一种用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构的制作方法

本发明涉及毫米波及太赫兹频段芯片封装，具体为一种用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构。

背景技术：

随着微波频段频谱资源的利用和开发，各种电子系统的工作频率已经从微波频段扩展到了毫米波及太赫兹频段。与微波相比，毫米波及太赫兹波具有波长短、频带宽、信息容量大等优势，毫米波及太赫兹波技术被广泛应用于通信、雷达、电子对抗、精确制导、生物医疗等领域。

在毫米波及太赫兹频段，放大器能够放大毫米波及太赫兹频段的信号，是该频段收发系统的关键器件。功放mmic(microwavemonolithicintegratedcircuit，微波单片集成电路)将直流功率转化为输出的射频功率，同时也提高了系统的集成度。一般来说，在毫米波及太赫兹频段的功放其效率大多在20％左右，其余大部分能量以热能的形式损耗掉。如果功放芯片工作时产生是热量不能及时的散出去，可能导致芯片工作不稳定，甚至烧毁芯片。所以，在进行系统设计时，必须考虑mmic放大器芯片的散热问题。

微带线作为微波集成电路中最广泛使用的传输线，具有设计简单、成本低廉、便于平面集成等优点，也一直沿用到毫米波及太赫兹频段。mmic芯片的输入输出一般为gsgpad结构，方便进行在片测试。gsg(groundsignalground，地-信号-地)pad(引脚)结构本质上相当于一段很短的共面波导，中间的主线也可以作为微带线使用。当mmic芯片与微带线互连时，通常是在微带线与芯片输入、输出微带之间键合金丝来实现互连，而芯片输入输出gsg结构的接地pad通常被忽略使用。

微带线作为双导体传输线，其传输性能必须依赖于地平面的完整性。当地平面不完整或者存在缺陷时，会对传输性能造成影响。这样的缺陷可以被用来设计各种谐振器或者滤波器，即所谓的缺陷地结构dgs(defectedgroundstructure)。当这样的缺陷不被期望时，就可能对微带线的传输性能造成极大影响。

在微波、毫米波及太赫兹频段mmic功放模块的设计中，常常会引入载体对芯片散热。引入载体主要有以下几个目的：一是载体具有比较高的导热系数，能对芯片进行良好的散热；而是载体的热膨胀系数与功放芯片的热膨胀系数比较接近，防止芯片在热胀冷缩的过程中被腔体拉裂；三是通过设计合适的载体厚度对芯片垫高，使得芯片的上表面于pcb的上表面基本持平。但载体的引入不可避免会在载体和腔体之间会形成一个缝隙，该缝隙会切断传统的微带金丝互连结构的地平面电流。在微波频段，由于工作波长远比缝隙深度长，缝隙深度对微带金丝键合的影响不明显。但是到了毫米波及太赫兹频段，工作波长和缝隙的深度相比拟，缝隙的存在会引起带内谐振，从而对传输性能造成严重恶化。

技术实现要素：

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构。

本发明的技术方案是：一种用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构，包括毫米波功放芯片、散热载体和pcb共面波导，所述毫米波功放芯片共晶烧结到散热载体上，所述散热载体嵌入到腔体结构中，所述毫米波功放芯片的gsgpad与pcb共面波导之间通过类共面波导金丝键合互连结构进行互连。

进一步地，所述毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线与pcb共面波导的信号主线通过金丝键合连接，毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线分别与pcb共面波导的两个地线通过金丝键合连接，构成类共面波导金丝键合互连结构。

进一步地，还包括微带到共面波导的转换结构，所述转换结构将pcb上的微带线主线转换为pcb共面波导。

进一步地，当两级功放芯片级联时，前级毫米波功放芯片的gsgpad与后级毫米波功放芯片的gsgpad之间通过类共面波导金丝键合互连结构进行互连。

进一步地，所述前级毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线与后级毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线通过金丝键合连接，前级毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线分别与后级毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线通过金丝键合连接，构成类共面波导金丝键合互连结构。

本发明的有益效果是：本发明通过在毫米波功放芯片的gsgpad与pcb共面波导之间设置类共面波导金丝键合互连结构进行互连，使得毫米波功放芯片的传输性能不再依赖于地平面的完整性，克服了地平面缺陷对传输性能的影响，并且与传统的印刷电路和金丝键合工艺兼容，具有结构简单、易于实现等优点，在毫米波及太赫兹频段有源器件与无源器件的互连设计中具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构的俯视图；

图2为本发明的用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构的侧视图；

图3为本发明实施例中两级功放芯片级联时的用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，为本发明的用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构的俯视图和侧视图。一种用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构，包括毫米波功放芯片、散热载体和pcb共面波导，所述毫米波功放芯片共晶烧结到散热载体上，所述散热载体嵌入到腔体结构中，所述毫米波功放芯片的gsgpad与pcb共面波导之间通过类共面波导金丝键合互连结构进行互连。

实施例1

本发明的用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构在与毫米波功放芯片输入输出相连的pcb上采用共面波导传输线，使得信号电流与地回路电流处于同一平面，实现毫米波功放芯片的输入与输出。

由于在散热载体和腔体之间不可避免会形成一个缝隙，该缝隙的深度约为载体的厚度；对传统的微带金丝键合结构来说，该缝隙的存在切断了地平面电流回路，在毫米波及太赫兹频段引起带内谐振，影响传输性能；因此，本发明通过设置类共面波导金丝键合互连结构，将毫米波功放芯片的gsgpad与pcb共面波导之间互连，从而实现信号的优良传输，解决因载体的引入造成地平面缺陷切断传统的微带金丝互连结构的地平面电流，引起带内谐振，对传输性能造成严重恶化的问题。

上述类共面波导金丝键合互连结构具体为：毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线与pcb共面波导的信号主线通过金丝键合连接，毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线分别与pcb共面波导的两个地线通过金丝键合连接，构成类共面波导金丝键合互连结构；类共面波导金丝键合互连结构具有完整的地电流回路，其传输性能不再依赖于地平面的完整性，可以克服地平面缺陷对传输性能的影响，并且与传统的印刷电路和金丝键合工艺兼容。

实施例2

本发明的类共面波导金丝键合互连结构采用金丝键合连接形式形成类似于共面波导的传输线形式，在金丝键合的两端为共面波导形式。

在毫米波功放芯片输入输出附近的pcb上需要共面波导传输线，在远离芯片的无源电路设计时可以根据需要采用微带形式，本发明利用一个微带到共面波导的转换结构，将pcb上的微带线主线转换为pcb共面波导。这里微带到共面波导的转换结构可以采用本领域中实现该功能的常用转换结构，本发明不做赘述。

本发明的pcb共面波导与毫米波功放芯片的gsgpad之间通过上述类共面波导金丝键合互连结构进行互连，类共面波导金丝键合互连结构具体为：毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线与pcb共面波导的信号主线通过金丝键合连接，毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线分别与pcb共面波导的两个地线通过金丝键合连接，构成类共面波导金丝键合互连结构；类共面波导金丝键合互连结构具有完整的地电流回路，其传输性能不再依赖于地平面的完整性，可以克服地平面缺陷对传输性能的影响，并且与传统的印刷电路和金丝键合工艺兼容。

实施例3

如图3所示，为本发明实施例中两级功放芯片级联时的用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构的俯视图。本发明在当两级毫米波功放芯片级联时，在无前后干扰的前提下，可以直接采用类共面波导金丝键合互连结构连接毫米波功放芯片，即采用类共面波导金丝键合互连结构连接前级毫米波功放芯片的输出gsgpad结构与后级毫米波功放芯片的输入gsgpad结构，实现毫米波功放芯片的芯片间互连，从而消除芯片间pcb带来的级间互连损耗。

上述类共面波导金丝键合互连结构具体为：前级毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线与后级毫米波功放芯片的gsgpad的主信号线通过金丝键合连接，前级毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线分别与后级毫米波功放芯片的gsgpad的两个地线通过金丝键合连接，构成类共面波导金丝键合互连结构；类共面波导金丝键合互连结构具有完整的地电流回路，其传输性能不再依赖于地平面的完整性，可以克服地平面缺陷对传输性能的影响，并且与传统的印刷电路和金丝键合工艺兼容。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。