传输介质 ppt.ppt

1传输介质 传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路 计算机网络中采用的传输介质可以分为有线 无线两大类 传输介质本身的特性对网络数据通信质量有很大的影响 这些特性包括 物理特性 包括外观 直径等内容 传输特性 包括信号形式 调制技术 传输速率及频带宽度等内容 连通性 采用点到点连接还是多点连接 地理范围 抗干扰性 防止噪音 电磁干扰影响数据传输的能力 相对价格 网络传输介质 双绞线概述有线同轴电缆光纤无线传输媒体概述微波卫星红外线 1 1双绞线概述 双绞线的两种类型双绞线的结构双绞线的颜色双绞线的接头 RJ45 双绞线的线材等级 双绞线的两种类型 非屏蔽双绞线 UnshieldedTwisted Pair UTP 屏蔽双绞线 ShieldedTwisted Pair STP 比UTP多一层屏蔽层 双绞线的结构 1 双绞线的结构 2 双绞线 双绞线示意图每根线的绝缘层用于隔离两根导线 绞在一起可减少干扰绞在一起限制了电磁能量的发射 并有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线 其次 绞在一起也使双绞线本身不易被电磁能量所干扰 有助于防止其他导线中的信号干扰这两根导线 双绞线2 双绞线的颜色 双绞线的接头 RJ45 正面 侧面 双绞线的线材等级 准备工具和材料 UTP 压线钳 RJ45接头 护套 简易测线仪 连接UTP和RJ45接头 1 连接UTP和RJ45接头 2 连接UTP和RJ45接头 3 1 2同轴电缆 网络中使用的第二种导线是同轴电缆 和有线电视所用的电缆一样 同轴电缆较双绞线有更好的抗干扰作用 与双绞线绞在一起以限制干扰不同 同轴电缆由一根为金属屏蔽层所包围的导线组成 同轴电缆 同轴电缆的结构同轴电缆的分类和技术标准 同轴电缆的结构 同轴电缆的类型和技术标准 同轴电缆 coaxialcable 由一对导体按同轴形式构成线对 同轴电缆分为基带 baseband 和宽带 broadband 同轴电缆 基带同轴电缆又分粗缆和细缆两种 1 物理特性 单根同轴电缆的直径为0 5 1cm左右 2 传输特性 基带同轴电缆仅用于数字信号传输 最高10Mb s 宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输 对于模拟信号 带宽可达300 450MHz 3 连通性 适用于点到点和多点连接 基带电缆阻抗为50 宽带电缆阻抗为75 4 地理范围 基带电缆 细缆 最大传输距离限制在几公里 而在同样的数据传输速率条件下 宽带电缆 粗缆 可达几十公里 5 抗干扰性 同轴电缆的抗干扰性比双绞线强 6 价格 安装同轴电缆的费用比双绞线贵 比光纤便宜 1 3光纤 光纤是光导纤维的简写 是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具 光导纤维的发明 1870年的一天 英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理 他做了一个简单的实验 在装满水的木桶上钻个孔 然后用灯从桶上边把水照亮 结果使观众们大吃一惊 人们看到 放光的水从水桶的小孔里流了出来 水流弯曲 光线也跟着弯曲 光居然被弯弯曲曲的水俘获了 人们曾经发现 光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输 人们还发现 光能顺着弯曲的玻璃棒前进 这是为什么呢 后来经过他的研究 发现这是全反射的作用 实际上 在弯曲的水流里 光仍沿直线传播 只不过在内表面上发生了多次全反射 光线经过多次全反射向前传播 光导纤维的使用 后来人们造出一种透明度很高 粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝 光导纤维 光导纤维可以用在通信技术里 1979年9月 一条3 3公里的120路光缆通信系统在北京建成 几年后上海 天津 武汉等地也相继铺设了光缆线路 利用光导纤维进行通信 还可以制成的内窥镜 用于医疗 铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜 改用光纤通信只需几公斤石英就可以了 足可见其利用价值 沙石中就含有石英 几乎是取之不尽的 光纤系统的运用 多股光导纤维做成的光缆可用于通信 它的传导性能良好 传输信息容量大 一条通路可同时容纳数十人通话 可以同时传送数十套电视节目 供自由选看 光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室 测量心脏中的血压 血液中氧的饱和度 体温等 用光导纤维连接的激光手术刀已在临床应用 并可用作光敏法治癌 高分子光导纤维开发之初 仅用于汽车照明灯的控制和装饰 现在主要用于医学 装饰 汽车 船舶等方面 以显示元件为主 在通信和图像传输方面 高分子光导纤维的应用日益增多 工业上用于光导向器 显示盘 标识 开关类照明调节 光学传感器等 同时也用在装饰显示 广告显示 光导纤维可以把阳光送到各个角落 还可以进行机械加工 计算机 机器人 汽车配电盘等也已成功地用光导纤维传输光源或图像 如与敏感元件组合或利用本身的特性 则可以成各种传感器 测量压力 流量 温度 位移 光泽和颜色等 在能量传输和信息传输方面也获得广泛的应用 光纤的分类 光纤的分类主要是从工作波长 折射率分布 传输模式 原材料和制造方法上作一归纳的 兹将各种分类举例如下 1 工作波长 紫外光纤 可观光纤 近红外光纤 红外光纤 0 85pm 1 3pm 1 55pm 2 折射率分布 阶跃 SI 型 近阶跃型 渐变 GI 型 其它 如三角型 W型 凹陷型等 3 传输模式 单模光纤 含偏振保持光纤 非偏振保持光纤 多模光纤 4 原材料 石英玻璃 多成分玻璃 塑料 复合材料 如塑料包层 液体纤芯等 红外材料等 按被覆材料还可分为无机材料 碳等 金属材料 铜 镍等 和塑料等 5 制造方法 预塑有汽相轴向沉积 VAD 化学汽相沉 CVD 等 拉丝法有管律法 Rodintube 和双坩锅法等 光纤结构 光纤结构 光纤裸纤一般分为三层 中心高折射率玻璃芯 芯径一般为50或62 5 m 中间为低折射率硅玻璃包层 直径一般为125 m 最外是加强用的树脂涂层 数值孔径 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输 只是在某个角度范围内的入射光才可以 这个角度就称为光纤的数值孔径 光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的 不同厂家生产的光纤的数值孔径不同 AT TCORNING 光纤的衰减 造成光纤衰减的主要因素有 本征 弯曲 挤压 杂质 不均匀和对接等 本征 是光纤的固有损耗 包括 瑞利散射 固有吸收等 弯曲 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉 造成的损耗 挤压 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗 杂质 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光 造成的损失 不均匀 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗 对接 光纤对接时产生的损耗 如 不同轴 单模光纤同轴度要求小于0 8 m 端面与轴心不垂直 端面不平 对接心径不匹配和熔接质量差等 光纤传输优点 频带宽损耗低重量轻抗干扰能力强保真度高工作性能可靠成本不断下降 1 4铜线 目录 如图1 1所示 键合线起联结硅片电极与引线框架的外部引出端子的作用 并传递芯片的电信号 散发芯片内产生的热量 是集成电路封装的关键材料 铜线与其它金属综合性能的比较 铜丝用于键合丝的优势 材料成本低1Mil 0 0254mm 表中可以看到 在3mil键合丝比较中 金丝成本是铜丝成本的100倍以上 铜线成本与金线成本对比 键合铜丝的电学性能和力学性能 热膨胀系数 热导率 比热 电阻率 张力强度 熔化热 熔点 这些结果说明铜线比金线强度高80 以上 导电性强33 导热性高25 铜材料的机械性能优于金材料的机械性能使得铜线形成高稳定线型的能力强过金线 特别是在塑封的过程中 当引线受到注塑料的外力作用时 铜线的稳定性强过金线 这样在模压和封闭过程中可以得到优异的球颈强度和较高的弧线稳定性 铜丝的导热 导电性能显著优于金丝和铝 1 硅丝 因此能够以更细的焊线直径达到更好的散热性能及更高的额定功率 金属间化合物 Intermetallic 生长速度慢 在同等条件下 Cu Al界面的金属间化合物生长速度比Au Al界面的慢10倍 因此 铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点 Cu Al金属间化合物缓慢增长 高纯单晶铜被作为最初的键合铜线应用于微电子连接中 但是随着键合铜线应用的广泛和在复杂电路中应用 以高纯单晶铜为原料的键合铜丝在应用过程中暴露出一些弊端 最为明显的问题就是其本身容易腐蚀 在室温下就可以与氧气发生反应 高温时氧化速率会明显增大 铜的氧化对键合铜线 直径0 015 0 075mm 的电学性能 力学性能和键合性能等产生严重的影响 造成键合过程中出现NSOP NoStitchonPad 焊点不粘 现象及键合后的拉力和球推力不能达到要求 造成器件早期失效 降低其使用性能及器件的可靠性 键合铜丝第二焊点颈部氧化现象 目前 键合铜线多采用高纯铜为原料 其应用过程中存在诸多问题 首先 铜键合线硬度较高 尤其是第一焊点焊接过程中 如图所示 由于铜的加工硬化速率高于金 在第一焊点焊接后 铜线硬度增加40 以上 这样就增加了基板损伤的几率 键合金丝与高纯键合铜丝硬度对比 Hv显微硬度 键合铜丝第一焊点变形机理及其硬度过高造成的基板损伤 对于高纯铜键合丝来说 第二焊点的不稳定造成焊接过程中shorttail 尾丝短 问题的出现频率较高 如图所示 严重增加了MTBA 维修间隔平均时间 降低了UPH 每小时件数 对于焊线数目较多的产品 该影响更为严重 部分产品只有键合金丝的60 Shorttail形成原理 高纯键合铜丝应用过程出现的问题 高纯键合铜丝与键合金丝UPH对比 键合铜线以其低的成本因素 优良的电学性能和力学性能 在微电子封装逐步替代金线应用于中低端半导体器件中 但实际应用中 由于铜线本身容易腐蚀 氧化 Cu Al金属间化合物在高温高湿环境下容易失效等原因 在大规模集成电路及LED封装中的应用受到了限制 镀钯铜线在铜线表面形成一层纯钯 能够有效提高铜线的耐腐蚀性能及高温高湿环境下器件的可靠性 目前镀钯键合铜线采用电镀工艺在较粗 直径 0 15mm 线材上电镀较厚的金属钯 然后采用拉制工艺制备出所需规格镀钯键合铜线 而该工艺存在对环境污染严重 进一步拉制过程中钯层脱落 钯层厚度不均匀等问题 此外 拉制过程由于铜和钯的塑性形变性能不同 很难拉制微细 直径 0 016mm 镀钯键合铜线 键合铜线无卤直接镀钯工艺采用在成品键合铜线直接涂镀纳米钯有机溶液 通过热处理工艺将纳米钯沉积在线材表面 避免了电镀工艺对环境的污染 拉制过程中断线及钯层脱落等问题 由于电镀流水线较长 成品细铜线无法直接电镀 只有在较粗线径0 2mm左右电镀 然后进行后道处理并拉制 工艺较为复杂 且存在严重污染 无卤直接镀钯工艺流程简单 消除了电镀对环境的污染 避免了预处理 表面清洗 中间热处理等工艺过程 减少了对线材表面的损伤 台积电就WLCSP发表演讲 封装技术水平提高 半导体封装技术相关国际学会 2015ElectronicComponentsandTechnologyConference ECTC 2015年5月26 29日 美国圣地亚哥 于美国时间2015年5月26日开幕 全球最大的硅代工企业 台湾台积电 TSMC 在上届的 ECTC2014 上只做了一场演讲 而本届做了四场演讲 其中两场是关于三维积层的 其余两场是关于晶圆级CSP wafer levelchipscalepackage WLCSP 的 题为 AflexibleinterconnecttechnologydemonstratedonaWafer levelChipScalePackage 的演讲 演讲序号20 2 是关于旨在提高200mm2大面积芯片的WLCSP封装可靠性的内容 台积电不仅从事半导体前工序 还在向晶圆级封装领域扩大业务 其技术水平备受关注 不用底部填充树脂也可以确保封装可靠性一般而言 WLCSP的芯片面积越大 封装基板与硅之间的热膨胀差所导致的应力就越大 因此 基板与WLCSP的接合处 焊球上会产生裂缝 导致封装可靠性降低 为改善这一点 原来采取的方法是在基板封装后在基板与芯片之间注入底部填充树脂来加固的 与之不同的是 此次的目标是 即便是大芯片也不用注入底部填充树脂便可以确保封装可靠性 在硅芯片上呈阵列状排列焊盘 Pad 以铜线键合形成N字形引线端子 将线头作为连接端子 在以锡膏印刷方式预涂了焊盘 land 的印刷基板上作倒装芯片接合 台积电对这种样品实施了跌落试验和温度循环试验 评估了封装可靠性 结果表明 两项试验可靠性都得到改善 据称由此得出即使大面积芯片 也可以不用底部填充树脂就能实现出色的封装可靠性 验证使用的样品是在200mm2的正方形硅芯片上 呈阵列状排列了1000多个400 m间隔的圆形焊盘 并作铜线键合的 在N字形引线形成技术上 引线键合厂商日本KAIJO公司予以了帮助 评估铜线粗细和有无涂层的影响台积电分别评估了直径30 m和38 m两种水平铜线键合的样品 在跌落试验中 直径30 m的样品在跌落30次时出现缺陷 而直径38 m的样品的寿命是30 m的大约2倍 而在温度循环试验中 原来利用焊球封装的样品在300个周期后出现缺陷 而采用N字形铜线键合的样品寿命达到2000多次 直径30 m铜线的寿命比38 m铜线的寿命长2 7倍 就这个实验结果 台积电解释说 跌落试验中粗铜线的机械强度大 不容易断 而温度循环试验中细铜线容易变形 不会发生应力集中 如图2所