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微电子封装外壳的设计

2019-02-23 16:24:11 【东智精密】   来源: xiexuhui     阅读


封装外壳的设计

       集成电路外壳是构成集成电路整体的一个主要组成部分。它不仅仅对集成电路芯片起着一个单纯的机械保护和芯片电极向外过渡连接的作用,而且对集成电路芯片的各种 功能参数的正确实现和电路使用场所要求的环境条件,以及体现电路特点,都起着根本的保证作用。

外壳设计的主要原则

外壳设计是一项综合性工作,需要对总体布局、结构尺寸、材料选择以及制造工艺和成本等方面进行分折选定出一个最佳方案。
外壳设计最主要考虑的问题:电性能、热性能和使用场所,

外壳的电性能设计原则

对任一集成电路的封装外壳都要求具有一定的电性能,以保证相互匹配而不致对整个集成电路的性能产生失误或失队其中又以超高频外壳更为突出。

①分布电容和电感
当集成电路处在超高频状态下工作时,由于外壳金属体所形成的分布电容和分布电感常会起不必要的反馈和自激,从而使集成电路的功率增益下降、损耗增加,所以在一般情况下,都希望外壳的分布电容与分布电感愈小愈好。

②特性阻抗
在超高频范围内工作的集成电路,当传输线中有信号传递时,如在中途因阻抗不匹配就会引起信号反射损耗,使传输的信号减弱。因此,要求外壳能保证电路有恒定特性阻抗值(国内一般使用50Ω或75Ω的传输线)。

③电磁屏蔽
在放大电路中,当使用金属外壳时,由于屏蔽作用使金属外壳相当于一只矩形波导,在这波导中,放大电路的各级元器件都对它起电磁场的激励作用,其中以末级元器件的激励最强,这样因屏蔽外壳的耦合,很容易引起寄生反馈。为了消防这些影响,应将外壳做得长一点。

④引线电阻
集成电路封装外壳的引线电阻决定于所用的材料和引线的几何形状。在陶瓷外壳中,引线电阻又与陶瓷金属化材料和图形尺寸有关。若引线电阻过大,则会使电路增加一个不必要的电压降,从而使整个电路的功耗增大,并且影响了电路的性能。

⑤绝缘电阻
集成电路封装外壳的绝缘电阻,通常是两相邻的引线间或任一引线与金属底座间的电阻值。这个数值的大小不仅与引线间的距离和外壳结构有关,也与绝缘体的绝缘性能与环境条件有关。 外壳绝缘电阻的降低将会导致电极问的漏电流增大,使整个集成电路的性能下降或变坏,这对MOS集成电路则更为突出。 绝缘电阻可分为体积电阻和表面电阻.前者的性能好坏决定于本身内在的物质结构.而后者则与所处环境条件及材料表面状态有关,特别是水分、潮气对材料表面电阻影响甚大。因此在进行封装外壳设计时,要注意结构安排的合理性,并考虑到材料加工后的表面状态,应尽量选用一些表面抗电强度和绝缘电阻高的材料。

⑥ 光电外壳

在实际应用中具有光电转换性能的集成电路已经为数不少,数字电路中的可改写只读存储器(EPROM)则是其中最好的一个例子。但是要使集成电路能够具备这样的功能,就必须要有一个类似窗户一样的结构,使各种不同的光能够透射进去,这样才能达到光电转换的目的。为此这类集成电路的 封装外壳需具有特殊的“光窗”结构形式。 这类具有光窗的集成电路封装外壳,我们称它为光电外壳, 光窗的结构和所用的材料是设计光电外壳时应考虑的主要问题。 首先要搞清楚需要透过什么样波长的光,如红外光、紫外光或可见光;其次是透光的强度;最后还要考虑外壳对其他不需要的光如何进行掩蔽,这样才能根据已知的条件来进行设计光电外完。

(2)外壳的热性能设计原则

随着集成电路的组装密度不断增大,将导致功率密度也相应的提高,集成电路单位体积发热量也有所增加。在外壳结构设计上如果不能及时地将芯片内所产生的热量散发出去,设法抑制集成电路的温升,必然对集成电路的可靠性产生极为严重的影响。为此,封装外壳的热设计是一个至关重要的课题。

 在进行封装外壳的热设计时,需要估计集成电路芯片由于电功率的热效应所产生的热量如何通过外壳散发到周围环境中去。

改善底座和散热板的接触状态 加大散热板的面积 改变散热材料,将散热板的热阻降低。


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