键合线结构传输特性仿真分析

王 敏

（中国电子科技集团第十三研究所，河北 石家庄 050051）

0 引 言

在集成电路设计中，半导体封装内部芯片和外部管脚以及芯片之间的连接起着确立芯片和外部的电气连接、确保芯片和外界之间的输入/输出畅通的重要作用，是整个后道封装过程中的关键。随着引线键合机、劈刀、引线键合丝等方面的持续改进，使得键合引线工艺更适用于器件组装工艺[1]。目前引线键合以技术成熟、工艺简单、成本低廉、适用多种封装形式等优势而在连接方式中占主导地位，在未来相当长一段时间内仍将是封装内部连接的主流方式[2]。尤其在高频段、宽频带的组件产品中，引线键合工艺应用广泛。比起传统组装工艺，此类产品一般体积更小，性能更稳定，调试量较小。本文采用仿真软件对模型进行仿真，着重分析键合线数量、间距对传输特性的影响。

1 键合线传输结构

本文给出了如图1所示的键合线传输结构及其等效电路，该结构采用键合线传输结构来实现两边微带线之间的连接。其等效电路模型可以简单地用并联电容C1、串联电阻R 和串联电感L、并联电容C2 组成的低通滤波器网络来表示[3-5]。

图1 键合线传输结构示意图及等效电路

2 仿真分析

本文主要借助仿真分析软件，对键合线数量、间距对微带线结构的传输特性的影响进行了分析。

2.1 键合线数量对微带传输特性的影响

在仿真软件中建立了由键合线连接的微带线结构几何模型，如图2所示。

图2 键合线连接的微带线结构几何模型

上述仿真的模型结构中键合丝材质为金丝，采用了介电常数为2.2的介质板材，板厚0.254 mm，微带线跨接的缝隙间距为0.5 mm，金丝直径为25 μm，研究金丝数量n为2根、3根和4根时对微带线传输特性的影响。仿真结果如图3所示。

图3 键合线数量对微带传输特性的影响的仿真结果

从图3仿真结果可以看出，金丝直径为25 μm，跨接的缝隙间距0.5 mm时，若键合线数量n=2根时，在0.8～20 GHz内的平坦度约为1.54 dB，且在f=20 GHz时，插损为1.54 dB；数量n=3根，在0.8 ～20 GHz内的平坦度约为1.18 dB，且在f=20 GHz时，插损为1.14 dB。数量n=4根，在0.8～20 GHz的的平坦度约为0.99 dB，且在f=20 GHz时，插损为0.99 dB。

综合以上3个仿真结果对比可以发现，金丝数量越多，传输特性越好，输出平坦度越高，但实际中结合产品成本因素的考虑，在满足产品指标的前提下，取金丝数量为2至3根为宜。

2.2 微带线跨接的缝隙间距对微带传输特性的影响

在仿真软件中建立了由键合线连接的微带线结构几何模型，如图4所示。

图4 键合线连接的微带线结构几何模型

上述仿真的模型结构中键合丝材质为金丝，采用介电常数为2.2的介质板材，板厚0.254 mm，金丝直径为25 μm，数量为2根，研究微带线跨接的缝隙间距d为0.2 mm、0.5 mm和0.8 mm时对微带线传输特性的影响，仿真结果如图5所示。

从上述仿真结果可以看出，缝隙间距对传输特性影响很大，并且随着信号频率的升高更加明显。在频率f=20 GHz时，d=0.2 mm时插损为0.5 dB，d=0.5 mm时插损为1.54 dB，d=0.8 mm时插损为2.37 dB。综合以上几组分析结果可以看出，微带线缝隙越大，输出损耗也越大，在实际使用中应尽量减小微带线缝隙间距。

2.3 小 结

通过对键合线结构模型的仿真分析，可以得出以下结论。

其他条件不变，在相同的微带线间距的条件下，金丝数量越多，传输特性越好，输出平坦度越高，且工作频率越高影响越大。

其他条件不变，在相同的微带线数量的条件下，微带线缝隙间距越小，传输特性越好，输出损耗也越小，且工作频率越高影响越大。

3 结 论

本文对于键合线传输结构的键合线数量和缝隙间距做了大量的仿真分析工作。通过模型分析、仿真验证和实际的测量可以得出最佳的金丝键合参数配置[6]。仿真结果显示，当其他条件不变时，键合线数量越多同时微带线缝隙间距越小时，信号衰减越小，传输性能越好。本文的仿真分析结果对于组件产品的设计和调试工作具有一定的指导和参考作用。