应用于毫米波前端系统的超宽带垂直互连结构

本文针对LTCC 毫米波多层前端系统的垂直互连过渡结构进行研究。微带线到带状线的 垂直过渡结构广泛应用于LTCC 多层前端系统,其性能对于整个射频系统有重要影响。本文利用 HFSS 三维电磁场仿真软件建立了过渡结构的物理模型,并且完成了实物加工和测试工作。测试结 果和仿真结果较为吻合,在0-40GHz 频段范围内,微带线到带状线背靠背过渡结构的回波损耗均 低于-14dB,插入损耗均优于-0.8dB。上述结果表明,该过渡结构具有良好的宽带传输特性,可以 应用于LTCC 多层射频前端系统。     

粗细电缆低反射系数连接器机械加工的误差控制

粗细射频同轴电缆连接器机械加工的内、外导体的尺寸不可能与理论设计的完全一样,不可避免地存在机械加工误差,这将引起连接器的特性阻抗与理论设计值偏离,造成连接器的反射系数增加。为此,对用于射频同轴粗电缆SYV-50-17与射频同轴细电缆SYV-50-7连接的理论反射系数远小于0.3%的粗细射频同轴电缆连接器进行了相关分析。计算结果表明,连接器的内、外导体加工误差控制在±0.02mm以内,实现机械加工环节对反射系数贡献小于0.5%是可能的。     

汽车电子辐射抗扰度测试用带状线的研制

根据汽车电子电器组件的辐射抗扰度测试的要求,研制了一套带状线测试装置.利用仿真软件对带状线装置进行结构优化设计,分析了该带状线装置的场强分布.研制的带状线装置的特性阻抗为50 Ω,在300 kHz～400 MHz的频率范围内,电压驻波比(VSWR)小于1.25.当注入20W的信号功率时,带状线装置的测试区最大能产生200 V/m的电场强度.     

一种利用射频仿真软件优化键合线形的方法

半导体器件内键合线的线形复杂程度决定键合工序和调试工序的效率。以提高键合工序生产效率为目的,利用射频仿真软件对某成熟半导体器件内匹配线进行从手动键合向自动键合的优化。结合金丝球焊线形特点,进行研究方案设计,通过仿真和测试的方法,最终将手动键合丝形状优化为适合自动球焊键合机键合的线形。射频测试结果表明,优化前后器件的S参数测试结果一致性较好。该优化方案缩短了仿真周期,实现了器件生产从手动键合向自动键合转化,提高了生产效率,改善了器件的一致性,使该器件实现了调测阶段的免调试,满足了大批量生产要求。     

基于LTCC的Ka波段带通滤波器的设计

设计了一种基于低温共烧陶瓷技术带状线形式的Ka波段带通滤波器,该滤波器被埋入11层的基板中。提出一种类同轴结构来减小共面波导到带状线转换之间的阻抗不连续性。整个带状线滤波器采用了金属直通孔来实现接地和屏蔽功能。测试结果表明,滤波器中心频率为34.69GHz,带宽1.73GHz内最大插入损耗为-4.5dB,通带内回波损耗低于-13.45dB。该测试结果包含两个射频接头。整个滤波器尺寸为9.8mm×5mm×1.056mm。这种紧凑埋置式的结构和测试结果表明,该带状线滤波器适合于毫米波多芯片组件的应用。     

利用金属过渡层低温键合硅晶片

在Si/Si之间采用Ti/Au金属过渡层,实现了Si/Si低温键合,键合温度可低至414 ℃.采用拉伸强度测试对Si/Si键合结构的界面特性进行测试,结果表明,键合强度高于1.27MPa;I-V测试表明,Si/Ti/Au/Ti/Si键合界面基本为欧姆接触;X射线光电子能谱(XPS)测试结果进一步表明,界面主要为Si-Au共晶合金.不同温度的变温退火实验表明,键合温度越高,键合强度越大,且渐变退火有利于提高键合强度.     

利用金属过渡层低温键合硅晶片

在Si/Si之间采用Ti/Au金属过渡层,实现了Si/Si低温键合,键合温度可低至414 ℃.采用拉伸强度测试对Si/Si键合结构的界面特性进行测试,结果表明,键合强度高于1.27MPa;I-V测试表明,Si/Ti/Au/Ti/Si键合界面基本为欧姆接触;X射线光电子能谱(XPS)测试结果进一步表明,界面主要为Si-Au共晶合金.不同温度的变温退火实验表明,键合温度越高,键合强度越大,且渐变退火有利于提高键合强度.     

射频功率晶体管内匹配技术中键合线的建模仿真与参数提取

金属键合线互连是射频大功率晶体管内匹配技术中的关键手段.键合线的直径、长度、拱高和并列键合线间距等物　理参量,均对器件性能有很大影响.采用三维电磁仿真软件EMDS和射频电路设计软件ADS对金属键合线互连进行了建模　仿真和射频等效参数提取,分析了等效参数与键合线各物理参量之间的关系,针对具体的关系特点及内匹配技术中键合线...     

基于LGA工艺的D波段微带线－波导过渡结构

设计了一个工作于D波段的微带转波导结构。过渡结构由2部分组成,分别为微带－带状线过渡结构和带状线－波导过渡结构。相比传统的微带至波导结构,该结构无需额外的金属波导短路结构,减少了加工流程,直接和标准波导相连即可。仿真结果表明,在122~140 GHz范围内,反射系数小于-10 dB,最小插入损耗为1.85 dB。该过渡结构基于栅格阵列(LGA)封装工艺,能够直接与其他的芯片和无源器件进行集成和封装,对射频微系统的集成具有重要意义。     

Si/Glass激光键合的仿真及实验研究

对Si/Glass激光键合进行了有限元仿真,自主设计激光键合系统并进行了Si/Glass激光键合实验研究、测试与表征。以Si/Glass激光键合的二维传热解析模型为理论基础,应用有限元软件ANSYS仿真了激光功率20～48W时激光键合的三维温度场、键合熔融深度,并预测键合阈值功率为28 W。自主设计激光键合系统及实验方案,采用光斑直径150μm、功率30W的Nd:YAG连续激光实现了Si/Glass的良好激光键合。测试结果表明,激光键合强度最高为阳极键合的5.2倍,激光键合腔体气密性测试泄漏率平均值约9.29×10-9 Pa.m3/s,与阳极键合处于同一数量级。采用能谱分析(EDS)线扫描Si/Glass激光键合的界面材料成分,发现键合界面形成过渡层,激光功率30W时过渡层厚度9μm,与仿真结果吻合。     

射频同轴电缆特性阻抗测量方法的探讨

特性阻抗是设计和选用射频同轴电缆时很重要的电气参数。从工程应用出发,介绍几种在生产中常用的特性阻抗测量方法。经过实测比较后,特别推荐一种便捷、实效的通过测量单个连接器电压驻波比获得射频同轴电缆特性阻抗的方法。     

Characteristic Impedance Design Considerations for a High-Speed Superconducting Packaging System (Short Papers)

The characteristic impedance influences of superconducting packaging systems (in particular, Josephson packaging) on the degradation in transmitted signal rise time, amplitude distortions and crosstalk, signal propagation delay, and amplitude decay at the inductive and resistive connectors with matched capacitors are quantitatively evaluated by using the ASTAP computer simulation. The present choice of the characteristic impedance Z/sub 0/ = 10- 12 Omega for a superconducting stripline is inadequate. Higher impedances of Z/sub 0/=40-50 Omega are useful from the standpoint of noise performance improvement. At the same time, a higher impedance choice can make the ground connector numbers of each connector decrease, which is preferable for a large-scale packaging system.     

射频连接器与微带线组件焊接过渡段阻抗补偿研究

射频连接器与微带线组件常用于通信系统电路中,而组件焊接过渡段的阻抗不连续会使电路中的信号损耗增大.针对该问题,本文对射频连接器与微带线组件焊接过渡段进行研究,基于传输线理论,建立焊接过渡段的等效电路模型.讨论了焊接过渡段特征阻抗不连续的原因,同时提出了补偿优化方案.此外,通过电磁场与电路的联合仿真,提取出补偿前后等效电路模型的电参数,从等效电路模型的角度分析了补偿方案对组件过渡段复杂电磁特性的影响.有限元仿真分析与实验测试结果显示,补偿后组件的性能显著提高,证明了补偿方案有效可行.     

On the electromagnetic radiation of printed-circuit-board interconnections

Large ground and supply layers on interconnected boards represent a radiating antenna structure which may be efficiently excited at its resonances by small high-frequency potential differences. Such potential differences between the boards mainly originate from the inevitable inductive impedance of the signal-current return path in the connector, usually provided by ground pins. The presented modeling approach is based on an antenna transfer function for the global interconnecting structure and a partial-inductance equivalent circuit for the connector. As shown by the example of a motherboard-daughterboard structure, the model enables a systematic study of the radiation mechanism, depending on signal/ground-pin configuration, as well as geometrical and electrical parameters. In conjunction with SPICE simulations of the connector equivalent circuit, the signal driver and receiver dynamic characteristic can also be properly included. Validation is provided by full-wave simulation and measurement results.     

一种新型SMA型相位可调射频连接器的设计

为了满足相控阵技术对连接器件相位一致性的要求,文中提出了一种新型SMA 型相位可调射频连接器。通过调节连接器内导体和外导体的物理长度,实现整个电缆组件相位的连续可调。通过共面补偿优化设计以及对影响连接器电性能和相位特性指标的关键因素进行分析,设计了SMA 型相位可调连接器,并配接相位稳定射频同轴电缆加工了电缆组件。通过对实物进行测量,所设计的相位可调射频连接器在DC ~18 GHz 频率范围内,通过调节物理长度,相位可实现0°~15°的连续调节,测试的电压驻波比VSWR<1.3。所提出的SMA 型相位可调射频连接器结构简单,相位调节方便,可以有效解决电缆组件的相位一致性问题。电缆组件的测试结果与仿真结果具有较好的一致性,验证了设计的有效性。     

Tunable Impedance Transformer Using a Transmission Line With Variable Characteristic Impedance

This paper proposes a new structure for a tunable impedance transformer. The proposed transformer consists of a quarter-wavelength transmission line with variable characteristic impedance. The operating principle of the variable characteristic impedance is based on the use of parallel combinations of multiple transmission lines and by controlling the line connection with RF switches. Multiple switches are inserted at the in/out terminals of each transmission line. Since a parallel microstrip transmission line has a unique structure that involves a partially removed ground plane under the conductor line, it is possible to realize a high characteristic impedance line with a wide linewidth.     

基于缺陷地结构的三分支线定向耦合器设计

针对高特征阻抗微带传输线的线宽过窄难以加工实现以及器件耐功率性差的问题,提出了利用缺陷地结构(DGS)提高微带传输线特征阻抗的方法,在传统三分支线定向耦合器结构支节线下方接地平面设计蚀刻矩形DGS结构,实现高特征阻抗支节线,完成阻抗匹配,且实现了较大的工作带宽。采用电磁仿真软件进行建模仿真分析、参数优化并制作出实际电路进行测试验证,结果表明该定向耦合器在4.5~5.5 GHz频带内具有较低的插入损耗、较高的幅度和相位稳定度,性能良好,具有一定的实用价值。     

The flip-chip bump interconnection for millimeter-wave GaAs MMIC

The flip-chip bump interconnection structure has become popular for microwave and millimeter-wave package applications. This structure is expected to provide higher performance and a low cost packaging method. This paper presents the results of an evaluation of flip-chip assembled radio frequency (RF) devices. A coplaner transmission line type GaAs monolithic microwave integrated circuit (MMIC) was mounted on an aluminum oxide (Al₂O₃) substrate using the flip-chip thermal compression method. The electrical performance (S-parameter and noise figure) was measured and the reliability of the interconnection was tested. The changing rate of the characteristic impedance (Zo) of transmission line on bare-chip caused by bare-chip surface proximity to a substrate was simulated by finite element method (FEM) analysis. Flip-chip bonding conditions were fixed to keep the gap that less than 1% of Zo changing rate and sufficient bonding strength for reliability of interconnection. The DC characteristics of a 30 GHz, 60 GHz and 77 GHz band low noise amplifier (LNA) were the same before and after mounting, and the RF performance of the assembled MMIC was the same as the bare-chip without packaging. However, the influence of underfilling was observed. When epoxy resin was injected into the gap between the bare-chip and the substrate, the frequency band of the MMIC shifted to the low side. The reliability of the bump interconnection was excellent. The interconnection resistance did not change in a temperature cycle (-55°C to +125°C until 1500 cycle) test     

负载/源牵引自动测试系统中宽带接头的研制

随着科学技术和信息产业的发展,RF/微波半导体的需求迅速增加。人们十分关心器件参数的测量。基于负载/源牵引的微波自动测试系统能使用户在完全真实的情况下将已知的负载/源阻抗加到被测器件,从而找到被测器件参数的各种变化和最佳值。研制宽带传输性能较好的接头是设计自动测试系统的关键技术。首先用正切变换实现了从同轴线到平板线的转换,然后利用共面补偿原理设计了一个转换接头实现了从平板线到同轴线的转换。最后用CAD软件HFSS对该设计进行仿真,模拟计算接头在6GHz范围内驻波比小于1·08。     

DC-6 GHz宽带同轴电磁辐照实验装置的设计研究

由于传统TEM小室的频带宽度不能满足日益增长的宽频带需求,该文采用同轴结构设计了一个DC-6 GHz的宽带电磁辐照装置。该装置基于传输线理论和阻抗匹配原理,采用锥形过渡与圆同轴连接的结构,在端口处选用N型连接器,与腔体的连接实现了良好的阻抗匹配。利用CST仿真软件进行建模优化,最后对仿真结构进行加工与调试,仿真结果表明,该同轴电磁辐照装置在DC-6 GHz频率范围内S11均在–10 dB以下,由于加工的误差测试结果在个别频点稍有偏差,但趋势和仿真结果具有较好的一致性,吻合较好,证明该辐照装置具有良好的传输性能。该文设计的同轴腔在电磁辐照系统中具有很好的应用价值。