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互连网络电力系统（IMPS）MCM拓扑结构的电气特性（有英文原文）--中英文翻译.doc
互连网络电力系统（IMPS）MCM拓扑结构的电气特性外文文献翻译@中英文翻译@外文翻译
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1 互连网络电力系统（ IMPS） MCM拓扑结构的电气特性 L. W. Schaper， S. Ang， Yee L. Low， Danny R. Oldham 三、 IMPS 拓扑结构实现 IMPS 拓扑结构用传统的 MCM-D 工艺很容易实现，细线条光刻和批处理文件通过制造是固有的正常生产。 MCM-L 实现相当实用，如果通孔制造是通过其他常规的机械钻孔，并且通孔尺寸足够小，不足以影响行间距。 一个两层的过程，尽管开辟了可能性，制造导体的任一侧上的一块聚合物影像，可以处理卷到卷格式 （图 5（ a），得到的结果基片可以进行填充和测试 ，然后申请封装以形成刚性结构（图 5（ b），廉价的丝网印刷的材料和方法可用于该模块的底部上可以形成一个球栅阵列（ BGA），提供了一个方便的系统接口（图 5（ c）。这种模块可以非常便宜，但仍然产生高性能。 图 5IMPS 影像载体 四、 IMPS 分析和实验 由于 IMPS 拓扑是从根本上不同于传统的微带线或有固体电源和地平面nts 2 带状线的 MCM 传输线环境，进行了一项确定电源和信号环境的特点的详细研究。 A.配电 正常 MCM 功率分布是由固体金属的电源和地平面，有时具有介于其间的创建的平行板的去耦电容，提供所有或部分的瞬时电流需 求的薄介电。在大多数情况下，然而，表面安装的陶瓷电容需要为充电水库，以保持这些瞬态的 di/dt 噪声低于可接受的利润率。传统的贴片电容具有相对较高的寄生电感和低共振频率，但是。特别低电感电容 AVX，最初设计用于 IBM 热传导模块，提供了更好的去耦。平行板 P/G 本身形成了一个低电感分布结构。引线键合从这些芯片的，尽管许多并联，有助于更多的电感和批判影响片上的噪音。 图 6 测试车辆功率瞬态测量设置 IMPS 拓扑结构取代了坚实的平面网状导线。在双网平面宽 100 点，导线 320 点的间距，降低至 62，纯金属覆盖了坚实 的平面。即使有大量的电源和接地的导体切割，以适应信号线，金属覆盖为 40，可以实现的。增加nts 3 电阻和电感因此，预测寄生效应。然而，由于贡献这些寄生到 dc 和 ac 滴在坚实的平面上的情况下，往往是微不足道的，这种性能下降在几乎所有的情况下都是可控的。附件的正常及低以传统的方式的电感的去耦电容在很宽的的频率范围内提供了必要的去耦电容。 要检查有效性 IMPS 配电，两个测试车辆设计和建造一个与固体 IMPS 。在每四个 n 沟道功率 FET 的安排连接模块上的阻性负载电源和地之间，从而诱导到大的 di/dt 配电结构。如该图所示。有几个 网站所提供的正常的陶瓷，以及低电感片状电容器。为清楚起见，该测试车的其他功能，用于信号传输的测量，还没有被证明，对电容器和负载的各种组合，以及电流上升时间，进行了测试。测量结果将在后面介绍。 B.信号传输 图 7 中所示的的 IMPS 信号传输环境。每根信号线之间交流接地导体相同的金属平面上，通过正交功率，接地和信号导体上的其它金属平面。由于交流接地导体，在所述第二平面还到信号线正交，返回电流流仅在共面导体 ;正交导体适度降低线路阻抗，通过电容加载。这初步证明了建设大型物理模型（ MCM 尺寸大小的 160 倍）做 TDR 测量 ，并已被证实 IMPS 测试车辆上的测量如下所述。 图 7IMPS 信号的传输环境 C.测试车辆 示于图的则该测试车辆，在一个发达的 HIDEC 被设计及金属制品业的，具有四种掩模过程中使用铝中导体和光可聚酰亚胺介电 5 硅衬底。 SI02 裸硅片上用 PECVD 沉积，或杜邦 2721 聚酰亚胺层制造工艺。并通过光刻法和nts 4 湿法刻蚀定义。接着，将聚酰亚胺的层上旋转，曝光，和发展。金属重复沉积和图案化，以形成第二金属层和一个最终的聚酰亚胺的步骤形成了保护大衣，对几个中间层和基础层厚度介质进行了比较。 33 x 26 毫米基板填充去耦电 容和端接电阻器和使用的，无包装的，传输线和配电阻抗测量接收功率 FET 芯片，去耦电容器，和负载电阻器，并且被安装在一个 256 引领 DC 降和 AC 测量 CQFP 包配电噪声。用于固体平面版本同样配置的功率分布测量。两个基板的制作中，使用相同的四个掩模，与IMPS 基板占据六个八个可能的， 5 晶圆网站，和固体的平面基片的其余两个网络。 D.信号传输结构和测量结果 有几种不同的信号传输测试结构被列入在 IMPS 试验车辆。所有有微波探头垫 150 点间距在任一端，并提供终止该行使用 50 R 0603 尺寸（ 1.6 0.8毫米）用导电基 体结合的片式电阻器环氧树脂。对于所有的传输线测量，去 图 8 IMPS 测试车辆 耦电容，足以容纳配电阻抗下面 0.5 从 1 MHz 至 1 GHz 的安装。（请参阅以nts 5 下部分配电阻抗）第二水平金属线无论是 24.6 毫米或 26.6 毫米长配置为信号电源和地线之间（ PSG），信号分割内电力导体（ PSP）和信号内部分裂的接地导体（ GSG）。这里还设有一个串扰测量线设置，下午 80 点间距，从动线躺在电源和地之间，与受害人线内相邻的分割接地导体。第一级线（躺在SI02 或聚酰亚胺介电） 18.2 毫米长，配置 PSP， GSG， PSG 也进行了测量，看是否线阻抗不同于第二金属。 IMPS 拓扑的一个方面，提出了特别的关注。这是对阻抗的影响，特别是在传播速度，改变从，例如，一个 X 去 PSP 线的 YGSG 线的。有一个不连续返回电流路径变化的点，其中有一些效果根据 P 和 G 频率脱钩的兴趣。这还没有出现的一个问题在许多 MCM 的信号层，其中经常引用电源或接地平面没有效果。如果要判断 IMPS 中存在问题，五段创建路径， 2.4 毫米 PSP， 6.3 毫米 GSG PSP， 11.5 毫米， 6.3 毫米 GSG， 2.4 毫米的 PSP 部分串联。 层间和大衣聚酰亚胺基板厚度为 4.0 分， 下午 2 点和初始 SI02 介质厚度，建立和计量。实验采用泰克 IPA 310 互连参数分析仪。该结果如下表所示。 M1 PSP 34 90 M1 GSG 34 90 M2 PSP 54 75 M2 GSG 54 75 M2 PSG 54 75 M2 5 错误 !未 找 到 引 用源。 54 75 这些测量结果表明之间的重大差异 M1 和 M2 的传输线，所造成的薄介nts 6 电 M1 层下，将得到的字段存在于部分导电的硅衬底。的阻抗 M2 线是高于预期，因为面具错误导致线的宽度，而不是所期望的。 M2 为传播延迟确定的值 肯定是类似于其他 MCM-D 基板 ;货币供应量 M1 的数字均高于由于在基板的接近。没有问题，所造成的被引用到电源或接地的信号延迟，五段线是从其他 M2 线没有什么不同。 掩模组进行了修改和重复实验以 8 分厚的聚酰亚胺的初始介电层，并M1 和 M2 之间 5.4 分的聚酰亚胺。下面结果，得到： M1 PSP 42 70 M1 GSG 42 70 M1 PSG 42 70 M2 PSP 52 66 M2 GSG 52 66 M2 PSG 52 66 M2 5 错误 !未 找 到 引 用源。 52 68 即使 有一个 8 点层的聚酰亚胺中，所述半导体硅仍然具有效果。由于我们目前使用的测试作为基板的晶片，晶片的电阻率是未知的。进一步制作将使用测得的电阻率硅片确定的电阻率要消除的区别 M1 和 M2 的传输线。详细的模拟线上述半导体基板也正在进行中。当然，不同的实现的拓扑结构中，对一个不会有低介电常数的绝缘基板的这个问题。 M2 线串扰测量 28.5 毫米耦合长度。受害者线两端终止。测量是在 “近期nts 7 行动计划 ”310 注入 20ps 的上升时间 TDR 脉冲，从动线和测量的受害者线。串扰峰值小于这一套耦合线长 3.6。这一结果表明，串扰以合理的时钟 不应该是一个问题频率和线的长度。 E.配电阻抗测量 同时使用功率分布测量阻抗 HP 8510 网络分析仪和 HP 4291A 阻抗米。可以测量 45 MHz 至 1 GHz 的一系列 8510 。图 9 示出了测量的阻抗为几种 图 9 使用 HP 8510 网络分析仪测出的配电阻抗频率特性 nts 8 图 10 使用 HP4291A 阻抗测量仪测出的功率分布阻抗频率特性 底物的各种组合去耦电容。即使是低电感 AVX 的效果电容只出现高于这个频率低于 300 MHz ;固有电容，无论是固体（ 3.2NF）或 IMPS（ 1.6NF）的版本中，占主导地位的测量 阻抗。阻抗的上升，从 600 到 900 MHz 由于电感的影响。 4291A，测量从 1 至 500 MHz，如图所示。共振 0.1 pF 贴片电容是清楚地看到大约 20MHz。这些测量是在不 AVX 电容放置，以便确认的 SPICE模型，预测阻抗的上升，与正常上限之间 200 和 300 兆赫。 结果表明，有什么区别 IMPS 配电结构和一个使用固体。任何平面效果的附件或将被屏蔽引线键合阻抗的数量和类型使用的电容器。该程序用来连接芯片电容器是极其重要的，因为在衬底的铝系迅速形成原生的三氧化二铝，甚至这大约 80 A 的氧化物能产生可测量功率电阻路 径。这可能占到无法实现极其低阻抗。 F.配电直流和交流测量 图中所示的测试车。 6 始建于两个 IMPS 和固体平面设计。两个 0.1 pF的芯片组装电容和 4 个 135nF 的 AVX 电容去耦。六并联 50R 电阻被用作负载（ 8.3 R 每四个功率 FET 的电阻）。在基片 110 地面组装成 256 铅 CQFP 包80 电源连接，以保证固体配电到基板上。这些软件包被焊接到习俗，脱钩的测试板。生成的程序集直流电压的下降，大电流流经负载电阻，在基板上平nts 9 面的交流噪声大的 di/dt 引起的脉冲驱动 FET 门发电机。 因为装配问题，只有三四个 FET 负载部分 可以被激活，而一些负载电阻不起作用，所以这些测试车辆的有效电阻 3.9R。然而，这是足够低的，充足的电流可以得出，即使采用 10 V 最大口授去耦电容。测量直流滴 1.9 衬底电流和电压降封装的引线键合架的中心之间的基板，其中测试点提供。的总电压下降分别为 12 mV 的固体飞机和 21 mV 的 IMPS ，以固态和每架飞机的 3 MR 有效地抵抗 IMPS 5.5 MR。基于金属的量在这两个几何形状，这是预料之中的。 AC 噪声进行了测量，总基板 di/dt-0.1 NNS 在前缘处的导通脉冲。固体平面和 IMPS 版本具有峰 -峰值噪声电 压为 -200-300mV，正是取决于在飞机上测量了。这样的结果，如配电阻抗的测量，是一个反射的电容和附件的方法超过它是平面配电任何固有的局限性的结构。 五 IMPS 应用范围 IMPS 拓扑结构可以提供，容易制造 MCM-D 的设计规则，变量信号线密度高达 250cm/cm2 选中两个金属层（ 80 时），这是与其他 MCM-D 实现。这些被控制可以根据阻抗的阻抗线 50-70R 范围内适当的几何形状。由于对其间交流接地导体，它们具有极低的串扰。如果需要更大的密度，选择性删除配电连接，或者，一个四层的 IMPS 结构可以产生。这将是一个 更有效地利用金属比传统的四层堆栈。 由这些线表现出的损失的函数，自己材料和横截面。厚铜镀线将远远比铝薄线损耗少，内几个 MCM 供应商的工艺能力。 IMPS 的功率分布特征比较与传统的固体平面，无论是在阻抗和噪音测量。直流电阻滴如与更大比固体平面，但只会是一个模块的问题非常高的功率密度，并可以减少到较厚的电镀金属的无关紧要的水平。如果有 IMPS 拓扑结构的限制，他们的上述检查的频率和功率密度测试，大概以上的时钟频率，线密度和模块的权力感兴趣的近期高点批量应用。尽管需要额外的工作细化这里提出的测量，它似乎没有采用这种 有效的降低成本的大多数MCM-D 应用的方法。 致谢 再此对设计和制造专业的 P. Parkerson， B.Ivy，和 Y. Shi HIDEC 以及 Ed nts 10 Wong 致以诚挚谢意。 伦纳德 沙佩尔（ S65 M92）获得 B.S.电气工程学士学位， 1967 在纽瓦克工程学院就读， 1968 年于麻省理工电气工程技术研究所，博士学位于 1973年在新泽西技术研究所获得。他在加入美国麻省理工学院之前，自 1978 年以来任教于 AT T 贝尔实验室。自 1980 年以来他一直活跃在电子封装。他于1990 年加入美铝电子封装，指导他们的活动在薄 膜的 MCM。 1992 年，他在阿肯色大学的中心被任命为高密度电子 ICS 电气工程教授主任，在那里他领导的研究活动是超过 30 个研究生参与的先进的多芯片模块技术。他是 ATT 公司的薄膜硅 MCM 技术的共同发明者。彼持有四项专利，并撰写了大量的讲座和论文。沙佩尔博士曾担任多年 IEPS 程序委员会，以及 IEEE 计算机包装委员会。他目前是 IEPS 董事的董事会成员。 西蒙 昂在阿肯色大学获得了电子工程学士学位（ BSEE），分别从佐治亚理工学院和南方卫理公会大学（ Southern Methodist University）获得了 电子工程硕士学位博士学位。他于 1981 年加入了美国德州半导体组仪器，致力于设计功率集成电路和电压调节器和工艺开发。他在 1983 年被晋升为科长。1988 年他加入阿肯色大学电机系，他目前是那里拥有超过 85 份在在微电子，
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