文章编号:100526122(2003)0320030205LTCC微波多芯片组件中键合互连的微波特性Ξ严伟1,2符鹏1,2洪伟1(1.东南大学无线电工程系毫米波国家重点实验室,南京210096;2.南京电子技术研究所,南京210013)摘要:键合互连是实现微波多芯片组件电气互连的关键技术,键合互连的拱高、跨距和金丝根数对其微波特性具有很大的影响。本文采用商用三维电磁场软件HFSS和微波电路设计软件ADS对低温共烧陶瓷微波多芯片组件中键合互连的微波特性进行建模分析和仿真优化。仿真优化结果与LTCC试验样品的测试结果吻合较好。关键词:低温共烧陶瓷,微波多芯片组件,键合互连MicrowaveCharacteristicsofBondingInterconnectsinLTCCMicrowaveMCMYanWei1,2,FuPeng1,2,HongWei1(1.StateKeyLab.OfMillimeterWave,Dept.ofRadioEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096;2.NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210013)Abstract:Bondinginterconnectisthecriticaltechniqueforrealizingtheinterconnectofmicrowavemultichipmodule(MCM).Theheight,distanceandnumberofwiresofbondinginterconnecthaveimportanteffectsonitsmicrowavechar2acteristics.Inthispaper,commercial3DelectromagneticanalysissoftwareHFSSandmicrowavecircuitdesignsoftwareADSwereusedtomodel,simulateandoptimizeforthemicrowavecharacteristicsofbondinginterconnectinlowtempera2tureco-firedceramics(LTCC)microwaveMCM.Thesimulationswereshowntobeingoodagreementwiththeexperi2mentalresults.Keywords:LTCC,MicrowaveMCM,Bondinginterconnect1引言在低温共烧陶瓷(LTCC)微波多芯片组件(MCM)中,通常采用金丝键合来实现单片微波集成电路(MMIC)、集总式电阻和电容等元器件与微带线、共面波导的互连,以及微波传输线之间或与RF接地面的互连[1,2]。金丝键合互连的拱高、跨距和金丝根数对微波MCM的微波特性具有很大的影响。微波电路不同于低频数字电路,金丝键合互连的微波特性是影响LTCC微波MCM的微波性能特性的一个主要因素,其焊丝长度、拱高和跨距、焊点位置和键合一致性和重复性等参数均对微波传输具有很大影响。以往通常采用集总式元件如电感来等效键合金丝[3],或采用准静态分析方法[4]来进行金丝键合互连的微波特性分析。但是由于金丝键合互连是开放式结构,且存在介质边界和金丝弯曲,采用上述分析方法来分析金丝键合互连的微波特性会随着频率的升高和金丝长度的增加而导致分析精度下降。本文采用商用三维电磁场分析软件HFSS和微波电路设计仿真软件ADS对LTCC微波MCM中的金丝键合互连的微波特性进行建模分析和仿真优化,将金丝键合互连等效为一个串联电阻、一个串联电感和两个并联电容组成的低通滤波器网络模型;采用标准LTCC制造工艺和金丝键合工艺制作了不同键合金丝拱高、跨距和根数的试验样品。将仿真优化结果与LTCC试验样品的测试结果进行了分析对比,两者吻合较好。第19卷第3期2003年9月微波学报JOURNALOFMICROWAVESVol.19No.3Sep.2003Ξ收稿日期:2002211205;定稿日期:20032052302理论分析及仿真一个典型的金丝键合互连结构如图1所示。图1金丝键合互连结构示意图金丝键合互连的模型可以简单地用并联电容C1、串联电感L和串联电阻R、并联电容C2组成的低通滤波器网络来表示,如图2所示。图2金丝键合互连模型对长度为l、直径为d的圆形键合金丝,其串联电感L和串联电阻R可分别用式(1)和式(2)表示[3]:L=(μ0l/2π)×[ln(4l/d)+μrδ-1](1)当d/ds≤3.394时,R=(4ρl/πd2)cosh[0.04l(d/ds)2](2a)当d/ds≥3.394时,R=(4ρl/πd2)(0.25d/ds+0.2654)(2b)式中:μ0为空气介质的导磁率(μ0=4π×10-7H/m),μr为键合焊丝的相对导磁率(对金丝,μr=1),ρ和ds分别为键合金丝材料的电阻率和趋肤深度。若采用两根或多根并行的金丝实现键合互连以降低串联电感或提高键合可靠性,则在计算串联电感L时还需考虑两根或多根并行的金丝之间的互感。采用基于三维有限元分析的电磁场仿真软件HFSS和微波电路仿真设计软件ADS相结合,可以精确计算出金丝键合互连模型的各个模型参数。方法是首先在HFSS中建立包含微带传输线的金丝键合互连的实物模型,按照...
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