1. LQFP、aQFN與BGA比較

2. 影響封裝SI、PI特性的因素

3. LQFP封裝中，GND pin數目對SI的影響

   -- 176 pin example (15pin中一根GND)

   -- 176 pin example (15pin中兩根GND)

4. BGA plating、non-plating特性比較

5. 利用E-pad改善LQFP的SI

6. Bonding wire線徑加粗

7. 總結

1. LQFP、aQFN與BGA比較 

max. pin count：BGA > aQFN (或NBA、MLB) > LQFP

thermal performance：HSBGA > BGA @ aQFN @ LQFP_Epad > LQFP

cost：BGA > aQFN > LQFP

electrical performance (wire length+inner lead effect)：BGA @ aQFN batter than LQFP

PKG size：LQFP > BGA > aQFN  (the same 256pin)

不同封裝各有所長，並不好說孰優孰劣。

256pin以內的封裝，若沒有小體積的考慮，通常會選LQFP封裝，因為便宜與加工方便。但第一要注意的是散熱，第二要注意高速訊號的SI品質

aQFN(或NBA)雖然較便宜，但並不能取代BGA，尤其在300pin以上的封裝，用aQFN(或NBA)製作困難，lead pitch太小(0.4~0.35mm)導致PCB routing與生產工藝上難處理，通常需要四層板以上的PCB。BGA常用於400pin以上產品；aQFN常用於300pin內，特別要求小封裝體積的應用。

BGA與aQFN(或NBA)的電氣特性比較，若單看wire length，BGA是比aQFN外排pin短，但BGA必須多考慮在substrate上的trace routing length，所以若是小pin數封裝，aQFN特性不比BGA差

日月光從QFN演進的高密度封裝為[aQFN]，這是有專利的；矽品則開發出類似產品稱為[NBA]、[MLB]。

2. 影響封裝的SI、PI特性的因素 

• bonding wire length + inner lead length

• GND pin density and location (the induced loop inductance)

• BGA substrate plating or non-plating process (non-plating process without stub effect)

3. LQFP封裝中，GND pin數目對SI的影響 

3.1 LQFP-176pin example (bonding wire length 95~110mils=2413~2794um)，15pin中配置一根GND pin

以pin 1當GND return path，觀察pin 2~15的S參數隨著距離pin 1遠近的變化。(pin 7 double bond)

S₁₁在8GHz以內最多差4dB；相鄰於GND pin的pin2最好，離GND pin最遠的pin15最差。

S₂₁在8GHz以內最多差1.5dB；相鄰於GND pin的pin2最好，離GND pin最遠的pin15最差。

從S₂₁的頻域特性發現，10GHz以內由return loop dominate(離GND pin的遠近)，10GHz以上的特性由wire + lead length dominate

3.2 LQFP-176pin example (bonding wire length 95~110mils=2413~2794um)，15pin中配置兩根GND pin

以pin 1, 8當GND return path，觀察pin 2~7, 9~15的S參數。(pin 7 double bond)

多拉一根pin8當GND後，可以明顯看到pin7,9的S₂₁改善了約0.9dB，但也只限於相鄰GND的這兩根有較明顯的改善。

4. BGA plating、non-plating特性比較 

4.1 21x21 BGA example (bonding wire length 2667~2921um)，4~5pin中有一根GND pin，4-layer plating process substrate

DQML net(上圖紅色所示)的電鍍線(stub)幾乎跟總線長一樣長，從下圖的S參數曲線可看出特性也最差。

傳輸線的S₁₁、S₂₁參數，在4GHz就碰在一起了，表示傳輸線反射與傳遞損失都很大 。

4.2 27x27 BGA example (bonding wire length 2540~2794um)，4~5pin中有一根GND pin，4-layer non-plating process substrate

本例在BGA substrate內的DDRII有繞蛇線，但其實這是不需要的

傳輸線的S₁₁、S₂₁參數，在7GHz才碰在一起，傳輸線高頻特性較好

27x27這顆BGA雖然較大顆，substrate上走線較複雜，走線也長很多，但其製程因為是採用non-plating process，在3~6GHz的S參數特性反而比較好。而21x21那顆BGA雖然比較小顆，substrate上走線較單純，但其製程因為是採用plating process，在3~6GHz的S參數特性最差的DQML那根net，正是stub最長的

5. 利用E-pad改善LQFP的SI 

改pin 7為GND pin，double bond的一根wire改成打到E-pad，並且在整顆LQFP下方畫一塊邊界條件Perfect E的plane當做系統的地平面，且該sheet與E-pad接觸。

模擬結果如下：

5.1 15pin中多打一根內部到E-pad的wire bond，pin2,6,8的S₁₁改善約0.25dB，S₂₁整體改善約0.15~0.24dB

5.2  15pin中多打三根內部到E-pad的wire bond，每兩個高速signal pad就有一根GND wire bond，pin2,6,8的S₁₁改善約0.25dB，S₂₁整體改善約0.15~0.3dB

6. Bonding wire線徑加粗

與5.1的條件相比，把bonding wire的線徑從0.7mils加粗到0.9mils，S參數特性改善0.1~0.3dB

7. 總結 

7.1 BGA substrate的plating與non-plating process：對DDRII-666~800不至於構成影響，而DDRII-1066的BGA若使用plating process，則要縮短bonding wire或跑3D model模擬確認 (如果對自家的IO很有信心則不在此限，惡劣的環境總是有人能克服)。傳輸線+stub總長8.5mm(335mils)以上，且stub長度佔1/3以上，對3GHz以上頻寬會造成影響。stub長度與stub佔總長的比例，都會對SI造成影響 。

7.2 LQFP封裝中增加GND pin的數目雖然可以改善SI，但只對於相鄰兩根pin有較明顯的改善效果；若再用E-pad增加ground bonding則可以再改善SI，後者只增加die pad而不用增加PKG pin。所以高速LQFP封裝使用E-pad不只為了散熱，還有改善SI的用途。

7.3 把bonding wire的線徑從0.7mils加粗到0.9mils，影響不大

7.4 10GHz以內由return loop dominate(離GND pin的遠近)，10GHz以上的特性由wire + lead length dominate