微波毫米波系统级封装中键合线建模.doc

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1、微波毫米波系统级封装中键合线建模孙一超胡静钱学军摘要：在系统级封装中，存在微波及高速电路，如果没有考虑互连线对电路性能的影响，可能会导致最终的电路不能满足设计要求。本文利用3维电磁场仿真软件HFSS分析单根键合线的电磁特性，建立单根键合线的电路模型，并研究不同参数下键合线在电磁特性方面的区别。关键词：键合线HFSS等效电路Bond-WireModelinginMicrowaveMillimeterWaveSystem-LevelPackageAbstract:Withoutconsideringtheinfluenceofthein

2、terconnectionlineontheelectriccircuitperformanceinsystem-levelpackage,thefinalelectriccircuitmaynottobeabletosatisfythedesignrequirementsfortheexistenceofmicrowaveandhigh-speedcircuit.Inthispaper,the3DelectromagneticanalysissoftwareHFSSwasusedtoanalysethesimpleandtheci

3、rcuitmodelwasbuildforthemicrowaveCharacteristicsofthebond-wireinwithdifferentparameters.Keyword:Bond-WireHFSSEquivalentCircuit1.引言随着科技水平的不断提高，无论是军用还是民用通信系统的功能都变得日益强大，随之电路结构也变得日益复杂，电路的规模、体积也不断增大。通常，电路的体积庞大会限制其应用，为此，自上世纪90年代以来，能将微处理器、存储器以及模拟与数字IP核等集成在单一芯片上实现系统功能的系统级芯片（So

4、C）技术得到了快速发展。但受工艺制造水平及工艺兼容性所限，一些功能强大的SoC很难实现，因此人们又提出了系统级封装技术。系统级封装能将模拟、数字、微波、光电、微电子机械系统（MEMS）等不同工艺制作的芯片集成在一起，实现强大的系统功能，成为代表未来10年的主流封装技术。然而，系统级封装技术涉及的问题很多，而且亟待解决。在系统级封装中，存在微波及高速电路，如果没有考虑互连线对电路性能的影响，可能会导致最终的电路不能满足设计要求。为此，需要在电路设计之初就要考虑互连线的寄生效应，并将其作为整体电路的一部分加以分析、仿真。本文中，我们将通

5、过HFSS全波分析软件仿真或得s参数，并建立相应的电路模型，从而进行一些初步研究。1.分析计算图1键合金丝示意图2.1仿真HFSS一个典型的金丝键合模型如图1所示。本课题模型中，选用的微带线的介电常数是2.16，损耗角正切是0.009，介质板的厚度为0.25mm，且特性阻抗为50Ω，中心频率为2.5GHz，可用软件算得，微带线的宽度为0.76mm，模型如图2所示，图2键合金丝及微带线模型初步将其他参数定为：两微带线间距d=0.5mm，拱高h=0.12mm，金丝直径zjing=0.04mm，得S11和S12（对称模型，S11=S22，

6、S12=S21）如图3所示：S11S12图3d=0.5mmh=0.12mmzjing=0.04mm有金丝时的S参数由于此处的端口是设置在最外侧，不只是金丝，微带线的属性也包含在内，因此，单独对微带线进行建模测其S参数。图4微带线模型S11S12图5d=0.5mmh=0.12mmzjing=0.04mm没有有金丝时的S参数由上可以得到单独的键合金丝的S参数，再根据S参数和Y参数的关系，便可以得到Y参数的值。2.2建模键合线等效电路模型可以用图6所示的二端口网络来表征。图6键合线等效电路模型图中，R1和R2代表终端阻抗，C1和C2为终端

7、电容，R为键合线的电阻损失。据Π型网和Y参数矩阵的关系，可以得到：则，经过变形易得：以频率为2.5GHz，d=0.5mmh=0.12mmzjing=0.04mm为例，金丝加微带线的S参数为：S11=S22=-25.4,S12=S21=-0.158由S、Y参数的对应关系：得：Y11=Y22=-0.0216Y12=Y21=0.000016同理，微带线的S参数为：S11=S22=-0.143,S12=S21=-45.2对应的Y参数为：Y11=Y22=-0.02Y12=Y21=-0.000885则键合线的Y参数为：Y11=Y22=-0.00

8、16Y12=Y21=0.0009再由电路元件的求解公式可得即可得到等效电路模型的各个参数：R1=R2=1428.7ΩR=1.1kΩC1=C2=0.046pFL=0.071μH2.3分析2.3.1参数随频率的变化特性：保持其他条件不变，