鍵合線寄生參數測試提取方法與流程
本發明涉及寄生參數測試提取方法，具體涉及鍵合線寄生參數測試提取方法。
背景技術：
隨著RFIC設計技術、工藝技術的不斷發展，其功能從單一單元功能模塊電路逐步向單片接收機、發射機方面發展，從單一頻點到寬帶、超寬帶應用。對于RFIC的測試，在國內實驗室環境條件下，工作頻率為6GHz以內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，發現如果這些關鍵端口的寄生電感達到nH級或者寄生電容達到pF級，將會使端口的回波損耗惡化，嚴重影響模擬輸入信號質量。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盡量精確測試出來，并將寄生參數補償到測試中。在測試中采用何種方法來提取消除鍵合線寄生參數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的方法是利用3D電磁場仿真軟件對鍵合線與芯片進行聯合仿真，提前驗證鍵合線對芯片測試結果的影響，仿真過程中需要設置鍵合線的參數，其中有半徑，導電率，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、傳導特性、高功率擊穿特性。
現有技術對寄生參數的測試普遍采用仿真方式，將需要進行仿真設計的鍵合線及PCB文件導入ADS環境中，進行層次定義，并根據射頻傳輸線阻抗和板層材料進行板層參數設置及鍵合線參數設置，完成參考地及PORT定義后，直接進行鍵合線及PCB聯合仿真，再將仿真結果帶入PCB進行優化設計，形成CoB測試評估板，再作測試驗證。但在現有的技術方案中，由于鍵合線的特性參數的計算基礎都是建立在理論模型基礎上的，只能在理想環境下優化部件的性能特征，并進行容差分析。以此形成的仿真數據不能真實準確地體現芯片測試外部環境影響，在進行6GHz以內頻段的射頻芯片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，理想環境下仿真得到的寄生參數會造成測試與設計仿真的誤差很大。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術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測試提取方法。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
一種鍵合線寄生參數測試提取方法,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板一上設置有50Ω傳輸線一；所述PCB板二上設置有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、校準微波探針測試系統：利用校準基片和矢量網絡分析儀對微波探針測試臺進行校準；
第三、測試S參數：
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；
分別測試50Ω傳輸線一的左、右兩端的S參數；
第四、將測試點轉換為面單元結構：
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表示即為面單元結構；
第五、得到鍵合線的S參數
其中，S11Δ為端口測試點四的反射系數，S22Δ為測試點五的反射系數，S12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數，S21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數；S11A為端口測試點一的反射系數，S22A為端口測試點二的反射系數，S12A為端口測試點二到端口測試點一的反向傳輸系數，S21A為端口測試點一到端口測試點二的正向傳輸系數；S11B為端口測試點三的反射系數，S22B為測試點五的反射系數，S12B為測試點五到端口測試點三的反向傳輸系數，S21B為端口測試點三到測試點五的正向傳輸系數；
第六、測試驗證
將PCB板二連接到矢量網絡分析儀進行測試，在整理測試數據時：
如果PCB板二上的被測器件為接收機，將端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數S21Δ代入到測試數據中，對PCB板二的正向傳輸系數進行計算補償，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＝PT21-(S21Δ/2)
其中，PT21為PCB板二用矢量網絡分析儀測得的PCB板二的正向傳輸系數值，S21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數；
如果PCB板二上的被測器件為發射機，將測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數S12Δ代入到測試數據中，對PCB板二的反向傳輸系數進行計算補償，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＝PT12-(S12Δ/2)
其中，PT12為PCB板二用矢量網絡分析儀測得的PCB板二的反向傳輸系數值，S12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數。
本發明通過設計加工PCB板一和PCB板二，配合微波探針測試系統進行端口S參數測試。再將實物測試結構轉換為面單元結構，把測試得出的S參數帶入面單元結構對應的T型參數公式，推導換算得出鍵合線的端口S參數。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據中進行計算補償，經過補償后的測試結果消除了鍵合線寄生參數影響，測試結果更接近電路真實性能。
本發明測試提取的鍵合線及PCB寄生參數是在實際環境下通過精確測量所得，測試結果真實可靠，既有理論依據作為支撐，又將實際環境影響考慮其中，極大地提高了微波器件設計依據及測試精度。微波探針臺具備-65℃～200℃的溫度環境，在此基礎上還可以對鍵合線在高低溫環境下的寄生參數進行提取，應用環境廣泛。
本發明所述的鍵合線寄生參數測試提取方法的有益效果是：本發明提出了一種基于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測試提取方法，測試提取的鍵合線及PCB寄生參數是在實際環境下通過精確測量所得，測試結果真實可靠，既有理論依據作為支撐，又將實際環境影響考慮其中，極大地提高了微波器件設計依據及測試精度，測試結果消除了鍵合線寄生參數影響，測試結果更接近電路真實性能，應用環境廣泛，可應用到RFIC性能測試中。
附圖說明
圖1是本發明所述的鍵合線寄生參數測試提取方法流程框圖。
圖2a是利用校準基片進行直通校準測試圖。
圖2b是利用校準基片進行開路校準測試圖。
圖2c是利用校準基片進行負載校準測試圖。
圖2d是利用校準基片進行短路校準測試圖。
圖3是S參數測試結構示意圖。
圖4是鍵合線Port面單元結構示意圖。
圖5是二級級聯二端口網絡入、出射波示意圖。
圖6是計算得出鍵合線的輸入阻抗、反射參量等相關參數及繪制鍵合線寄生效應等效電路圖。
圖7a是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板傳統測試方法的增益測試曲線。
圖7b是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板本發明方法的增益測試曲線。
圖8a是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板傳統測試方法的噪聲系數測試曲線。
圖8b是8 6GHz～18GHz RFIC CoB板本發明方法的噪聲系數測試曲線。
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板一上設置有50Ω傳輸線一；所述PCB板二上設置有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、校準微波探針測試系統：利用校準基片和矢量網絡分析儀對微波探針測試臺進行校準；
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的接觸介質，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。使用專用的校準基片及矢量網絡分析儀的運算，將測試系統的參考平面移至高頻微波探針的針尖處。以去除系統、電纜及微波探針等不必要的寄生效應，以此來實現對鍵合線寄生參數的精確測試。測試前，必須對測試系統進行校正以去除測試儀器及測試環境所造成的影響，具體校正方法可采用SOLT(Short、Open、Load、Through)校正法，扎針校準形式如圖2a、2b、2c、2d。經校準后的測試系統，可再將微波探針重復扎針在校準件上，以驗證校準結果是否理想。
第三、測試S參數：
S參數，也就是散射參數。是微波傳輸中的一個重要參數。針對6GHz以上頻段，該頻段信號所對應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。其中最常使用到的表示方法為S參數，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生的穿透波和反射波的振幅和相位等參數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。
分別測試50Ω傳輸線一的左、右兩端的S參數。
第四、將測試點轉換為面單元結構
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表示即為面單元結構。
參見圖4，圖4中[TA]表示50Ω傳輸線一的T型方程，[TB]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
將圖4中鍵合線和50Ω傳輸線二定義為二級級聯二端口網絡，其入、出射波示意圖如圖5所示。
其中，a1A，a2A分別為50Ω傳輸線二兩端的入射波，b1A，b2A分別為50Ω傳輸線二兩端的出射波；a1B，a2B分別為鍵合線兩端的入射波，b1B，b2B分別為鍵合線兩端的出射波；
二級級聯二端口網絡的T矩陣等于兩級單個二端口網絡T矩陣的乘積，對于二級級聯二端口網絡，矩陣表示如公式(1)：
公式中，由T11A、T12A、T21A、T22A構成50Ω傳輸線二的T參數矩陣，由T11B、T12B、T21B、T22B構成鍵合線的T參數矩陣。
則兩級聯之間入射波和出射波的關系為公式(2)：
公式中，由T11、T12、T21、T22構成由50Ω傳輸線二和鍵合線組成的二級級聯二端口網絡的T參數矩陣。
即公式(3)：
對應面單元結構圖5，用矩陣表示為公式(4)
[TB]＝[TA][TΔ] (4)
需要提取的鍵合線的T參數矩陣即為矩陣公式(5)
[TΔ]＝[TB][TA]-1 (5)
將二級級聯二端口網絡兩端的反射系數設為S11，將反向傳輸系數設為S12，將正向傳輸系數設為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成的二級級聯二端口網絡中，之前已使用相關測試手段將50Ω傳輸線一以及50Ω傳輸線二的相關S參數一并測試出。將矩陣公式(5)中的三個T型矩陣全部轉換表示為S矩陣可得：
其中，S11Δ為端口測試點四即E點的反射系數，S22Δ為測試點五即D點的反射系數，S12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數，S21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數；S11A為端口測試點一即A點的反射系數，S22A為端口測試點二即B點的反射系數，S12A為端口測試點二到端口測試點一的反向傳輸系數，S21A為端口測試點一到端口測試點二的正向傳輸系數；S11B為端口測試點三即C點的反射系數，S22B為測試點五的反射系數，S12B為測試點五到端口測試點三的反向傳輸系數，S21B為端口測試點三到測試點五的正向傳輸系數。
由此可以計算出鍵合線的S參數，在此基礎上，我們還可以將S矩陣轉換為ABCD矩陣，由ABCD矩陣可以計算得出鍵合線的輸入阻抗、反射參量等相關參數及繪制鍵合線寄生效應等效電路圖如圖6。
第六、測試驗證
為了測試結果的準確性，在進行測試時，需針對鍵合線引入的寄生參數進行補償，消除寄生引入的測試誤差。通過測試驗證，運用了如下方法進行計算補償。
將PCB板二連接到矢量網絡分析儀進行測試，在整理測試數據時：
如果PCB板二上的被測器件為接收機，將端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數S21Δ代入到測試數據中，對PCB板二的正向傳輸系數進行計算補償，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＝PT21-(S21Δ/2)
其中，PT21為PCB板二用矢量網絡分析儀測得的PCB板二的正向傳輸系數值，S21Δ為端口測試點四到測試點五的正向傳輸系數；
如果PCB板二上的被測器件為發射機，將測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數S12Δ代入到測試數據中，對PCB板二的反向傳輸系數進行計算補償，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＝PT12-(S12Δ/2)
其中，PT12為PCB板二用矢量網絡分析儀測得的PCB板二的反向傳輸系數值，S12Δ為測試點五到端口測試點四的反向傳輸系數。
經過補償后的測試結果消除了鍵合線寄生參數影響，測試結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的自相關測試結果為例，測試頻率6GHz～18GHz，輸入功率-40dBm。圖7(a)為傳統測試方法的增益測試結果，增益最低值為11dB。圖7(b)為本發明補償鍵合線寄生影響后測試的CoB板的增益測試結果，增益最低值為32dB。圖8a為傳統測試方法的噪聲系數測試結果，噪聲系數最大值為10.6dB。圖8b為本發明補償鍵合線寄生影響后測試的RFIC CoB板的噪聲系數測試結果，噪聲系數最大值為5.1dB。可以看出，本發明的PCB相關性能更好，達到了準確驗證芯片射頻性能的目的。
本發明提出了一種基于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測試提取方法，以此方法測試推導得出鍵合線的寄生參數，完成最終測試驗證。
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