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(yōu)點(diǎn)，但引線框架的固定結(jié)構(gòu)限制了其高頻應(yīng)用帶寬。該文利用HFSS軟件完成了一種標(biāo)準(zhǔn)的QFP80引線框架的建模和S參數(shù)仿真分析。仿真結(jié)果表明，該傳統(tǒng)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(diǎn)為0.6GHz，而信號-地-信號（G-S-G）模式下，S11首次跨越15dB的頻點(diǎn)為1.1GHz，同時(shí)，G-S-G模式具有更小的阻抗。分析結(jié)果對引線框架的工程應(yīng)用具有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：QFP80 引線 框架 傳輸 特性分析

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

隨著無線傳感網(wǎng)等電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，電路系統(tǒng)的時(shí)鐘頻段達(dá)到吉赫茲，甚至更高，封裝中一些低頻應(yīng)用中被忽略的寄生效應(yīng)已經(jīng)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(cè)引腳扁平封裝技術(shù)，適用于大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路封裝。

1 QFP80引線框架的結(jié)構(gòu)與阻抗特性分析

圖1為一種標(biāo)準(zhǔn)的80引腳QFP結(jié)構(gòu)示意圖，集成電路芯片通過絕緣膠（或者導(dǎo)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(shí)現(xiàn)信號、電源的傳輸。

從圖中可知，傳統(tǒng)的QFP80引線框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則，引腳細(xì)長且密度高，框架中部分引腳呈現(xiàn)彎曲和直角形狀，這種設(shè)計(jì)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(xù)，形成信號的多重反射，將限制其射頻應(yīng)用帶寬。

集成電路封裝內(nèi)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(zhì)量也具有影響。為了說明整體引線框架封裝結(jié)構(gòu)對集成電路芯片封裝的應(yīng)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(yīng)的Z參數(shù)，仿真結(jié)果顯示當(dāng)信號的工作帶寬處于3.6 GHz附近時(shí)，封裝體內(nèi)的感抗在該頻段內(nèi)發(fā)生強(qiáng)力共振，Z11迅速增加到3000ohm附近，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)的50ohm，使得S1信號通道在該頻段內(nèi)形成“開路”效應(yīng)，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(shù)特性

繼續(xù)以圖1中傳統(tǒng)的QFP80封裝模型為對象，選取模型中的S1、S2和S3整個(gè)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(gè)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(jié)果。從圖中S參數(shù)結(jié)果比較可知，S-S-S模式下，S11首次跨越15的頻點(diǎn)為0.6GHz，而G-S-G模式下，S11首次跨越15的頻點(diǎn)為1.1GHz。進(jìn)一步對圖1模型進(jìn)行TDR仿真，結(jié)果說明傳統(tǒng)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(tài)阻抗接近于79.23 Ω，塑封體內(nèi)部引腳瞬態(tài)阻抗接近于61.59 Ω，鍵合線的瞬態(tài)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(tài)阻抗接近于85.48Ω，塑封體內(nèi)部引腳瞬態(tài)阻抗接近于69.51Ω，鍵合線的瞬態(tài)阻抗接近于90.71Ω。根據(jù)返回路徑分析的結(jié)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(xié)同設(shè)計(jì)角度出發(fā)，上述分析結(jié)果為集成電路設(shè)計(jì)，尤其是射頻集成電路焊盤布局提供了一定的參考。

3 結(jié)語

該文介紹了低成本的QFP80塑料封裝技術(shù)在射頻封裝中的應(yīng)用。分析了標(biāo)準(zhǔn)的QFP80的阻抗特性及高頻傳輸特性，為射頻集成電路封裝設(shè)計(jì)提供了一定參考。

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