基于HFSS的3D多芯片互连封装MMIC仿真设计

作品概述

相对于传统平面型的金丝键合焊接的MMIC应用，三维（3D）多芯片互连封装MMIC以其高集成度、低损耗、高可靠性等性能优势，正逐步在先进电路与系统中得到应用。而3D封装引入的复杂电磁耦合效应，在传统MMIC仿真设计上并未包含。本设计基于HFSS，充分考虑实际封装寄生效应，建立了完整的3D多芯片互连精准模型，并给出了封装前后仿真结果对比分析。

仿真应用背景

平面型互连向3D集成互连发展

仿真结果分析、展示

本设计用两个MMIC 互连展示

考虑两种连接情形分别建模与仿真

Case1：平面型金丝键合仿真模型

Chip1和Chip2为两个滤波器芯片；

Chip1和Chip2通过金丝键合；

输入和输出微带线采用陶瓷基板。

平面型金丝互连仿真模型

平面型金丝互连仿真结果

Case2：3D集成互连仿真模型

Chip1和Chip2，与Case1相同的两个滤波器芯片；

Chip1和Chip2通过通孔、铜柱或金球实现信号互连；

采用同样的陶瓷基板作为芯片的载体。

此处的空气腔高度设为100 μm。

截面图

3D集成互连仿真模型

3D集成互连仿真结果

通带变为：1.6GHz~2.4GHz

原设计通带（Case1）：1.4GHz~2.2GHz

频段偏移约10%。

小结

1，相较于平面型金丝互连，两个MMIC芯片3D集成互连之后，发生一定频偏，频带向高偏移约10%。

2，引起频偏可能的原因：

1） 3D集成的互连结构（通孔、铜柱、金球等）的寄生效应引起频偏，但相较于芯片中元器件如电感电容而言，该寄生参数相对较小，与金丝的寄生参数量级相当，故影响作用微小。

2） 3D集成引入了较小的空气腔，本设计空气腔高度为100μm（工程实践中会比这高度更低），带来了新的寄生效应，经分析，当空气腔高度为芯片基板3倍左右时，频偏现象可忽略。

3，通过本设计可以看出，应用于3D集成封装的芯片电路，若单纯采用传统平面型MMIC设计，3D封装后会造成一定的性能偏差。因此，需有针对性的做完整的3D集成封装MMIC优化设计，确保3D封装后满足电路指标要求。

审核编辑：汤梓红