CN111640682B - 分离器件金丝键合过渡结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种分离器件金丝键合过渡结构，旨在提供一种结构紧凑、损耗低的分离器件金丝键合过渡结构。本发明通过下述技术方案予以实现：在多层介质板中部设置介质集成同轴体和圆阵分布在介质集成同轴体盘面外的外导体金属化过孔，在内导体金属化过孔上端连接一扇形金属盘，扇形金属盘通过扇柄尾端上的扇柄套环连接在内导体金属化过孔的内导体上，键合金丝的两条分支线通过扇面圆弧面上的两个键合球级联过渡连接到分离器件的键合点上，实现分离器件到介质集成同轴体的平滑过渡，并且介质集成同轴体盘面的外缘上刻蚀圆形缺口，扇面与多层介质板的上表面地形成平板电容特性，扇面通过边缘电容效应来抵消键合金丝金丝键合产生的寄生电感效应。

Description

分离器件金丝键合过渡结构
技术领域
本发明涉及雷达、电子设备和通信等领域中，一种分离器件金丝键合过渡结构。
技术背景
随着通信行业的快速发展，电子系统逐步朝着高密度、高速率、高可靠性、高性能和低成本等方向发展。随着集成电路的发展，对微波、毫米波功能模块的小型化、智能化、多功能化、高集成度的需求越来越高，传统的二维集成模块已经无法满足此需求，多芯片电路作为混合电路集成技术的三维集成模块的代表，可以在三维、多层介质基板中，采用微组装互连工艺将裸芯片及各种元器件设计成满足需求的微波集成电路。半导体封装管脚与内部芯片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。在微波多芯片电路技术中，常采用金丝键合技术来实现微带传输线、单片微波集成电路和集总式元器件之间的互连。引线键合是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架连接起来的过程。金线焊接工艺是引线键合工艺的一种。它是利用金线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。由于键合金丝的介质边界是开放式且结构呈弯曲状，随着工作频率的升高和金丝互连参数的变化，采用上述方法的精度也会受到影响。与数字电路中互连线不同的是，键合金丝的参数特性如数量、长度、拱高、跨距、焊点位置等都会微波传输特性产生严重的影响。尤其是在毫米波等高频段，键合金丝的寄生电感效应尤为明显。
目前，将各类分离器件(例如各种功能的芯片、陶瓷片、软基片等)通过金丝键合过渡到多层介质板表面，然后通过介质集成同轴过渡到多层介质板内部以实现其它功能(例如功率分配与合成、滤波等)，最后，将此多层介质板通过各类封装形式(例如塑封、金属封装等)进行封装是目前三维集成微波、毫米波功能模块的常用手段。因此，分离器件到介质集成同轴过渡的尺寸与性能直接影响整个微波、毫米波功能模块的集成度与性能优劣。
传统地，引线键合前，先从金属带材上截取引线框架材料(外引线)，用热压法将高纯半导体元件压在引线框架上所选好的位置，并用导电树脂如银浆料在引线框架表面涂上一层或在其局部镀上一层金；然后借助特殊的键合工具用金属丝将半导体元件(电路)与引线框架键合起来，键合后的电路进行保护性树脂封装。键合工具负责固定引线、传递压力和超声能量、拉弧等作用。球形焊线所使用的工具称为毛细管劈刀(capillary)，它是一种轴形对称的带有垂直方向孔的陶瓷工具。劈刀的尺寸影响引线键合质量和生产的稳定性，其形状对质量有重要影响。键合时劈刀压力过大会对焊盘有所损伤，如果压力过小则焊接效果的可靠性会受到影响。键合压力超声功率对键合质量和外观影响最大，因为它对键合球的变形起主导作用。过小的功率会导致过窄、未成形的键合或尾丝翘起；过大的功率导致根部断裂、键合塌陷或焊盘破裂。研究发现超声波的水平振动是导致焊盘破裂的最大原因。超声功率和键合力是相互关联的参数。增大超声功率通常需要增大键合力使超声能量通过键合工具更多的传递到键合点处，发现过大的键合力会阻碍键合工具的运动，抑制超声能量的传导，导致污染物和氧化物被推到了键合区域的中心，形成中心未键合区域。键合分离器件时，通常先通过金丝键合过渡到多层介质板表层微带线，然后表层微带线再过渡到介质集成同轴。此种方法有以下两个缺点：1、尺寸大，由于过渡包括两个部分，即分离器件到表层微带线的金丝键合过渡部分与表层微带线到介质集成同轴过渡部分。因此，其尺寸大，进而导致整个功能模块的集成度降低。2、性能差，由于整个过渡由两个过渡级联而成，因此其损耗为两个过渡的叠加，进而导致整个功能模块损耗的增加。设计难度大，整个设计时，需分别设计其内部两个级联过渡，然后再整体级联进行设计。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种结构紧凑、损耗低的分离器件金丝键合过渡结构。
本发明的上述目的及优点可以通过以下方案予以实现。一种分离器件金丝键合过渡结构，包括：设置在多层介质板1中部的介质集成同轴体2，固定在介质集成同轴体2中心的内导体金属化过孔3，围绕内导体金属化过孔3，圆阵分布在介质集成同轴体2盘面外的外导体金属化过孔4，其特征在于：内导体金属化过孔3上端连接有一扇形金属盘7，扇形金属盘7通过扇柄9尾端上的扇柄套环8连接在内导体金属化过孔3的内导体上，键合金丝11的两条分支线通过扇面10圆弧面上的两个键合球级联过渡连接到分离器件12的键合点上，实现分离器件12到介质集成同轴体2的平滑过渡，并且介质集成同轴体2盘面的外缘上刻蚀有圆形缺口6，扇面10与多层介质板1的上表面地5形成平板电容特性，扇面10通过边缘电容效应来抵消键合金丝11金丝键合产生的寄生电感效应。
本发明相比于现有技术有如下有益效果：
结构紧凑、设计简单。本发明将分离微波、毫米波器件(例如芯片、陶瓷片、软基片等)通过金丝键合直接连接插入多层介质板1的介质集成同轴体2的方式，直接过渡到介质集成同轴的过渡结构，使得分离器件12布线面积小，结构紧凑；相比分离器件先通过金丝键合过渡到多层介质板表层微带线，然后多层介质板表层微带线再过渡到介质集成同轴的方式，省去了多层介质板表层微带线部分，因此具有结构紧凑、损耗低、设计简单等优点。
损耗低。本发明通内导体金属化过孔3上端连接一扇形金属盘7，扇形金属盘7通过扇柄9尾端上的扇柄套环8连接在内导体金属化过孔3的内导体上，键合金丝11的两条分支线通过扇面10圆弧面上的两个键合球级联过渡连接到分离器件12的键合点上，实现分离器件12到介质集成同轴体2的平滑过渡，并且介质集成同轴体2盘面的外缘上刻蚀有圆形缺口，扇面10与多层介质板1的上表面地5形成平板电容特性，扇面10通过边缘电容效应来抵消键合金丝11金丝键合产生的寄生电感效应。通过计算结果明，采用这种方法来设计键合金丝损耗低，可以有效地改善分离器件多芯片电路的传输性能。
本发明出上述功能外，可适用于三维集成微波、三维集成模块和毫米波功能模块。
附图说明
图1为本发明介质集成同轴金丝键合过渡结构的三维透视图；
图2为图的俯视图。
图中：1为多层介质板，2为介质集成同轴，3为内导体金属化过孔，4为外导体金属化过孔，5为上表面地，6为圆形缺口，7为扇形金属盘，8为扇柄套环，9为扇柄，10为扇面，11为键合金丝，12为分离器件。
具体实施方式
参阅图1、图2。在以下描述的优选实施例中，一种分离器件金丝键合过渡结构，包括：设置在多层介质板1中部的介质集成同轴体2，固定在介质集成同轴体2中心的内导体金属化过孔3，围绕内导体金属化过孔3，圆阵分布在介质集成同轴体2盘面外的外导体金属化过孔4，其中：内导体金属化过孔3上端连接有一扇形金属盘7，扇形金属盘7通过扇柄9尾端上的扇柄套环8连接在内导体金属化过孔3的内导体上，键合金丝11的两条分支线通过扇面10圆弧面上的两个键合球级联过渡连接到分离器件12的拱高键合点上，实现分离器件12到介质集成同轴体2的平滑过渡，并且介质集成同轴体2盘面的外缘上刻蚀有圆形缺口6扇面10与多层介质板1的上表面地5形成平板电容特性，扇面10通过边缘电容效应来抵消键合金丝11金丝键合产生的寄生电感效应。
分离器件12通过键合金丝11两边的两个相邻的焊盘为接地焊盘。多层介质板1可以是混压印制板，也可以是高、低温共烧陶瓷等可以实现多层电路结构的电路板；介质集成同轴体2垂直于多层介质板1，其中，内导体金属化过孔3等效为其内导体，外导体金属化过孔4等效为其外导体，且金属化过孔4按圆形轨迹围绕在金属化过孔3周围。介质集成同轴2的特性阻抗可根据具体的应用合理设置；扇形金属盘7中的圆弧形扇面10是由顶点在圆心的角的两边和这两边所截一段圆弧围成的图形，圆弧形扇面10的弧形角度的弧度＝弧长/半径，弧长对应圆心角α,弦长为a,弧高为b,可根据具体的金丝长度直径等因素合理调整。扇柄套环8，扇柄9的具体尺寸可根据实际情况进行调整以达到整体过渡的匹配。
以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种分离器件金丝键合过渡结构，包括：设置在多层介质板(1)中部的介质集成同轴体(2)，固定在介质集成同轴体(2)中心的内导体金属化过孔(3)，围绕内导体金属化过孔(3)，圆阵分布在介质集成同轴体(2)盘面外的外导体金属化过孔(4)，其特征在于：内导体金属化过孔(3)上端连接有一扇形金属盘(7)，扇形金属盘(7)通过扇柄(9)尾端上的扇柄套环(8)连接在内导体金属化过孔(3)的内导体上，键合金丝(11)的两条分支线通过扇面(10)圆弧面上的两个键合球级联过渡连接到分离器件(12)的键合点上，实现分离器件(12)到介质集成同轴体(2)的平滑过渡，并且介质集成同轴体(2)盘面的外缘上刻蚀有圆形缺口(6)，扇面(10)与多层介质板(1)的上表面地(5)形成平板电容特性，扇面(10)通过边缘电容效应来抵消键合金丝(11)金丝键合产生的寄生电感效应。
2.如权利要求1所述的分离器件金丝键合过渡结构，其特征在于：多层介质板(1)是混压印制板，或高、低温共烧陶瓷实现的多层电路结构的电路板。
3.如权利要求1所述的分离器件金丝键合过渡结构，其特征在于：介质集成同轴体(2)垂直于多层介质板(1)，其中，内导体金属化过孔(3)等效为其内导体，外导体金属化过孔(4)等效为其外导体，且金属化过孔(4)按圆形轨迹围绕在金属化过孔(3)周围。
4.如权利要求1所述的分离器件金丝键合过渡结构，其特征在于：内导体金属化过孔(3)等效为其内导体，外导体金属化过孔(4)等效为其外导体，且金属化过孔(4)按圆形轨迹围绕在金属化过孔(3)周围。
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