本发明属于芯片金丝键合，尤其涉及一种共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构及方法。
背景技术：
1、随着移动通信的快速发展，微波射频信号的传输影响着通信的速率和质量。并且越来越多的集成化电路出现，集成化传输线的应用也越来越广泛，成为微波射频电路的重要组成部分。随着时代的发展越来越多的芯片投入生产，使得许多器件的应用更加便捷。非芯片化的集成传输线用于芯片间的互连以及芯片的输入和输出外围电路，因此非芯片化的集成传输线和芯片之间的互连问题成为研究的一个重点领域。
2、共面波导作为一种集成传输线，其包括介质基片，以及其一面上的中心导带和两侧金属地；另一面可以悬空或为金属地，后者方便支撑和导热，因此常常采用。因为其两侧为地，使得接地方便；共面波导相较于微带线而言，其损耗小、色散小，在微波(频率在300mhz～300ghz范围内的电磁波)领域已广泛应用。
3、芯片是一种集成化、小型化的功能电路，它将电路中的有源元件和无源元件制作在砷化镓等衬底介质上，也称为单片集成微波电路，其端面射频输入和输出口包含用于测试的gsg(地-信号-地)结构和之后的微带(包含介质基片和表面上用于传输信号的导带及背面的地)。
4、金丝键合是一种常用在微波集成电路技术中实现芯片、微带、共面波导和集总式元件之间的互连方式。金丝可等效为电感，其键合的位置、长度、粗细、数量等都能影响互连的特性。随着频率升高，金丝键合引入的感抗越大，尤其是在毫米波(频率在30ghz～300ghz范围内的电磁波)领域，其感抗特性尤为明显，影响信号的正常传输。因此在共面波导与芯片微带互连时，对金丝键合的特性以及匹配结构进行研究对提升电路的性能有重大意义。
5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：随着频率升高，金丝键合引入的感抗越大，尤其是在毫米波领域，其感抗特性尤为明显，影响信号的正常传输。最初的共面波导和芯片微带间金丝键合互连结构主要利用共面波导和芯片gsg结构的相似性，两端的传输线和地利用金丝键合即可实现互连，使得毫米波芯片微带与毫米波传输线间的互连结构比较简单(张勇等，一种用于毫米波芯片封装的类共面波导金丝键合互连结构，发明专利,2020-09-25)。在此结构的基础上，现有的共面波导和芯片微带间金丝键合还增加了匹配结构，进一步提升两者间的传输性能。多节不同阻抗的四分之一波长传输线是常见的匹配结构，能够较好地实现宽带匹配；但是多节四分之一波长传输线会增加结构本身的尺寸和复杂度，不利于整体结构的小型化(杨海峰等，基于ltcc技术的ku波段金丝线匹配的研究，电子元件与材料,2012,31(005):39-41)。通过对现有的芯片微带和共面波导间的金丝键合匹配进行了解和分析，现有的匹配结构难以实现宽带匹配和结构简单化两种特性，使得金丝键合匹配结构应用场景有限。并且现有的芯片微带与共面波导传输线的金丝键合匹配结构在传输性能上存在一些不足，将会导致整体芯片电路性能下降、系统效率低、耗能高等多种问题。针对共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构的研究还须深入。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构。
2、本发明是这样实现的，一种共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构，包括共面波导、金丝、芯片、金属地；
3、其中共面波导与芯片之间，利用金丝相连，共面波导两侧金属地通过侧面与背面金属地相连，芯片背面为金属地；
4、共面波导的上表面金属层包含中心导带和两侧金属地；所述的共面波导包含主共面波导和匹配结构；所述的芯片包含端面的地-信号线-地结构和微带，且两者相连；所述的芯片信号线与最近的共面波导中心导带利用金丝相连；
5、进一步，共面波导包括主共面波导、高阻抗共面波导、低阻抗共面波导，且依次相连；匹配结构为高阻抗共面波导与低阻抗共面波导相连的结构。
6、进一步，共面波导中心导带包括主共面波导的中心导带、高阻抗共面波导的窄中心导带、低阻抗共面波导的宽中心导带；两侧金属地包括主共面波导的两侧金属地和高阻抗共面波导的两侧金属地、低阻抗共面波导的两侧金属地。
7、本发明还提供了一种实现共面波导与芯片微带互连的方法，包括以下步骤：提供一共面波导，其包含主共面波导、高阻抗共面波导和低阻抗共面波导；提供一芯片，其包含端面的地-信号线-地结构和与之相连的微带；通过金丝将离芯片最近的共面波导中心导带与芯片的信号线相连，以实现信号从共面波导到芯片的传输。
8、其中，在实现共面波导与芯片微带互连的过程中，还包括以下步骤：将高阻抗共面波导与低阻抗共面波导相连，构成匹配结构，以实现阻抗匹配，优化信号从共面波导到芯片的传输效率。
9、其中，在实现共面波导与芯片微带互连之后，还包括以下步骤：将共面波导的两侧金属地通过侧面与背面金属地相连，以提高信号从共面波导到芯片传输的稳定性和抗干扰能力。
10、其中，在实现共面波导与芯片微带互连时，金丝连接共面波导的中心导带和芯片的信号线，且金丝的连接位置位于低阻抗共面波导的中心导带上，同时确保芯片背面设有金属地，以实现与共面波导的金属地形成有效的接地回路，从而进一步提升信号从共面波导到芯片的传输质量。
11、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
12、第一，本发明是在传统的共面波导与芯片微带的金丝键合结构基础上，在金丝特性限定的前提下，使得反射显著减小，传输改善，大大提高了金丝键合适用的最高频率。这一发明是针对毫米波频段共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构设计，对毫米波领域的芯片信号传输提供了新的匹配结构，使得传统的金丝键合结构能用于高频段的信号传输，扩展了金丝键合的可适用范围。
13、本发明所述的共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构在毫米波频段能够显著改善金丝键合的传输性能，在设计的w波段(频率范围为75～110ghz)的回波损耗在20db以上，实现了共面波导和芯片微带之间互连功率损耗小于1％的连接，在射频芯片应用领域具有较大的价值。
14、第二，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
15、共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构，有效降低了毫米波芯片在系统应用中的驻波，显著拓展了毫米波芯片的应用频段，具有显著的预期收益和商业价值。
16、第三，本发明解决了现有共面波导与芯片微带互连中存在的技术问题，显著提升了信号传输效率与稳定性。首先，传统互连方式往往存在阻抗不匹配的问题，导致信号在传输过程中衰减严重。本发明通过引入高阻抗和低阻抗共面波导构成的匹配结构，有效实现了阻抗匹配，大幅减少了信号衰减，从而提高了信号传输质量。
17、其次，现有技术中，共面波导与芯片之间的连接常采用焊接等方式，容易产生接触不良、焊接点易损坏等问题。本发明采用金丝键合技术，不仅保证了连接的可靠性，还增强了连接的灵活性，便于后期的维护与更换。
18、再者，传统互连结构在抗干扰能力上表现不佳，容易受到外界电磁干扰。本发明通过优化接地设计，将共面波导的两侧金属地与背面金属地相连，显著提高了抗干扰能力，保证了信号传输的稳定性。
19、最后，本发明通过综合应用阻抗匹配技术、金丝键合技术以及接地优化设计，实现了共面波导与芯片微带之间的高效、稳定互连。这一创新不仅提升了信号传输的效率和可靠性，还为相关电子设备的小型化、高性能化提供了有力支持，标志着电子连接技术的一大进步。
1.一种共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构，其特征在于，包括共面波导和芯片，共面波导包含主共面波导、高阻抗共面波导和低阻抗共面波导，且三者依次相连；芯片包含端面的地-信号线-地结构和与之相连的微带；其中，共面波导的中心导带与芯片的信号线通过金丝相连，实现信号传输。
2.根据权利要求1所述的共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构，其特征在于，高阻抗共面波导与低阻抗共面波导相连，构成匹配结构，用于实现阻抗匹配，优化信号传输效率。
3.根据权利要求1或2所述的共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构，其特征在于，共面波导的两侧金属地通过侧面与背面金属地相连，以提高信号传输的稳定性和抗干扰能力。
4.根据权利要求1所述的共面波导与芯片微带互连的金丝键合匹配结构，其特征在于，金丝连接共面波导的中心导带和芯片的信号线，且金丝的连接位置位于低阻抗共面波导的中心导带上，以实现最佳的信号传输效果；同时，芯片背面设有金属地，与共面波导的金属地形成有效的接地回路，进一步提升信号传输质量。
5.一种实现共面波导与芯片微带互连的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一共面波导，其包含主共面波导、高阻抗共面波导和低阻抗共面波导；提供一芯片，其包含端面的地-信号线-地结构和与之相连的微带；通过金丝将共面波导的中心导带与芯片的信号线相连，以实现信号从共面波导到芯片的传输。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在实现共面波导与芯片微带互连的过程中，还包括以下步骤：将高阻抗共面波导与低阻抗共面波导相连，构成匹配结构，以实现阻抗匹配，优化信号从共面波导到芯片的传输效率。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在实现共面波导与芯片微带互连之后，还包括以下步骤：将共面波导的两侧金属地通过侧面与背面金属地相连。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在实现共面波导与芯片微带互连时，金丝连接共面波导的中心导带和芯片的信号线，且金丝的连接位置位于低阻抗共面波导的中心导带上，同时确保芯片背面设有金属地，以实现与共面波导的金属地形成有效的接地回路。
