射频功率放大器互连可靠性与温度可靠性的研究

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1、射频功率放大器互连可靠性与温度可靠性的研究ResearchontheInterconnectReliabilityandTemperatureReliabilityforRFPowerAmplifier一级学科：电子科学与技术学科专业：电路与系统研究生：林倩指导教师：马建国天津大学微电子学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作

2、的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要RFPA作为发射机射频前端的关键模块之一，其可靠性和性能直接影响着通信系统的通信

3、质量。近年来，随着电路集成度的不断提高，RFIC特征尺寸和互连宽度在不断减小，这使得互连中的电流密度急剧升高。如此高的电流密度会导致互连线发生电迁移，甚至给PA电路带来短路或断路等致命失效的问题。所以，在PA的设计阶段互连可靠性已经成为设计者首要关注的问题。另外，在PA的应用阶段，温度变化导致的性能退化和失效已经成为PA可靠性的重要因素之一。这些问题都对PA的可靠性提出了严峻的挑战。本文针对目前PA在互连失效和性能失效两个方面的问题，在集成PA的互连可靠性和分立PA的温度可靠性方面进行了深入地探索。首先考虑到现有的研究仅实现了IC直流状态下的互连可

4、靠性分析，本文对设计的GaAsMMICPA实现了直流和交流状态下的互连可靠性预测和分析。在此基础上，针对传统有限元分析的耗时、耗资源和模型修改繁琐等缺点，通过将有限元分析与人工神经网络及相关技术结合的方式实现了快速的PA互连可靠性分析。最后，由于温度是影响PA性能和可靠性的首要因素，本文通过一系列的可靠性实验来对GaNPA的温度可靠性和指标失效进行研究。具体来讲，本文取得的主要创新成果如下：1、为了解决传统有限元分析方法耗时耗资源和模型修改繁琐的问题，本文提出了将有限元分析与人工神经网络技术及相关技术结合来加速GaAsMMICPA的互连可靠性分析。

5、还通过使用ANSYS参数化设计语言和自动模型产生算法实现了模型的自动构建和映射关系的快速构建，方便了模型的修改，极大地提高了建模和分析效率，为复杂IC的自动建模和快速互连可靠性分析和预测提供了新的思路。2、为了定量地分析温度与PA各个性能参数之间的关系，本文通过一系列的可靠性实验研究了温度变化对两种不同类型GaNPA的可靠性和性能的具体影响，为PA的可靠性设计提供了重要指导。3、针对PA性能持续退化的问题，本文提出了以PA的性能指标为退化数据，采用加速退化测试来研究PA指标失效机制的方法。通过测试和分析其在不同温度应力下性能指标的退化和失效，得到了

6、给定GaNPA实际可接受的工作温度范围和温度冲击次数，为其他电子产品指标失效的研究奠定了坚实的基础。关键词：射频功率放大器，集成电路，互连可靠性，有限元分析，人工神经网络，温度可靠性，指标失效I万方数据ABSTRACTAradiofrequencypoweramplifier(RFPA)isthemostcriticalmoduleintheRFfrontendofwirelesstransmitters,anditsreliabilityandperformanceusuallyaffectthecommunicationqualityofthe

7、wholecommunicationsystemdirectly.Inrecentyears,withthecontinuousimprovementoftheintegration,thefeaturesizeandtheinterconnectwidthfortheRFICdecreaseconstantly,whichcanresultintheincreaseofcurrentdensityininterconnectsharply.Suchahighcurrentdensitymaycauseelectromigrationdirectl

8、yandevenbringtheproblemofthefatalfailuresuchasshort-circuitor