（电磁场与微波技术专业论文）芯片电感及封装结构的电特性研究.pdf

等效峥艘从而减小电阻损耗；多层螺旋串联则可以在相同面积卜提高l u 怂值，f h 由于导体间耦合电容的增大，最大9 值出现在较低频率，自谐振 频率也降低。最后是对优化螺旋电感的性能的一些建议和方法。 第三潦是对高速集成电路芯片封装结构的电磁场分析。随着数字脉冲 信弓速瞍的彳；断提高，对高速封装设计和完整性分析变得更为重要。首 尤比较j 各种封装结构电特性；然后通过对目前使用最为广泛的四方桶 、 i 封装( q f p ) 和球栅阵列封装( b g a ) q ，主要部件的电磁建模和参数提取， 分析j 土j 装的瓦连效应，管脚之间的耦合效应。本章还结合芯片内缓冲 器模，弘建：少j 同步开关噪声( s s n ) 的仿真环境，在不同条件f 对封装结 = = j 的s s n 进行了模拟，最后提出了有效抑制同步开关噪声的方法。 墓丁卜述分析方法，作者编写了相应的c + + 程序，并努力做到程序的 、 垣川化。j 一 关键词：部分元等效电路，螺旋电感，高速封装，电特性仿真，同步丌 掣襞j 矗柳粕 塑if ! ! 圣i ! ! ：塑生兰! ! ! ! ! a b s t r a c 丁 、i t ht h ei a p i d d e v e l o p m e n to ft h ei n t e g r a t e d c j l c u l t t e c h n o l o g y , t h e t e a r i s es o m en e w p r o b l e m si nt h ei cd e s i g n a m o n gt h e m ，t w oi m p o r t a n to n e s a l et h e d e s i g n o fi n t e r c o n n e c t sa n d p a c k a g i n g s t r u c t u r e si n h i g h s p e e d n t e g l a t e d c i l c u l t sa n ds p i r a li n d u c t o r si nr fi c i nb o t hc a s e s ，t h es i g n a p l o p a g a t i o ni nt h ec o n d u c t o r s t r u c t u r e ss h o u l db ea c c u r a t e l ya n a l y z e dt h r o u g h e l e c t l + o m a g n e t i c m e t h o d sb e c a u s eo ft h ew a v ee f f e c t s i nt h i sd i s s e r t a t i o n p a r t i a le l e m e n te q u i v a l e n tc i r c u i t ( p e e c ) m e t h o dw i t hs o m em o d i f i c a t i o n s 1 0i m p l o 、et h ec o m p u t a t i o n a le f f i c i e n c yo f p a r a m e t e re x t r a c t i o ni si n t r o d u c e d n t ot h em o d e l i n ga n da n a l y s i so f3 di n t e r c o n n e c t sa n dp a c k a g i n gs t r u c t u l e s n h i g h s p e e d a n d h i g hf r e q u e n c y c i r c u i t s t h i sm e t h o di su s e di nt h e l o l l m i n g ，noa p p l i c a t i o n s ：t h ea n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o no fs p i r a l i n d u c t o r s l b rs ir fi c sa n dt h e s t u d y o fi n t e r c o n n e c t i o ne f f e c t sa n ds i m u l t a n e o u s s w i t c h i n g n o i s eo fh i g h s p e e dc h i pp a c k a g e t h ec o n t e n t sa r e a r r a n g e d a s f o l l o u + i n r s i n c h a p t e r 2 ，s i l i c o n r a d i o f r e q u e n c y ( r f ) i n t e g r a t e d c i r c u i t s p i r a l n d u c t o r sa l em o d e l e da n da n a l y z e d t h ei m p o r t a n te f f e c t so fs u b s t r a t el o s sa s 、e l la st h es l d ne f f e c ta n dp r o x i m i t ye f f e c t sa r ei n c l u d e di nt h ea n a l y s i s i n t h i s c h a p t e l ，a s c a l a b l em o d e li so b t a i n e d ，w h i c ha l l o w sc i r c u i td e s i g n e rt h e i i i - f l e x i b i l i t f ，t ot a i l o rt h ei n d u c t o rd e s i g nf o rag i v e nr fa p p l i c a t i o n ，a n di se a s y f o l a n a l 3 ，s i s a n d o p t i m i z a t i o n c i r c u i t a n a l y s i s a n dn e t w o r k a n a l 7 s i s t e c h n i q u e sa r eu s e dt oe x t r a c tat w o p o r tc o m p a c t i n d u c t o rm o d e l ，、7 h i c hc a f i b ee a s i l y 7 u s e di nc i r c u i ts i m u l a t i o nb e l o wc e r t a i nf l e q u e n c y e x t l a c t i o no f q f a c t o ri s a l s os t u d i e da n dt h ee f f e c t so fg e o m e t r ya n dp r o c e s sp a r a m e t m s u p o n t h ep e r f o n - n a n c eo f s p i r a li n d u c t o r sa r ea n a l y z e d m e a n w h i l e ，m u l t i l e x e s p i r a l s ( m l s ) a r es t u d i e dt os e e t h e i re f f e c t so nt h ep e r f o r m a n c eo fi n d u c t oj s t h e c o m p a r i s o no f t h em l si n d u c t o r st ot r a d i t i o n a ls i n g l e l e v e l - s p i r a l ( s l s ) n d u c t o r ss h o w st h a ts h u n t e dm u l t i l e v e l s p i r a l s c a ni n c r e a s et h ee f f e c t i xe t h i c k n e s sa n dt h e r e b yr e d u c el o s s ；a n dw i t ht h es a m ea r e a ，t h em u l t i l e e s p i r a l s i ns e l + i e s p r o v i d eg r e a t e ri n d u c t a n c e ，b u tt h em a x i m u mq s h i f t st oa o 、，e l f i e q u e n c y a n dt h es e l f - r e s o n a n c e f r e q u e n c y i sr e d u c e dd u et o l f i g h n t e r 一| i l ec a p a c i t a n c e f i n a l l yi nt h i sc h a p t e r , s o m es u g g e s t i o n so ne n h a n c i n g t h eq f a c t o ra r ep r o v i d e d i nc h a p t e l 3 ，p a c k a g i n gs t r u c t u r ef o rh i g h - s p e e di ci sa n a l y z e d w i t ht h e c o n t i n u i n gi n c r e a s e o fd i g i t a l s i g n a ls p e e d ，h i g h s p e e dp a c k a g ed e s i g n a n d s i g n a li n t e g r i t ya n a l y s i s a r e b e c o m i n gm o r ea n d m o r e i m p o r t a n t i n t h i s - c h a p t e r ，t h eb a c k g r o u n d o fp a c k a g i n gi sf i r s t i n t r o d u c e d ，t h e n t h em a i n c o l n p o n e n t s o f q f pa n d b g aa r em o d e l e da n dt h e e q u i v a l e n t c i l c u i t p a r a m e t e r sa l e e x t r a c t e d w i t ht h e s em o d e l s ，t h ei n t e r c o n n e c t i o ne f f e c t sa n d c o u p l i n gb e t w e e np a c k a g ep i n so f b o t hp a c k a g e sa r es i m u l a t e d i nt h er e s to f i v 申i 自i 。岛瓮j 匝j 、学坝i 学位论正 t h i s c h a p t e r ，s i m u l t a n e o u ss w i t c h i n gn o i s e s i m u l a t i o ne n v i r o n m e n ti s s e t u p t o g e t h e l 、v i t ho n c h i p b u f f e rm o d e l sa n ds i m u l a t i o n sa r ep e r f o r m e du n d e z d i f f e l e n t c o n d i t i o n s ，s o m e m e a n st o e f f e c t i v e l ys u p p r e s s t h es s no f p a c k a g i n g s t l u c t u r e sa r ea l s od i s c u s s e d a l la p p r o a c h e sh a v eb e e n p r o g r a m m e d i nc + + l a n g u a g e k e yw o r d s ：p a r t i a le l e m e n te q u i v a l e n tc i r c u i t ( p e e c ) ，s p i r a li n d u c t o r ， c h i pp a c k a g i n g ，s i m u l a t i o no fe l e c t r i cp e r f o r m a n c e ，s i m u l t a n e o u ss w i t c h i n g 1 1 0 j s e ( s s n ) v 第一章绪论 j 1 研究背景及目的意义 、 二号体工艺技术的发展使最小加工线宽不断减小，目前主流工艺已达到o 2 5 微水 以下的j 茱皿微、求工艺水平。集成度的不断提高导致芯片内互连线的密度空日u 增火，! 琏线的惯截丽尺寸更小，线与线之间的距离更近。横截面尺寸的减小和互连长度的增 加导致线上的电阻增加，而互连线间距的减小又使线间耦合加大，产生较强的干扰噪 声。 在集成度迅速提高的同时，集成电路的工作速度也在不断地提高。互连线所传输 的高速咏；中号具有从直流至微波频段极宽的频谱。频谱高端对应的波长已与瓦j 生绝 构的r 、j 处刊一数量级，信号脉冲在互连线上呈现明显的波动效应。高速情况j ? ， 互连线已小是简单的电连接线，而应作为具有分布参数的多导体传输线处理。 因此，在高速大规模集成电路系统中，互连和封装结构对整个电路系统的电特性 f 1 0 影制l ，匕明对它们电特性的分析在整个高速集成电路系统的分 ：斤和设i l 中；1 l 仃 越_ ：越币耍的作用。在信号的延时方面，如在高性能的计算机系统中，超过5 0 1 门延 时是蚓装引起的延时，并且这个比例还将增大1 2 】。除了延时之外，互连效应还表现为 衰：成( a t i e l l u a t i o l l ) 、畸变( d i s t o r t i o n ) 、反射( r e f l e c t i o n ) 、串扰( c r o s st a l k ) 。高速集成电路 中n 勺脉冲信号经过互连和封装系统后产生的这些互连效应影响电路系统的时序关系 和信号完整性，甚至破坏整个系统的正常工作。另一个严重影响信号完整性的因素是 大量晶体管同步切换，较大的瞬变电流通过电源地线( 板) 、公共引线及管脚引起的 同j 步丁1 关噪声【j h “。 f f 频集成电路( r fi c ) 的出现，使射频部分和基带部分集成到单芯片上，满足了尤 线移动产，诮对功能强、体积d , t n 价格低的要求。而r f 集成电路中无源器件，特别址 片上电感的设i l - 和分析也得到了广泛的研究【7 j 【1 1 。在通常的无线产品中，电感元俐j i 占兀件总数的小到1 0 ，但它们对总的射频性能有很重要的影响。虽然半导体硅村底 第一章绪论 j 1 研究背景及目的意义 、 二号体工艺技术的发展使最小加工线宽不断减小，目前主流工艺已达到o 2 5 微水 以下的j 茱皿微、求工艺水平。集成度的不断提高导致芯片内互连线的密度空日u 增火，! 琏线的惯截丽尺寸更小，线与线之间的距离更近。横截面尺寸的减小和互连长度的增 加导致线上的电阻增加，而互连线间距的减小又使线间耦合加大，产生较强的干扰噪 声。 在集成度迅速提高的同时，集成电路的工作速度也在不断地提高。互连线所传输 的高速咏；中号具有从直流至微波频段极宽的频谱。频谱高端对应的波长已与瓦j 生绝 构的r 、j 处刊一数量级，信号脉冲在互连线上呈现明显的波动效应。高速情况j ? ， 互连线已小是简单的电连接线，而应作为具有分布参数的多导体传输线处理。 因此，在高速大规模集成电路系统中，互连和封装结构对整个电路系统的电特性 f 1 0 影制l ，匕明对它们电特性的分析在整个高速集成电路系统的分 ：斤和设i l 中；1 l 仃 越_ ：越币耍的作用。在信号的延时方面，如在高性能的计算机系统中，超过5 0 1 门延 时是蚓装引起的延时，并且这个比例还将增大1 2 】。除了延时之外，互连效应还表现为 衰：成( a t i e l l u a t i o l l ) 、畸变( d i s t o r t i o n ) 、反射( r e f l e c t i o n ) 、串扰( c r o s st a l k ) 。高速集成电路 中n 勺脉冲信号经过互连和封装系统后产生的这些互连效应影响电路系统的时序关系 和信号完整性，甚至破坏整个系统的正常工作。另一个严重影响信号完整性的因素是 大量晶体管同步切换，较大的瞬变电流通过电源地线( 板) 、公共引线及管脚引起的 同j 步丁1 关噪声【j h “。 f f 频集成电路( r fi c ) 的出现，使射频部分和基带部分集成到单芯片上，满足了尤 线移动产，诮对功能强、体积d , t n 价格低的要求。而r f 集成电路中无源器件，特别址 片上电感的设i l - 和分析也得到了广泛的研究【7 j 【1 1 。在通常的无线产品中，电感元俐j i 占兀件总数的小到1 0 ，但它们对总的射频性能有很重要的影响。虽然半导体硅村底 的拟托i “迕线的厚度限制了片上电感的性能，但由于硅集成电路具有制造成本，对 较低，便j 二射频和基带电路的集成，高集成度使芯片尺寸减小等优点，硅衬底r f 集 成电路似育相当竞争力。过去的研究工作主要集中在通过改进工艺和设计方法提高r 乜 ，出的一h 靖e 刈f 乜感进行分析和优化的工作则相对较少。并且一般根据实际测试的 j 粜 柬拟合9 祟魄i 乜感模型，这必须预先准备一个电感库，而设计者不能根据需要白d i 的州 整并种f 乜路参数。从本质上讲，片上螺旋电感也是由一系列余属导体段构成的互连结 构，所u 几 u 采用类似高速电路互连封装分析方法，通过电磁建模，分析螺旋电感l 乜 特性，“通过调整参数对其性能做出优化。 综i ：所述，半导体制造工艺水平的进步和更先进的封装技术的出现，使高速羽i 舟 频i 乜路g ：成 ：一块芯片上成为可能，但随之出现的复杂的互连和封装结构，以及利底 损 【效j 点对电路的影向，都需要运用电磁场方法进行建模和分析。 1 2 研究方法概述 由r 蜒成f 巳路系统工作速度的提高，使得互连线上的高速脉冲信号呈现波动f 输 效应，溉苷j 要采用支配宏观电磁规律的麦克斯韦方程组。高速脉冲信号的频谱从直流 延伸到微波、，毫米波频段。因此，从频域角度分析，高速电路属于超宽频带电路。 1 j 一高述f l 踏分 ? 的目的是求电路对高速信号波形的时域响应，所以时域分析是址_ 、 的。这，j4 般i 一作在一个较窄的频带上的微波集成电路的分析方法是不同的，刈j 后 哲撕城分折足堆本手段【1 2 1 1 1 3 1 。 对r 包含丑连和封装结构的高速集成电路系统的分析按其实质是一个系统的电 磁场分析i u 题，按电磁场方法分析虽然是最严密的，但在大多数实际情况下是不现实 的而此时通过等效电路模型已经能够得到足够的精度，所以实际上往往采用的足电 路分析乃j ：。 电路分析方法的步骤首先是根据不同情况建立等效电路，并应用电磁场的解析或 数值方法计算电路元件参数。等效电路模型主要有两大类。一类是二维准t e m 模型， j ：要应用t - 横向尺寸远小于纵向尺寸的均匀结构。如大部分分层介质中的多导体传输 线。1 0 _ 圳，多层介质多导体互连线上传输的是非t e m 波，但对于我们所研宄| 0 的拟托i “迕线的厚度限制了片上电感的性能，但由于硅集成电路具有制造成本，对 较低，便j 二射频和基带电路的集成，高集成度使芯片尺寸减小等优点，硅衬底r f 集 成电路似育相当竞争力。过去的研究工作主要集中在通过改进工艺和设计方法提高r 乜 ，出的一h 靖e 刈f 乜感进行分析和优化的工作则相对较少。并且一般根据实际测试的 j 粜 柬拟合9 祟魄i 乜感模型，这必须预先准备一个电感库，而设计者不能根据需要白d i 的州 整并种f 乜路参数。从本质上讲，片上螺旋电感也是由一系列余属导体段构成的互连结 构，所u 几 u 采用类似高速电路互连封装分析方法，通过电磁建模，分析螺旋电感l 乜 特性，“通过调整参数对其性能做出优化。 综i ：所述，半导体制造工艺水平的进步和更先进的封装技术的出现，使高速羽i 舟 频i 乜路g ：成 ：一块芯片上成为可能，但随之出现的复杂的互连和封装结构，以及利底 损 【效j 点对电路的影向，都需要运用电磁场方法进行建模和分析。 1 2 研究方法概述 由r 蜒成f 巳路系统工作速度的提高，使得互连线上的高速脉冲信号呈现波动f 输 效应，溉苷j 要采用支配宏观电磁规律的麦克斯韦方程组。高速脉冲信号的频谱从直流 延伸到微波、，毫米波频段。因此，从频域角度分析，高速电路属于超宽频带电路。 1 j 一高述f l 踏分 ? 的目的是求电路对高速信号波形的时域响应，所以时域分析是址_ 、 的。这，j4 般i 一作在一个较窄的频带上的微波集成电路的分析方法是不同的，刈j 后 哲撕城分折足堆本手段【1 2 1 1 1 3 1 。 对r 包含丑连和封装结构的高速集成电路系统的分析按其实质是一个系统的电 磁场分析i u 题，按电磁场方法分析虽然是最严密的，但在大多数实际情况下是不现实 的而此时通过等效电路模型已经能够得到足够的精度，所以实际上往往采用的足电 路分析乃j ：。 电路分析方法的步骤首先是根据不同情况建立等效电路，并应用电磁场的解析或 数值方法计算电路元件参数。等效电路模型主要有两大类。一类是二维准t e m 模型， j ：要应用t - 横向尺寸远小于纵向尺寸的均匀结构。如大部分分层介质中的多导体传输 线。1 0 _ 圳，多层介质多导体互连线上传输的是非t e m 波，但对于我们所研宄| 0 j 连和划装缩 = j ；j ，在目自h 高速集成电路的工作速度下，电磁场纵向分量远小于其横刚 分妒，仍叫以看作是t e m 模式的电磁波。在t e m 假设下，二维互连线用二维f 倚f u 场和静磁场0 法提取的分布电容、分南电感、分布电阻和分布电导矩阵柬表征。 j 类赴- 2 t i 慢，主要应用于三维不规则结构，如传输线不连续性和复杂的互连、4 装 纪均i l ：d 迎琐。建立三维等效电路模型的主要方法有，“部分元等效电路”f p e e c ) ) ) 江 i ”h i o l 和拟合方+ 法，就是将三维结构看成一个多端口网络，利用全波方法存进仃坝城 分杌，然后利 j 频域的端口参数拟合出等效电路内的元件参数。其中p e e c 方法帆：j 、 合t , t i 能较j , a 理想。p e e c 是利用电、磁位积分方程，导出导体结构的网格划分利i 的等设f 乜路，再以静电场和静磁场的提取出一系列电感、电容、电阻元件表示系统的 器个习1 成单元，以互电感、互电容表示各单元间的电耦合和磁耦合。 提取出电路参数以后，就可以交给成熟的电路分析工具，求取系统的频域或叫域 l 州娅。从以l ：过程可以看出：整个系统分析过程不能脱离电磁场分析，但和系统的个 过押i u 融场分析相比，应用电路方法时电磁场问题只存在于参数提取过程，其后孰戍 为电路分忻问题。在参数提取过程中所涉及的场问题范围较小，分析过程较为简单。 同时d | _ 半导体器件内部机理并非完全为电磁作用，也难于用电磁场方程全部拙述， i 迎用电路方法便于使系统和半导体器件和外接部件建立接口，使整个系统的分析j 戊为 j 能。 j s 铰电路分析方法有其许多优点，但当信号频率或速度很高时，系统的引出端h 或传输线不再维持准静态场特性，或者此时确定的电压和电流的定义已经不存在，等 效电路的概念就不再有效。这时，系统电特性分析又回归到电磁场的全波分析。个波 分机方法育，叫域有限差分法( f d t d ) ，传输线矩阵法( t l m ) 等。全波方法是直接求懈 完整的支克斯韦方程组，或其等效方程，因此是最为可靠和严格的分析方法。但h 人 的引算机资源消耗与对于丌放结构的边界截断问题，极大的影响了该方法的普迪f 、i 用。 以最常刚的f d t d 方法为例，它需要在全空域划分为很多网格并在时域也划分j 戊 许多步k 情况f 用数值方法求时域麦克斯韦方程组的解，并且对于丌放结构问题甜j 要 使用m u r h i g d o n 等吸收边界条件加以截断。这样只要网格划分足够细，求解空m 址 够大，就可以充分减小差分近似和吸收边界条件带来的误差，对各种复杂的结构就可 鸽一审绪论 f t 捃_ j 址够精确f j 0 解。然而出于要进行三维分割，且网格尺寸的选择又与输入脉冲j 姗m ，t i 最小波k 有关，所以对于大多数实际的电路，所需的计算机资源就非常巨大。f i i 随 着高效的计算机性能提高和算法的改进，上述问题正逐步得到解决。 对于本文研究的螺旋电感和芯片封装等三维互连结构，在目前的频率和速度下， h jp e e c 方法和基于准静态的参数提取是合适的。 1 3 本文的主要研究工作 本史t 要采用部分元等效电路( p e e c ) 方法对三维芯片互连和封装结构进行f 乜磁 建摸和r l , j 域分析。在6 u 人对参数提取方法研究的基础上加以改进，提高计算效率。h ： 娃体应川到对f ，i t j 底r f 集成电路中螺旋电感的分析和优化，以及对高速芯片封麸结 构f l ；j 呵，连效应和同步开关噪声的分析研究。 本文的主要研究工作安排如下： 第：。i 章是对硅衬底r f 集成电路中的螺旋电感进行的电磁场建模和分析。考虑了 趋肤设j , 7 , t r i 导体邻近效应引起的导体电流的不均匀分布，考虑了半导体硅衬底的损j 、c 效应j 所f 0 可扩展模型，使电路设计人员可以灵活的调整版图几何尺寸，发计适 台小i 】- jr ff 乜路要求的电感，并且很方便分析和优化。再通过电路分析和网络分 7 j i 拽 术衡到了二：端ii 简化电感模型。该模型在特定的截止频率以下可提供可靠的电路系统 仿r ! ，1 j 可扩展的p e e c 模型相比，便于整合到更复杂的r f 电路结构中进行整个1 u 路的仿r 和优化，以及手工计算。对螺旋电感品质因素( q ) 的提取进行了研究，i 分 析了版圈几何参数和工艺参数对电感q 值的影响。本章还研究了多层螺旋对提商电 感性能的作用，与单层螺旋电感的比较结果表明多层螺旋并联可以提高电感的等效厚 度7 , j 、而减小电阻损耗，多层螺旋串联则可以在相同面积下提高电感值，但由于导体间 耦合r 乜容的增大最大q 值出现在较低频率，自谐振频率也降低。最后对优化螺旋 乜 感的i a 能些建议和方法。 第章是对高速集成电路芯片封装结构的电磁场分析。封装提供芯片与外部扳级 电路之州信号线和电源地线的互连，随着数字脉冲信号速度的不断提高，列高述列 装i 9 5 t 和完整性分析也提出了更高的要求。首先比较了各种封装结构电特性：然后通 鸽一审绪论 f t 捃_ j 址够精确f j 0 解。然而出于要进行三维分割，且网格尺寸的选择又与输入脉冲j 姗m ，t i 最小波k 有关，所以对于大多数实际的电路，所需的计算机资源就非常巨大。f i i 随 着高效的计算机性能提高和算法的改进，上述问题正逐步得到解决。 对于本文研究的螺旋电感和芯片封装等三维互连结构，在目前的频率和速度下， h jp e e c 方法和基于准静态的参数提取是合适的。 1 3 本文的主要研究工作 本史t 要采用部分元等效电路( p e e c ) 方法对三维芯片互连和封装结构进行f 乜磁 建摸和r l , j 域分析。在6 u 人对参数提取方法研究的基础上加以改进，提高计算效率。h ： 娃体应川到对f ，i t j 底r f 集成电路中螺旋电感的分析和优化，以及对高速芯片封麸结 构f l ；j 呵，连效应和同步开关噪声的分析研究。 本文的主要研究工作安排如下： 第：。i 章是对硅衬底r f 集成电路中的螺旋电感进行的电磁场建模和分析。考虑了 趋肤设j , 7 , t r i 导体邻近效应引起的导体电流的不均匀分布，考虑了半导体硅衬底的损j 、c 效应j 所f 0 可扩展模型，使电路设计人员可以灵活的调整版图几何尺寸，发计适 台小i 】- jr ff 乜路要求的电感，并且很方便分析和优化。再通过电路分析和网络分 7 j i 拽 术衡到了二：端ii 简化电感模型。该模型在特定的截止频率以下可提供可靠的电路系统 仿r ! ，1 j 可扩展的p e e c 模型相比，便于整合到更复杂的r f 电路结构中进行整个1 u 路的仿r 和优化，以及手工计算。对螺旋电感品质因素( q ) 的提取进行了研究，i 分 析了版圈几何参数和工艺参数对电感q 值的影响。本章还研究了多层螺旋对提商电 感性能的作用，与单层螺旋电感的比较结果表明多层螺旋并联可以提高电感的等效厚 度7 , j 、而减小电阻损耗，多层螺旋串联则可以在相同面积下提高电感值，但由于导体间 耦合r 乜容的增大最大q 值出现在较低频率，自谐振频率也降低。最后对优化螺旋 乜 感的i a 能些建议和方法。 第章是对高速集成电路芯片封装结构的电磁场分析。封装提供芯片与外部扳级 电路之州信号线和电源地线的互连，随着数字脉冲信号速度的不断提高，列高述列 装i 9 5 t 和完整性分析也提出了更高的要求。首先比较了各种封装结构电特性：然后通 申l 卜；幻交通人学帧i 学位论卫 过x , j1 7 1 j u 使丌1 最为广泛的四方扁平封装( q f p ) 和球栅阵列封装( b g a ) 中主要部件的建 摸干参数提取，分析了封装的互连效应，管脚之间的耦合效应。本章还结合芯片内缓 冲器模型建立了同步开关噪声的仿真环境，在不同条件下对封装结构的s s n 进行了 模拟，最后提出了有效抑制同步丌关噪声的方法。 参考文献 1 】r ) a 1 1 jg g e f f k e n r m ，p o u l i n n r ，e t c “t h ee v o l u t i o no fi n t e r c o n n e c t i o n i e c l m o l o g ) a li b m ，“i b mj o f r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t 1 9 9 5 3 9 ( 4 ) ：3 7 1 3 8 1 f 2 】r a b a e ) jmj d i g i t a li n l e g r a t e dc i r c u i t s ：ad e s i g n p e r s p e c t i v e ，”清华大学出版社，北 京，10 9 8 3 】k a t o p i s g a “d e l t a - i n o i s e s p e c i f i c a t i o n f o ra h i g h p e r f o r m a n c ec o m p u t i n g m a c h i n e 、一p r o c i e e e 1 9 8 5 ，7 3 ( 9 ) ：1 4 0 5 1 4 】5 4 s e n l h i n a t h a n r a n dp r i n c e ，j l - s i m u l t a n e o u ss w i t c h i n gg r o u n dn o i s ec a l c u l a t i o n s t b rp a c k a g e d c m o sd e x i c e ”i e e ej o f s o l i d s t a t e c i r c u i t s ，1 9 9 1 2 6 ( 1 1 ) ：17 2 4 17 2 8 f 5 c h e r tc h i r e z h a oj i n c h e nq i n g l u n “as i m u l a t i o ns t u d yo fs i m u l t a n e o u ss w i t c h i n g n o i s e 一p r o co t e l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n d t e c h n o i o g yc o n f e r e n c e 2 0 0 1 6 扬晓二，“高速电路系统和封装结构的同步开关噪声分析与抑制” 博卜沦叉，2 0 0 0 上海交通火学 7 】n i k n e j a d am 一a n a l 3 7 s i s s i m u l a t i o na n d a p p l i c a t i o n so f p a s s i ，ed e x j j c e0 nc o n d u c t i 、e s u b s l r a t e 一p hd d i s s e r t a t i o n ，u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i aa tb e r k e l e y 2 0 0 0 【8 y u e c pa n dw o n g ，s s ，“o n c h i ps p i r a li n d u c t o r sw i t hp a t t e r n e dg r o u n ds h i e l d s f o rs i b a s e dr f1 c s i e e ej o fs o l i d s t a t ec i r c u i t s ，】9 9 8 ，3 3 f 5 ) ：7 4 3 7 5 2 【9 】l o n g jr a n dc o p e l a n dm a “t h em o d e l i n g ，c h a r a c t e r i z a t i o n ，a n dd e s i g no f m o n o l i t h i ci n d u c t o r sf o rs i l i c o nr fl c s ”i e e ejo fs o l i d s t a t ec i r c u i t s 19 9 7 3 2 ( 31 ： 3 5 7 3 6 8 10 n i k n q j a d a m a n dm e y e r , r g ，“a n a l y s i s d e s i g n ，a n do p t i m i z a t i o no fs p i r a l i n d u c t o r sa n dt 1 + a r l s f o r m e r sf o rs ir fi c s ，i e e ej o fs o l i d s t a t ec i r c u i t s ，1 9 9 8 ，3 3 ( 1 0 ) ： 1 4 7 0 1 4 8 1 【11 k y q a k 3a p u z h a s r “m o d e l i n g o f s p i r a l i n d u c t o r sa n dt r a n s f o r l n e r s 一m s d i s s e r t a t i o n k a n s a ss t a t eu n i v e r s i t y 、2 0 0 1 f 】2 郑戟，“高速集成电路互连和封装结构的电磁特性研究”，上海交通大学博l ，沦 5 申l 卜；幻交通人学帧i 学位论卫 过x , j1 7 1 j u 使丌1 最为广泛的四方扁平封装( q f p ) 和球栅阵列封装( b g a ) 中主要部件的建 摸干参数提取，分析了封装的互连效应，管脚之间的耦合效应。本章还结合芯片内缓 冲器模型建立了同步开关噪声的仿真环境，在不同条件下对封装结构的s s n 进行了 模拟，最后提出了有效抑制同步丌关噪声的方法。 参考文献 1 】r ) a 1 1 jg g e f f k e n r m ，p o u l i n n r ，e t c “t h ee v o l u t i o no fi n t e r c o n n e c t i o n i e c l m o l o g ) a li b m ，“i b mj o f r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t 1 9 9 5 3 9 ( 4 ) ：3 7 1 3 8 1 f 2 】r a b a e ) jmj d i g i t a li n l e g r a t e dc i r c u i t s ：ad e s i g n p e r s p e c t i v e ，”清华大学出版社，北 京，10 9 8 3 】k a t o p i s g a “d e l t a - i n o i s e s p e c i f i c a t i o n f o ra h i g h p e r f o r m a n c ec o m p u t i n g m a c h i n e 、一p r o c i e e e 1 9 8 5 ，7 3 ( 9 ) ：1 4 0 5 1 4 】5 4 s e n l h i n a t h a n r a n dp r i n c e ，j l - s i m u l t a n e o u ss w i t c h i n gg r o u n dn o i s ec a l c u l a t i o n s t b rp a c k a g e d c m o sd e x i c e ”i e e ej o f s o l i d s t a t e c i r c u i t s ，1 9 9 1 2 6 ( 1 1 ) ：17 2 4 17 2 8 f 5 c h e r tc h i r e z h a oj i n c h e nq i n g l u n “as i m u l a t i o ns t u d yo fs i m u l t a n e o u ss w i t c h i n g n o i s e 一p r o co t e l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n d t e c h n o i o g yc o n f e r e n c e 2 0 0 1 6 扬晓二，“高速电路系统和封装结构的同步开关噪声分析与抑制” 博卜沦叉，2 0 0 0 上海交通火学 7 】n i k n e j a d am 一a n a l 3 7 s i s s i m u l a t i o na n d a p p l i c a t i o n so f p a s s i ，ed e x j j c e0 nc o n d u c t i 、e s u b s l r a t e 一p hd d i s s e r t a t i o n ，u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i aa tb e r k e l e y 2 0 0 0 【8 y u e c pa n dw o n g ，s s ，“o n c h i ps p i r a li n d u c t o r sw i t hp a t t e r n e dg r o u n ds h i e l d s f o rs i b a s e dr f1 c s i e e ej o fs o l i d s t a t ec i r c u i t s ，】9 9 8 ，3 3 f 5 ) ：7 4 3 7 5 2 【9 】l o n g jr a n dc o p e l a n dm a “t h em o d e l i n g ，c h a r a c t e r i z a t i o n ，a n dd e s i g no f m o n o l i t h i ci n d u c t o r sf o rs i l i c o nr fl c s ”i e e ejo fs o l i d s t a t ec i r c u i t s 19 9 7 3 2 ( 31 ： 3 5 7 3 6 8 10 n i k n q j a d a m a n dm e y e r , r g ，“a n a l y s i s d e s i g n ，a n do p t i m i z a t i o no fs p i r a l i n d u c t o r sa n dt 1 + a r l s