工艺与结构PPT课件

,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,工艺与结构,工艺与结构对射频系统的影响,含义：,什么是工艺设计？,什么是结构设计,？,影响：,工艺设计对射频系统的影响？,结构设计对射频系统的影响,？,PCB,的工艺实现,厚膜工艺的基板生产,薄膜工艺的基板生产,微组装生产工艺,检测与封装,微波介质板的选择,在高频电路的设计中，不可避免的会用到各种板材作为传输线和电路的物理基础。但是，板材的型号众多，不同的板材之间存在着各种性能的差别。如何选择合适的板材，并在产品性能、可靠性和加工性方面取得合适的折中是板材选用的一个主要问题。,为什么使用,PTFE,薄板材,在高频设计中，通常会需要使用较薄的板材来实现设计，这基于以下一些特殊的原,：,抑制不需要的寄生模式的传输,损耗,铜带卷曲力,PTFE,材料的分类,玻璃低填充,玻璃编织布填充,陶瓷微粒填充,玻璃低填充,优势：,具有,PTFE,材料中最好的电性能,劣势：,通常具有较高的,Z,向（垂直向）,CTE,，这会严重,影响金属化通孔的制造可靠性。,PTFE,材料自身强度很低，所以,PTFE,板材在钻孔和夹具夹持方面都有一些特殊的要求,玻璃编织布低填充,PTFE,优势：,电性能接近玻璃纤维填充,PTFE,；,尺寸稳定性和强度都要高于玻璃填充,PTFE,劣势：,介电常数的各向同性和,CTE-Z,要劣于玻璃填充,PTFE,。,玻璃编织布低填充,PTFE,的特殊性,“,编织图样,”,效应：,使用玻璃编织布填充,PTFE,在高频（通常指高于,60GHz,）时，可能会表现出所谓的,“,编织图样,”,效应。,什么是“编织图样”？,产生机理：,“,编织图样,”,效应是指当玻璃布编织的周期性和传输信号的,1/4,波长相近时产生的性能周期性变化。,陶瓷填充的,PTFE,板材,优势：,加工性,是所有基于,PTFE,的板材中最接近于,传统的,FR4,材料的，因而可以保证非常高的成品率,；,具有,很低的,CTE,，可以保证最好的金属化通孔可靠性。,劣势：,电性能不如玻璃低填充的,PTFE,陶瓷填充的,PTFE,板材的特殊性,最低厚度取决于填充的陶瓷微粒的尺寸，,通常,厚度,不会小于,5mil,。,陶瓷填充的,PTFE,通常会对最小过孔间距有限制。,基于,PTFE,板材的总结,通常说来，玻璃编织布填充,PTFE,会具有较高的尺寸稳定性和强度，但是这也会带来损耗系数的增加。在工作温度会剧烈变化的应用领域，低介电常数的陶瓷填充,PTFE,和玻璃编织布填充,PTFE,是比较好的选择。,碳氢化合物板材,优势：,碳氢化合物树脂通常具有相比于,PTFE,板材好的多的加工性,劣势：,相比,PTFE,更高的损耗,结论：,很多陶瓷填充的碳氢化合物树脂材料在电性能和可加工性上有着比较好的折中性能。但是大部分这种材料都是使用玻璃编织布做支撑加强的。碳氢化合物树脂最大的优势就是加工成本，因为这种材料的处理工艺极为接近于传统的,FR4,材料，所以如果可以满足电性能的需求的话，碳氢化合物树脂会是一种比较理想的选择。,LCP,（液晶聚合物）板材,特点：,LCP,材料具有非常突出的高频,性能,LCP,材料,都是未填充,的,金属化通孔的间距可以非常,小,LCP,板材的柔软度非常,好,生产过程中需要予以特别的处理,PCB,表面处理工艺的影响,PCB,的表面处理会影响到电路的整体损耗特性，这主要是由覆盖在铜层上的较低导电率材料造成的。,表面处理工艺,镀银,镀金,镀锡,表面粗糙度的影响,板材的一个重要的而且也是经常被忽视的重要指标。通俗的讲，由于表面粗糙度的存在，导体的表面长度会远远大于测量的物理长度，从而导致传导损耗的增加，尤其是在高频工作条件下，由于趋肤效应的影响，信号分布更趋近于导体表面，此时表面处理材料的导电率和粗糙度对于传输损耗的影响就比较明显了。,表面粗糙度的直观判断,通常应用频段，表面粗糙度造成的影响不是很大，在可能的条件下还是尽量选取低粗糙度的。,从铜箔类型判断表面粗糙度：,真空电沉积和包金的。包金铜箔的表面粗糙度通常在,0.10.2,微米之间。真空电沉积的铜带的表面粗糙度通常分为正反两面。与介质材料相接触的一面通常为,0.10.2,微米与包金铜箔近似，但是预留作表面处理的一面通常粗糙度较高，而且不同的厂家从附着性和与电化学镀金材料的兼容性方面出发，经常会作一些后期的处理，但经验指标一般为,13,微米。,板材厚度的选择,PTFE,材料的介电常数较低，越厚的板材在实现相同阻抗的条件下，线宽越大，从而导致最终电路体积越大；而且,PTFE,材料的,CTE,较高，过厚的板材对于金属化通孔的可靠性会有影响。也不建议选择过薄的板材，因为,PTFE,板材自身强度较低，过薄的板材形变会比较严重，而且,PCB,制造厂商也需要特殊的钻孔和夹具。,结论：,厚度在,15mil31mil,的板材是比较理想的选择。,板材选用的折中考虑,在高频电路的应用中，可供选择的板材是多种多样的。具体是选择含填充的板材还是无填充的板材要取决于所需要的电性能和,PCB,生产厂家的架构能力。在性能、可靠性和成本上的平衡是最终产品成功的根本。加工环境中的板材特性变化和最终,PCB,的性能之间存在这复杂的相互作用关系，所以最终用户应该尽可能按照最终产品的应用需求对所选取的板材进行短期和长期的性能与可靠性的评估以保证所选板材的适用性。,案例,1,板材选择,碳氢化合物填充陶瓷：,RO4003,玻璃低密度填充,PTFE,。 ：,Droid 5880,材料特性对比,RO4003,的损耗系数比,Droid5880,高一个数量级，,TCDK,、,CTE,等都比,Droid5880,要好，热传导能力也是,Droid5880,高,3,倍左右。并且由于材料本身的原因，设计中所使用的参考介电常数和工艺设计的介电常数不一致。,Droid5880,相比,RO4003,的损耗要低很多，在细线条的稳定性上（,Copper Peel Strength,）也较高。介电常数的稳定性要高于,RO4003,。,典型应用,RO4003,适用于,LNB,卫星广播通信（高的温度稳定性），基站天线（尺寸稳定性和温度稳定性），功放电路（良好的热传导性），扩频通信和射频识别（低的加工费用）；,Droid5880,适用于商用飞机通信、微带,/,带线电路、毫米波应用、军用雷达系统和点对点数据通信（低损耗、高的介电常数稳定性和细线条加工稳定性）。,微组装工艺,原则：,当设计需要使用微组装工艺实现时，电路人员应该与工艺人员进行充分沟通，以保证设计的工艺可实现性！,BondingWire,的影响,Package,Die,PCB,Bondingwire,Lead frame,MSL,Grounded surface,(a),封装的截面图,L,Lf,C,d,L,wb,L,Lf,k,wb,k,Lf,C,c,C,in,C,in,L,wb,k,wb,k,mb,C,c,C,d,C,d,L,wb,L,Lf,k,wb,k,Lf,C,c,C,in,C,in,L,wb,k,wb,k,mb,C,c,C,d,C,d,L,wb,L,Lf,k,wb,k,Lf,C,c,C,in,C,in,L,wb,k,wb,k,mb,C,c,C,d,C,d,L,wb,L,Lf,k,wb,k,Lf,C,c,C,in,C,in,L,wb,k,wb,k,mb,C,c,C,d,(,b),封装寄生参数,Die,C,in,= Capacitance between the lead frame solder pad and the,backplane ground. It is dependent on the dielectric constant,thickness of PCB, and solder pad area.,L,Lf,= The lumped inductance of the lead frame conductor and,some of parasitic inductance between PCB and the lead,conductro in,H,;,L,wb,= The lumped inductance of the bond wire in,H,;,C,d,= The bond pad capacitance where the bond wire attaches,to the die;,k,Lf,= The magnetic coupling coefficient between the lead frame,pins;,k,wb,= The magnetic coupling coefficient between the bond wires;,C,c,= The coupling capacitance between the pins.,电感参数,where,k,12,= Mutual coupling coefficient;,M,12,= Mutual inductance in,H,;,L,1,= Self inductance of the conductor 1 in,H,;,L,2,= Self inductance of the conductor 2 in,H,.,where,M,12,= Mutual inductance in,H,;,l,= Length of the conductor in,cm,;,d = Distance apart of the conductor in,cm,.,where,V,L,= Induced voltage in the inductor,L,;,I,1,= Current flowing through the conductor 1;,I,2,= Current flowing through the conductor 2;,where,L,wb,= Wire-bong inductance in,H,;,l,= Length of the wire bond in,cm,;,= Radius of the wire bond in,cm,.,Typically,L,wb, 1 nH/mm,*,低频,:,*,高频,:,Typically,* For single bond-wire,L,2, 0.1 pH/(GHz,2,mm),* For double bond-wires,L2, 0.06 pH/(GHz2mm),BondingWire,电感的精确计算,精确计算必须依靠全三维电磁场仿真：,BondingWire,的形状与弧度,BondingWire,的端接形式,BondingWire,与地平面的距离,Flip-Chip,工艺,FC,工艺的焊接通常使用铟、铅合金实现。由于焊接导致出现的寄生电感通常为,50 pH,左右，远远小于,BondingWire,工艺的, 1 nH/mm,的水平。,FC,工艺非常适合于,BGA,等封装的焊接,FC,工艺通常很贵，大约是,BondingWire,工艺的,23,倍。,Heat spreader,Laminate substrate,Die,Stiffener ring,0.60 mm,0.50 mm,0.62 mm,Stiffener ring,Stiffener adhesive,Die-attach adhesive,Sn/Pb solder bumps,Underfill epoxy,BGA,结构设计,结构设计需要考虑的要素：,接插件的选择与排布,接插件信号安排,电路屏蔽与分腔,维修性,振动,MCM,（,Multi-Chip Module,）设计,MCM,是一种由两个或两个以上裸芯片或者芯片尺寸封装,(CSP),的,IC,组装在一个基板上的模块，模块组成一个电子系统或子系统。基板可以是,PCB,、厚薄膜陶瓷或带有互连图形的硅片。整个,MCM,可以封装在基板上，基板也可以封装在封装体内。,MCM,封装可以是一个包含了电子功能便于安装在电路板上的标准化的封装，也可以就是一个具备电子功能的模块。它们都可直接安装到电子系统中去,(PC,，仪器，机械设备等等,),。,MCM,技术分类,MCM-L,：采用片状多层基板的,MCM,。,特点：,MCM-L,技术本来是高端有高密度封装要求的,PCB,技术，适用于采用键合和,FC,工艺的,MCM,。,MCM-L,不适用有长期可靠性要求和使用环境温差大的场合。,MCM-C,MCM-C:,采用多层陶瓷基板的,MCM,。,特点：,MCM-C,适用于从模拟电路、数字电路、混合电路到微波器件所有的应用。多层陶瓷基板中低温共烧陶瓷基板使用最多，其布线的线宽和布线节距从,254,微米直到,75,微米。,MCM-D,MCM-D,：采用薄膜技术的,MCM,。,MCM-D,的基板由淀积的多层介质、金属层和基材组成。,MCM-D,的基材可以是硅、铝、氧化铝陶瓷或氮化铝。典型的线宽,25,微米，线中心距,50,微米。层间通道在,10,到,50,微米之间。低介电常数材料二氧化硅、聚酰亚胺或,BCB,常用作介质来分隔金属层，介质层要求薄，金属互连要求细小但仍要求适当的互连阻抗。,SIP,（,System in Package,）,SIP,的定义：,将半导体器件、无源器件及互联电路以任意方式组合、封装在,同一个封装内的技术。,源自：,International Semiconductor Association,封装形式：,塑封后组装,低成本容易组装整体塑封,适用于大批量生产,COB,封装,裸芯片和表面贴装元件封装在一起金属封装,耐恶劣环境。封装成本高陶瓷封装,高性能封装,SIP,发展的驱动力,SIP,的形式,2D SIP,3D SIP,SIP,设计挑战,1,、成本：,The SiP process is economically viable only if the associated yield Y-SiP of the packaged SiP is enough high,！,2,、裸片测试,3,、可靠性分析,国外进展,混合设计射频系统,多层垂直馈电,多层垂直馈电系统实物,结束,谢谢,