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封装基板微带阻抗计算

 

搞SI和RF的都知道“阻抗”这个词,其在电路设计中的重要性,尤其高速高频,你懂得......PCB工程师常用Polar Si9000计算阻抗,很方便。IC封装设计同行的也用其来计算封装基板的走线阻抗。封装基板也是PCB,这样做肯定也行,但个别地方需要注意。

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1. Strip line的阻抗计算,用Polar Si9000完全没有问题,因为信号走线完全埋在Substrate里,结构跟PCB相同;

2. Micronstrip line的阻抗计算则务必留意,塑封封装后基板的上表面会覆盖塑封料(见下图),计算时必须考虑到。

塑封料是一种混合物,一般由树脂(环氧、酚醛)、填充剂(二氧化硅粉)、硬化剂、脱模剂等混合而成。作为绝缘介质,会对阻抗产生影响。

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下面我们看封装基板上90Ohm的差分微带,不考虑塑封料的影响,按一般的结构Polar Si9000计算结果如下,差分阻抗90.75Ohm:

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由于封装基板表面会有阻焊覆盖,实际的截面如下,一般阻焊是平整的,而不是上图想当然的阶梯形。我们按实际结构计算,差分阻抗87.49Ohm,相比90.75Ohm,差了3.6%,还好。

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下面我们考虑塑封料(厚度700um,Dk/Df=4/0.01),为了直观的看出塑封的影响,我们在Q2D中建模如下图。

按上面Polar Si9000中的结构建模、仿真、后处理。我们从电场分布中,可以直观的看到部分电场已超出绿油的范围,渗透到塑封料内部。如果计算不考虑塑封,而默认为自由空间的话,最终封装后实际的阻抗会偏离预定目标。

下图红色曲线是实际的阻抗曲线,2Ghz处约为83Ohm,与上面不考虑塑封料的87.49Ohm比较,相差了5%。(蓝色曲线是作为验证对比,按照Polar Si9000中的模型不考虑塑封料计算,得出2Ghz处差分阻抗87.5Ohm,与Polar Si9000中的计算结果87.49Ohm基本相同,说明两种软件计算结果相同。)

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若不考虑阻焊和塑封料的实际结构,我们实际得到的阻抗是83Ohm,与90.75Ohm相比差了8.5%,跟加工误差一个级别了,这会对高频高速信号产生严重影响。

由于Polar Si9000中还没有上面对应的结构,所以各位需要计算类似结构的,就采用其他工具吧,推荐Q2D。

另外,下面附上部分塑封料的材料参数,仅供参考。


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· 2019-02-17 11:57  本新闻来源自:IC封装设计,版权归原创方所有

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