引言

鍵合金絲互連技術在微波集成電路(MICs)以及單片集成微波電路(MMICs)中有著廣泛的應用，它可以用于固態(tài)器件到無源電路的連接，也可用于芯片之間的連接。但是，這種互連方式在毫米波高端的使用卻受到一定的限制，這是因為金絲與微帶線的連接處,微帶線的分布電流受到影響，呈現(xiàn)出電感的特性。為了解決該問題，人們提出了倒裝芯片以及其他一些電磁耦合技術 。然而鍵合金絲互連結構依然有著廣泛的應用，這主要是由于它具有工藝簡單、廉價、熱脹系數(shù)小等優(yōu)點，這在有很高要求的應用尤其是空間系統(tǒng)中有重要的意義。實踐證明，只要設計合適的匹配網(wǎng)絡，鍵合金絲互連結構可以實現(xiàn)良好的匹配性能。

采取電磁場數(shù)值計算的方法可獲取準確的鍵合參數(shù)模型，常用的有基于全波分析的時域有限差分法以及準靜態(tài)分析法等。利用鍵合線形成五階低通濾波器用于兩玻璃芯片的連接，雖然可以實現(xiàn)很寬頻帶的匹配連接，但是其對芯片的要求較為苛刻。本文針對毫米波的寬帶匹配互連，采取附加微帶調諧分支的方法，分析設計了適用于V、E 波段的微帶鍵合金絲寬帶匹配互連，并對鍵合金絲粗細、數(shù)目、間距以及微帶調諧分支線對毫米波反射與傳輸特性的影響進行了比較分析。

2 鍵合金絲互連模型及其等效電路

本文所研究的帶有微帶調配支節(jié)的鍵合金絲互連模型如圖1所示。在厚度為0.127mm的Rogers 5880的介質基板上將固定寬度以及間隙的兩條微帶通過金絲相連，為了調配鍵合金絲的電抗效應，增加了微帶分支調配結構。整個互連結構的等效電路如圖2所示：

(a)單金絲

(b)雙金絲

圖1 帶有微帶調配支節(jié)的鍵合金絲互連模型

圖2 鍵合金絲互連模型等效電路 鍵合金絲互連模型仿真及分析

3.1 金絲數(shù)目、粗細、間距及微帶調配分支線對反射特性的影響

采取HFSS，計算了不同金絲粗細、數(shù)目、間距的反射特性曲線，結果如圖3-圖5所示。圖3給出了單金絲結構中三種金絲直徑的反射系數(shù)頻響曲線，可見金絲越粗其反射系數(shù)越小，因此在可選范圍內我們應選擇較粗的金絲。圖4給出了雙金絲間距對反射系數(shù)的影響情況，可知其間距越大反射參數(shù)越小，這是因為雙線間的水平距離接近于微帶的線寬時，可以減小等效的串聯(lián)電感。圖5給出了S11隨著鍵合金絲數(shù)目的變化情況，由圖可知雙金絲明顯優(yōu)于單金絲的傳輸特性，但也并不是金絲的數(shù)目越多越好，三金絲、四金絲、五金絲的傳輸特性隨著金絲數(shù)目的增加反而越來越差。

我們引入微帶調諧分支線來調諧金絲帶來的電感特性，圖6和圖7所示為微帶長度和寬度對反射特性的影響曲線，調節(jié)微帶的長度和寬度可以在所需頻段產(chǎn)生較好的反射特性。

圖3 金絲直徑對S11的影響(單金絲)

圖4 金絲間距對S11的影響(雙金絲)

圖5 金絲數(shù)目對S11的影響

圖6 調諧微帶分支線長度對S11的影響

圖7 調諧微帶分支線寬度對S11的影響 3.2 優(yōu)化結果及其主要結構參數(shù)

對于圖2(b)所示雙金絲結構，在考察了各主要參數(shù)對傳輸特性的影響后，經(jīng)過優(yōu)化我們得到了較好的輸出S參數(shù)特性曲線如圖8所示，可見，該微帶鍵合金絲互連結構在50GHz-80GHz頻率范圍內的插入損耗仿真結果均小于0.65dB，此時各主要結構參數(shù)如表1所示：

表1 雙金絲主要結構參數(shù)

圖8 優(yōu)化后的S參數(shù)特性曲線

4 結論

本文分析并設計了一種帶有微帶調配分支線的毫米波鍵合金絲互連結構，同時我們也考察了金絲的粗細、數(shù)目、間距以及調諧微帶分支線對反射參數(shù)的影響。通過優(yōu)化結構參數(shù)，該鍵合金絲互連結構在50GHz-80GHz頻率范圍內的插入損耗仿真結果均小于0.65dB，適用于V、E波段的寬帶匹配互連。