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科普知識

一文知道封裝基板微帶阻抗計算

稿件來源:電子發燒友 責任編輯:ICAC 發布時間:2020-11-24

  搞SI和 RF 的都知道“ 阻抗 ”這個詞,其在電路設計中的重要性,尤其高速高頻, PCB工程 師常用PolarSi9000計算阻抗,很方便。IC封裝設計同行的也用其來計算封裝 基板 的走線阻抗。封裝基板也是 PCB ,這樣做肯定也行,但個別地方需要注意。

  1.Stripline的 阻抗計算 ,用PolarSi9000完全沒有問題,因為信號走線完全埋在Substra te 里,結構跟PCB相同;

  2. Mi cronstripline的阻抗計算則務必留意,塑封封裝后基板的上表面會覆蓋塑封料(見下圖),計算時必須考慮到。

  塑封料是一種混合物,一般由樹脂(環氧、酚醛)、填充劑(二氧化硅粉)、硬化劑、脫模劑等混合而成。作為絕緣介質,會對阻抗產生影響。

   

  下面我們看封裝基板上90Ohm的差分微帶,不考慮塑封料的影響,按一般的結構PolarSi9000計算結果如下,差分阻抗90.75Ohm:

   

  由于封裝基板表面會有阻焊覆蓋,實際的截面如下,一般阻焊是平整的,而不是上圖想當然的階梯形。我們按實際結構計算,差分阻抗87.49Ohm,相比90.75Ohm,差了3.6%,還好。

   

  下面我們考慮塑封料(厚度700um,Dk/Df=4/0.01),為了直觀的看出塑封的影響,我們在Q2D中建模如下圖。

  按上面PolarSi9000中的結構建模、仿真、后處理。我們從電場分布中,可以直觀的看到部分電場已超出綠油的范圍,滲透到塑封料內部。如果計算不考慮塑封,而默認為自由空間的話,最終封裝后實際的阻抗會偏離預定目標。

  下圖紅色曲線是實際的阻抗曲線,2Ghz處約為83Ohm,與上面不考慮塑封料的87.49Ohm比較,相差了5%。(藍色曲線是作為驗證對比,按照PolarSi9000中的模型不考慮塑封料計算,得出2Ghz處差分阻抗87.5Ohm,與PolarSi9000中的計算結果87.49Ohm基本相同,說明兩種軟件計算結果相同。)

   

  若不考慮阻焊和塑封料的實際結構,我們實際得到的阻抗是83Ohm,與90.75Ohm相比差了8.5%,跟加工誤差一個級別了,這會對高頻高速信號產生嚴重影響。

  由于PolarSi9000中還沒有上面對應的結構,所以各位需要計算類似結構的,就采用其他工具吧,推薦Q2D。

   

  另外,下面附上部分塑封料的材料參數,僅供參考。

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