這是一個關于大學封裝介紹PPT，包括了概述－功能要求等，基本概念，封裝的信號傳輸，互聯(lián)接的傳輸線理論，互聯(lián)接線間的干擾，電力分配的電感效應等內(nèi)容，電子封裝材料 2009－2010學年 第二學期封裝的電設計封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 一、基本概念 1、歐姆定律： 2、趨膚效應直流電流在導體內(nèi)均勻流動高頻電流趨向于沿著導體表面流動和聚集封裝的電設計 一、基本概念 3、基爾霍夫電流定律（KCL） 任一集總參數(shù)電路中的任一節(jié)點 ， 在任一瞬間流出該節(jié)點的所有電流的代數(shù)和恒為零即：就參考方向而言，流出節(jié)點的電流在式中取正號，流入節(jié)點的電流取負號基爾霍夫電流定律是電荷守恒定律在電路中的體現(xiàn)。 基爾霍夫電壓定律（KVL）任一集總參數(shù)電路中的任一回路，在任一瞬間沿此回路的各段電壓的代數(shù)和恒為零即電壓的參考方向與回路的繞行方向相同時，該電壓在式中取正號，否則取負號基爾霍夫電壓定律是能量守恒定律在電路中的體現(xiàn)。 封裝的電設計 一、基本概念 4、噪聲非原有要求而產(chǎn)生之信號 噪聲產(chǎn)生來源寄生電容電感 5、時間延遲：電阻電容 或者電阻電感 組合對系統(tǒng)信號產(chǎn)生時間延遲 區(qū)域內(nèi)直流電壓瞬時降低產(chǎn)生信號波動（同步開關噪聲）解決方法：系統(tǒng)中放置去耦電容，對電感作出補償封裝的電設計 一、基本概念 6、傳輸線特征阻抗引起電磁波反射從而引起節(jié)點處信號傳輸錯誤造成噪聲 7、線間干擾（串線）：由寄生電容和寄生電感引起 封裝的電設計 一、基本概念 8、電磁波干擾（EMI) 對系統(tǒng)和鄰近系統(tǒng)有干擾的電子效應，歡迎點擊下載大學封裝介紹PPT哦。

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電子封裝材料 2009－2010學年 第二學期封裝的電設計封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 〇、概述－功能要求等封裝的電設計 一、基本概念 1、歐姆定律： 2、趨膚效應直流電流在導體內(nèi)均勻流動高頻電流趨向于沿著導體表面流動和聚集封裝的電設計 一、基本概念 3、基爾霍夫電流定律（KCL） 任一集總參數(shù)電路中的任一節(jié)點 ， 在任一瞬間流出該節(jié)點的所有電流的代數(shù)和恒為零即：就參考方向而言，流出節(jié)點的電流在式中取正號，流入節(jié)點的電流取負號基爾霍夫電流定律是電荷守恒定律在電路中的體現(xiàn)。 基爾霍夫電壓定律（KVL）任一集總參數(shù)電路中的任一回路，在任一瞬間沿此回路的各段電壓的代數(shù)和恒為零即電壓的參考方向與回路的繞行方向相同時，該電壓在式中取正號，否則取負號基爾霍夫電壓定律是能量守恒定律在電路中的體現(xiàn)。 封裝的電設計 一、基本概念 4、噪聲非原有要求而產(chǎn)生之信號 噪聲產(chǎn)生來源寄生電容電感 5、時間延遲：電阻電容 或者電阻電感 組合對系統(tǒng)信號產(chǎn)生時間延遲 區(qū)域內(nèi)直流電壓瞬時降低產(chǎn)生信號波動（同步開關噪聲）解決方法：系統(tǒng)中放置去耦電容，對電感作出補償封裝的電設計 一、基本概念 6、傳輸線特征阻抗引起電磁波反射從而引起節(jié)點處信號傳輸錯誤造成噪聲 7、線間干擾（串線）：由寄生電容和寄生電感引起 封裝的電設計 一、基本概念 8、電磁波干擾（EMI) 對系統(tǒng)和鄰近系統(tǒng)有干擾的電子效應 9、專門模擬程序（專家系統(tǒng)） SPICE Multisim 封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸一般用線路特征阻抗與傳輸速度來代表電路信號線表現(xiàn)各種寄生效應封裝電設計即為消除這些效應 封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸 MOS晶體管： MOS晶體管： 封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸 CMOS轉(zhuǎn)換器功能簡介封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸轉(zhuǎn)換器時間延遲現(xiàn)象封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸充電延遲現(xiàn)象總阻容負載充電時間延遲公式： 封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸基爾霍夫定律與轉(zhuǎn)換時間延遲信號在大氣中傳輸1ns為304.8mm；在一個時鐘頻率為1GHz電路中傳輸，存在時間延遲原因在于電路尺寸與信號波長可比擬在封裝中，引用傳輸線理論，將時間延遲結合在封裝技術中封裝的電設計 二、封裝的信號傳輸基爾霍夫定律與轉(zhuǎn)換時間延遲在一般介質(zhì)中信號傳輸速度：封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論電報員公式（導體間電壓與信號線電流）：封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論互連接傳輸線理論在無損失條件下，R=0，G=0，兩式經(jīng)微分后合并簡化如下：封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論互連接傳輸線理論電流公式：封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論常用傳輸線阻抗及傳輸速度常用傳輸線：微帶—用于空氣與電介質(zhì)之間，封裝最上面一層 埋封微帶—埋在電介質(zhì)內(nèi)部，封裝表面幾層 條線—兩金屬層之間連接 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論常用傳輸線阻抗及傳輸速度舉例：微帶傳輸線封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論數(shù)字晶體管傳輸線波在常規(guī)電路中，電壓穩(wěn)定是即時的，在傳輸線中，由于存在時間延遲，電壓穩(wěn)定需要一定時間 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論數(shù)字晶體管傳輸線波避免多次反射，引入阻抗匹配（串聯(lián)與并聯(lián)） 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論數(shù)字晶體管傳輸線波其他形式匹配：串聯(lián)終端；并聯(lián)終端由于匹配電阻將消耗能量，故其可以作為雙重作用而存在，一是匹配電阻，一是衰減電阻由于許多封裝傳輸線是以有源元件作為終端，可以通過修改元件電路而不增加電阻達到匹配效果。比如二極管終端電路 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論數(shù)字晶體管傳輸線波其他形式匹配：串聯(lián)終端；并聯(lián)終端由于匹配電阻將消耗能量，故其可以作為雙重作用而存在，一是匹配電阻，一是衰減電阻由于許多封裝傳輸線是以有源元件作為終端，可以通過修改元件電路而不增加電阻達到匹配效果。比如二極管終端電路 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論傳輸線效應應用信號特性決定是否做傳輸線分析，當信號限定傳輸時間非常小，傳輸線效應可忽略 對于一個互連接而言，信號弛豫時間必須小于傳輸延遲時間 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論一定介質(zhì) ，其傳輸時間可以表述為： 封裝的電設計 三、互連接傳輸線理論依據(jù)自由傳輸時間，將電介質(zhì)中電路分為三類：信號起落時間不小于100TOF，用直流電理論分析即可，此時應注意信號的電阻、電流、電壓和接地線信號起落時間在4～100TOF，必須知道互連線電容、通道、焊接位對信號傳輸?shù)难舆t。電壓寄生電感所產(chǎn)生瞬時電流及底線等作用，導致抗拒電流變化的電壓降。此為Delta-I噪聲，將引起臨近電路的速度降慢，甚至開關失誤信號起落時間小于4TOF，必須應用傳輸線理論作信號傳輸分析，包括對信號在電介質(zhì)中的形狀突變點（焊接位置）處的反射分析，對平行導線間的電磁耦合（串線）的分析封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）什么叫互連接線間干擾（串線）也稱線間耦合或者串線，指均一環(huán)境中兩鄰近傳輸線間出現(xiàn)相互之間的信號干擾，某些信號的能量從一條線轉(zhuǎn)移到另一條線產(chǎn)生原因：兩線間的電容和電感的相互耦合，耦合不斷發(fā)生使其中一條線的信號能量轉(zhuǎn)移到另一條信號上去實現(xiàn)芯片的互連需要成百上千的線，有橫向，也有縱向。設計上總是追求最小線寬，盡量小線距。使相鄰線的電磁干擾引起的感生電流封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）什么叫互連接線間干擾（串線）串擾分類：弱耦合：多數(shù)情況下，少數(shù)能量被傳輸?shù)降诙�條線上，稱弱耦合或松散耦合。此時信號由左向右在作用線傳播，不會明顯地被第二條傳輸線干擾。但作用線上傳播的信號，可以在被動線上產(chǎn)生兩個波：向后的近端干擾－信號朝向激勵器向前的遠端干擾－信號朝向接收器端封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）互連接線間干擾（串線）向后近端干擾：封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）互連接線間干擾（串線）向前遠端干擾：封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）串線干擾的計算實例：如圖所示，信號電壓加在作用線1上，在線2產(chǎn)生干擾封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）串線干擾的計算實例：傳輸線輸入端電壓隨時間的變化關系如圖所示封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）串線干擾的計算實例：由傳輸線輸入端電壓隨時間的變化關系，得到輸入信號電壓隨時間的導數(shù)，如圖所示封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）串線干擾的計算實例：將如圖所示，信號電壓加在作用線1上，在線2產(chǎn)生干擾 封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）串線干擾的計算實例：從而得到遠端串線干擾隨時間變化曲線如下圖所示封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）串線干擾的計算實例：類似地，可以計算得到近端串線干擾的曲線如下圖封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）解決互連接線間干擾（串線）原則一、縮小電壓不匹配反射。高邊界速信號通過一個阻抗不一致界面，產(chǎn)生電壓不匹配反射二、減少印刷電路板相鄰信號線之間信號串線。信號線間距要足夠大，在可能前提下，盡量增加傳輸線之間距離。信號線與接地線間距要小。增加傳輸線與接地線之間的耦合，將不用之線或地線放在兩作用線之間，減少串線三、減少芯片與芯片之間信號延遲。元器件之間連接線越短越好。減少信號的起落時間會降低傳輸線向前的遠端干擾封裝的電設計 四、互連接線間干擾（串線）解決互連接線間干擾（串線）原則四、考慮三方位封裝技術。如芯片重疊封裝，減少了元件之間的連接距離五、放置信號界面速度的衰減�；ミB接直流電阻太大，電的表面效應，高頻介電損耗將造成衰減六、設置多重電源層和接地層，設置多個高頻去耦電容，從而改善電源分配和減少接地噪聲七、減少信號線的電容負載，保持信號線阻抗特性和最短傳輸延遲八、減少終端對印刷電路板的介電性與互連接性能影響九、減少印刷電路板的厚度，使其加工與傳熱更容易封裝的電設計 五、電力分配電感效應電力分配電感效應信號產(chǎn)生錯誤的原因：電壓降：電阻（金屬部件：互連接通道、互連接、金屬層）電感響應封裝金屬層本質(zhì)的電感性，使得隨時間變化的電流引起芯片上供應電壓隨時間變化封裝的電設計 五、電力分配電感效應電感效應安培定律：電流電磁關系 PMOS管電壓關系：封裝的電設計 五、電力分配電感效應有效電感互感效應: 電流流經(jīng)電感A將在電感B上產(chǎn)生感生電流 有效電感：封裝的電設計 五、電力分配電感效應輸出激勵器的電感和噪聲關系 增加開關激勵器數(shù)量，電源噪聲也隨著增加，當噪聲過大，在t時間內(nèi)，激勵器輸出的電流就會減少，導致激勵器速度降低進而供電的噪聲電壓也降低封裝的電設計 五、電力分配電感效應供電噪聲（Delta-I噪聲）：電流轉(zhuǎn)換引起感生電壓波動叫做供電和接地網(wǎng)絡噪聲瞬態(tài)的供應電流通過連接點會引起芯片電源電壓波動：封裝的電設計 五、電力分配電感效應供電噪聲影響供電噪聲因數(shù)：供電壓升降：當電路開關同步運行時，電力分配網(wǎng)絡產(chǎn)生之噪聲引起供電壓升降——供電壓降低會引起芯片Vdd和GND之間電壓低于供電壓；當供電壓增加時，反之。封裝電感與芯片內(nèi)部電容共振，引起電壓波動輸出激勵器會引起比內(nèi)部電路更大的供電噪聲輸出激勵器噪聲還取決于返回電流的路徑封裝的電設計 五、電力分配電感效應供電噪聲供電噪聲危害：存在供電噪聲時，電路產(chǎn)生較小電流輸出，增加電路延遲，導致系統(tǒng)時間延遲噪聲干擾會傳播到接受芯片，造成錯誤開關動作噪聲同時也會造成發(fā)送芯片電路的錯誤開關動作 封裝的電設計 五、電力分配電感效應降低噪聲最好辦法：降低供電和接電線網(wǎng)絡的自感和互感封裝對感生電感的影響不同封裝形式（結構）效果不同：一對平面電感低于一對傳輸線電感通道選擇有利于降低電感焊球替代焊接引線可以減低電感其他諸如電流分布也會影響電感封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容即放置去耦合電容，降低系統(tǒng)回路電流量，消除電感，從而降低電源噪聲何為去耦電容？電容性負載需要充電，需要額外電流額外電流通過封裝體的電感時，將產(chǎn)生一個電壓降如向電容充電的額外電流由電容來提供，而不是單獨由供電電流提供，這一電容就是去耦合電容封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容芯片和封裝電路示意圖封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容作用：去耦合電容向開關電路充電的動作比電源快降低回路電流量原理： LC電路中頻率共振為：封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容電容可以分為：低頻fmax=100M 放置在印刷板中頻fmax=500M 放置在封裝上高頻fmax大于1G，也叫溝槽電容放置在晶體芯片內(nèi)不同共振頻率電容工作環(huán)境不一，無論哪種工作狀態(tài)，在最高頻率下，電容就可以使供電壓保持在允許范圍封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容去耦合電容寄生效應：由于電容焊接位和引線的寄生電感和電阻的關系電容不是理想器件，有自己的共振頻率存在由此產(chǎn)生寄生效應封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容電容器阻抗為：封裝的電設計 五、電力分配電感效應設置去耦合電容一般來講，在高頻率電路封裝中采用平面電容，來保持電源低噪聲選擇合適的電介質(zhì)可以使得平面間電容量提高平面間距減薄，能有效降低電感封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾電磁干擾具有自由空間電磁輻射形式并能直接通過電源與地線以及信號線來傳導噪聲何謂電磁干擾（Electromagnetic Interference ）？封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾分兩種：傳導干擾：指通過導電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡上的信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡輻射干擾：指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡在高速PCB及系統(tǒng)設計中，高頻信號線、集成電路引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾三要素： ①首先應該具有干擾源 ②其次有傳播干擾能量的途徑和通道 ③第三還必須有被干擾對象的響應 在電磁兼容性理論中把被干擾對象統(tǒng)稱為敏感設備（或敏感器）第二章 封裝的電設計 電力分配電感效應自然干擾源主要來源大氣層的天電噪聲地球外層空間的宇宙噪聲特點地球電磁環(huán)境的基本要素組成部分對無線電通訊和空間技術造成干擾的干擾源對人造衛(wèi)星和宇宙飛船的運行產(chǎn)生干擾，也會對彈道導彈運載火箭的發(fā)射產(chǎn)生干擾封裝的電設計 五、電力分配電感效應人為干擾源有機電或其他人工裝置產(chǎn)生電磁能量干擾分類有意發(fā)射干擾源專門用來發(fā)射電磁能量的裝置，如廣播、電視、通信、手機、雷達和導航等無線電設備無意發(fā)射干擾源在完成自身功能的同時附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射，如交通車輛、架空輸電線、照明器具、電動機械、家用電器以及工業(yè)、醫(yī)用射頻設備等封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾傳播途徑和通道：傳導耦合方式在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器，發(fā)生干擾現(xiàn)象傳輸電路可包括導線，設備的導電構件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾傳播途徑和通道：輻射耦合方式通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射常見輻射耦合由三種：天線對天線耦合：甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線意外接受場對線的耦合：空間電磁場經(jīng)導線感應而耦合線對線的感應耦合：兩根平行導線之間的高頻信號感應封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾被干擾對象的響應敏感設備（或敏感器）干擾對象總稱可以是一個很小的元件或一個電路板組件也可以是一個單獨的用電設備甚至可以是一個大型系統(tǒng)封裝的電設計 五、電力分配電感效應 電磁干擾危害 封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾危害輻射指數(shù)----★ 液晶電視 背投 液晶顯示器空調(diào) 冰箱 筆記本電腦消毒柜 電飯鍋 照明燈 普通鼠標 普通鍵盤 打印機數(shù)碼相機 MP4 接線板 封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾危害輻射指數(shù)----★ ★ 抽油煙機、跑步機等運動設備 封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾危害輻射指數(shù)----★ ★ ★ 等離子電視 CRT顯示器無線鼠標 無線鍵盤空氣凈化器 電熱足盆 臺式電腦主機（側(cè)面、后面是輻射最厲害的）封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾危害輻射指數(shù)----★ ★ ★ ★ CRT普通電視 電熨斗吹風機 電熱水壺 榨汁機豆?jié){機 暖風機 電扇電磁爐 電火鍋 家庭影院（低音炮最厲害）封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾危害輻射指數(shù)----★ ★ ★ ★ ★ 電熱毯 吸塵器 脂肪運動機等震動器微波爐（門縫處最大，特別是剛開機）封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾危害輻射參數(shù) 咖啡爐1mG 傳真機 2mG 錄像機 6mG 電熨斗 3mG VCD 10mG 空調(diào) 20mG 電視機 20mG 音響 20mG 電冰箱 20mG 洗衣機 30mG 電鍋 40mG 復印機 40mG 吹風機 70mG 電須刀 100mG 電熱毯 100mG 手機 100mG 電腦 100mG 吸塵器 200mG 無繩電話 200mG 微波爐 200mG 封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾電子封裝中的電磁干擾元器件集成化，導體電路布線細化，電磁干擾發(fā)生機會增加工作頻率增加，超過1GHz，產(chǎn)生高頻噪聲和共振噪聲，電磁干擾問題突出 封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾消除輻射與電流頻率，電流大小及載體面積成正比因此明顯的放射性輻射結構使用大尺寸導線，如：電路板導線以及電路板間的電纜嚴密控制封裝和傳輸線匹配電阻的電感封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾消除電源引起噪聲封裝電源線上電壓存在較大波動電源線與電路板的電源線或者是電源電纜相耦合時可能產(chǎn)生較大輻射，引起噪聲消除：設置芯片、封裝或者印刷板的去耦合電容為芯片的正常操作提供必要的電流。穩(wěn)定電源線的電壓，限制高頻噪聲去耦合電容應放在每一個電源和地線的接點去耦合電容減小電流回路尺寸及電流強度和噪聲頻率，降低ＥＭＩ封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾消除封裝引腳引起噪聲： 消除：放置封裝引腳時，正確選擇接地引腳每一個信號線和接地回路必須小接地平面和引腳時，應盡量靠近信號線接地回路區(qū)域應靠近信號線，以形成較小電流回路。因為輻射量正比于回路的面積封裝的電設計 五、電力分配電感效應電磁干擾消除接地線引起噪聲：非理想接地點與其他點間的電勢不同，產(chǎn)生較大高頻接地電流接地電流形成一個回路，起到天線作用產(chǎn)生ＥＭＩ電纜屏蔽與電路板的噪聲地線接點相連，電纜屏蔽變成雙極天線消除：減小接地系統(tǒng)阻抗，限制地線電壓波動來解決 習題與思考題 1、封裝電設計主要解決那些問題 2、已知串線耦合的初始條件，包括傳輸線輸入電壓隨時間的變化，求耦合傳輸線路法人遠端串聯(lián)干擾和近端串聯(lián)干擾（匯出圖） 3、減少串擾的原則有那些 4、降低供電噪聲和電磁干擾的措施有那些l1h紅軟基地