面向MEMS封裝的集成無源電感的建模和仿真.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-electro-mehanical System，簡(jiǎn)稱MEMS)封裝正朝著高密度、微型化集成封裝方向發(fā)展。MEMS封裝轉(zhuǎn)接板為器件提供環(huán)境保護(hù)、電互連、熱管理等功能，是MEMS封裝的關(guān)鍵部件。通過導(dǎo)電通孔實(shí)現(xiàn)封裝轉(zhuǎn)接板的垂直互連以及將電感等無源元件埋入封裝轉(zhuǎn)接板，是增加MEMS系統(tǒng)封裝密度的重要途徑。在MEMS封裝轉(zhuǎn)接板材料方面，與硅材料相比，玻璃具有低熱膨脹系數(shù)、氣密性好、絕緣性能強(qiáng)和低成本等優(yōu)勢(shì)，極具發(fā)展

2、潛力。但是，鑒于玻璃轉(zhuǎn)接板與現(xiàn)有半導(dǎo)體封裝的兼容性以及較大的加工難度等問題，阻礙了玻璃轉(zhuǎn)接板技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)設(shè)計(jì)、仿真工作也有待于進(jìn)一步深入。基于課題組對(duì)MEMS玻璃封裝轉(zhuǎn)接板的前期工藝以及仿真研究基礎(chǔ)，本論文通過仿真進(jìn)一步研究MEMS封裝玻璃轉(zhuǎn)接板的關(guān)鍵技術(shù):垂直通孔互連技術(shù)以及埋入無源電感技術(shù)。
　　為了比較玻璃材料與傳統(tǒng)硅材料轉(zhuǎn)接板的垂直互連特性，首先，利用三維全波電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS建立硅通孔（Through Silic

3、on Via,TSV）結(jié)構(gòu)的物理模型，仿真分析TSV直徑、間距、高度和絕緣層厚度等物理參數(shù)對(duì)信號(hào)傳輸性能的影響，提出在設(shè)計(jì)TSV時(shí)的電學(xué)參考原則。仿真結(jié)果表明為了提高傳輸性能，可以選擇直徑小高度低深寬比適當(dāng)?shù)腡SV。
　　其次，利用三維全波電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS建立玻璃通孔（Through Glass Via，TGV）結(jié)構(gòu)的物理模型，仿真分析TGV直徑、間距和高度等物理參數(shù)對(duì)信號(hào)傳輸性能的影響，提出在設(shè)計(jì)TGV時(shí)的電學(xué)參考原則。T

4、GV通孔直徑越大、通孔間距越大、TGV高度越小，其結(jié)構(gòu)的插入損耗越小，信號(hào)的傳輸性能越好。
　　最后，利用三維全波電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS對(duì)基于玻璃基板的集成無源電感元件進(jìn)行建模仿真，建立集成無源電感元件的結(jié)構(gòu)模型，研究電感直徑、電感厚度、玻璃襯底厚度、電感線寬和電感線距等物理參數(shù)對(duì)集成無源電感品質(zhì)因數(shù)Q和電感值L的影響。仿真結(jié)果表明，在一定頻率范圍內(nèi)，在工藝允許的情況下，想要增大電感的有效電感量，可以增大電感直徑，減小電感厚度，適