应用于高频封装的QFP引线框架设计

摘要

集成电路封装对集成电路产品的工作速度、功耗、复杂性、可靠性和成本都有着重大影响，已成为当今世界高速、高性能电子系统设计与开发的关键领域。随着集成电路特征尺寸的减小和工作速度的提高，高频芯片对封装提出了更高的要求，互连结构的传输线效应成为限制高频集成电路芯片性能的“瓶颈”。传统集总的参数提取方法逐步失去准确性，因此对互连及封装结构进行电磁建模和参数提取在高速集成电路封装设计中具有重要意义。
　　 本文以高速引线框架(QFP:QuadFlatPack)及其封装为研究对象，开展了电磁建模、参数提取及信号完整性分析。主要包括:一、在阐述S参数原理的基础上，详细分析了高速集成电路封装设计中的信号完整性问题，包括反射、串扰等;二、具体阐述了高频QFP64引线框架的电磁建模与高频仿真，通过比较参数化的仿真结果，完成QFP64的优化设计;三、利用HSPICE软件分析信号通道对高速信号的瞬态影响。主要讨论:1）阻抗不匹配造成信号反射;2）邻近导线间信号耦合效应，即串扰效应;四、初步研究了集成电路封装测试技术，并完成对优化QFP64封装模型的测试。结果表明:优化后的QFP64封装模型插入损耗在4.7GHz为-1dB，回波损耗和串扰分别在4.9GHz、2.7GHz为-15dB。与标准的QFP64高频传输特性相比，优化模型的插入损耗、回波损耗、串扰的带宽分别提高了34％、58％、69％。
　　 本论文设计的QFP优化模型以较低的封装成本提高了高频集成电路的封装带宽，对以后的相关研究具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及来源

1．2 国内外发展的现状

1．3 主要的工作和研究的方法

1．4 本文主要的研究工作

第二章 高频集成电路封装理论基础

2．1 信号完整性的定义及其任务

2．2 高频集成电路封装的信号完整性问题

2．2．1 传输延迟

2．2．2 反射噪声分析

2．2．3 串扰噪声分析

2．2．4 同步切换噪声分析

2．3 S参数的基本原理

2．4 “场”“路”结合的建模与仿真方法

2．4．1 模型与建模

2．4．2 仿真

2．5 小结

第三章 高频QFP引线框架建模与仿真

3．1 电磁场仿真软件介绍

3．2 封装中常用绑定金线电磁场仿真与设计

3．3 QFP64引线框架建模与优化设计

3．4 小结

第四章 优化QFP模型的参数提取与时域验证

4．1 准静态法提取的基本理论

4．1．1 电容矩阵的计算

4．1．2 电感矩阵的计算

4．2 QFP引线框架封装的SPICE电路提取

4．2．1 QFP引线框架模型参数的提取

4．2．2 SPICE等效电路的生成

4．3 QFP64引线框架的高频信号完整性分析

4．3．1 反射分析

4．3．2 串扰分析

4．4 小结

第五章 高频QFP封装测试验证

5．1 网络分析仪

5．1．1 矢量网络分析仪基本结构

5．1．2 网络分析仪误差分析

5．2 S参数测试中的校准技术

5．2．1 校准件

5．2．2 校准方法

5．2．3 检验校准的方法

5．3 QFP封装互连S参数测试

4．5小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

5．2 未来工作的展望

致谢

参考文献

本人在研究生期间的工作