[發(fā)明專利]分離器件金絲鍵合過渡結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010481119.0
• 申請日: 2020-05-31
• 公開（公告）號: CN111640682B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜明;張凱
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/56
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明公開的一種分離器件金絲鍵合過渡結(jié)構(gòu)，旨在提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低的分離器件金絲鍵合過渡結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：在多層介質(zhì)板中部設(shè)置介質(zhì)集成同軸體和圓陣分布在介質(zhì)集成同軸體盤面外的外導(dǎo)體金屬化過孔，在內(nèi)導(dǎo)體金屬化過孔上端連接一扇形金屬盤，扇形金屬盤通過扇柄尾端上的扇柄套環(huán)連接在內(nèi)導(dǎo)體金屬化過孔的內(nèi)導(dǎo)體上，鍵合金絲的兩條分支線通過扇面圓弧面上的兩個鍵合球級聯(lián)過渡連接到分離器件的鍵合點上，實現(xiàn)分離器件到介質(zhì)集成同軸體的平滑過渡，并且介質(zhì)集成同軸體盤面的外緣上刻蝕圓形缺口，扇面與多層介質(zhì)板的上表面地形成平板電容特性，扇面通過邊緣電容效應(yīng)來抵消鍵合金絲金絲鍵合產(chǎn)生的寄生電感效應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達、電子設(shè)備和通信等領(lǐng)域中，一種分離器件金絲鍵合過渡結(jié)構(gòu)。

技術(shù)背景

隨著通信行業(yè)的快速發(fā)展，電子系統(tǒng)逐步朝著高密度、高速率、高可靠性、高性能和低成本等方向發(fā)展。隨著集成電路的發(fā)展，對微波、毫米波功能模塊的小型化、智能化、多功能化、高集成度的需求越來越高，傳統(tǒng)的二維集成模塊已經(jīng)無法滿足此需求，多芯片電路作為混合電路集成技術(shù)的三維集成模塊的代表，可以在三維、多層介質(zhì)基板中，采用微組裝互連工藝將裸芯片及各種元器件設(shè)計成滿足需求的微波集成電路。半導(dǎo)體封裝管腳與內(nèi)部芯片管腳以及芯片之間的連接起著確立芯片和外部的電氣連接、確保芯片和外界之間的輸入/輸出暢通的重要作用，是整個后道封裝過程中的關(guān)鍵。在微波多芯片電路技術(shù)中，常采用金絲鍵合技術(shù)來實現(xiàn)微帶傳輸線、單片微波集成電路和集總式元器件之間的互連。引線鍵合是用非常細小的線把芯片上焊盤和引線框架連接起來的過程。金線焊接工藝是引線鍵合工藝的一種。它是利用金線將芯片上的信號引出到封裝外殼的管腳上的工藝過程。由于鍵合金絲的介質(zhì)邊界是開放式且結(jié)構(gòu)呈彎曲狀，隨著工作頻率的升高和金絲互連參數(shù)的變化，采用上述方法的精度也會受到影響。與數(shù)字電路中互連線不同的是，鍵合金絲的參數(shù)特性如數(shù)量、長度、拱高、跨距、焊點位置等都會微波傳輸特性產(chǎn)生嚴重的影響。尤其是在毫米波等高頻段，鍵合金絲的寄生電感效應(yīng)尤為明顯。

目前，將各類分離器件(例如各種功能的芯片、陶瓷片、軟基片等)通過金絲鍵合過渡到多層介質(zhì)板表面，然后通過介質(zhì)集成同軸過渡到多層介質(zhì)板內(nèi)部以實現(xiàn)其它功能(例如功率分配與合成、濾波等)，最后，將此多層介質(zhì)板通過各類封裝形式(例如塑封、金屬封裝等)進行封裝是目前三維集成微波、毫米波功能模塊的常用手段。因此，分離器件到介質(zhì)集成同軸過渡的尺寸與性能直接影響整個微波、毫米波功能模塊的集成度與性能優(yōu)劣。

傳統(tǒng)地，引線鍵合前，先從金屬帶材上截取引線框架材料(外引線)，用熱壓法將高純半導(dǎo)體元件壓在引線框架上所選好的位置，并用導(dǎo)電樹脂如銀漿料在引線框架表面涂上一層或在其局部鍍上一層金；然后借助特殊的鍵合工具用金屬絲將半導(dǎo)體元件(電路)與引線框架鍵合起來，鍵合后的電路進行保護性樹脂封裝。鍵合工具負責(zé)固定引線、傳遞壓力和超聲能量、拉弧等作用。球形焊線所使用的工具稱為毛細管劈刀(capillary)，它是一種軸形對稱的帶有垂直方向孔的陶瓷工具。劈刀的尺寸影響引線鍵合質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，其形狀對質(zhì)量有重要影響。鍵合時劈刀壓力過大會對焊盤有所損傷，如果壓力過小則焊接效果的可靠性會受到影響。鍵合壓力超聲功率對鍵合質(zhì)量和外觀影響最大，因為它對鍵合球的變形起主導(dǎo)作用。過小的功率會導(dǎo)致過窄、未成形的鍵合或尾絲翹起；過大的功率導(dǎo)致根部斷裂、鍵合塌陷或焊盤破裂。研究發(fā)現(xiàn)超聲波的水平振動是導(dǎo)致焊盤破裂的最大原因。超聲功率和鍵合力是相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。增大超聲功率通常需要增大鍵合力使超聲能量通過鍵合工具更多的傳遞到鍵合點處，發(fā)現(xiàn)過大的鍵合力會阻礙鍵合工具的運動，抑制超聲能量的傳導(dǎo)，導(dǎo)致污染物和氧化物被推到了鍵合區(qū)域的中心，形成中心未鍵合區(qū)域。鍵合分離器件時，通常先通過金絲鍵合過渡到多層介質(zhì)板表層微帶線，然后表層微帶線再過渡到介質(zhì)集成同軸。此種方法有以下兩個缺點：1、尺寸大，由于過渡包括兩個部分，即分離器件到表層微帶線的金絲鍵合過渡部分與表層微帶線到介質(zhì)集成同軸過渡部分。因此，其尺寸大，進而導(dǎo)致整個功能模塊的集成度降低。2、性能差，由于整個過渡由兩個過渡級聯(lián)而成，因此其損耗為兩個過渡的疊加，進而導(dǎo)致整個功能模塊損耗的增加。設(shè)計難度大，整個設(shè)計時，需分別設(shè)計其內(nèi)部兩個級聯(lián)過渡，然后再整體級聯(lián)進行設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容