封裝的主要功能之一是為芯片提供電源．以及為芯片提供通向外部和封裝內(nèi)其他芯片的電信號(hào)通路，其電氣性能關(guān)系到I 能否在更高一級(jí)組裝中正常工作。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)考量如下 3個(gè)方面。

1.信號(hào)完整性

信號(hào)完整性（Signal Integrity， SI）是指電信號(hào)在封裝級(jí)互連上傳輸?shù)钠焚|(zhì)包含電壓波形的精度和信號(hào)上升/下降沿到達(dá)接收電路輸人端的時(shí)間精度兩個(gè)方面，具體的衡量指標(biāo)包括延遲、反射、串?dāng)_、時(shí)序、振蕩等方面的電氣指標(biāo)。在封裝實(shí)踐中．因電信號(hào)互連存在串?dāng)_輻射 阻抗失配與延遲等非理想物理因素會(huì)出現(xiàn)電信號(hào)傳輸品質(zhì)劣化(如接收端眼圖閉合）甚至電路無(wú)法穩(wěn)定工作的現(xiàn)象。因此，為了保障信號(hào)完整性，必須掌握相應(yīng)的機(jī)理、特性的預(yù)測(cè)，以及在設(shè)計(jì)中的糾正方法。目前，信號(hào)完整性主要考量數(shù)字電路的模擬特性，其基本原理和分析問題的角度實(shí)際上與模擬和射頻/微波集成電路封裝是相通的。信號(hào)完整性問題通常出現(xiàn)在工作時(shí)鐘頻率為 50MHz 以上的封裝與 PCB 系統(tǒng)中，目前數(shù)字電路的工作頻率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 50MHz，因此信號(hào)完整性問題越來(lái)越突出。

從電磁學(xué)原理來(lái)看，信號(hào)完整性問題可以歸結(jié)為鄰近信號(hào)之間電磁場(chǎng)的寄生耦合與電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的畸變、傳輸線結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性和不連續(xù)性導(dǎo)致的電磁波傳播奇生模態(tài)、奇生通路與多重反射等。正因如此，在封裝電學(xué)設(shè)計(jì)方法研究中往往通過物理建模、電路建模和實(shí)際測(cè)量相結(jié)合的辦法，揭示物理結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁場(chǎng)分布與傳播的影響，從而確定集成電路與其他附屬元件和封裝基板PCB 的性能參數(shù)，制定集成電路與元器件布局、高速信號(hào)的布線、濾波接地等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，以及與之對(duì)應(yīng)的信令規(guī)范（如數(shù)據(jù)的編碼、端接方式等）和信道均衡化措施，使傳輸?shù)浇邮招酒_的信號(hào)在時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和幅值方面符合要求，即確保良好的信號(hào)完整性，從而保障接收芯片能正確讀取發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。在采用恰當(dāng)?shù)男帕詈驼莆招盘?hào)完整性影響機(jī)制的基礎(chǔ)上，就可以建立高速信號(hào)的高可靠傳輸物理通路與機(jī)制。圖所示的是，采用信號(hào)恢復(fù)措施后，使得接收到的眼圖閉合的信號(hào)恢復(fù)到接近驅(qū)動(dòng)器輸出端處的水平。

2，電源完整性

電源完整性（Power Integrity，PI)是指封裝芯片電源引腳處的供電電壓的量值精度和穩(wěn)定性，其衡量指標(biāo)是芯片供電電壓的波動(dòng)范圍及噪聲等。在工程實(shí)踐中，需掌握非理想因素對(duì)封裝供電網(wǎng)絡(luò)的影響機(jī)制及其預(yù)測(cè) 與評(píng)估方法，相應(yīng)地提出;在設(shè)計(jì)中進(jìn)行糾正的方法。電源波動(dòng)必然會(huì)影響信號(hào)的輸出和接收，從而加劇影響信號(hào)的完整性，因此電源完整性和信號(hào)完整性通常要協(xié)同考慮。

造成電源完整性問題的直接原因主要包括兩個(gè)方面，即電源互連的電阻壓降和電源回路中電流波動(dòng) （如同步開關(guān)）造成的電壓波動(dòng)。前者主要為低頻波動(dòng)，可以通過對(duì)奇生電阻的識(shí)別和在設(shè)計(jì)中減小其電阻值來(lái)解決；后者可以造成較高的頻率波動(dòng)，影響芯片、封裝和 PCB 三個(gè)層級(jí)，通常需要對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)中的電流通路及IC 典型工作模式 下的電流波形頻譜進(jìn)行分析，識(shí)別出存在顯著奇生電感、電容或電磁輻射的互連結(jié)構(gòu)，以及對(duì)信號(hào)影響顯著的電源波動(dòng)的頻率分量，然后提出相應(yīng)的削弱其影響的互連物理設(shè)計(jì)。

3.功耗及功率容量功耗及功率容量

指標(biāo)涉及封裝長(zhǎng)期工作的熱穩(wěn)定性和電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，與器件工作頻率、模式密切相關(guān)。在封裝層面上，除IC本身發(fā)熱之外，功耗的主要來(lái)源是封裝互連的熱耗散，其中包括歐姆發(fā)熱和介質(zhì)損耗。當(dāng)前，封裝的微小電互連截面面積僅為數(shù)平方微米，隨著新型介質(zhì)的使用日益廣泛，其歐姆發(fā)熱和介質(zhì)損耗不可忽視；此外，三維集成封裝中納米IC 與穿透1IC 的垂直互連間的納水級(jí)互連存在界面聲子作用顯著增強(qiáng)等問題，這也會(huì)導(dǎo)致熱耗散，加劇功耗增長(zhǎng)。功率電子器件通常要考慮功率容量，該參數(shù)與功耗和器件的工作穩(wěn)定性密切相關(guān)，主要衡量指標(biāo)是保證長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠工作狀態(tài)下的最大電壓和電流。

為了保證功耗與功率容量分析的準(zhǔn)確性，可以通過理論、仿真與實(shí)測(cè)結(jié)合的手段，建立封裝互連單元熱物理模型，結(jié)合信號(hào)處理與計(jì)算型 IC 的電信令規(guī)范和功率芯片的電流-電壓輸出特性要求，計(jì)算出功耗與對(duì)外輸出功率特性隨頻率、工作模式的變化，從而確定這兩個(gè)參數(shù)。

審核編輯：湯梓紅