一种射频功放芯片异构微封装方法技术

本发明专利技术公开一种射频功放芯片异构微封装方法，应用于射频技术领域，针对现有的封装技术在布孔时未考虑期间寿命的问题；本发明专利技术通过仿真技术对散热通孔进行优化，使得优化后的散热通孔布局满足芯片封装的相关参数性能，从而有效平衡芯片封装的射频性能与散热问题。有效平衡芯片封装的射频性能与散热问题。有效平衡芯片封装的射频性能与散热问题。

【技术实现步骤摘要】
一种射频功放芯片异构微封装方法


[0001]本专利技术属于射频
，特别涉及一种射频功放芯片异构微封装技术。

技术介绍

[0002]射频功率放大器是一种能对输入射频信号产生功率放大作用并输出的射频器件。随着现代无线通信系统的不断发展，射频功率放大器芯片也朝着更高工作频率、更小体积的方向发展，作为现代无线通信系统中无线发射机的核心组成部分，其重要程度不言而喻。
[0003]芯片封装技术起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用。因为芯片的裸片必须与外界隔离，以防止外部环境中对芯片电路的影响和损坏而造成电气性能下降，另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。通过封装，避免了外部环境对芯片内部电路造成的影响，实现了对芯片的保护。同时封装技术通过引脚与导线建立起了芯片与外部电路的桥梁，因此封装技术对芯片制造而言至关重要。
[0004]常用的针对射频功率放大器芯片封装技术有如下两种：
[0005]QFN封装，表面贴装型封装之一，是一种无引脚封装，呈正方形或矩形，封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连结的导电焊盘。QFN封装内部引脚与焊盘之间的导电路径短，自感系数以及封装体内布线电阻很低，因而提供了卓越的电性能。此外，还通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能，该焊盘具有直接散热通道，用于释放封装内的热量。通常将散热焊盘直接焊接在电路板上，并且PCB中的散热过孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中，从而吸收多余的热量。
[0006]综上QFN封装的特点，即是针对射频功率放大器MMIC Die(芯片裸片)，其具有良好的散热特性。但是QFN封装也具有其不可忽视的缺点，QFN封装加工时，芯片的MMIC Die会直接安置在QFN封装的底部中央位置，通过金线将MMIC Die与各引脚相连，这就出现QFN封装内、MMIC Die的外部不能存在电路结构，所有的电路均需要在MMIC Die上实现。这带来的弊端就是，片上由于工艺精度等问题，在射频功率放大器的设计与加工过程中，部分器件品质因数(Q值)差，射频功率放大器芯片的性能得不到保障。
[0007]LGA全称是Land Grid Array，既是栅格阵列封装。同样它用金属触点式封装取代了以往的针状插脚。LGA最大的特点就是克服了QFN封装内、MMIC Die的外部不能存在电路结构的缺点。LGA封装内部，可以安置一块小而薄的PCB电路板，设计好的芯片MMIC Die安置在PCB板上，PCB通过通孔与LGA封装的引脚或者底盘相连。该类封装针对射频功率放大器芯片最大的优势在于，可以将功率放大器芯片的部分电路设计在MMIC Die之外，即PCB板上，可以是输入/输出匹配电路、偏置电路、功率检测电路等等。由于MMIC Die之外的PCB板具有相对宽裕的电路设计空间，因此可以采用高Q值的分离式元器件搭建电路，因此LGA封装对于射频功率放大器而言，具有保障其射频性能的优势。但LGA封装缺点也显而易见，即散热性能不及QFN封装。这是由于主要发热源MMIC Die无法与封装底板直接接触，通过散热效果较差的PCB板和通孔才能实现与底板的接触和散热，在功率容量大，热量产生大的射频功率放大器芯片设计中，该缺点也显得不可忽视。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种射频功放芯片异构微封装方法，能有效平衡芯片中的射频性能与散热。
[0009]本专利技术的具体技术方案为：一种射频功放芯片异构微封装方法，包括通孔优化过程，具体优化步骤为：
[0010]S1、对芯片封装进行建模，并根据芯片正常工作时所产生热量的分布情况，对建模模型进行网格划分；
[0011]S2、利用热分析工具确定各网格的最高温度；
[0012]S3、逐个网格进行通孔优化，得到满足该网格对应的工作温度要求、器件寿命要求的网格布局；
[0013]S4、重复步骤S3，直至完成多有网格的通孔优化。
[0014]步骤S1中一个网格对应若干散热通孔。
[0015]芯片中有源元件处的网格中的散热通孔数量大于无源元件处网格中的散热通孔数量。
[0016]步骤S3包括以下分步骤：
[0017]S31、确定初始的网格布局散热孔的数量；
[0018]S32、根据当前散热孔数量布局后，根据步骤S2重新获取该网格的最高温度，若该最高温度满足芯片正常工作的温度，则执行步骤S33，否则将布局散热孔的数量加1后，再次根据步骤S2确定该网格的最高温度，直至满足要求；
[0019]S33、根据网格当前的最高温度计算芯片的寿命；若计算得到的寿命与参考值得对比结果大于0，则保存当前的散热孔布局方案，否则返回步骤S32。
[0020]步骤S31初始的散热孔的数量计算式为：
[0021]通孔的数目＝(该网格最高温度
‑
满足芯片正常工作的温度)/热通孔的散热量。
[0022]散热通孔采用阵列分布方式。
[0023]本专利技术的有益效果：本专利技术采用仿真的方法对现有封装的散热孔进行优化布局，考虑期间的寿命，对散热通孔的数目，类型和位置进行优化，能在保证芯片射频性能的优势的同时，达到较好的散热性能。
附图说明
[0024]图1为功率放大器热传递系统；
[0025]图2为本专利技术的布孔流程图；
[0026]图3为功率放大器MMIC Die和LGA封装内PCB温度分布图。
具体实施方式
[0027]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0028]如图1所示功率放大器芯片的热能通过两个途径进行传递，一是次要途径，通过环氧树脂传递到芯片上表面，再通过自然对流的方式将热量传递到空气中；二是主要途径，通过BackVia、BT基板过孔、应用PCB的过孔传递到PCB底部粘贴的散热器上，以空气对流方式
进行散热。因此本专利技术基于这两个途径构建芯片的热阻网络。
[0029]如图2所示，为本专利技术的一种射频功放芯片异构微封装方法的流程图，包括如下步骤：
[0030]1、构建热力学性能仿真模型并对求解过程中所需要的相关参数等进行设置，输入功率放大器正常工作所要求的温度范围；
[0031]步骤1中所需要的相关参数包括：载荷(比如热流密度等)、边界条件(对流边界条件、力学仿真中的固定、位移等边界条件)。
[0032]2、计算网格的划分，
[0033]21、接下来进行网格的划分，针对功率放大器芯片的特点。在设计算法时应当考虑在有源部分即在晶体管处划分网格更多更密集。
[0034]22、在空间中建立三维坐标，选择芯片边缘作为原点并选择适当的距离作为分度值建立空间直角坐标系。
[0035]3、利用热分析工具选取各网格中最高温度并保存作为该网格的温度。如图3所示。
[0036]31、根据如图3所示的温度，找到热源处的坐标和温度并记录下来。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频功放芯片异构微封装方法，其特征在于，包括通孔优化过程，具体优化步骤为：S1、对芯片封装进行建模，并根据芯片正常工作时所产生热量的分布情况，对建模模型进行网格划分；S2、利用热分析工具确定各网格的最高温度；S3、逐个网格进行通孔优化，得到满足该网格对应的工作温度要求、器件寿命要求的网格布局；S4、重复步骤S3，直至完成多有网格的通孔优化。2.根据权利要求1所述的一种射频功放芯片异构微封装布孔优化方法，其特征在于，步骤S1中一个网格对应若干散热通孔。3.根据权利要求2所述的一种射频功放芯片异构微封装方法，其特征在于，芯片中有源元件处的网格中的散热通孔数量大于无源元件处网格中的散热通孔数量。4.根据权利要求1所述的一种射频功放芯片异构微封装方法，其特征在于，步骤S3包括以下分步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镇兵，李泽华，孙浩洋，文光俊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：