翻译自-RF环球网，Liam Devlin技术术语-毫米波，表面贴装，键合线寄生，过塑封装，SMT封装，塑料空气腔封装为什么表面贴装技术(SMT)要用半导体器件而不是裸芯片？毕竟未封装的芯片会更小，寄生率更低，性能更好。答案是，封装设备更容易操作，并且与大规模生产和组装技术兼容。未封装的模具需要在洁净室环境中进行专业处理，很难将其他元件焊接到包括裸模在内的电路板上。因此，包括在任何用于大规模生产的商业产品中的芯片可能需要包装在合适的包装中。随着5G对毫米波频率的集成电路体积的要求，它带来了额外的封装挑战。封装的物理尺寸成为波长的重要组成部分，这可能导致谐振问题。始终需要考虑焊线寄生效应，但在较高频率下，感应寄生效应会严重影响性能。因此，焊线[1]需要被视为电路的一个组成部分。毫米波频率下可以使用几种封装类型，各有优缺点，应根据应用类型进行选择。然而，一些通用的设计规则适用于所有形式的包装。首先，需要考虑封装将如何与模具和PCB相互作用。封装成功的关键是集成电路和封装的协同设计，是优化封装器件的性能而不是芯片本身的性能。首先，芯片尺寸与封装尺寸相匹配很重要，这将使键合线尽可能短，并降低其电感。还可以通过并联使用两条甚至三条接合线来减少接合线寄生效应，这需要集成电路上有更大的接合板。通过结合键合线电感形成低通滤波器，键合板电容的这种较大增加可以改善封装转换的RF性能。优化PCB的电容也很有用，因为它构成了滤波器的另一端。模压塑料包装是低成本、大批量生产的“主力军”。它基于一个引线框架:一片蚀刻有许多器件引脚的薄金属。模具一般用导电环氧树脂连接，然后在垫片上加连接线。整个器件封装在塑料模塑料中。塑料的添加还会引入损耗和介电负载，这在设计过程中必须加以考虑。集成电路工艺中的芯片钝化有助于减少模塑料的影响。在毫米波集成电路中，电磁(EM)仿真是设计过程的一部分，并且这种优化应该包括模制化合物。封装设备需要安装在PCB上，并经过精心设计。PCB基板不能太厚，因为这使其在较高频率下分散——其传播特性随频率而变化。使用薄基板有助于降低接地电感并改善热性能。大多数毫米波塑料封装集成电路都有一个裸芯片，必须连接到PCB。为了实现这一点，使用过孔阵列，薄基板有助于保持有效的低接地电感。如果接地电感过高，集成电路周围可能会产生反馈，从而降低性能并最终导致稳定性问题。这种电感随着频率和增益的增加而增加，在毫米波频率下这种影响越来越明显，这就使得低电感接地连接成为必要。大多数厂商SMT封装的毫米波放大器增益在20-25 dB左右；当采用SMT封装时，增益水平高于该值的毫米波放大器可能会遇到问题。对于某些应用，您可以使用定制引线框架，它提供的特性使其更易于在更高频率下使用。通过将一些未使用的引脚直接接地到管芯焊盘，可以增强接地连接的完整性，从而降低接地电感并改善从RF端口到集成电路的转换。通常过模封装的频率高达30-35GHz，但根据集成电路的功能，可以达到更高的频率。塑料空气腔封装看起来类似于包覆成型封装，但它们在芯片上方包含一个空气腔，从而降低了模塑料对器件性能的影响。虽然这种封装会产生处理成本，但在较高的毫米波频率下，它可以提供更好的RF性能。Plextek RFI已成功用于实现频率高达43 GHz的功率放大器。图1显示了包覆成型塑料封装和塑料空气腔封装的对比，两者均采用5mmx 5mm方形扁平无引脚封装(QFN)。市面上也有一系列带开口工具的陶瓷封装。这些封装已被证明在40GHz频率下工作良好。集成电路具有固体金属衬底和空空气腔，可以根据封装尺寸进行设计，从而为封装元件提供最佳的RF性能。虽然它们比塑封贵很多，尤其是体积小，但是随着数量的增加，成本会大大降低。陶瓷包装的一个优点是自由和紧密。可以设计定制版本，但具有经验证的RF性能的标准封装非常受欢迎。许多开放式工具的陶瓷封装采用QFN形式，这是毫米波最常用的方法。该包也可以是QFN形式。这种封装类型的潜在优势是，它可以在内部定制，以适应现有模具设计的大小。模具位于内部井中，其顶面的高度与待连接的高度几乎相同，这使得连接线较短。它还特别适合在同一封装中安装多个芯片(图2)，因为它允许芯片之间的路由，甚至集成滤波，而且无需额外成本。SMT叠层封装在商业产品中使用的频率高达45 GHz。晶圆级芯片封装(WL/CSP)在硅集成电路中比在砷化镓中更常见。在处理的最后阶段，增加了一个“再分布层”，在芯片顶部和芯片级封装本身提供一些布线。然后，集成电路被翻转以形成封装，从而降低RF键的电感，并允许从集成电路的顶部到地的低电感连接。与砷化镓芯片不同，硅集成电路对衬底接地的电感本质上并不低，因此倒装芯片几乎是将硅RF集成电路连接到低寄生封装的常用方式。最后，采用封装天线(AIP)是一项非常有用的技术，因为它不需要PCB的RF端口，因此设计非常紧凑。这可以包括天线阵列，该天线阵列可以组合成受控阵列。它的优点在于在一个紧凑的引脚中提供了许多功能。它可能是一个有吸引力的毫米波5G。它的缺点是根据特定的应用进行设计，封装之外没有额外的过滤功能，所以所有的过滤需求都需要包含在封装内部。不应低估毫米波IC生产测试的重要性和挑战。所有这些封装类型都需要特殊的测试夹具，以最大限度地降低其附加寄生效应，并允许将测量值校准到封装参考层。还必须开发合适的负载板，为测试提供实际操作条件。总之，毫米波包向MMIC设计师提出了一些独特的挑战。相关的寄生现象可能会导致这些频率的严重退化，但这种情况可以通过精心的设计来缓解，并有可能生产出性能优异的SMT封装设备，以满足5G应用所需的容量。