金属狭缝中连接声表面波器件的平面传输线研究

摘要

金属狭缝等极端环境中进行接触应力的测量有重要的工程应用价值，在课题的前期研究中选用了声表面波传感器进行狭缝中接触应力的测量，本文围绕这一课题背景，研究狭缝中声表面波器件的信号传输问题。本文研究的难点主要为以下几点。第一，在狭缝中传输高频信号，传输线与芯片的互连封装必须有足够薄足够小的尺寸。二，微波频段工作中，金属狭缝对传输线传输性能会产生一定的影响。三，高频工作时为了提高传输效率，SAW芯片需要与传输线阻抗匹配。
　　本文主要是围绕以上几个问题展开的研究，首先对互连方式进行选择并优化互连结构，其次研究了金属狭缝对微带线传输性能的影响，然后设计并加工了SAW芯片与传输线匹配电路并进行实验验证。具体工作内容分以下4方面：
　　1、研究微连接的几种互连方法，选择引线键合作为芯片与传输线间的连接方式。此外，对引线键合的结构（键合线拱高、跨距、直径及根数等）进行优化，以减小键合连接对信号造成的反射，提高信号传输效率。
　　2、在屏蔽微带线的分析方法中选用一种基于准静态法的近似算法来计算微带线传输性能指标（特性阻抗、等效相对介电常数）随金属狭缝宽度的变化。其次，用HFSS软件对金属狭缝中一种微带线的传输进行模拟仿真，仿真结果较为精确，与近似计算相吻合。此外，还分析了金属狭缝对微带线电长度的影响。
　　3、考虑到与微带线的集成以及金属狭缝的影响，选用微带双枝短截线匹配电路进行阻抗匹配。用ADS中的史密斯圆图工具设计出匹配电路，并在HFSS中进行匹配电路的结构优化。此外，还设计出用于键合连接的焊盘。
　　4、对微带线匹配电路进行加工，并与SAW芯片连接封装。实验测试了SAW芯片的静态性能和动态加载性能，并对技术指标进行分析。
　　本文主要针对金属狭缝中高频信号的传输作了相关研究，综合考虑了狭缝影响、结构互连、阻抗匹配以及尺寸限制，优化设计出适合课题背景的声表面波信号传输部分，并完成实验测试，对金属狭缝中接触应力的测量有实际应用价值。

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第一章 绪 论

1.1 金属狭缝中接触应力监测问题

1.2 平面传输线与其分析方法的发展现状

1.3 微电子器件封装互连技术研究现状

1.4 论文的研究内容

第二章 SAW器件与传输线的互连技术

2.1 SAW器件与传输线的互连技术

2.2 引线键合连接的仿真与优化

2.3 键合连接等效电路模型的提取

2.4 引线键合加工工艺

2.5 SAW器件与传输线的互连方案

2.6 本章小结

第三章 金属狭缝对微带线传输性能影响

3.1微带传输线

3.2 金属狭缝中微带线的分析方法

3.3 金属狭缝中微带线的计算

3.4 金属狭缝中微带线的仿真

3.5 金属狭缝对微带线电长度的影响

3.6 本章小结

第四章 传输线的匹配网络设计与结构优化

4.1 阻抗匹配基本理论

4.2 常用的微带线阻抗匹配方法

4.3 微带线双枝节匹配网络的设计

4.4 微带匹配电路的结构优化

4.5 微带线接地与焊盘的设计

4.6 微带匹配电路的总体设计

4.7 本章小结

第五章 声表面波器件与微带线匹配电路的测试

5.1 实验准备

5.2 SAW器件与匹配电路的静态测试

5.3 连接传输线后SAW器件的应力加载测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果