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DC-40 GHz通用化BGA封裝的射頻微系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究

2021年電子技術(shù)應(yīng)用第1期

張曉慶，劉德喜，祝大龍，史磊，劉亞威

北京遙測(cè)技術(shù)研究所，北京100094

摘要： 射頻微系統(tǒng)是未來(lái)電子器件小型化的發(fā)展趨勢(shì)，球珊陣列(BGA)封裝是其常用實(shí)現(xiàn)形式之一。由于BGA封裝無(wú)法連接矢網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量，因此對(duì)射頻BGA封裝的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一款可應(yīng)用于DC-40 GHz射頻BGA封裝的測(cè)試夾具，并為其設(shè)計(jì)了校準(zhǔn)件，解決了射頻BGA封裝的測(cè)試問(wèn)題。仿真結(jié)果顯示，在DC-40 GHz頻段內(nèi)，工作狀態(tài)的測(cè)試夾具回波損耗優(yōu)于18 dB，設(shè)計(jì)的開路校準(zhǔn)件的回波損耗小于0.88 dB，直通和延遲線校準(zhǔn)件的插入損耗都小于1.1 dB，符合校準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。該產(chǎn)品具有良好的電接觸性，且具有免焊接、可重復(fù)使用、易加工、取放料方便的特點(diǎn)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的BGA封裝具有通用性。

關(guān)鍵詞： 球柵陣列BGA封裝射頻測(cè)試 TRL校準(zhǔn) 校準(zhǔn)件

中圖分類號(hào)： TN710
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200903
中文引用格式： 張曉慶，劉德喜，祝大龍，等. DC-40 GHz通用化BGA封裝的射頻微系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(1)：2-6，10.
英文引用格式： Zhang Xiaoqing，Liu Dexi，Zhu Dalong，et al. Research on generalized testing technology of DC-40 GHz RF microsystem in BGA package[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(1)：2-6，10.

Research on generalized testing technology of DC-40 GHz RF microsystem in BGA package

Zhang Xiaoqing，Liu Dexi，Zhu Dalong，Shi Lei，Liu Yawei

Beijing Research Institute of Telemetry，Beijing 100094，China

Abstract： The RF microsystem is the future development trend of electronic equipment miniaturization, and the ball grid array(BGA) is one of its common implementation forms. Because the BGA package cannot be measured by being connected to a vector network analyzer, the testing technology of the RF BGA package is studied. A test fixture that can be applied to the RF BGA package in DC-40 GHz is designed, and a series of cal-kits are designed for it, which solves the test problem for RF BGA package. The simulation results show that the return loss of the test fixture at work is more than 18 dB in DC-40 GHz. The return loss of the designed open-circuit cal-kit is less than 0.88 dB. The insertion loss of the through cal-kit and the line cal-kit are both less than 1.1 dB. The simulation results meet the designing requirements of calibration. The product has good electrical contact, and is solder-free, reusable, easy to process, and convenient to take and unload. It is universal for standard size BGA package.

Key words : ball grid array(BGA) package；RF test；through-reflect-line(TRL) calibration；cal-kits

0 引言

球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝技術(shù)由美國(guó)Motorola公司于1989年開發(fā)，其使用焊球取代傳統(tǒng)封裝的金屬絲和連接器，并以面陣列的形式排列于基板背面來(lái)連接集成電路中傳輸?shù)碾娦盘?hào)^[1]，從而實(shí)現(xiàn)在I/O數(shù)目上的大大增加，同時(shí)可以使電信號(hào)連接距離大幅縮小，提高信號(hào)傳遞速度，減少信號(hào)損耗與延遲。隨著微電子封裝技術(shù)向小尺寸、低功耗、高性能等方向飛速發(fā)展，射頻微系統(tǒng)集成技術(shù)符合未來(lái)電子器件小型化發(fā)展趨勢(shì)的要求^[2]，因此作為常用實(shí)現(xiàn)形式之一的BGA封裝技術(shù)近年來(lái)愈發(fā)受到關(guān)注。

由于球柵陣列(BGA)封裝端口非連接器結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行S參數(shù)測(cè)量，因此對(duì)BGA封裝的測(cè)試夾具的引入必不可少。為實(shí)現(xiàn)夾具與測(cè)試封裝的可重復(fù)使用，目前采用的測(cè)試夾具與BGA封裝一般以壓接為主，常見的互連方法主要有彈性探針連接^[3]、鉚紐扣連接形式、膜片連接形式^[4]等，其中膜片連接方法適用于數(shù)字信號(hào)和10 GHz以內(nèi)的射頻信號(hào)傳輸測(cè)試，對(duì)更高頻率的射頻信號(hào)的性能測(cè)試效果較差；鉚紐扣連接方法可以完成25 GHz以下射頻信號(hào)的測(cè)試，但其裝配及返修更換非常復(fù)雜，且其插損較大。因此，引入一種易加工易操作、電接觸良好、造價(jià)低廉且可重復(fù)使用的BGA封裝測(cè)試方法可以為射頻BGA封裝的設(shè)計(jì)與加工帶來(lái)很大便利。

基于上述需求，本文設(shè)計(jì)了一種用于射頻微系統(tǒng)BGA封裝模塊的微波測(cè)試夾具，并為其設(shè)計(jì)了相應(yīng)校準(zhǔn)件。提出的微波測(cè)試方法為免焊接測(cè)試，因此具有可重復(fù)使用的特點(diǎn)；對(duì)設(shè)計(jì)的測(cè)試夾具進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果顯示夾具具有良好的電接觸性，且由于其特殊的焊球壓觸點(diǎn)形狀，使用該測(cè)試夾具對(duì)BGA封裝模塊進(jìn)行測(cè)試時(shí)對(duì)焊球的損壞較小；設(shè)計(jì)的測(cè)試夾具具有易加工、安裝難度小、取放料方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)直通反射延遲線(Through-Reflect-Line，TRL)校準(zhǔn)原理為該測(cè)試夾具設(shè)計(jì)了相應(yīng)的校準(zhǔn)件并仿真分析，其中開路校準(zhǔn)件的回波損耗小于0.11 dB，接近全反射，直通和延遲線校準(zhǔn)件的插入損耗都小于0.28 dB，滿足TRL校準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，可以有效消除測(cè)試夾具帶來(lái)的誤差項(xiàng)。

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作者信息:

張曉慶，劉德喜，祝大龍，史磊，劉亞威

(北京遙測(cè)技術(shù)研究所，北京100094)

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