אוסילוסקופי Infiniium 90000 מסדרה X (ראה תרשים 1) ו- probes אוסילוסקופים Infiniimax III החדשים של Agilent משתמשים במספר מיקרו-מעגלים בעלי ביצועים גבוהים אשר מורכבים תוך שימוש בתהליכים וטכניקות תכנון מתקדמים של שכבה עבה (thick film) לפי פטנט בלעדי של Agilent. הם נקראים Quick Film 3D Microcircuits והינם מיוצרים תוך שימוש בקבוצה חדשה יחסית של חומרי שכבה עבה לא-מוליכים (דיאלקטרנים, dielectrics). שלא כמו חומרי שכבה עבה לא-מוליכים מסורתיים, החומרים הלא-מוליכים מסוג Quick Film מאופיינים בתכונות חשמליות רחבות פס טובות מאוד אשר הינן יציבות עד תדרי מיקרוגל.
חומרים לא-מוליכים בעלי שכבה עבה בדרך כלל מודפסים דק מדי ועם שונות גדולה מכדי שניתן יהיה להשתמש בהם בנתיבי אותות של תדר גבוה. יחד עם זאת, לאורך כמעט 15 שנות פיתוח, Agilent יצרה את היכולת להדפיס את ההדבקות של החומרים הלא-מוליכים הללו בצורה די עבה ועם סבולת הדוקה, וביצעה אינטגרציה שלהם עם הדבקות ותהליכים של מוליכים ונגדים בעלי שכבה עבה אשר עברו אופטימיזציה ליישומים של בדיקות ומדידות בתדרים גבוהים. זה מאפשר לייצר מבנים ומעגלים תלת-ממדיים, כולל קווי שידור quasi-coax מסוככים מודפסים עם עכבה (impedance) אופיינית הנשלטת בצורה הדוקה (Zo). התוצאה הינה מיקרו-מעגלים קומפקטיים, קלי משקל ובעלי סיכוך עצמי אשר יש להם שלמות אותות גבוהת-תדר ובידוד חשמלי יוצאי דופן, אשר הינם אידיאליים עבור יישומים של הספקים גבוהים מאוד. המיקרו-מעגלים הללו משמשים על מנת לארוז את האוסילוסקופ החדש ואת ערכת השבבים InP של ביחון (probing) אוסילוסקופים ולבצע אופטימיזציה של איכות הפולס המעולה, הריצוד (jitter) הנמוך, והיענות ה-broadband השטוחה. תרשים 2 הינו תמונת תוך-תהליך של תכנון Quick Film והינה הדגמה טובה של טופולוגית תלת-המימד שלו. תרשים 3 מציג קו שידור דיפרנציאלי quasi-coax מסוכך לחלוטין המוביל למעגל משולב InP.
עיבוד Quick Film
תהליך הייצור מתחיל על ידי הדפסת מישור הארקה מזהב על גבי מצע קראמי, לא בתחתית המצע כנהוג עם מיקרו-מעגל קונבנציונאלי. לאחר מכן מודפסת שכבה עבה של חומר Quick Film לא מוליך ומטופלת עם סבולת עובי הדוקה של פחות מ-5 um.
Agilent פיתחה את היכולת להדפיס את הזכוכית בעובי משמעותי למדי עם שכבות בעובי של 125um עד 200um בהשוואה לעובי של 25um האופייני לחומרים לא-מוליכים קונבנציונאליים של שכבה עבה. זה מאפשר ליצור תבניות של קווי שידור יחסית רחבים של 50ohm , דבר החשוב על מנת למזער הפסד בחומר המוליך. זהב מודפס על גבי השכבה הלא-מוליכה הראשונה של Quick Film ולאחר מכן נחרט באמצעות תהליך פוטוליתוגרפי על מנת ליצור תבניות מדויקות של קווי שידור ומעגלים פאסיביים. לאחר מכן מודפסת ונעטפת שכבה עליונה עבה של חומר לא-מוליך.
ניתן להתאים את החריטה של המוליך או עובי הזכוכית בהתבסס על התוצאות של בדיקת TDR תוך-תהליכי עבור Zo. ה-Zo של קו השידור הסופי נשלט עד לפחות
מ-1.5+/-ohm, ערך שהינו כמחצית מתהליכים רגילים של שכבה עבה ומחצית עד שליש ממה שניתן להשיג עם לוחות מעגלים מודפסים. יכולת הנישנות (repeatability) המצוינת של הטכנולוגיה הזו הינה חיונית להפקת ביצועים משובחים בתדר גבוה.
החומר הלא-מוליך של Quick Film יוצר קיר צד של 45 עד 60 מעלות. Agilent פיתחה תהליכים להדפסת זהב על הטופולוגיה כולה, ובכך יצירה של קווי שידור quasi-coaxial מסוככים לחלוטין. חרירי מעגלים מסוככים ניתנים גם כן ליצירה וניתן לסוגרם בקלות עם מכסה. יכולות אלה מספקות יתרונות משמעותיים ליישומי פס רחב על ידי סילוק פיזור הפאזה של קווי שידור ומזעור הפסדי קרינה ועירוב דיבור (crosstalk).
מיקרו-מעגלים תלת-ממדיים Quick Film
ניתן לחבר בקלות מיקרו-מעגלים תלת-ממדיים Quick Film על ידי שימוש במחברי מיקרוגל מורכבי-אוגן או מיושרים (in-line) Agilent אף פיתחה גרסה עם קלט-פלט גבוה של המיקרו-מעגלים הללו להתקנה על פני משטחים, הנקראת MCBGA. היא משמשת למיקרו-מעגל ה-preamp/acquisition הקדמי של ה-Infiniium 90000 מסדרה X, ומוצגת בתרשים 4. גודלה הינו בערך 5 סנטימטר על 5 סנטימטר. חמישה מעגלים משולבים InP נראים ב-Quick Film; שני preamps, שני הדקים (triggers), ודוגם (sampler). ה-Quick Film מורכב למסגרת PCB המשמשת להפצת הספק ואותות בקרה, שעון ונתונים. מחברי תדר גבוה (אינם נראים) מחוברים לגב החומר הקראמי. כל עיבוד האותות הקריטי בתדר גבוה מבוצע ב-Quick Film. חיבורי חוטים מחברים בין השכבה העבה לבין לוח המעגל המודפס. מכסה שטוח ומוארק ימוקם מעל למעגל וכדורי הלחמה יתווספו לפדים המעגליים על מסגרת לוח המעגל המודפס כדי להשלים את ההרכבה. אריזת ה-MCBGA מולחמת עם הפנים כלפי מטה אל לוח האם.
Agilent יכולה לעבד טכנולוגיית Quick Film במצעי בסיס של תחמוצת אלום או אלומיניום ניטריד (AIN). היתרון של שימוש ב-AIN הינו שיש לחומר מוליכות תרמית גבוהה מאוד; המוליכות מתקרבת לזו של סגסוגות מתכת. החיסרון של AIN הינו שזהו חומר מצע מאתגר לשימוש בייצור שכבה עבה, אולם Agilent מימשה את התועלות האדירות שלו לניהול תרמי באמצעות עבודה נרחבת של פיתוח תהליכים עם pastes אשר עברו אופטימיזציה לשימוש עם AIN. ה-MCBGA של קדם-מגבר/רכישה משתמש ב-AIN מכיוון ששבבי ה-InP שלו הינם בעלי צפיפויות הספק גבוהות מאוד. כל אחת מפיסות (dies) ה-InP מוצבת ישירות על מצע ה-AIN בחרירים שנוצרו על ידי תבנית החומר הלא-מוליך. היכולת יוצאת הדופן של ה-AIN לפיזור חום מבטיחה לשבבים הללו, בעלי המהירות הגבוהה מאוד וההספק הגבוה, אמינות מצוינת. היא מקטינה את טמפרטורות הצמתים שלהם ביותר מ-50 מעלות צלזיוס לעומת שימוש בבסיס של תחמוצת אלום.
תועלת מובנית של טכנולוגיית ה-Quick Film וה-MCBGA הינה שפדים של חיבורי חוטים אשר מקיפים את חלל הפיסה (die) יכולים להיעשות מישוריים עם משטח המעגלים המשולבים ולהיות ממוקמים קרוב מאוד לפדים של חיבורי החוטים של המעגלים המשולבים. זה מאפשר מעברים מצוינים של חיבורי חוטים גבוהי-תדר בין הפיסה (die) ובין ה-Quick Film. כמו כן, שימו לב שעם מישור ההארקה על גבי המצע אין צורך ב-ground vias. הארקה נגישה פשוט על ידי פתיחת תבנית בדיאלקטרן. לכן אין השראת via. זה עוזר להקטין את הרעש ולשפר את תקינות ושלמות האות. תרשים 5 מציג את InP הקדם-מגבר של המעגל המשולב ומספר קבלי מיקרוגל בחללים אשר חוברו באמצעות חוטים ל-Quick Film.
תרשים 6 מראה Infiniimax III Probe Amplifierי אשר יוצר כמיקרו-מעגל Quick Film תלת-מימדי. הוא מציג נגדי שכבה עבה (אשר הינם הרכיבים השחורים) ורכיבי SMT פאסיביים יחד עם התקנים פעילים. הנגדים משולבים במיקרו-מעגל על ידי הדפסתם על שכבת ה-Quick Film התחתונה ולאחר מכן חיתוכם בלייזר ליצירת סבולת הדוקה. גודלם הקטן ממזער parasitics עבור נתיבי אותות גבוהי-תדר.
הטכנולוגיה הייחודית של מיקרו-מעגלים Quick Film תלת-ממדיים ו-MCBGA השייכת ל-Agilent הינה מרכיב מפתח באפשור הדור הבא של אוסילוסקופים ו Probes אוסילוסקופים של Agilent ובהמשכת ההובלה של Agilent בתחום של שלמות אותות. יכולתם יוצאת הדופן בפיזור הספק וחום אף שומרת על התקנים פעילים קרירים ומבטיחה שהמיקרו-מעגלים הללו יענו על תקני האמינות הגבוהה של Agilent.
