一种QFP80引线框架的传输特性分析

孙海燕

摘 要：工艺简单、成本低廉是引线框架封装的优点，但引线框架的固定结构限制了其高频应用带宽。该文利用HFSS软件完成了一种标准的QFP80引线框架的建模和S参数仿真分析。仿真结果表明，该传统QFP80模型在工作频段为3.6GHz附件处将形成工作瓶颈；信号-信号-信号（S-S-S）模式下，S11首次跨越15dB的频点为0.6GHz，而信号-地-信号（G-S-G）模式下，S11首次跨越15dB的频点为1.1GHz，同时，G-S-G模式具有更小的阻抗。分析结果对引线框架的工程应用具有较为重要的现实意义。

关键词：QFP80 引线 框架 传输 特性分析

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0106-01

随着无线传感网等电子产品的迅猛发展，电路系统的时钟频段达到吉赫兹，甚至更高，封装中一些低频应用中被忽略的寄生效应已经开始影响电路的正常工作。QFP（Quad Flat Pack）作为一种低成本的四侧引脚扁平封装技术，适用于大规模或超大规模集成电路封装。

1 QFP80引线框架的结构与阻抗特性分析

图1为一种标准的80引脚QFP结构示意图，集成电路芯片通过绝缘胶（或者导电剂）粘贴在框架的载片台中间，利用键合线完成芯片与框架引脚的互连，实现信号、电源的传输。

从图中可知，传统的QFP80引线框架内部结构不规则，引脚细长且密度高，框架中部分引脚呈现弯曲和直角形状，这种设计理念主要是保证塑封后成品的可靠率，但从信号完整性的角度而言，过多的弯角将造成多处的阻抗不连续，形成信号的多重反射，将限制其射频应用带宽。

集成电路封装内部，除了框架引脚对射频信号具有影响外，键合线同样对信号质量也具有影响。为了说明整体引线框架封装结构对集成电路芯片封装的应用瓶颈，以图1为例，将封装引线框架和键合线整体建模，S2引脚通过键合线与载片台短接，其余信号传输通道均作为GND使用。对S2通道（含框架引脚和键合线）做电磁场分析得到相应的Z参数，仿真结果显示当信号的工作带宽处于3.6 GHz附近时，封装体内的感抗在该频段内发生强力共振，Z11迅速增加到3000ohm附近，远远大于标准的50ohm，使得S1信号通道在该频段内形成“开路”效应，器件将在该频段附近形成工作瓶颈。

2 QFP80引线框架的S参数特性

继续以图1中传统的QFP80封装模型为对象，选取模型中的S1、S2和S3整个通道作为研究对象，分别分析其作为S-S-S（信号-信号-信号）和G-S-G（地-信号-地）两种模式对传输性能的影响。每个信号通道两端各接50Ω阻抗，其余通道均作为GND使用。为了方便起见，定义S11（回波损耗）等于15。图2给出了两种模式下回波损耗S11的仿真结果。从图中S参数结果比较可知，S-S-S模式下，S11首次跨越15的频点为0.6GHz，而G-S-G模式下，S11首次跨越15的频点为1.1GHz。进一步对图1模型进行TDR仿真，结果说明传统的QFP80引线框架封装在G-S-G传输模式下，其塑封体外部引脚瞬态阻抗接近于79.23 Ω，塑封体内部引脚瞬态阻抗接近于61.59 Ω，键合线的瞬态阻抗接近于84.36 Ω；而在S-S-S传输模式下，其塑封体外部引脚瞬态阻抗接近于85.48Ω，塑封体内部引脚瞬态阻抗接近于69.51Ω，键合线的瞬态阻抗接近于90.71Ω。根据返回路径分析的结论可知G-S-G模式具有更小的阻抗。

从集成电路芯片和封装的协同设计角度出发，上述分析结果为集成电路设计，尤其是射频集成电路焊盘布局提供了一定的参考。

3 结语

该文介绍了低成本的QFP80塑料封装技术在射频封装中的应用。分析了标准的QFP80的阻抗特性及高频传输特性，为射频集成电路封装设计提供了一定参考。

参考文献

[1] Hirose，T.High-Frequency IC Packaging Technologies[C].IEEE Indium Phosphide and Related Materials，2003： 227-230.

[2] N.Chen，K.Chiang，T.D.Her，etal. Electrical characterization andstructure investigation of quad flat non-lead package for RFIC applications[J].Solid-StateElectron，2003（47）：315-322.endprint