一種QFP80引線框架的傳輸特性分析

孫海燕

摘 要：工藝簡單、成本低廉是引線框架封裝的優點，但引線框架的固定結構限制了其高頻應用帶寬。該文利用HFSS軟件完成了一種標準的QFP80引線框架的建模和S參數仿真分析。仿真結果表明，該傳統QFP80模型在工作頻段為3.6GHz附件處將形成工作瓶頸；信號-信號-信號（S-S-S）模式下，S11首次跨越15dB的頻點為0.6GHz，而信號-地-信號（G-S-G）模式下，S11首次跨越15dB的頻點為1.1GHz，同時，G-S-G模式具有更小的阻抗。分析結果對引線框架的工程應用具有較為重要的現實意義。

關鍵詞：QFP80 引線 框架 傳輸 特性分析

中圖分類號：U44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0106-01

隨著無線傳感網等電子產品的迅猛發展，電路系統的時鐘頻段達到吉赫茲，甚至更高，封裝中一些低頻應用中被忽略的寄生效應已經開始影響電路的正常工作。QFP（Quad Flat Pack）作為一種低成本的四側引腳扁平封裝技術，適用于大規模或超大規模集成電路封裝。

1 QFP80引線框架的結構與阻抗特性分析

圖1為一種標準的80引腳QFP結構示意圖，集成電路芯片通過絕緣膠（或者導電劑）粘貼在框架的載片臺中間，利用鍵合線完成芯片與框架引腳的互連，實現信號、電源的傳輸。

從圖中可知，傳統的QFP80引線框架內部結構不規則，引腳細長且密度高，框架中部分引腳呈現彎曲和直角形狀，這種設計理念主要是保證塑封后成品的可靠率，但從信號完整性的角度而言，過多的彎角將造成多處的阻抗不連續，形成信號的多重反射，將限制其射頻應用帶寬。

集成電路封裝內部，除了框架引腳對射頻信號具有影響外，鍵合線同樣對信號質量也具有影響。為了說明整體引線框架封裝結構對集成電路芯片封裝的應用瓶頸，以圖1為例，將封裝引線框架和鍵合線整體建模，S2引腳通過鍵合線與載片臺短接，其余信號傳輸通道均作為GND使用。對S2通道（含框架引腳和鍵合線）做電磁場分析得到相應的Z參數，仿真結果顯示當信號的工作帶寬處于3.6 GHz附近時，封裝體內的感抗在該頻段內發生強力共振，Z11迅速增加到3000ohm附近，遠遠大于標準的50ohm，使得S1信號通道在該頻段內形成“開路”效應，器件將在該頻段附近形成工作瓶頸。

2 QFP80引線框架的S參數特性

繼續以圖1中傳統的QFP80封裝模型為對象，選取模型中的S1、S2和S3整個通道作為研究對象，分別分析其作為S-S-S（信號-信號-信號）和G-S-G（地-信號-地）兩種模式對傳輸性能的影響。每個信號通道兩端各接50Ω阻抗，其余通道均作為GND使用。為了方便起見，定義S11（回波損耗）等于15。圖2給出了兩種模式下回波損耗S11的仿真結果。從圖中S參數結果比較可知，S-S-S模式下，S11首次跨越15的頻點為0.6GHz，而G-S-G模式下，S11首次跨越15的頻點為1.1GHz。進一步對圖1模型進行TDR仿真，結果說明傳統的QFP80引線框架封裝在G-S-G傳輸模式下，其塑封體外部引腳瞬態阻抗接近于79.23 Ω，塑封體內部引腳瞬態阻抗接近于61.59 Ω，鍵合線的瞬態阻抗接近于84.36 Ω；而在S-S-S傳輸模式下，其塑封體外部引腳瞬態阻抗接近于85.48Ω，塑封體內部引腳瞬態阻抗接近于69.51Ω，鍵合線的瞬態阻抗接近于90.71Ω。根據返回路徑分析的結論可知G-S-G模式具有更小的阻抗。

從集成電路芯片和封裝的協同設計角度出發，上述分析結果為集成電路設計，尤其是射頻集成電路焊盤布局提供了一定的參考。

3 結語

該文介紹了低成本的QFP80塑料封裝技術在射頻封裝中的應用。分析了標準的QFP80的阻抗特性及高頻傳輸特性，為射頻集成電路封裝設計提供了一定參考。

參考文獻

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