封装设计

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封装电设计电设计的必要性通常情况下：封装几何尺寸远大于芯片及片上布线的几何尺寸，对电性能的限制主要来自芯片。当：①高密度封装、封装尺寸可与芯片布线尺寸相比拟时；②芯片上器件的工作频率f足够高时；③电路噪声容限很小时，封装电参数有可能限制某些器件的电参数，这时，必须进行封装电设计，如PGA、BGA、微波器件外壳等。2直流、高压低速传输系统高速传输系统三种情况电设计内容：31.   对于直流、高压线间或导体间的绝缘电阻Rs；信号线/电源线/串联电阻：1~0.002Ω；介质层间击穿电压；要求Rs≥108～1011Ω高输入阻抗运放的差模输入RID≥1012Ω，线间漏电流Is=ΔV / Rs要求Rs≥1013Ω如相邻线间电位差ΔV＝2V       Rs=107Ω则IS＝200nA  >> CF741运放的输入偏置（或失调）电流IIB=20nA。Rs小的原因：绝缘原材料不纯，环境或操作沾污，导体材料的扩展、扩散与挥发，设计的间距与工艺、材料条件不符。4引线电阻低电源电压，大驱动电流、低内阻器件RL            降低RL的方法：多引线并联，分流；Rent定律；多导通孔多引线材料上，低阻材料：塑封：Cu框架，Cu-Fe 合金代替42#合金C194   2.54×10-6Ωcm,58×10-6Ωcm金属外壳：4J504J29陶瓷外壳（基板）：低阻浆料：Mo  浆料Cu条带RL0.32               0.22     Ω/cm线宽LW0.10                0.075     mm并联包Cu 引线52.    低速传输系统“低速”——可用集中寄生参数R、C、L模拟的系统。①引线的信号传输延时间tpdtpd=l/ v = l/Cl（m）信号线长度，v（m/s）信号传输速度，C（m/s）光速，ε周围材料的介电常数要求tpd<<tc（系统信号周期时间），由上式可知，若要求tpd小，就应设计选取较短的l和较小的ε。表3-1常用封装材料的介电常数9.0      6.4    8.8      3.9～7.5         4.2 ε(0.1MHz)Al2O3（96%）BeOAlN玻璃瓷环氧树脂材料ε63.    两分离器件（驱动器—接收器）间的信号传输延迟半信号摆幅点的信号传输延迟时间t50d=0.69（Rod+Rp）CTOTRod驱动器输出电阻，Rp封装上有关信号总的串联通路电阻，CTOT=ΣCLM+ΣCLB+ΣCV+ΣCCCLM模块引线电容，CLBPCB上的印制线电容，CV有关通孔电容，CC芯片的输入/输出电容要求t50d<< tc，就要求Rod小，Rp小，CTOT小（几种典型布线的阻抗计算公式见图3-2）
7几种典型布线和其阻抗计算公式图3-2几种典型布线和其阻抗计算公式83.    高速传输系统“高速”传输延迟需用分布参数来模拟，需考虑三类噪声干扰：信号反射噪声线间耦合或串扰噪声同步开关或ΔI  噪声9①反射噪声由于驱动器和接收器之间阻抗失配引起信号反射，往复反射引起振铃现象。造成：电路速度下降或电路工作失常。防止反射：要求信号线长度l<C/（v0        ）其中临界频率v0=0.35/tr  或tf较大的封装有较长的引线和通孔互连，就会有较大的失配。电路速度越高：信号上升、下降时间tr、tf越小，v0大，要求ε和1小。ε10②同步开关或ΔI噪声尤其在数字电路中，输出缓冲器同时开关一些电路时：引起的噪声电压为：vn=ΣLgj（dij/dt）引线越长，引线电感Lg越大电流变化越快vn越大减小vn的设计：采用铜合金线（μ小），短而宽的引线，多地线等j11③耦合（串扰、交叉干扰）噪声近距离两线间的电磁信号耦合（见图3-3a），耦合噪声信号vno的大小正比于传输信号vs、该信号变化速度的大小及交流耦合强度。耦合噪声信号vino∝vs(       ) (Cm?Lm)其中，Cm为线间耦合电容，Lm为线间互感。对于引线间距窄，较大的高速信号，vino就大。减小vino的设计：尽量减少平行信号线，信号线尽量靠近地或电源平面使用ε较小的材料(Cm∝)（A为面积，W为线间距）sdvdtAWε12
$ `( V, I; p. H5 V) ~, K13图3-3高频系统中的噪声(a).相邻引线间串扰或交叉干扰；(b).当输出缓冲器同时开关时的同步开关噪声ΔIn。14四、封装热设计1.器件内热阻RT-JC：器件从发热结到外壳的热阻降低器件内热阻，可降低使用时最高工作结温Tjm或增大器件最大耗散功率Pcm。器件内热阻：RT-JC=RT-芯片＋RT－粘接层＋RT－封装jcTJCcTTRp--=Si外壳15①工作结温与热阻关系：Tj=RT-JCPc+TC在同样TC、PC下，热阻越大，Tj就越大，可靠性越差：器件失效前平均工作时间：MTBF∝exp（E/kT；）对于Si器件：Tj下降10～12℃MTBF就可增加约一倍②最大功耗与热阻关系：Pcm=（Tjm－TC）/ RT-JC在同样的（Tjm－TC）下，热阻越小，Pcm就越大。16③三层结构器件的热阻：RT-JC=RT-芯片＋RT－粘接层＋RT－外壳通常在一维稳态传导传热时RT=d / kS热阻与平行热流的材料厚度d成正比，与垂直热流的材料面积S和有关材料的热导率k成反比。对于大功耗封装的设计，要求材料的厚度薄、面积大、热导率高。材料层间（芯片粘接层等）的气孔和不浸润处少。17表3-2封装常用金属热导率16.7     14.7      58.6        391                230           255         261.5    196.7k(W/mK)(20℃)可伐42合金钢无氧铜钨10%铜钨15%铜CA194   CA195材料表3-3封装常用陶瓷等材料热导率90～92%   96%     99%251.0     4.2170～230660～10000.5～2.6BeO玻璃瓷AlN金刚石模塑料99.5%16.7        20.9     25.1k(W/mK)Al2O3材料182.   封装热阻RT－外壳封装热阻与芯片及其粘接情况有关，因为封装的有效散热面积与芯片粘接情况有关，外壳厂给出的外壳热阻是在给定的芯片及其粘接情况下的。RT－外壳＝RT－JC－（RT－芯片＋RT－粘接层）有国家标准和SEMI标准。使用标准测试芯片，固定粘片工艺和“使用”情况。同样的外壳，芯片不同、芯片粘接情况不同、使用情况不同，会呈现不同的封装热阻。RT= d / kS芯片的面积不同，芯片粘接情况不同，外壳的有效散热面积也不同，RT也不同，即外壳实际热阻与器件厂的使用情况也有关!
193.器件使用时的实际器件热阻还与器件使用情况有关。器件的结到环境热阻，即器件外热阻：RT-JA=RT-JC＋RT外壳－热沉＋RT－热沉＋RT热沉－环境后面三项由器件使用情况决定，它们都会影响器件结到环境的热阻。20集成电路安装后的散热和热阻①IC的热传输(a) 塑料封装（插入式安装）(b) 带散热器的陶瓷封装（表面安装）图3-4使用时的集成电路热耗散21①使用时IC的热阻图3-5使用时集成电路的等效热阻器件结温器件壳温PCB 温度环境温度器件功耗22JATJAHTTRP--=TCATCBTCABATJCTCATCBTCATCBHTCABATJCTCBTCATCBHRRRTRRRRRPRTRRRRP-------------=++++??=++??+??23对于图3-4（b）中那种有主导热通道的封装，外壳热量的绝大部分均由封装上散热器直接背对印制板向外散去，这时RT-CB>>RT-CA，TBA也较小，上式可近似简化为：RT－JA≈RT－JC＋RT－CA24②材料、风速对器件热阻的影响图3-6PLCC68L/84L的热阻与封装材料和风速的关
% B2 i7 f9 D4 k8 d3 N25表13-4某些塑料封装的电、热特性26图3-7热阻与框架材料、模塑料图3-8风速、热沉对热阻的影响热导率的关系（PDIP-16L）（CLCC-68L）由上述可知，选择Cu Olin 194框架料和高热导率模塑料都可使热阻（RT-JA）下降1 / 2 ～1 / 3！27图3-9IBM公司的热导模块内部充氦外部水冷水冷板弹簧He贮藏腔密封环芯片陶瓷基板活塞284.封装热设计的常用方法是有限元法一般通过：结构改进、材料选择、工艺改进、正确使用等来改进封装热性能29基座芯片芯片焊层30粘接层纵向温度下降率?T=18.3℃366.0503.18=℃/μm
3132底面温度梯度75.260.5210.7TXΔ-=≈Δ℃/ mm75.261.6270.5-≈℃/ mm33五、封装的热-力设计1.封装热-力设计的必要性由于封装越来越薄，引线越来越细，芯片越来越大，以及倒装芯片、BGA等的出现，封装的热－力学设计也越来越重要。热热应力形变：反复多次，造成器件失效外壳漏气外壳破损，外引线断裂芯片脱落或热阻增大等内引线断裂芯片破裂34通常封装是多层结构，多层材料的性质：α、E、k等不同：Δα、ΔE各层材料的形状不同：ΔL各处的温度分布和变化不同：ΔT封装热应力的种类：封装内部的热应力封装与PCB等安装基板间的热应力外壳制造时留下的残余应力（原生应力），温度变化ΔT大，次数少；使用时引入的诱生应力：热疲劳失效等：ΔT小，次数多，反复承受。35如BGA、倒装焊、焊球的颈部开裂PLCC的L（翼）形引线的开裂塑料SMT安装时的潮气＋突发加高温——爆裂（爆米花效应）金属、陶瓷外壳的开裂，拱曲过高等。362.封装所受的热－力效应封装受三种类型的热应力封装体内各部件所受热应力封装引出端所受热应力因水气受热所引起的热应力
9 p. W+ k+ w+ @4 M37封装体内各部件所受热应力：①相邻两刚体间的热应力中心层弯曲半径r：其中L、α、E、t、γ分别为材料的长度、热膨胀系数、杨氏模量、厚度、泊松比、下标1、2分别表示材料1和2。ΔT为封装所经历的温度变化量。

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道法自然

不错很好的封装设计资料，还有吗？楼主