利用單石微波積體電路與覆晶技術製作之Ka頻段振盪器

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劉佑安(Yu-An Liu) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

利用單石微波積體電路與覆晶技術製作之Ka頻段振盪器
(Fabrication of Ka-Band Oscillator Using MMIC and Flip-Chip MIC Techniques)

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摘要(中)

本論文分別設計兩個不同方式的Ka頻段振盪器，分別為單石微波壓控振盪器(MMIC VCO)，與利用覆晶式(Flip-chip)技術在氧化鋁基版上製作微波振盪器(MIC OSC)。第一部份所設計的MMIC壓控振盪器電路實現乃利用穩懋半導體公司（WIN）0.15 um PHEMT 製程技術，設計於Ka-band頻段電路。在被動元件上的設計係採用傳輸線（Microstrip Line）方式來進行電路之匹配、偏壓電路設計，振盪器設計方法是利用並聯回授方式產生負阻抗以達到振盪。在共振腔的可變電容是採用PHEMT元件的汲極和源極端接地產生接面電容，經由調變閘極的電壓來調整電容的變化，進而改變振盪器的操作頻率。在特性表現方面其中心頻率為31.17 GHz輸出功率為-11 dBm，其調變範圍可達到500 MHz，相位雜訊為-101dBc/Hz在離中心頻1M GHz時。
第二部份為介紹覆晶技術在高頻電路的應用，首先先建立覆晶式模型，再應用於覆晶式MIC振盪器。建立覆晶模型最主要的原因乃是高頻段的應用上，由於頻段愈高波長愈短，以往的鎊線已不適用，且這些寄生效應會影響整體電路的表現，故完成覆晶模型的建立，再應用於電路上，是非常重要的步驟。主動元件利用穩懋半導體公司（WIN）0.15 um PHEMT ，在被動元件方面主要是利用共平面波導線，其主要優點是接地容易，也不用背面挖洞，配合苯並環丁烯(BCB)，製作於氧化鋁基板。其所製作出來的振盪頻率為27.5 GHz，與模擬值差2.5 GHz，主要原因可能是被動元件、主動元件和覆晶模型有些微的誤差。其輸出功率為1.87 dBm，則與模擬值非常相近，整體而言電路的量測與模擬結果可以說是非常相近的。這證明所製作出的被動元件與覆晶技術可以成功的應用在高頻電路上;且於文獻中利用覆晶技術(flip-chip)製作振盪器這方面發表並不是非常廣泛，故我們所製作出來的電路與衍生出來的問題都是日後要設計高頻電路與濾波器重要的依據。
附錄中針對本人在中大所製作的HBT作簡單的特性分析，InP/InGaAs DHBT(AE = 2x12 um2)其高頻特性ft 為95 GHz和fmax可達到150 GHz，可做為日後製作ka頻段MIC振盪器的主動元件。

關鍵字(中)

★ 振盪器
★ Ka頻段
★ 覆晶技術

關鍵字(英)

★ oscillator
★ ka-band
★ flip-chip techniques

論文目次

頁次
第一章導論………………………………………………… 1
1.1 微波電路之研究背景……………………………… 1
1.2 研究動機…………………………………………… 3
1.3 論文架構…………………………………………… 4
第二章壓控振盪器之基本原理與設計方法……………... 5
2.1 壓控振盪器之基本組成…………………………… 5
2.1.1 主動元件部份……………………………………… 5
2.1.2 共控腔部份………………………………………… 6
2.2 振盪器之基本原理………………………………… 8
2.3 壓控振盪器之設計方法…………………………… 12
2.4 振盪器之相位雜訊………………………………… 14
第三章 Ka-band單晶石壓控振盪器設計………………… 18
3.1 簡介………………………………………………… 18
3.2 壓控振盪器設計方法與模擬結果………………… 18
3.2.1 壓控振盪器設計方法……………………………… 19
3.2.2 壓控振盪器模擬結果……………………………… 22
3.3 量測結果…………………………………………… 29
3.4 結果與討論………………………………………. 33
第四章覆晶(Flip-chip)技術在高頻電路的應用………... 35
4.1 簡介………………………………………………. 35
4.2 凸塊(bump)接點製作……………………………. 35
4.3 覆晶接合技術與模型建立分析…………………. 42
4.3.1 凸塊(bump)直徑與高度最佳化............................. 43
4.3.2 覆晶模型的建立…………………………………. 45
4.4 共平面波導特性之研究…………………………. 49
4.4.1 簡介………………………………………………. 49
4.4.2 共平面波導特性之探討…………………………. 50
4.4.3 共平面波導不連續性之研究……………………. 53
4.5 Ka頻段共平面波導覆晶式振盪器之設計與製作 60
4.5.1 氧化鋁基板電路之設計方法……………………. 60
4.5.2 氧化鋁基板電路模擬結果………………………. 62
4.5.3 氧化鋁基板電路之製作步驟……………………. 68
4.5.4 量測結果與討論……………………………......... 77
第五章結論…………………………………………… 81
參考文獻 82
附錄A 磷化銦異質接面雙極性電晶體研製與特性分析 86
A.1 簡介…………………………………………… 86
A.2 直流特性和交流特性的量測與特性分析…… 86
A.3 結果與討論…………………………………… 92

參考文獻

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指導教授

辛裕明(Yue-ming Hsin)

審核日期

2005-6-27

推文