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

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

2. Indice • Introduzione • Specifiche • MMIC : dall’Idea al chip • Progetto UIT 2006 • LNA: dal Chip al componente • Risultati TT

3. 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

4. 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

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

6. 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.

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: Dall’idea al Chip Progetto RF Layout Wafer 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. MMICE Adesso che ce ne facciamo? Occorre creare un’interfaccia 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 Deliverables Attività • Acquisto componenti • Progettazione Meccanica • Realizzazione Meccanica • Montaggio componenti • Test prototipo • Produzione in serie • Test serie • Prototipo • 2 realizzazioni industriali

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

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

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

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

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

16. 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

19. Progetto UIT 2006 – Trasferimento T. • 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

20. Grazie