本發(fā)明涉及寄生參數(shù)測試提取方法，具體涉及鍵合線寄生參數(shù)測試提取方法。

背景技術(shù)：

隨著RFIC設(shè)計技術(shù)、工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能從單一單元功能模塊電路逐步向單片接收機(jī)、發(fā)射機(jī)方面發(fā)展，從單一頻點到寬帶、超寬帶應(yīng)用。對于RFIC的測試，在國內(nèi)實驗室環(huán)境條件下，工作頻率為6GHz以內(nèi)頻段有較成熟的封裝和測試方案，但在6GHz以上頻率，封裝及CoB鍵合線對電路的射頻參數(shù)的影響越來越大。通過對器件射頻輸入的仿真分析及測試積累，發(fā)現(xiàn)如果這些關(guān)鍵端口的寄生電感達(dá)到nH級或者寄生電容達(dá)到pF級，將會使端口的回波損耗惡化，嚴(yán)重影響模擬輸入信號質(zhì)量。而鍵合線不可避免的引入較大的寄生電感以及寄生電容，對準(zhǔn)確測試評估造成較大影響。因此，在6GHz以上頻段，必須考慮將鍵合線的寄生參數(shù)盡量精確測試出來，并將寄生參數(shù)補償?shù)綔y試中。在測試中采用何種方法來提取消除鍵合線寄生參數(shù)在目前仍是需要重點研究的課題。

通常情況下分析消除鍵合線寄生參數(shù)的方法是利用3D電磁場仿真軟件對鍵合線與芯片進(jìn)行聯(lián)合仿真，提前驗證鍵合線對芯片測試結(jié)果的影響，仿真過程中需要設(shè)置鍵合線的參數(shù)，其中有半徑，導(dǎo)電率，起點位置與終點位置以及鍵合線的弧度。3D電磁場仿真能夠快速地計算各種射頻、微波部件的電磁特性，得到S參數(shù)、傳導(dǎo)特性、高功率擊穿特性。

現(xiàn)有技術(shù)對寄生參數(shù)的測試普遍采用仿真方式，將需要進(jìn)行仿真設(shè)計的鍵合線及PCB文件導(dǎo)入ADS環(huán)境中，進(jìn)行層次定義，并根據(jù)射頻傳輸線阻抗和板層材料進(jìn)行板層參數(shù)設(shè)置及鍵合線參數(shù)設(shè)置，完成參考地及PORT定義后，直接進(jìn)行鍵合線及PCB聯(lián)合仿真，再將仿真結(jié)果帶入PCB進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，形成CoB測試評估板，再作測試驗證。但在現(xiàn)有的技術(shù)方案中，由于鍵合線的特性參數(shù)的計算基礎(chǔ)都是建立在理論模型基礎(chǔ)上的，只能在理想環(huán)境下優(yōu)化部件的性能特征，并進(jìn)行容差分析。以此形成的仿真數(shù)據(jù)不能真實準(zhǔn)確地體現(xiàn)芯片測試外部環(huán)境影響，在進(jìn)行6GHz以內(nèi)頻段的射頻芯片CoB評估板性能測試時影響不大，但針對6GHz以上頻段RFIC性能測試時，理想環(huán)境下仿真得到的寄生參數(shù)會造成測試與設(shè)計仿真的誤差很大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種使用微波探針臺為測試驗證平臺的鍵合線寄生參數(shù)測試提取方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種鍵合線寄生參數(shù)測試提取方法,其特征在于：包括如下步驟：

第一、制作PCB板一和PCB板二；所述PCB板一上設(shè)置有50Ω傳輸線一；所述PCB板二上設(shè)置有50Ω傳輸線二和地線，在50Ω傳輸線二的右端附近放置被測器件；采用鍵合工藝用鍵合線將被測器件的射頻輸出端與50Ω傳輸線二的右端連接，分別用鍵合線二、三將射頻輸出端兩旁的接地端與PCB板二的地線連接；

第二、校準(zhǔn)微波探針測試系統(tǒng)：利用校準(zhǔn)基片和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對微波探針測試臺進(jìn)行校準(zhǔn)；

第三、測試S參數(shù)：

將PCB板二以抽真空方式吸附在微波探針臺上，用微波探針測試臺測試已連接鍵合線的射頻輸出端的S參數(shù)；

分別測試50Ω傳輸線一的左、右兩端的S參數(shù)；

第四、將測試點轉(zhuǎn)換為面單元結(jié)構(gòu)：

在50Ω傳輸線二的左端取端口測試點三，在50Ω傳輸線一的左端取端口測試點一，將端口測試點一和端口測試點三設(shè)置為同一垂直平面上的參考點，其所在的平面為測試參考平面；

在50Ω傳輸線二的右端取端口測試點四，該端口測試點四為被測器件的射頻輸出端與50Ω傳輸線二的鍵合點，在50Ω傳輸線一的右端取端口測試點二，端口測試點二和端口測試點四為同一垂直平面上的點，其所在的平面為測試平面一；

再在被測器件上取測試點五，該測試點五為被測器件的射頻輸出端與50Ω傳輸線二的鍵合點，測試點五所在的平面為測試平面二，測試平面二與測試平面一平行；

將測試參考平面、測試平面一和測試平面二對應(yīng)表示即為面單元結(jié)構(gòu)；

第五、得到鍵合線的S參數(shù)

其中，S_11Δ為端口測試點四的反射系數(shù)，S_22Δ為測試點五的反射系數(shù)，S_12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數(shù)，S_21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數(shù)；S_11A為端口測試點一的反射系數(shù)，S_22A為端口測試點二的反射系數(shù)，S_12A為端口測試點二到端口測試點一的反向傳輸系數(shù)，S_21A為端口測試點一到端口測試點二的正向傳輸系數(shù)；S_11B為端口測試點三的反射系數(shù)，S_22B為測試點五的反射系數(shù)，S_12B為測試點五到端口測試點三的反向傳輸系數(shù)，S_21B為端口測試點三到測試點五的正向傳輸系數(shù)；

第六、測試驗證

將PCB板二連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，在整理測試數(shù)據(jù)時：

如果PCB板二上的被測器件為接收機(jī)，將端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數(shù)S_21Δ代入到測試數(shù)據(jù)中，對PCB板二的正向傳輸系數(shù)進(jìn)行計算補償，得到PCB板二上被測器件的實際增益或衰減P；計算公式為：

P＝P_T21-(S_21Δ/2)

其中，P_T21為PCB板二用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的PCB板二的正向傳輸系數(shù)值，S_21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數(shù)；

如果PCB板二上的被測器件為發(fā)射機(jī)，將測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數(shù)S_12Δ代入到測試數(shù)據(jù)中，對PCB板二的反向傳輸系數(shù)進(jìn)行計算補償，得到PCB板二上被測器件的實際增益或衰減P；計算公式如公式：

P＝P_T12-(S_12Δ/2)

其中，P_T12為PCB板二用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的PCB板二的反向傳輸系數(shù)值，S_12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數(shù)。

本發(fā)明通過設(shè)計加工PCB板一和PCB板二，配合微波探針測試系統(tǒng)進(jìn)行端口S參數(shù)測試。再將實物測試結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為面單元結(jié)構(gòu)，把測試得出的S參數(shù)帶入面單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)的T型參數(shù)公式，推導(dǎo)換算得出鍵合線的端口S參數(shù)。通過測試驗證鍵合線在PCB性能測試中的寄生影響，并將鍵合線的寄生衰減值代入到測試數(shù)據(jù)中進(jìn)行計算補償，經(jīng)過補償后的測試結(jié)果消除了鍵合線寄生參數(shù)影響，測試結(jié)果更接近電路真實性能。

本發(fā)明測試提取的鍵合線及PCB寄生參數(shù)是在實際環(huán)境下通過精確測量所得，測試結(jié)果真實可靠，既有理論依據(jù)作為支撐，又將實際環(huán)境影響考慮其中，極大地提高了微波器件設(shè)計依據(jù)及測試精度。微波探針臺具備-65℃～200℃的溫度環(huán)境，在此基礎(chǔ)上還可以對鍵合線在高低溫環(huán)境下的寄生參數(shù)進(jìn)行提取，應(yīng)用環(huán)境廣泛。

本發(fā)明所述的鍵合線寄生參數(shù)測試提取方法的有益效果是：本發(fā)明提出了一種基于6GHz以上頻段RFIC CoB板上連接鍵合線的高頻信號傳輸線特征參數(shù)測試提取方法，測試提取的鍵合線及PCB寄生參數(shù)是在實際環(huán)境下通過精確測量所得，測試結(jié)果真實可靠，既有理論依據(jù)作為支撐，又將實際環(huán)境影響考慮其中，極大地提高了微波器件設(shè)計依據(jù)及測試精度，測試結(jié)果消除了鍵合線寄生參數(shù)影響，測試結(jié)果更接近電路真實性能，應(yīng)用環(huán)境廣泛，可應(yīng)用到RFIC性能測試中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的鍵合線寄生參數(shù)測試提取方法流程框圖。

圖2a是利用校準(zhǔn)基片進(jìn)行直通校準(zhǔn)測試圖。

圖2b是利用校準(zhǔn)基片進(jìn)行開路校準(zhǔn)測試圖。

圖2c是利用校準(zhǔn)基片進(jìn)行負(fù)載校準(zhǔn)測試圖。

圖2d是利用校準(zhǔn)基片進(jìn)行短路校準(zhǔn)測試圖。

圖3是S參數(shù)測試結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是鍵合線Port面單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)入、出射波示意圖。

圖6是計算得出鍵合線的輸入阻抗、反射參量等相關(guān)參數(shù)及繪制鍵合線寄生效應(yīng)等效電路圖。

圖7a是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板傳統(tǒng)測試方法的增益測試曲線。

圖7b是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板本發(fā)明方法的增益測試曲線。

圖8a是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板傳統(tǒng)測試方法的噪聲系數(shù)測試曲線。

圖8b是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板本發(fā)明方法的噪聲系數(shù)測試曲線。

具體實施方式

參見圖1至圖5，一種鍵合線寄生參數(shù)測試提取方法,其特征在于：包括如下步驟：

第一、制作PCB板一和PCB板二；所述PCB板一上設(shè)置有50Ω傳輸線一；所述PCB板二上設(shè)置有50Ω傳輸線二和地線，在50Ω傳輸線二的右端附近放置被測器件；采用鍵合工藝用鍵合線將被測器件的射頻輸出端與50Ω傳輸線二的右端連接，分別用鍵合線二、三將射頻輸出端兩旁的接地端與PCB板二的地線連接；

第二、校準(zhǔn)微波探針測試系統(tǒng)：利用校準(zhǔn)基片和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對微波探針測試臺進(jìn)行校準(zhǔn)；

微波探針測試臺利用微波探針作為同軸電纜和被測器件間微波信號傳輸?shù)慕佑|介質(zhì)，提供了微波信號在探針上傳輸時電磁場的一個收斂途徑，避免傳輸信號因基板的損耗性而失真、衰減。使用專用的校準(zhǔn)基片及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的運算，將測試系統(tǒng)的參考平面移至高頻微波探針的針尖處。以去除系統(tǒng)、電纜及微波探針等不必要的寄生效應(yīng)，以此來實現(xiàn)對鍵合線寄生參數(shù)的精確測試。測試前，必須對測試系統(tǒng)進(jìn)行校正以去除測試儀器及測試環(huán)境所造成的影響，具體校正方法可采用SOLT(Short、Open、Load、Through)校正法，扎針校準(zhǔn)形式如圖2a、2b、2c、2d。經(jīng)校準(zhǔn)后的測試系統(tǒng)，可再將微波探針重復(fù)扎針在校準(zhǔn)件上，以驗證校準(zhǔn)結(jié)果是否理想。

第三、測試S參數(shù)：

S參數(shù)，也就是散射參數(shù)。是微波傳輸中的一個重要參數(shù)。針對6GHz以上頻段，該頻段信號所對應(yīng)的波長和實際器件的物理尺寸相比較變小很多，因此，在低頻時常用來描述器件節(jié)點特性的電壓和電流觀念就不適用了，此時的電路特性用波或能量的觀念來表示將更為適當(dāng)。其中最常使用到的表示方法為S參數(shù)，主要是采用入射波、穿透波和反射波的概念來表示，利用入射波打到器件所產(chǎn)生的穿透波和反射波的振幅和相位等參數(shù)描述該電路的高頻微波特性。

參見圖3，將PCB板二以抽真空方式吸附在微波探針臺上，用微波探針測試臺測試已連接鍵合線的射頻輸出端的S參數(shù)。

分別測試50Ω傳輸線一的左、右兩端的S參數(shù)。

第四、將測試點轉(zhuǎn)換為面單元結(jié)構(gòu)

在50Ω傳輸線二的左端取端口測試點三C，在50Ω傳輸線一的左端取端口測試點一A，將端口測試點一A和端口測試點三C設(shè)置為同一垂直平面上的參考點，其所在的平面為測試參考平面；

在50Ω傳輸線二的右端取端口測試點四E，該端口測試點四E為被測器件的射頻輸出端與50Ω傳輸線二的鍵合點，在50Ω傳輸線一的右端取端口測試點二B，端口測試點二B和端口測試點四E為同一垂直平面上的點，其所在的平面為測試平面一即Port1平面；

再在被測器件上取測試點五D，該測試點五D為被測器件的射頻輸出端與50Ω傳輸線二的鍵合點，測試點五D所在的平面為測試平面二即Port2平面，測試平面二與測試平面一平行；

將測試參考平面、測試平面一和測試平面二對應(yīng)表示即為面單元結(jié)構(gòu)。

參見圖4，圖4中[T_A]表示50Ω傳輸線一的T型方程，[T_B]表示50Ω傳輸線二的T型方程，[T_△]表示鍵合線的T型方程。

第五、得到鍵合線的S參數(shù)

將圖4中鍵合線和50Ω傳輸線二定義為二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)，其入、出射波示意圖如圖5所示。

其中，a_1A，a_2A分別為50Ω傳輸線二兩端的入射波，b_1A，b_2A分別為50Ω傳輸線二兩端的出射波；a_1B，a_2B分別為鍵合線兩端的入射波，b_1B，b_2B分別為鍵合線兩端的出射波；

二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)的T矩陣等于兩級單個二端口網(wǎng)絡(luò)T矩陣的乘積，對于二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)，矩陣表示如公式(1)：

公式中，由T_11A、T_12A、T_21A、T_22A構(gòu)成50Ω傳輸線二的T參數(shù)矩陣，由T_11B、T_12B、T_21B、T_22B構(gòu)成鍵合線的T參數(shù)矩陣。

則兩級聯(lián)之間入射波和出射波的關(guān)系為公式(2)：

公式中，由T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂構(gòu)成由50Ω傳輸線二和鍵合線組成的二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)的T參數(shù)矩陣。

即公式(3)：

對應(yīng)面單元結(jié)構(gòu)圖5，用矩陣表示為公式(4)

[T_B]＝[T_A][T_Δ] (4)

需要提取的鍵合線的T參數(shù)矩陣即為矩陣公式(5)

[T_Δ]＝[T_B][T_A]^-1 (5)

將二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)兩端的反射系數(shù)設(shè)為S₁₁，將反向傳輸系數(shù)設(shè)為S₁₂，將正向傳輸系數(shù)設(shè)為S₂₁，用S矩陣表示T矩陣如公式(6)

在由50Ω傳輸線二和鍵合線構(gòu)成的二級級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)中，之前已使用相關(guān)測試手段將50Ω傳輸線一以及50Ω傳輸線二的相關(guān)S參數(shù)一并測試出。將矩陣公式(5)中的三個T型矩陣全部轉(zhuǎn)換表示為S矩陣可得：

其中，S_11Δ為端口測試點四即E點的反射系數(shù)，S_22Δ為測試點五即D點的反射系數(shù)，S_12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數(shù)，S_21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數(shù)；S_11A為端口測試點一即A點的反射系數(shù)，S_22A為端口測試點二即B點的反射系數(shù)，S_12A為端口測試點二到端口測試點一的反向傳輸系數(shù)，S_21A為端口測試點一到端口測試點二的正向傳輸系數(shù)；S_11B為端口測試點三即C點的反射系數(shù)，S_22B為測試點五的反射系數(shù)，S_12B為測試點五到端口測試點三的反向傳輸系數(shù)，S_21B為端口測試點三到測試點五的正向傳輸系數(shù)。

由此可以計算出鍵合線的S參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，我們還可以將S矩陣轉(zhuǎn)換為ABCD矩陣，由ABCD矩陣可以計算得出鍵合線的輸入阻抗、反射參量等相關(guān)參數(shù)及繪制鍵合線寄生效應(yīng)等效電路圖如圖6。

第六、測試驗證

為了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行測試時，需針對鍵合線引入的寄生參數(shù)進(jìn)行補償，消除寄生引入的測試誤差。通過測試驗證，運用了如下方法進(jìn)行計算補償。

將PCB板二連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，在整理測試數(shù)據(jù)時：

如果PCB板二上的被測器件為接收機(jī)，將端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數(shù)S_21Δ代入到測試數(shù)據(jù)中，對PCB板二的正向傳輸系數(shù)進(jìn)行計算補償，得到PCB板二上被測器件的實際增益或衰減P；計算公式為：

P＝P_T21-(S_21Δ/2)

其中，P_T21為PCB板二用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的PCB板二的正向傳輸系數(shù)值，S_21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數(shù)；

如果PCB板二上的被測器件為發(fā)射機(jī)，將測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數(shù)S_12Δ代入到測試數(shù)據(jù)中，對PCB板二的反向傳輸系數(shù)進(jìn)行計算補償，得到PCB板二上被測器件的實際增益或衰減P；計算公式如公式：

P＝P_T12-(S_12Δ/2)

其中，P_T12為PCB板二用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的PCB板二的反向傳輸系數(shù)值，S_12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數(shù)。

經(jīng)過補償后的測試結(jié)果消除了鍵合線寄生參數(shù)影響，測試結(jié)果更接近電路真實性能。

以驗證6GHz～18GHz RFIC CoB板的增益和噪聲系數(shù)的自相關(guān)測試結(jié)果為例，測試頻率6GHz～18GHz，輸入功率-40dBm。圖7(a)為傳統(tǒng)測試方法的增益測試結(jié)果，增益最低值為11dB。圖7(b)為本發(fā)明補償鍵合線寄生影響后測試的CoB板的增益測試結(jié)果，增益最低值為32dB。圖8a為傳統(tǒng)測試方法的噪聲系數(shù)測試結(jié)果，噪聲系數(shù)最大值為10.6dB。圖8b為本發(fā)明補償鍵合線寄生影響后測試的RFIC CoB板的噪聲系數(shù)測試結(jié)果，噪聲系數(shù)最大值為5.1dB?？梢钥闯?，本發(fā)明的PCB相關(guān)性能更好，達(dá)到了準(zhǔn)確驗證芯片射頻性能的目的。

本發(fā)明提出了一種基于6GHz以上頻段RFIC CoB板上連接鍵合線的高頻信號傳輸線特征參數(shù)測試提取方法，以此方法測試推導(dǎo)得出鍵合線的寄生參數(shù)，完成最終測試驗證。