1、引言
在雷達、電子對抗和通信等領域中，電子系統逐步朝著高密度、高速率、高可靠性、高性能和低成本等方向發展。多芯片電路作為混合電路集成技術的代表，可以在三維、多層介質基板中，采用微組裝互連工藝將裸芯片及各種元器件設計成滿足需求的微波集成電路。在微波多芯片電路技術中，常采用金絲鍵合技術來實現微帶傳輸線、單片微波集成電路和集總式元器件之間的互連。與數字電路中互連線不同的是，鍵合金絲的參數特性如數量、長度、拱高、跨距、焊點位置等都會微波傳輸特性產生嚴重的影響。尤其是在毫米波等高頻段，鍵合金絲的寄生電感效應尤為明顯。因此，分析金絲鍵合的電磁特性、并有效地設計金絲互連電路，對實現和提高多芯片電路的性能具有十分重要的意義［1］。
目前有多種方法可用來分析和改善多芯片電路中鍵合金絲的電磁特性。1995 年，Lee 采用矩量法計算鍵合線的阻抗損耗和輻射損耗，用來分析任意形狀互連線的寬帶電磁特性［2］。同年，F. AlimenTI等人提出采用準靜態法對鍵合金絲的傳輸特性進行分析［3］。由于鍵合金絲的介質邊界是開放式且結構呈彎曲狀，隨著工作頻率的升高和金絲互連參數的變化，采用上述方法的精度也會受到影響。隨后，在2001 年，F. AlimenTI 等人又提出采用時域有限差分法對金絲鍵合的電磁特性進行分析［4］。為補償鍵合金絲的寄生電感效應，人們提出了多種方法，諸如增加焊盤尺寸、增加微帶調節分支線、增加高、低阻抗傳輸線來設計低通濾波器等［5］-［7］。本文首先采用路的方法對鍵合金絲互連線的傳輸特性進行建模和分析；隨后根據金絲互連線的寄生電感效應，設計了電容補償結構來改善傳輸線與芯片、傳輸線與傳輸線之間的微波特性。通過計算結果明，采用這種方法來設計鍵合金絲可以有效地改善多芯片電路的傳輸性能。
2、金絲鍵合的建模與分析
如圖1 所示，是典型金絲鍵合互連線的結構模型。在兩個相鄰的芯片或傳輸線之間采用單根鍵合金絲互連線連接，金絲的長度為l，直徑為d；金絲與地面的距離為hs。其對應的等效電路模型如圖2所示，其中，鍵合金絲可等效為串聯電阻R 和串聯電感L，鍵合金絲兩邊的焊盤則等效為兩個并聯的電容C1 和C2。
由于趨膚深度與頻率的平方根呈反比，由式（1）-（4）可知，L、C 受頻率的影響較小，R 則隨著頻率的平方根而變化。
此外，鍵合金絲的幾何參數也會對其等效電感、電容和電阻產生影響，相應地也會使互連特性發生變化。如圖3 所示，是單根金絲鍵合線的直徑變化對傳輸線回波損耗的影響。隨著鍵合金絲的直徑d 增加，等效電感L 減小，R 減小，回波損耗變大，插損損耗減小。
如圖4，表示單根金絲鍵合線的拱高變化對傳輸線回波損耗的影響。隨著鍵合金絲的拱高hw 增加，鍵合金絲長度l 增大，L 增大，R 減小， 回波損耗變小，插損損耗變大。
如圖5 所示，指金絲鍵合線的數目變化對傳輸線回波損耗的影響。隨著鍵合金絲數目的增加，互連電磁特性會得到明顯改善，但2 根金絲線以上的傳輸特性區別較小。
根據上述對金絲鍵合的特性分析可知，鍵合金絲的直徑對傳輸性能影響較為明顯；拱高越低，金絲長度越小，傳輸損耗越小；同理，鍵合金絲的跨距越小，互連特性越佳；多根金絲線的插入損耗也明顯由于單根金絲線。
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