《电子技术应用》
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DC-40 GHz通用化BGA封装的射频微系统测试技术研究
2021年电子技术应用第1期
张晓庆,刘德喜,祝大龙,史 磊,刘亚威
北京遥测技术研究所,北京100094
摘要: 射频微系统是未来电子器件小型化的发展趋势,球珊阵列(BGA)封装是其常用实现形式之一。由于BGA封装无法连接矢网进行测量,因此对射频BGA封装的测试技术进行研究,设计了一款可应用于DC-40 GHz射频BGA封装的测试夹具,并为其设计了校准件,解决了射频BGA封装的测试问题。仿真结果显示,在DC-40 GHz频段内,工作状态的测试夹具回波损耗优于18 dB,设计的开路校准件的回波损耗小于0.88 dB,直通和延迟线校准件的插入损耗都小于1.1 dB,符合校准的设计要求。该产品具有良好的电接触性,且具有免焊接、可重复使用、易加工、取放料方便的特点,对于标准尺寸的BGA封装具有通用性。
中图分类号: TN710
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200903
中文引用格式: 张晓庆,刘德喜,祝大龙,等. DC-40 GHz通用化BGA封装的射频微系统测试技术研究[J].电子技术应用,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

    球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)封装技术由美国Motorola公司于1989年开发,其使用焊球取代传统封装的金属丝和连接器,并以面阵列的形式排列于基板背面来连接集成电路中传输的电信号[1],从而实现在I/O数目上的大大增加,同时可以使电信号连接距离大幅缩小,提高信号传递速度,减少信号损耗与延迟。随着微电子封装技术向小尺寸、低功耗、高性能等方向飞速发展,射频微系统集成技术符合未来电子器件小型化发展趋势的要求[2],因此作为常用实现形式之一的BGA封装技术近年来愈发受到关注。

    由于球栅阵列(BGA)封装端口非连接器结构,无法直接连接矢量网络分析仪进行S参数测量,因此对BGA封装的测试夹具的引入必不可少。为实现夹具与测试封装的可重复使用,目前采用的测试夹具与BGA封装一般以压接为主,常见的互连方法主要有弹性探针连接[3]、铆纽扣连接形式、膜片连接形式[4]等,其中膜片连接方法适用于数字信号和10 GHz以内的射频信号传输测试,对更高频率的射频信号的性能测试效果较差;铆纽扣连接方法可以完成25 GHz以下射频信号的测试,但其装配及返修更换非常复杂,且其插损较大。因此,引入一种易加工易操作、电接触良好、造价低廉且可重复使用的BGA封装测试方法可以为射频BGA封装的设计与加工带来很大便利。

    基于上述需求,本文设计了一种用于射频微系统BGA封装模块的微波测试夹具,并为其设计了相应校准件。提出的微波测试方法为免焊接测试,因此具有可重复使用的特点;对设计的测试夹具进行仿真分析,仿真结果显示夹具具有良好的电接触性,且由于其特殊的焊球压触点形状,使用该测试夹具对BGA封装模块进行测试时对焊球的损坏较小;设计的测试夹具具有易加工、安装难度小、取放料方便等优点。同时,根据直通反射延迟线(Through-Reflect-Line,TRL)校准原理为该测试夹具设计了相应的校准件并仿真分析,其中开路校准件的回波损耗小于0.11 dB,接近全反射,直通和延迟线校准件的插入损耗都小于0.28 dB,满足TRL校准的设计要求,可以有效消除测试夹具带来的误差项。




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作者信息:

张晓庆,刘德喜,祝大龙,史  磊,刘亚威

(北京遥测技术研究所,北京100094)

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