari nella realizzazione di componenti millimetrici 4.FERRARI BSN ascuisisce commesse e diventa committente di IRA per la progettazione di dispositivi RF o millimetrici

20 Grazie