專利名稱：一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法。
背景技術(shù)：
在混合微波電路設(shè)計(jì)中，多芯片組件互連常常需要鍵合金絲來(lái)互連微波單片集成電路(MMIC)芯片和微波電路等結(jié)構(gòu)，鍵合金絲模型一般由單根、兩根或多根金絲構(gòu)成，其鍵合方式分為球形鍵合和楔形鍵合等。金絲鍵合互連的拱高、跨距、鍵合點(diǎn)位置及金絲的根數(shù)對(duì)微波多芯片組件互連具有很大的影響。鍵合金絲互連的模型提取是其成功應(yīng)用的必要前提之一，只有準(zhǔn)確獲取了互連的模型參數(shù)，才能綜合設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)電路的整體性能。通常獲取模型參數(shù)有以下幾種基本途徑:(1)基于全波分析，如時(shí)域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)等，對(duì)鍵合金絲互連的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全波分析，計(jì)算得出互聯(lián)結(jié)構(gòu)的電路散射參數(shù)；(2)準(zhǔn)靜態(tài)分析，將互連金絲等效為多段傳輸線，分析其等效分布電路參數(shù)和電路散射矩陣；(3)基于測(cè)量的方法，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量互連結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)；(4)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析，通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到不同拱高、跨距、根數(shù)等和頻率的電路散射參數(shù)。但是，目前的建模和參數(shù)提取方法都沒(méi)有考慮金絲的鍵合點(diǎn)位置對(duì)金絲互連電路的影響，對(duì)工藝控制的指導(dǎo)意義不是很大，不便于定量的分析工藝誤差的影響。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，可以對(duì)鍵合金絲互連電路進(jìn)行建模和參數(shù)提取，得到其在電路中的傳輸特性，特別適用于定量地考察金絲鍵合點(diǎn)位置對(duì)金絲互連電路傳輸特性的影響。技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，包括金絲模型、微帶線缺口電路模型、兩個(gè)短傳輸線模型，所述金絲模型上設(shè)置有金絲鍵合點(diǎn)，所述微帶線缺口電路模型上設(shè)置有微帶線缺口，所述短傳輸線模型作為金絲鍵合點(diǎn)和微帶線缺口之間的傳輸線；所述兩個(gè)短傳輸線模型分別記為左短傳輸線模型和右短傳輸線模型，左短傳輸線模型、微帶線缺口電路模型和右短傳輸線模型順序串聯(lián)后，與金絲模型并聯(lián)連接；所述短傳輸線模型的參數(shù)為金絲鍵合點(diǎn)到微帶線缺口的距離c的函數(shù)。優(yōu)選的，所述金絲模型中金絲的數(shù)量為單根、兩根或三根以上，所述金絲的等效電路為相串聯(lián)的電阻R和電感L結(jié)構(gòu)；若金絲模型中包括兩根或三根以上金絲，則所有金絲并聯(lián)且每任意兩根金絲之間存在互感M。更為優(yōu)選的，所述電阻R和電感L根據(jù)金絲的阻抗和自感的物理性質(zhì)提取參數(shù)，具體可以為金絲材料的電阻率P、金絲的趨膚深度δ、金絲的直徑d以及金絲的長(zhǎng)度I的函數(shù)；所述互感M根據(jù)互感的物理性質(zhì)提取參數(shù)，具體可以為金絲的直徑d、金絲的長(zhǎng)度I以及每?jī)筛鸾z之間的距離a的函數(shù)。優(yōu)選的，所述微帶線缺口電路模型的等效電路包括電容Q、電容C1和電容C2,所述電容C1和電容C2相并聯(lián)、一端分別接在電容Ctl的兩側(cè)、另一端接公共基線，所述電容Ctl的兩端(作為微帶線缺口)分別連接兩個(gè)短傳輸線模型。即相當(dāng)于在一段微帶傳輸線正中間切除一塊小缺口使左右兩段微帶線之間開(kāi)路。更為優(yōu)選的，所述電容Q、電容C1和電容C2根據(jù)奇偶模分析法提取參數(shù)，具體可以為微帶線寬度W、介質(zhì)基板厚度b及微帶線缺口的寬度g°優(yōu)選的，所述短傳輸線模型的等效電路包括電感L。、電容C3和電容C4,所述電容C3和電容C4相聯(lián)、一端分別接在電感L。的兩側(cè)、另一端接公共基線，所述電感L。的兩端分別連接金絲模型和微帶線缺口電路模型。更為優(yōu)選的，所述電感L。、電容C3和電容C4根據(jù)均勻傳輸線理論提取參數(shù)，具體可以為微帶線的特性阻抗Ztl、導(dǎo)波波長(zhǎng)λ g、工作頻率f以及均勻傳輸線的長(zhǎng)度c的函數(shù)。我們稱這種模型為a模型。優(yōu)選的，所述短傳輸線模型的等效電路包括電感Lc^電感Le2和電容C5，所述電感Lcl和電感Le2的一端串聯(lián)相接，電感Lca和電感Le2的另一端分別連接金絲模型和微帶線缺口電路模型，所述電容C5 —端接在電感Lcl和電感Le2之間、另一端接公共基線。更為優(yōu)選的，所述電感Lcl、電感Le2和電容C5根據(jù)均勻傳輸線理論提取參數(shù)，具體可以為微帶線的特性阻抗Ztl、導(dǎo)波波長(zhǎng)λ g、工作頻率f以及均勻傳輸線的長(zhǎng)度c的函數(shù)。我們稱這種模型為b模型。本案的建模和參數(shù)提取方法，可以對(duì)金絲鍵合點(diǎn)的位置進(jìn)行研究，定量分析工藝誤差對(duì)金絲互連特性的影響，便于分析工藝容差；還可以對(duì)金絲鍵合點(diǎn)的位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)律演繹，對(duì)工藝控制給出指導(dǎo)。有益效果:本發(fā)明提供的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，可以對(duì)金絲鍵合點(diǎn)的位置進(jìn)行研究，定量分析工藝誤差對(duì)金絲互連特性的影響，便于分析工藝容差；還可以對(duì)金絲鍵合點(diǎn)的位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)律演技，對(duì)工藝控制給出指導(dǎo)；另外各個(gè)模型的等效電路物理意義明確、簡(jiǎn)單易懂、便于應(yīng)用。



圖1為本發(fā)明中單根金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(Ia)的電路模型圖；圖2為本發(fā)明中單根金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(Ib)的電路模型圖；圖3為本發(fā)明中兩根金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(2a)的電路模型圖；圖4為本發(fā)明中兩根金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(2b)的電路模型圖；圖5為本發(fā)明中三根以上金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(3a)的電路模型圖；圖6為本發(fā)明中三根以上金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(3b)的電路模型圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，包括金絲模型、微帶線缺口電路模型、兩個(gè)短傳輸線模型，所述金絲模型上設(shè)置有金絲鍵合點(diǎn)，所述微帶線缺口電路模型上設(shè)置有微帶線缺口，所述短傳輸線模型作為金絲鍵合點(diǎn)和微帶線缺口之間的傳輸線；所述兩個(gè)短傳輸線模型分別記為左短傳輸線模型和右短傳輸線模型，左短傳輸線模型、微帶線缺口電路模型和右短傳輸線模型順序串聯(lián)后，與金絲模型并聯(lián)連接；所述短傳輸線模型的參數(shù)為金絲鍵合點(diǎn)到微帶線缺口的距離C的函數(shù)。所述金絲模型中金絲的數(shù)量為單根、兩根或三根以上，所述金絲的等效電路為相串聯(lián)的電阻R和電感L結(jié)構(gòu)；若金絲模型中包括兩根或三根以上金絲，則所有金絲并聯(lián)且每任意兩根金絲之間存在互感M。所述電阻R和電感L根據(jù)金絲的阻抗和自感的物理性質(zhì)提取參數(shù)。所述互感M根據(jù)互感的物理性質(zhì)提取參數(shù)。所述微帶線缺口電路模型的等效電路包括電容Q、電容C1和電容C2，所述電容C1和電容C2相并聯(lián)、一端分別接在電容Ctl的兩側(cè)、另一端接公共基線，所述電容Ctl的兩端分別連接兩個(gè)短傳輸線模型。所述電容Cr電容C1和電容C2根據(jù)奇偶模分析法提取參數(shù)。a模型:所述短傳輸線模型的等效電路包括電感L。、電容C3和電容C4，所述電容C3和電容C4相聯(lián)、一端分別接在電感L。的兩側(cè)、另一端接公共基線，所述電感L。的兩端分別連接金絲模型和微帶線缺口電路模型。該電路以電感為主，所述電感L。、電容C3和電容C4根據(jù)均勻傳輸線理論提取參數(shù)。b模型:所述短傳輸線模型的等效電路包括電感Lc^電感Le2和電容C5，所述電感Lcl和電感Le2的一端串聯(lián)相接，電感Lca和電感Le2的另一端分別連接金絲模型和微帶線缺口電路模型，所述電容C5 —端接在電感Lcl和電感Le2之間、另一端接公共基線。該電路以電容為主，所述電感Lca、電感Le2和電容C5根據(jù)均勻傳輸線理論提取參數(shù)。通過(guò)上述描述，根據(jù)金絲模型中金絲的數(shù)量可以將本案分為單根金絲互連結(jié)構(gòu)、兩根金絲互連結(jié)構(gòu)和三根以上金絲互連結(jié)構(gòu)，根據(jù)短傳輸線模型的結(jié)構(gòu)可以將本案分別a模型和以b模型；進(jìn)行排列組合后可以得到單根金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(la)、單根金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(lb)、兩根金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(2a)、兩根金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(2b)、三根以上金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(3a)和三根以上金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(3b)六種基本結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖對(duì)這六種基本結(jié)構(gòu)加以描述。實(shí)施例1單根金 絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取如圖1、圖2所示為單根金絲互連結(jié)構(gòu)的a模型(Ia)和單根金絲互連結(jié)構(gòu)的b模型(Ib)的電路結(jié)構(gòu)。電阻R和電感L根據(jù)金絲的阻抗和自感的物理性質(zhì)提取參數(shù)，具體為金絲材料的電阻率P、金絲的趨膚深度δ、金絲的直徑d以及金絲的長(zhǎng)度I的函數(shù):
-^-cosh
d / δ < 3.394r π π -δ(X
0.25- + 0.2654 /δ>3394
UH 占 J
"/廠 41"L=^- ]η — + μτδ-
2π\(zhòng)_ d_其中，μ。為真空中介質(zhì)的磁導(dǎo)率，μ。=4 31 X 10_7H/m ；μ r為金絲材料的相對(duì)磁導(dǎo)率(對(duì)金絲μ );P為金絲材料的電阻率；δ為金絲趨膚的深度；I為金絲的長(zhǎng)度；d為金絲的直徑。
電容Q、電容C1和電容C2根據(jù)奇偶模分析法提取參數(shù)，針對(duì)一定微帶線寬度W、介質(zhì)基板厚度b及微帶線缺口的寬度g，有:
權(quán)利要求
1.一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:包括金絲模型、微帶線缺口電路模型、兩個(gè)短傳輸線模型，所述金絲模型上設(shè)置有金絲鍵合點(diǎn)，所述微帶線缺口電路模型上設(shè)置有微帶線缺口，所述短傳輸線模型作為金絲鍵合點(diǎn)和微帶線缺口之間的傳輸線；所述兩個(gè)短傳輸線模型分別記為左短傳輸線模型和右短傳輸線模型，左短傳輸線模型、微帶線缺口電路模型和右短傳輸線模型順序串聯(lián)后，與金絲模型并聯(lián)連接；所述短傳輸線模型的參數(shù)為金絲鍵合點(diǎn)到微帶線缺口的距離C的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述金絲模型中金絲的數(shù)量為單根、兩根或三根以上，所述金絲的等效電路為相串聯(lián)的電阻R和電感L結(jié)構(gòu)；若金絲模型中包括兩根或三根以上金絲，則所有金絲并聯(lián)且每任意兩根金絲之間存在互感M。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述電阻R和電感L根據(jù)金絲的阻抗和自感的物理性質(zhì)提取參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述互感M根據(jù)互感的物理性質(zhì)提取參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述微帶線缺口電路模型的等效電路包括電容Q、電容C1和電容C2，所述電容C1和電容C2相并聯(lián)、一端分別接在電容Ctl的兩側(cè)、另一端接公共基線，所述電容Ctl的兩端分別連接兩個(gè)短傳輸線模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述電容Cr電容C1和電容C2根據(jù)奇偶模分析法提取參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述短傳輸線模型的等效電路包括電感L。、電容C3和電容C4，所述電容C3和電容C4相聯(lián)、一端分別接在電感L。的兩側(cè)、另一端接公共基線，所述電感L。的兩端分別連接金絲模型和微帶線缺口電路模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述電感L。、電容C3和電容C4根據(jù)均勻傳輸線理論提取參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述短傳輸線模型的等效電路包括電感Lc^電感Le2和電容C5，所述電感Lcl和電感Le2的一端串聯(lián)相接，電感Lca和電感Le2的另一端分別連接金絲模型和微帶線缺口電路模型，所述電容C5一端接在電感Lca和電感Le2之間、另一端接公共基線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，其特征在于:所述電感Lc^電感Le2和電容C5根據(jù)均勻傳輸線理論提取參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，包括金絲模型、微帶線缺口電路模型、左右兩個(gè)短傳輸線模型，金絲模型上設(shè)置有金絲鍵合點(diǎn)，微帶線缺口電路模型上設(shè)置有微帶線缺口，短傳輸線模型作為金絲鍵合點(diǎn)和微帶線缺口之間的傳輸線；左短傳輸線模型、微帶線缺口電路模型和右短傳輸線模型順序串聯(lián)后，與金絲模型并聯(lián)連接；短傳輸線模型的參數(shù)為金絲鍵合點(diǎn)到微帶線缺口的距離c的函數(shù)。本發(fā)明提供的金絲互連結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法，可以對(duì)金絲鍵合點(diǎn)的位置進(jìn)行研究，定量分析工藝誤差對(duì)金絲互連特性的影響，便于分析工藝容差；還可以對(duì)金絲鍵合點(diǎn)的位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)律演繹，對(duì)工藝控制給出指導(dǎo)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103198194SQ20131012927
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者殷曉星, 王磊, 趙洪新 申請(qǐng)人:東南大學(xué)