SiP设计比板级方法的互连长度更短。互连线的缩短一方面可使电路性能得到改善(降低互连损耗、减少延迟和寄生效应);另一方面可能增大互连线-互连线、元件-元件以及任何“相邻”元件之间的耦合/串扰。对于板级应用来说这些相互作用不存在问题,因为板级封装中部件/元件排列的相对较远。
在通过芯片叠层结构实现数个IC垂直安装的3D封装中,RFSiP应用还要考虑不同芯片之间的串扰。带有电磁屏蔽(EMI)功能的功率放大器通常进行单独封装以保证良好的隔离性。一般情况下不把它们集成在SiP中,本文对此不做讨论。在后文中,我们将着重讨论SiP产品中常见的问题。
SMD电容的焊盘和互连线效应虽然01005SMD电容已面市一段时间,但是因为元件价格和组装成本较高,并没有成为RFSiP的普遍选择。我们对带有焊盘分布和互连线的0201SMD电容进行了研究。
我们可以从不同SMD销售商那里获得0201电容的S参数,RFSiP设计师可以从销售商的产品目录中选择所需的SMD电容(例如10pF)。此外,供应商还提供SMD元件的低频(接近DC)电容值。由于存在寄生效应,不同频率下获得的等效电容与接近DC频率下获得的电容不同。因此RFSiP设计师必须对电容能否满足其应用频段(如2.4GHz)进行检测。最好的检测方式是把销售商提供的S参数值用于系统级模拟过程,从而对其进行鉴定。
电路原理图和与其相对应的实际电路之间的主要差异在于,实际电路/布线中表示出了连接和支撑SMD的互连和焊盘(附加部分)。在RF频率下(如2.5GHz),这些附加部分可能对电容产生“失调”作用,这种作用不容忽视。图2给出了这种现象的实例。0201元件的焊盘位于顶层(M1),它比本征0201占用面积稍大,从而保证较高的组装成品率。第二层(M2)通常为固体接地平面层,M1和M2之间是介质层,其厚度值具有一定的范围要求。当介质层厚度从150.0μm向100.0μm和60.0μm转变时,焊盘电容从77.8fF向90.6fF和113.0fF转变。如果把这些焊盘用于1.0pFSMD电容,包括焊盘电容在内的整体电容值将增大11.3%(使用60.0μm介质),这个增大后的电容足以对RF电路的功能起到微调作用。

互连线的长度对BBIC封装或大多数低频应用来说不会产生明显的影响,但对RF应用影响较大,在RFSiP设计中需要对此重点加以考虑。在电磁(EM)模拟过程中应关注互连线(长度和宽度)的电效应。但是对于SiP产品来说,由于使用了大量的焊盘和互连线,在进行整体封装模拟时,所有焊盘都被当作总端口。这种多端口模拟通常需要大量内存,并需要长时间才能完成。
图3是RF频段下单个SMD焊盘的互连线长度对电容影响的简单实例。在这种情况下,3.0pFSMD电容的一个电极连接在M2层上,形成接地电容。100.0μm宽的互连线与另一个电极连接在一起。在2.5GHz频段下,1.0mm长的互连线可使SMD电容器的等效电容增长到4.9pF(增大了63%)。当然,互连线越短,等效电容与本征电容(3.0pF)的值就越接近。然而,通常使用长互连线连接SMD元件是不可避免的。在这种情况下,考虑互连线对电容的影响就显得异常重要(有时把这种方法称为对电容的微调),否则SiP将无法正常工作。
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