微帶芯片匹配電路設計分析論文

１微帶芯片互聯失配的主要原因及補償方法

對兩條同寬度、間隙爲０．２ｍｍ的微帶線傳輸性能進行分析。在ＨＦＳＳ建立利用金絲鍵合實現兩微帶互聯的模型，通過仿真發現插入損耗和回波損耗隨着頻率的增加而增加，在頻率爲２５ＧＨｚ處插入損耗爲０．０７ｄＢ，回波損耗爲－１７．２ｄＢ；在３８ＧＨｚ處插入損耗爲０．２ｄＢ，回波損耗小於－１４．９ｄＢ。因此微波性能的惡化主要由微帶線寬度躍變引起。

１．１微帶線寬度躍變的補償方法針對於寬度躍變，ＲａｋｅｓｈＣｈａｄｈａ和Ｋ．Ｃ．Ｇｕｐｔａ提出了切角補償法，通過自窄邊向寬邊方向切去部分微帶線的方法對不連續性進行補償，如圖５（ａ）所示。利用Ｐ．Ｃ．Ｓｈａｒｍａ和Ｋ．Ｃ．Ｇｕｐｔａ提出的二維微波電路的反分割方法分析了切角θ爲３０°、４５°和６０°時的補償特性，結果表明θ＝６０°時，補償效果最佳。Ｍａｌｈｅｒｂｅ和Ｓｔｅｙｎ提出了邊緣漸變補償法，在寬度不同的傳輸線之間增加一段寬度漸變的傳輸線，使得兩條傳輸線的特徵阻抗連續變化，抵消不連續電容，如圖５（ｂ）所示。切角補償法幾何形狀簡單，但僅在一定的介電常數和阻抗比（即一定的微帶寬度比）範圍內有效，邊緣漸變補償法只針對於寬度躍變產生的電容效應進行了消除。在上述典型互聯結構中，兩種微帶線寬度很大，且互聯時還存在微帶線間隙的不連續性、金絲寄生效應等，這兩種補償方法無法到達理想的效果。

１．２改進的失配補償方法

微帶與芯片互聯後的阻抗可以表示爲Ｒ＋ｊＸ（Ｒ－ｊＸ），補償的目的則是將負載阻抗Ｒ＋ｊＸ（Ｒ－ｊＸ）變換爲５０Ω，實現阻抗匹配。微帶電路中阻抗匹配方式主要包括分立元件匹配和微帶匹配。在高頻端，尤其是毫米波頻段，分立元件寄生效應明顯，裝配時的焊錫流淌等對性能影響大且容易污染芯片，故採用微帶匹配。在微帶與芯片之間加一段高阻微帶線，實現微帶與芯片的匹配互聯。

２直接互聯與匹配互聯的仿真與測試

目前對微帶線不連續的'等效電路的討論均是在同一介質基板上，而在微帶芯片互聯的結構中，微帶線的尺寸跳變和間隙存在於不同介質基板上，等效電路中各元件的值發生變化，且由於微帶尺寸跳變、微帶間隙和鍵合金絲的相互影響，各元件值也不同於單獨的等效模型中元件值，解析方法複雜，通過仿真軟件分析其特性。在ＨＦＳＳ中建立微帶芯片直接互聯和匹配互聯的三維模型。ＧａＡｓ芯片選用長度爲１．６ｍｍ，厚度爲０．１０２ｍｍ的５０Ω直通芯片，其襯底的介電常數爲１２．９，５０Ω微帶線寬度爲０．０７３ｍｍ，芯片壓點面積約爲０．１ｍｍ×０．１ｍｍ。微帶基板選擇微波電路中常用的ＲｏｇｅｒｓＲＴ５８８０，厚度爲０．２５４ｍｍ的基板，其介電常數爲２．２，５０Ω微帶線寬度爲０．７６ｍｍ。用兩根直徑爲２５μｍ、跨度爲０．３５ｍｍ、拱高爲０．１ｍｍ的金絲鍵合在微帶與芯片之間，保證可靠互聯的同時實現良好的微波傳輸性能。由於無法建立簡單的匹配電路實現全頻帶內的匹配，對２５～３０ＧＨｚ內的匹配電路進行了設計，通過優化確定高阻微帶線的寬度爲０．３ｍｍ，長度爲３．３５ｍｍ。對直通微帶和加入高阻線的微帶進行加工並製作實物，如圖７所示，其中上側爲直接互聯，下側爲匹配互聯。在２５～３０ＧＨｚ頻率範圍內的仿真結果表明，匹配互聯回波損耗小於－２０ｄＢ，相對於直接互聯減小了９ｄＢ以上；插入損耗小於０．１ｄＢ，相對於直接互聯減小了０．４ｄＢ左右。實物測試結果插入損較大的原因是未減去接頭和微帶線的傳輸損耗。實測結果趨勢與仿真結果吻合，表明此補償方法是有效的。進一步的仿真可以發現，減小高阻微帶線的長度能實現更高頻率的匹配互聯，採用多枝節匹配方式能實現較寬帶匹配，但是匹配電路尺寸將會增加。

３結論

對微帶芯片互聯產生失配的機理進行了分析，分析了產生失配的主要原因。通過研究傳統的補償方法發現其不足，採用了高阻微帶線進行了互聯匹配設計的方案。對高阻微帶線的寬度和長度進行仿真優化並進行實物加工，表明合適的高阻微帶線寬度和長度能實現一定頻帶內的匹配。