Packaging solutions for MMIC component integration using the LTCC technology

Autor: Kärnfelt, Camilla
Přispěvatelé: Télécom Bretagne (devenu IMT Atlantique), Ex-Bibliothèque, Lab-STICC_TB_MOM_DIM, Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Micro-Ondes (MO), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Télécom Bretagne-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB), Télécom Bretagne, Université de Bretagne Occidentale, Alain PEDEN
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Télécom Bretagne; Université de Bretagne Occidentale, 2016. Français
Popis: This thesis is on the subject of millimeter-wave frequencies (from 30 to 300 GHz) packaging of integrated circuits. Potential applications are radar imaging and security applications as well as TRX (transmission and reception) modules for 5G base stations to give some examples. For these applications, integrated circuits are now available from the manufacturers; however the packaging development for their integration is not advancing with the same pace. Standard packaging solutions does not exist over 50 GHz, which is detrimental to technological development. Thus, this thesis is concentrated upon the electronic packaging in order to propose low-cost well-performing solutions in the millimeter-wave bands. Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) is chosen to be the technological platform for this work with the objective to elaborate packages that include the DC feed network, high frequency transmission lines as well as the MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit). Such a package can be closed by a lid in order to protect the chip. When it comes to millimeter-wave frequencies, miniaturization comes naturally since the dimensions are related to the wavelength. The miniaturization is advantageous but at the same time adds strong dimensional constraints. The transmission support is chosen to be the Grooved Laminated Waveguide (GLWG), a rectangular waveguide integrated in the LTCC, due to its good performance in terms of losses and isolation while at the same time having dimensions that allows a successful fabrication. The minimal dimensions will set the upper frequency limit of the GLWG. In this work, different devices have been produced and their electrical functioning has been confirmed up to 170 GHz. When the frequency goes up, dimensional difficulties are even more pronounced when it comes to the interconnection between the pads of the MMIC and of the GLWG. To realize this interconnection, we have proposed three new topologies using the flip chip concept from which passive measurement results are presented. This assembly type offers an advantageous wide band behavior. The last part of this thesis is centered on the transition between the GLWG and an external wave guide to which the package will be connected. One transition has been proposed, fabricated and measured. The encountered difficulties are discussed and improvements are proposed. To conclude this work, improvements on the fabrication technique of LTCC devices are presented. Fabrication steps have been added to the already approved steps, and design rules have been elaborated.
Cette thèse a pour sujet d'étude la mise en boîtier de circuits intégrés en ondes millimétriques (fréquences de 30 à 300 GHz). Les applications sont potentiellement nombreuses comme l'imagerie-radar, la sécurité, les modules d'émission et de réception des stations de base radio pour la 5G. Pour ces applications, des circuits intégrés commencent à être disponibles auprès des fabricants, tandis que dans le même temps le développement des boîtiers pour leur intégration n'est pas aussi avancé. Des solutions standards à faible coût n'existent pas au-delà de 50 GHz, ce qui freine le développement technologique. Cette thèse est ainsi concentrée sur la mise en boîtier afin de proposer des solutions abordables et performantes pour les bandes " millimétriques ". La plate-forme technologique choisie est le LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics ou céramique cocuite à basse température) qui permet de réaliser des boîtiers électroniques afin d'y intégrer des puces MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit), en incluant les accès des tensions d'alimentation des MMICs et du signal haute-fréquence et ensuite de protéger l'ensemble par un capot. S'agissant des ondes millimétriques, la miniaturisation est un effet naturel du fait des dimensions en rapport avec la longueur d'onde. Ceci amène des avantages mais en même temps des contraintes dimensionnelles très fortes. Le choix du support de transmission s'est porté vers le guide d'ondes rectangulaire multicouches de type GLWG (Grooved Laminated Waveguide) du fait de bonnes performances en termes de pertes, d'isolation, tout en gardant les contraintes de faisabilité et reproductibilité. Les dimensions minimales réalisables du GLWG vont engendrer une limite en fréquence. Différents dispositifs en ce topologie ont été réalisés et validés jusqu'à 170 GHz. Avec la montée en fréquence, les difficultés liées aux dimensions sont encore plus grandes quand il s'agit de l'interconnexion entre les plots de la puce MMIC et des guides GLWG. Pour ce faire, nous avons proposé trois topologies inédites pour un montage de puce renversée, appelé " flip chip ". Ce montage a l'avantage d'être large bande. Des résultats de mesures de dispositifs passifs sont présentés. La dernière partie de l'étude est centrée sur la transition entre le guide GLWG et un guide d'ondes externe auquel le boîtier proposé sera connecté. Une transition de ce type a été proposée, fabriquée et mesurée. Des difficultés rencontrées lors de la mise en oeuvre sont discutées et des pistes d'amélioration sont proposées. Pour conclure cette étude, des améliorations de la fabrication de dispositifs LTCC sont présentées. Des étapes de fabrication ont été rajoutées aux étapes déjà validées, et les règles de conception ont été élaborées.
Databáze: OpenAIRE
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