Circuiti Quasi-Lineari. Aspetti Tecnologici

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Beata Sole
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1 Circuiti Quasi-Lineari Prof. Gianfranco Avitabile

2 Diagramma di di flusso del processo realizzativo 1 Tipo di Substrato Disegno Iniziale Disegno Maschera LAY-OUT? CAD Artworking Fotoriduzione Carrier Componenti in chip Realizzazione Maschera Spinning del Fotoresist Esposizione e sviluppo Attacco chimico Brazing Die Attach Pattern Generator Wire Bonding MMIC

CAD Artworking Fotoriduzione Carrier Componenti in chip Realizzazione

3 Substrati 2 Parametri meccanici: Rigidità meccanica Tolleranza meccanica Finitura meccanica Stabilità termica Conducibilità termica Parametri elettrici: Costante dielettrica relativa (e r ) Perdite elettriche (tand) Tipo di metallo Spessore metallizzazione Rugosita' Spessore dielettrico

Parametri elettrici: Costante dielettrica relativa (e r ) Perdite

4 Scelta del substrato 3 Il tipo di substrato scelto determina la geometria del circuito soprattutto con la sua costante dielettrica relativa ed il suo spessore. La scelta del substrato condiziona pesantemente le operazioni successive di fotolitografia e lavorazione meccanica. Tipicamente i substrati plastici, a causa della scarsa planarità, portano ad un spinning del fotoresist meno accurato e richiedono maschere flessibili, in grado di adattarsi alla superficie non planare. In termini globali, la precisione e la definizione delle linee costituenti la geometria del circuito risultano minori rispetto a quelle ottenibili con substrati rigidi. La bassa costante dielettrica relativa consente però, a parità di risoluzione fotolitografica, di realizzare circuiti che lavorano a frequenze maggiori. Il basso costo e la facile lavorazione meccanica sono altre caratteristiche dei substrati plastici.

Tipicamente i substrati plastici, a causa della scarsa planarità, portano ad un spinning del fotoresist meno accurato e richiedono maschere flessibili, in grado di adattarsi alla superficie non

5 Substrati rigidi VANTAGGI: Basse tolleranze Elevata planarità Buona conducibilità termica Sopportano temperature elevate Cost:ante dielettrica relativa elevata Basso fattore di perdita Resistenza specifica bassa Alta rigidità dielettrica Adatti per il film sottile SVANTAGGI : Costo elevato Fragilità Difficile lavorazione meccanica (tagli,fori,etc.) 4 ESEMPI: Allumina (Al 2 O 3 ) Quarzo Zaffiro Semiconduttori (GaAs)

bassa Alta rigidità dielettrica Adatti per il film sottile SVANTAGGI : Costo elevato Fragilità Difficile

6 Substrati plastici VANTAGGI Basso costo Disponibile in fogli di elevate dimensione Facile lavorazione meccanica Resistenti a shock meccanici Costant:e dielettrica relativa bassa Basso fattore di perdita Resistenza specifica bassa(rame) SVANTAGGI Peggiori tolleranze meccaniche Conducibilita' termica minore Scarsa planarita' Rigidita' dielettrica minore Non adatti al film sottile ESEMPI: RT Duroid CuClad DiClad Roacel PTFE 5

Resistenza specifica bassa(rame) SVANTAGGI Peggiori tolleranze meccaniche Conducibilita' termica minore

7 Maschere 6 Materiali usati: Supporti rigidi (quarzo,vetro) coperti da metallizzazione di cromo: Eccellente accuratezza Stabili nel tempo Costosi Fragili Difficile immagazzinamento Supporti Flessibili (pellicole, es.:mylar) coperte da emulsione Basso costo Facile immagazzinamento Superfici ampie Peggiore stabilita Peggiore accuratezza Aspetti Cenni alle Tecnologici Tecnologie - 6

8 Maschere 7 Le maschere realizzate su supporti flessibili, a causa delle dilatazioni che questi subiscono per effetto della temperatura durante la fase di stampa, garantiscono normalmente precisioni peggiori rispetto alle maschere su supporto rigido, risultando anche meno stabili nel tempo. Sono, per contro, caratterizzate da costi minori e da un immagazzinamento meno problematico rispetto alle maschere su quarzo o vetro, fornendo, inoltre, la possibilita di lavorare su superfici piu estese, essendo disponibili in fogli con superfici anche di diversi piedi quadrati.

9 Fotolitografia ESPOSIZIONE Radiazione luminosa 8 Fotoresist Dielettrico Maschera Metallo SVILUPPO Fotoresist indurito dalla radiazione ETCHING Metallo protetto dal fotoresist Particolare dello 'undercutting u=t

Fotoresist indurito dalla radiazione ETCHING Metallo

10 Incisione 9 Etchback Fotoresist Linea Substrato Spessore t compreso tra 17 e 35 mm Piano di massa Plate-up Attacco Strato conduttivo Crescita Fotoresist I inea Substrato Strato accresciuto in bagno galvanico Piano di massa

Plate-up Attacco Strato conduttivo Crescita Fotoresist

11 Incisione 10 L'isotropia tipica dell'attacco acido del circuito protetto dal fotoresist, determina un profilo grossolanamente trapezoidale per la sezione delle linee (underetching o undercutting). Questo effetto può essere compensato, in fase di disegno, realizzando linee più larghe, rispetto al valore nominale, di una quantità dipendente dallo spessore della metallizzamone e dal metallo usato. Una incisione realizzata con la tecnica del plate-up risulta essenzialmente immune dall'effeffo di undercutting, garantendo un miglior controllo dimensionale a fronte di costi maggiori. La tecnica si presta bene ad essere applicata ai substrati rigidi.

Questo effetto può essere compensato, in fase di disegno, realizzando linee più larghe, rispetto al valore nominale, di una quantità dipendente dallo spessore

12 Connessioni di massa 11 VIA HOLE Lato caldo (linea) Lato freddo (piano di massa) Dielettrico WRAP-AROUND Linea Piano di massa Dielettrico Wrap around BONDING Linea Piano di massa Dielettrico Carrier Ribbon o wire bond

Linea Piano di massa Dielettrico Wrap around BONDING

13 Connessioni di massa 12 La necessità di realizzare connessioni con la massa, contenendo, al tempo stesso, l'induttansa parassita associata alle connessioni stesse, condiziona pesantemente l'organiszazione del layout. L'uso di via-hole garantisce bassi valori di induttanza e, soprattutto, di posizionare ovunque la connessione di massa. I via-hole sono di difficile lavorazione sui substrati rigidi (si ricorre al laser o a macchine ad ultrasuoni). Sia la tecnica del wraparound che l'uso dei bond richiedono di portare in prossimità del bordo del substrato le linee che si devono richiudere a massa.

L'uso di via-hole garantisce bassi valori di induttanza e, soprattutto, di posizionare ovunque la connessione di massa.

14 GaAs MMIC Implementation 13

15 Schema elettrico 14

16 Il Il Lay-out 15

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