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DC-40 GHz通用化BGA封裝的射頻微系統測試技術研究

2021年電子技術應用第1期

張曉慶，劉德喜，祝大龍，史磊，劉亞威

北京遙測技術研究所，北京100094

摘要： 射頻微系統是未來電子器件小型化的發展趨勢，球珊陣列(BGA)封裝是其常用實現形式之一。由于BGA封裝無法連接矢網進行測量，因此對射頻BGA封裝的測試技術進行研究，設計了一款可應用于DC-40 GHz射頻BGA封裝的測試夾具，并為其設計了校準件，解決了射頻BGA封裝的測試問題。仿真結果顯示，在DC-40 GHz頻段內，工作狀態的測試夾具回波損耗優于18 dB，設計的開路校準件的回波損耗小于0.88 dB，直通和延遲線校準件的插入損耗都小于1.1 dB，符合校準的設計要求。該產品具有良好的電接觸性，且具有免焊接、可重復使用、易加工、取放料方便的特點，對于標準尺寸的BGA封裝具有通用性。

關鍵詞： 球柵陣列BGA封裝射頻測試 TRL校準校準件

中圖分類號： TN710
文獻標識碼： 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封裝的射頻微系統測試技術研究[J].電子技術應用，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)封裝技術由美國Motorola公司于1989年開發，其使用焊球取代傳統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連接集成電路中傳輸的電信號^[1]，從而實現在I/O數目上的大大增加，同時可以使電信號連接距離大幅縮小，提高信號傳遞速度，減少信號損耗與延遲。隨著微電子封裝技術向小尺寸、低功耗、高性能等方向飛速發展，射頻微系統集成技術符合未來電子器件小型化發展趨勢的要求^[2]，因此作為常用實現形式之一的BGA封裝技術近年來愈發受到關注。

由于球柵陣列(BGA)封裝端口非連接器結構，無法直接連接矢量網絡分析儀進行S參數測量，因此對BGA封裝的測試夾具的引入必不可少。為實現夾具與測試封裝的可重復使用，目前采用的測試夾具與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字信號和10 GHz以內的射頻信號傳輸測試，對更高頻率的射頻信號的性能測試效果較差；鉚紐扣連接方法可以完成25 GHz以下射頻信號的測試，但其裝配及返修更換非常復雜，且其插損較大。因此，引入一種易加工易操作、電接觸良好、造價低廉且可重復使用的BGA封裝測試方法可以為射頻BGA封裝的設計與加工帶來很大便利。

基于上述需求，本文設計了一種用于射頻微系統BGA封裝模塊的微波測試夾具，并為其設計了相應校準件。提出的微波測試方法為免焊接測試，因此具有可重復使用的特點；對設計的測試夾具進行仿真分析，仿真結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形狀，使用該測試夾具對BGA封裝模塊進行測試時對焊球的損壞較?。辉O計的測試夾具具有易加工、安裝難度小、取放料方便等優點。同時，根據直通反射延遲線(Through-Reflect-Line，TRL)校準原理為該測試夾具設計了相應的校準件并仿真分析，其中開路校準件的回波損耗小于0.11 dB，接近全反射，直通和延遲線校準件的插入損耗都小于0.28 dB，滿足TRL校準的設計要求，可以有效消除測試夾具帶來的誤差項。

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作者信息:

張曉慶，劉德喜，祝大龍，史磊，劉亞威

(北京遙測技術研究所，北京100094)

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