本發(fā)明涉及微波器件建模，特別是涉及一種應(yīng)用于倒裝集成的微波器件模型建模方法。

背景技術(shù)：

1、倒裝芯片集成是通過(guò)球凸點(diǎn)或者銅柱凸點(diǎn)等方式直接將芯片正面焊盤(pán)互連到轉(zhuǎn)接板、基板或者電路板等金屬焊盤(pán)層上實(shí)現(xiàn)輸入/輸出互連的一種芯片集成封裝方式。與傳統(tǒng)芯片背面粘接且在芯片正面焊盤(pán)用引線(xiàn)鍵合互連的正貼集成相比，它的顯著區(qū)別是芯片正面與載板是以面對(duì)面形式，并用球凸點(diǎn)或銅柱凸點(diǎn)代替引線(xiàn)鍵合互連，故也稱(chēng)為倒裝芯片鍵合(flip?chipbonding)。倒裝芯片集成以其低損耗、高集成度、高可靠性等性能優(yōu)勢(shì)正逐漸成為單片微波集成電路(mmic)高效互連集成封裝的重要方式之一。

2、倒裝芯片集成改變了傳統(tǒng)引線(xiàn)鍵合正貼集成形式，其微波芯片電路表面的電磁場(chǎng)分布將受限于倒裝后形成的空氣或介質(zhì)腔(介質(zhì)填充)形貌及邊界，并不同于芯片正貼時(shí)相對(duì)開(kāi)放的空氣腔環(huán)境(正貼時(shí)的腔高度通常數(shù)倍于襯底厚度，而倒裝的腔高度與襯底厚度相當(dāng)或更小)下的電磁場(chǎng)分布，故微波芯片中元器件的特性阻抗、寄生參數(shù)等特性會(huì)因倒裝集成而發(fā)生改變，進(jìn)而引起一定的頻帶偏移，最終影響微波電路射頻性能。因此，為了實(shí)現(xiàn)高精度的應(yīng)用于倒裝集成的微波芯片電路設(shè)計(jì)仿真與優(yōu)化，需要對(duì)倒裝芯片的元器件進(jìn)行有針對(duì)性的建模。

3、倒裝芯片集成的工藝制作雖已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，但針對(duì)倒裝的微波器件的模型建模方法目前鮮有報(bào)道。因此，為適應(yīng)微波倒裝芯片集成工藝技術(shù)發(fā)展要求，及滿(mǎn)足倒裝芯片電路高精度仿真設(shè)計(jì)與優(yōu)化需要，急需研究應(yīng)用于倒裝集成的微波器件模型建模方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)應(yīng)用于倒裝集成的芯片電路仿真設(shè)計(jì)缺乏專(zhuān)門(mén)的倒裝器件高精度模型問(wèn)題，且用傳統(tǒng)正貼器件模型仿真設(shè)計(jì)易出現(xiàn)頻帶偏移等特性差異的問(wèn)題，提出一種應(yīng)用于倒裝集成的微波器件模型建模方法，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便高效準(zhǔn)確的倒裝器件模型建模。

2、本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于倒裝集成的微波器件模型建模方法，其包括：

3、步驟1：在微波器件裸片表面設(shè)計(jì)制作出焊盤(pán)，以及用于在片探針測(cè)試的輸入輸出結(jié)構(gòu)；

4、步驟2：將球凸點(diǎn)附著在所述焊盤(pán)上，并在球凸點(diǎn)頂部焊接金屬或介質(zhì)蓋板，覆蓋整個(gè)器件的有效區(qū)域，模擬倒裝的微波器件的工作環(huán)境，獲得應(yīng)用于倒裝集成的微波器件的待測(cè)件；

5、步驟3：在片探針測(cè)試所述待測(cè)件，獲取該倒裝的微波器件的直流及射頻特性；

6、步驟4：設(shè)計(jì)去嵌結(jié)構(gòu)并仿真射頻特性，對(duì)倒裝的微波器件的射頻特性進(jìn)行去嵌處理；

7、步驟5：基于等效電路模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立同時(shí)包含集總和分布網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的器件模型，并將該倒裝的微波器件模型的仿真數(shù)據(jù)與步驟3和步驟4得到的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證倒裝的微波器件模型的準(zhǔn)確性。

8、進(jìn)一步地，所述步驟1包括：

9、所述輸入輸出結(jié)構(gòu)為具有“地-信號(hào)-地”(gsg)焊盤(pán)和連接線(xiàn)的傳輸結(jié)構(gòu)，并與器件的輸入輸出端口連接，構(gòu)成在片探針測(cè)試結(jié)構(gòu)；在襯底上設(shè)計(jì)功率管芯晶體管微波器件；連接線(xiàn)為微帶傳輸線(xiàn)；接地背孔位于接地焊盤(pán)下，背孔高度與襯底厚度一致，并分布于輸入輸出端連接線(xiàn)兩邊；襯底的背面為整面背金層，與背孔連接并接地。

10、進(jìn)一步地，焊盤(pán)中焊接凸點(diǎn)的焊盤(pán)尺寸與凸點(diǎn)直徑相當(dāng)，分別位于器件上下兩側(cè)，各分布多個(gè)大小一致的凸點(diǎn)焊盤(pán)，并與器件中心間隔預(yù)設(shè)距離，該焊盤(pán)與器件的輸入輸出傳輸線(xiàn)需保持間隔，以減少凸點(diǎn)的傳輸寄生耦合效應(yīng)，同時(shí)在每個(gè)凸點(diǎn)焊盤(pán)邊緣設(shè)計(jì)背孔結(jié)構(gòu)與其連接。

11、進(jìn)一步地，所述步驟2包括：

12、采用金絲超聲熱壓鍵合工藝，在用于植球的焊盤(pán)上分別植多個(gè)金球凸點(diǎn)，控制超聲功率、壓力、電流及時(shí)間，確保所值各金球直徑和高度一致，采用超聲熱壓焊在金球頂部焊接金屬蓋板或介質(zhì)蓋板，金屬蓋板或介質(zhì)蓋板的尺寸能覆蓋晶體管器件尺寸面積，以保證晶體管的工作狀態(tài)與真實(shí)的倒裝的器件集成電磁環(huán)境一致；在基板表面帶有焊盤(pán)用于凸點(diǎn)焊接，用以模擬倒裝的器件工作時(shí)真實(shí)的空腔電磁環(huán)境。

13、進(jìn)一步地，所述步驟3包括：

14、采用在片測(cè)試臺(tái)，在片探針測(cè)試電流-電壓曲線(xiàn)；測(cè)量多偏置小信號(hào)散射參數(shù)特性，電壓偏置與iv曲線(xiàn)掃描偏置點(diǎn)一致；源極和漏極負(fù)載牽引，分別設(shè)置工作頻點(diǎn)和飽和工作狀態(tài)的輸入功率，分別牽引器件最大輸出功率，最大功率附加效率，掃描該倒裝的微波器件的射頻特性，包括等功率和等效率圓圖以及諧波失真特性。

15、進(jìn)一步地，所述步驟4包括：

16、采用電磁仿真軟件設(shè)計(jì)去嵌結(jié)構(gòu)，對(duì)開(kāi)路和短路的去嵌結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁仿真模擬；該開(kāi)路和短路的去嵌結(jié)構(gòu)同樣包含了凸點(diǎn)和蓋板，模擬應(yīng)用在倒裝集成環(huán)境的開(kāi)路和短路射頻特性。

17、進(jìn)一步地，所述步驟4包括：

18、將待測(cè)件測(cè)量的s參數(shù)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)納參數(shù)(y參數(shù))，并在電磁仿真軟件中建立開(kāi)路和短路的去嵌結(jié)構(gòu)，電磁仿真模擬開(kāi)路和短路結(jié)構(gòu)的s參數(shù)特性，獲得開(kāi)路結(jié)構(gòu)s參數(shù)和短路結(jié)構(gòu)s參數(shù)，并分別轉(zhuǎn)換為y參數(shù)，y參數(shù)包括開(kāi)路導(dǎo)納參數(shù)和短路導(dǎo)納參數(shù)；首先，去除探針焊盤(pán)的電容效應(yīng)，即去除yopen后的開(kāi)路導(dǎo)納參數(shù)等于待測(cè)件的導(dǎo)納參數(shù)減去yopen，ym_open＝y(tǒng)m-yopen，并將計(jì)算結(jié)果ym_open轉(zhuǎn)換為阻抗參數(shù)，即z參數(shù)；其中，yopen和yshort分別為開(kāi)路導(dǎo)納參數(shù)和短路導(dǎo)納參數(shù)；ym_open為去除yopen后的開(kāi)路導(dǎo)納參數(shù)；ym為待測(cè)件的導(dǎo)納參數(shù)；zm_open為阻抗參數(shù)；

19、其次，去除短路結(jié)構(gòu)的電容效應(yīng)，即去除yopen后的短路結(jié)構(gòu)導(dǎo)納參數(shù)yshort_open＝y(tǒng)short-yopen，并將計(jì)算結(jié)果yshort_open轉(zhuǎn)換為z參數(shù)，該z參數(shù)記為zm_short_open；隨即扣除待測(cè)件的電阻和電感效應(yīng)，獲得阻抗參數(shù)zd＝zm_open-zm_short_open；最后，將zd轉(zhuǎn)換為s參數(shù)，即得到待測(cè)件去嵌后的s參數(shù)測(cè)試結(jié)果。

20、進(jìn)一步地，為利用開(kāi)路和短路去嵌結(jié)構(gòu)的射頻s參數(shù)特性，獲得去嵌后的倒裝的微波器件最佳源阻抗，以實(shí)現(xiàn)去嵌測(cè)試焊盤(pán)及連接線(xiàn)的影響，獲得倒裝的微波器件本身的性能。

21、進(jìn)一步地，所述步驟5包括：

22、根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和等效電路模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用模型參數(shù)提取方法，確定倒裝的微波器件模型中各元件參數(shù)值；

23、對(duì)建立的倒裝的微波器件模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，對(duì)比測(cè)試與仿真結(jié)果的擬合精度，完成模型仿真驗(yàn)證；性能包括直流iv曲線(xiàn)、小信號(hào)s參數(shù)、噪聲參數(shù)、大信號(hào)輸出功率及交調(diào)特性。

24、進(jìn)一步地，所述等效電路模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含柵極g、漏極d和源極s三個(gè)端口，以及外部寄生參數(shù)網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，寄生參數(shù)網(wǎng)絡(luò)描述器件與襯底、倒裝空氣腔或介質(zhì)腔的寄生耦合效應(yīng)，由集總參數(shù)和分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)共同組成；集總參數(shù)包括寄生電容元件cp1、寄生電容元件cp2和寄生電容元件cp12，寄生電阻元件r1，寄生電阻元件r2和寄生電阻元件r3，分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)包括傳輸線(xiàn)line1、傳輸線(xiàn)line2和傳輸線(xiàn)line3；本征參數(shù)包括柵結(jié)電容c1、柵結(jié)電容c2和漏源電容c3，柵二極管d1和d2，溝道非線(xiàn)性電流源i1；

25、柵極g通過(guò)寄生電阻元件r1依次與傳輸線(xiàn)line1、柵結(jié)電容c2、傳輸線(xiàn)line2、寄生電阻元件r2與漏極d連接；源極s通過(guò)寄生電阻元件r3與傳輸線(xiàn)line3連接；柵二極管d1與柵結(jié)電容c1并聯(lián)連接，柵結(jié)電容c1的一端與傳輸線(xiàn)line3連接，另一端與柵結(jié)電容c2的一端連接；溝道非線(xiàn)性電流源i1與柵結(jié)電容c3并聯(lián)連接，柵結(jié)電容c3的一端與傳輸線(xiàn)line3連接，另一端與柵結(jié)電容c2的另一端連接；柵二極管d2與柵結(jié)電容c2并聯(lián)連接；寄生電容元件cp1、寄生電容元件cp2和寄生電容元件cp12依次連接；寄生電容元件cp1與寄生電容元件cp2的公共端與柵極g和寄生電阻元件r1的公共端相同；寄生電容元件cp1和寄生電容元件cp2的公共端與柵極s和寄生電阻元件r3的公共端相同；寄生電容元件cp2和寄生電容元件cp12的公共端與柵極d和寄生電阻元件r2的公共端相同。

26、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

27、1)本發(fā)明直接在微波器件裸片上植球和焊蓋層，模擬真實(shí)倒裝的微波器件的工作環(huán)境，無(wú)需額外在其他載板上制作倒裝器件，建模待測(cè)件制作簡(jiǎn)便，容易獲取。

28、2)本發(fā)明的待測(cè)件可直接在片探針測(cè)試和去嵌處理，無(wú)需引入額外倒裝芯片載板及相應(yīng)去嵌結(jié)構(gòu)的射頻特性，易于獲得高精度的在片測(cè)試數(shù)據(jù)，去嵌誤差更小。

29、3)本發(fā)明同時(shí)采用集總和分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)描述倒裝的微波器件的寄生耦合效應(yīng)，相比傳統(tǒng)的集總等效電路，更具物理意義，模型精度更高。

30、4)本發(fā)明基于在微波器件裸片上植球和焊蓋的建模方法，可用于不同工藝的倒裝芯片的模型建模，適用面廣，能夠滿(mǎn)足根據(jù)不同倒裝芯片集成工藝需求，修改模型參數(shù)但不更改模型建模方法的要求。