0 引言

　　封裝具有支撐、保護(hù),、冷卻的作用,，并為芯片提供電氣連接和隔離，以便器件與其他元件構(gòu)成完整的電路。隨著封裝技術(shù)的不斷發(fā)展,，工藝尺寸越來越小,，工作頻率越來越高，封裝中的鍵合線不能再簡單地視為無電阻,、無電感,、無電容的傳輸線。因此在頻率較高的情況下,，鍵合線會對封裝中信號的完整性產(chǎn)生影響,。表面貼裝式是封裝的管腳及散熱法蘭焊接在PCB表面的焊盤上。而PCB傳輸線會產(chǎn)生材料的導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗,，因此,，PCB板也有可能對封裝中信號的傳輸特性產(chǎn)生影響。本文主要通過仿真分析鍵合線和PCB對TO-252表面貼裝式封裝技術(shù)中信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>

1 TO-252管殼建模

　　MOSFET芯片都有一定的工作頻率范圍,，為了使芯片能正常工作,，需要為芯片選取適合的封裝，也就是要求封裝的工作頻率范圍能夠覆蓋芯片的工作頻率范圍,。那我們就有必要了解每種封裝的工作頻率范圍,。本文是根據(jù)TO-252封裝的尺寸圖，利用HFSS 進(jìn)行建模仿真,，通過查看S參數(shù)來判斷TO-252適用的工作頻率范圍,。這里主要查看S21，即插入損耗,，也就是有多少能量被傳輸?shù)侥康亩?，這個值越大越好，理想值是1,，即0 dB,，S21越大傳輸?shù)男试礁撸话憬ㄗhS21>－3 dB,。

　　利用HFSS建立TO-252封裝模型如圖1和圖2,，底層為PCB板，管殼采用的是塑料封裝,。輸入輸出（I/O)引腳是通過鍵合線和微帶線連接在一起,。TO-252封裝尺寸圖這里就不做過多的研究，本文主要從PCB板材,、厚度和鍵合線的根數(shù),、長度、拱高,，鍵合線間的距離等方面來研究對TO-252封裝的影響。

2 PCB板

　　PCB是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體,。利用HFSS仿真S參數(shù),，需要添加波或集總端口激勵，而波或集總端口激勵需要通過傳輸線傳輸,，鑒于TO-252封裝引腳本身只有金屬,，不能夠成微帶線，如果只是單獨(dú)仿真TO-252信號無法進(jìn)行傳輸,，因此,，需要采用PCB和TO-252封裝一起仿真。這樣就會使PCB的板材和厚度對TO-252封裝的信號傳輸特性產(chǎn)生影響,。

　　2.1 PCB板材影響

　　利用HFSS建好模型,，設(shè)置PCB板的厚度為1 mm，選取不同的PCB板材,，介電常數(shù)分別為3.66,、4.4、6.15,、10.2,，仿真分析不同板材對信號傳輸?shù)挠绊懀瑘D3是給出不同板材下插入損耗（S21）的仿真結(jié)果,。

　　從圖3可以看出：(1)在頻率較低時,，隨著板材介電常數(shù)的增大，信號的傳輸特性越好,。而高頻時,，隨著板材介電常數(shù)的增大，信號的傳輸越來越差,。(2)隨著板材介電常數(shù)的增大,，信號傳輸較好的帶寬越來越窄。

　　2.2 PCB厚度仿真

　　利用HFSS建好模型,，設(shè)定PCB的板材為FR_4,，將PCB板的厚度設(shè)置為0.8 mm、1.2 mm,、1.6 mm,，仿真分析不同厚度的PCB對信號傳輸?shù)挠绊懀瑘D4是給出不同厚度下插入損耗（S21）的仿真結(jié)果,。

　　從圖4可以看出：(1)在2 GHz以下時,，隨著板材厚度增加，信號的傳輸特性越好,。而到2 GHz以上時,，隨著板材厚度增大,，信號的傳輸衰減的較快。(2)隨著板材厚度的增大,，信號傳輸?shù)挠行捲絹碓秸?/p>

　　綜合圖3和圖4,，為了兼顧信號的傳輸和帶寬，需要根據(jù)需求,，選取適合的PCB板材和厚度,。

3 鍵合線

　　鍵合線互連是晶體管中管芯和外部環(huán)境進(jìn)行電氣連接的主要手段，具有分配直流偏置電流,，為射頻信號提供傳輸途徑的作用[2,，3]。隨著器件尺寸的縮小和工作頻率的提高,，當(dāng)工作頻率高于1 GHz時,，鍵合線的射頻等效串聯(lián)電感、并聯(lián)電容等計生參數(shù)將對信號的傳輸產(chǎn)生很大的影響[4],。因此,，關(guān)于鍵合線的設(shè)計和優(yōu)化也十分重要，關(guān)于鍵合線的研究主要有不同材料鍵合線的分析[5,，6],、引線鍵合工藝[7]、鍵合線幾何模型參數(shù)研究[8],、電氣特性[9]等,。

　　本文采用鍵合線互聯(lián)的機(jī)構(gòu)，將芯片的輸入輸出和封裝的引腳連接起來,。借助HFSS仿真軟件,，對TO-252封裝中鍵合線的長度、拱高,、鍵合線間的距離,、根數(shù)進(jìn)行仿真，分析改變以上幾種參數(shù)對信號傳輸特性的影響,。

　　3.1 鍵合線長度的影響

　　設(shè)定鍵合線間距離為0.5 mm,，仿真分析改變鍵合線的長度對信號傳輸?shù)挠绊憽８淖冮L度為2.91 mm,、3.83 mm,、4.78 mm。圖5是給出不同長度下插入損耗（S21）的仿真結(jié)果,。

　　從圖5可以看出：(1)隨著鍵合線長度的增加,，插入損耗越來越大，信號的傳輸特性也越來越差,。(2)隨著鍵合線長度的增加,，傳輸信號的有效帶寬也越來越窄,。因此，為了信號更好的傳輸,，要盡可能地縮短鍵合線的長度,。

　　3.2 鍵合線拱高的影響

　　設(shè)定鍵合線的長度為3.71 mm,，根數(shù)為2根（連接輸入輸出引腳各一根）,，鍵合線間的距離為0.5 mm，改變拱高為0.1 mm,、0.3 mm,、0.5 mm。仿真分析改變鍵合線的拱高對信號傳輸?shù)挠绊?。圖6是給出不同拱高下插入損耗（S21）的仿真結(jié)果,。

　　從圖6可以看出：(1)隨著鍵合線拱高的增大，插入損耗越來越大,，信號的傳輸特性也越來越差,。(2)隨著鍵合線拱高的增大，傳輸信號的有效帶寬也越來越窄,。由此平直的的鍵合線是最好的,，但平直鍵合線受力集中，易斷裂,。因此,，考慮到信號的傳輸和鍵合線的受力問題，要選取合適鍵合線的拱高,。

　　3.3 鍵合線間距的影響

　　設(shè)定鍵合線的拱高為0.2 mm,，根數(shù)為2根（連接輸入輸出的各一根），鍵合線的長度為3.71 mm,。改變鍵合線間的距離為0.2 mm,、0.4 mm、0.6 mm,。仿真分析改變鍵合線間的距離對信號傳輸?shù)挠绊?。圖7是給出不同鍵合線間距下插入損耗（S21）的仿真結(jié)果。

　　從圖7可以看出,，隨著鍵合線間距的增大,，插入損耗越來越小，信號的傳輸特性越來越好,。傳輸?shù)挠行捯苍絹碓綄?。因此，為了信號更好的傳輸,，要盡可能增加鍵合線間的距離,。

　　3.4 鍵合線根數(shù)的影響

　　設(shè)定鍵合線的拱高為0.2 mm,，鍵合線的長度為3.71 mm。鍵合線間的距離為0.1 mm,。仿改變鍵合線的根數(shù)為2,、6、10（連接輸入,，輸出的各占總數(shù)的一半）,，仿真分析改變鍵合線的根數(shù)對信號傳輸?shù)挠绊憽D8是給出不同根數(shù)鍵合線下插入損耗（S21）的仿真結(jié)果,。

　　從圖8可以看出：(1)隨著鍵合線根數(shù)的增加,，插入損耗越來越好，信號的傳輸特性也越來越好,。(2)隨著鍵合線根數(shù)的增加,，信號傳輸?shù)挠行捲鰧挕Ｒ话闱闆r下,，增加鍵合線的根數(shù),，可能會減小鍵合線間的距離，這樣也有可能使插損變大,，因此,，要選取適合鍵合線的根數(shù)和鍵合線間的距離，才能實現(xiàn)信號更好的傳輸,。

4 結(jié)束語

　　綜合上述研究發(fā)現(xiàn)：(1)PCB板材介電常數(shù)越大,、厚度越高，插損越小,，信號傳輸特性越好,。但其有效工作帶寬隨著介電常數(shù)的增大而變小。因此,，在工程中,，需要根據(jù)自己的需求，選擇合適的PCB板材和厚度,。(2)鍵合線的長度越短,、拱高越小、根數(shù)越多,、鍵合線間的距離越大,，此時插入損耗最小，信號的傳輸特性最好,。通過借助HFSS仿真軟件,，模擬分析PCB和鍵合線對封裝系統(tǒng)中信號傳輸?shù)牡挠绊懀瑸閷嶋H封裝提供了可靠的依據(jù),。

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