568 城市SUV汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計,568,城市SUV汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計,城市,suv,汽車,循環(huán),轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計 互連網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)（IMPS）MCM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電氣特性 L. W. Schaper，S. Ang，Yee L. Low，Danny R. Oldham 三、IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用傳統(tǒng)的MCM-D工藝很容易實(shí)現(xiàn)，細(xì)線條光刻和批處理文件通過制造是固有的正常生產(chǎn)。MCM-L實(shí)現(xiàn)相當(dāng)實(shí)用，如果通孔制造是通過其他常規(guī)的機(jī)械鉆孔，并且通孔尺寸足夠小，不足以影響行間距。 一個兩層的過程，盡管開辟了可能性，制造導(dǎo)體的任一側(cè)上的一塊聚合物影像，可以處理卷到卷格式（圖5（a）），得到的結(jié)果基片可以進(jìn)行填充和測試，然后申請封裝以形成剛性結(jié)構(gòu)（圖5（b）），廉價的絲網(wǎng)印刷的材料和方法可用于該模塊的底部上可以形成一個球柵陣列（BGA），提供了一個方便的系統(tǒng)接口（圖5（c））。這種模塊可以非常便宜，但仍然產(chǎn)生高性能。 圖5IMPS影像載體 四、IMPS分析和實(shí)驗 由于IMPS拓?fù)涫菑母旧喜煌趥鹘y(tǒng)的微帶線或有固體電源和地平面帶狀線的MCM傳輸線環(huán)境，進(jìn)行了一項確定電源和信號環(huán)境的特點(diǎn)的詳細(xì)研究。 A. 配電 正常MCM功率分布是由固體金屬的電源和地平面，有時具有介于其間的創(chuàng)建的平行板的去耦電容，提供所有或部分的瞬時電流需求的薄介電。在大多數(shù)情況下，然而，表面安裝的陶瓷電容需要為充電水庫，以保持這些瞬態(tài)的di/dt噪聲低于可接受的利潤率。傳統(tǒng)的貼片電容具有相對較高的寄生電感和低共振頻率，但是。特別低電感電容AVX，最初設(shè)計用于IBM熱傳導(dǎo)模塊，提供了更好的去耦。平行板P/G本身形成了一個低電感分布結(jié)構(gòu)。引線鍵合從這些芯片的，盡管許多并聯(lián)，有助于更多的電感和批判影響片上的噪音。 圖6 測試車輛功率瞬態(tài)測量設(shè)置 IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取代了堅實(shí)的平面網(wǎng)狀導(dǎo)線。在雙網(wǎng)平面寬100點(diǎn)，導(dǎo)線320點(diǎn)的間距，降低至62％，純金屬覆蓋了堅實(shí)的平面。即使有大量的電源和接地的導(dǎo)體切割，以適應(yīng)信號線，金屬覆蓋為40％，可以實(shí)現(xiàn)的。增加電阻和電感因此，預(yù)測寄生效應(yīng)。然而，由于貢獻(xiàn)這些寄生到dc和ac滴在堅實(shí)的平面上的情況下，往往是微不足道的，這種性能下降在幾乎所有的情況下都是可控的。附件的正常及低以傳統(tǒng)的方式的電感的去耦電容在很寬的的頻率范圍內(nèi)提供了必要的去耦電容。 要檢查有效性IMPS配電，兩個測試車輛設(shè)計和建造一個與固體IMPS 。在每四個n溝道功率FET的安排連接模塊上的阻性負(fù)載電源和地之間，從而誘導(dǎo)到大的di/dt配電結(jié)構(gòu)。如該圖所示。有幾個網(wǎng)站所提供的正常的陶瓷，以及低電感片狀電容器。為清楚起見，該測試車的其他功能，用于信號傳輸?shù)臏y量，還沒有被證明，對電容器和負(fù)載的各種組合，以及電流上升時間，進(jìn)行了測試。測量結(jié)果將在后面介紹。 B.信號傳輸 圖7中所示的的IMPS信號傳輸環(huán)境。每根信號線之間交流接地導(dǎo)體相同的金屬平面上，通過正交功率，接地和信號導(dǎo)體上的其它金屬平面。由于交流接地導(dǎo)體，在所述第二平面還到信號線正交，返回電流流僅在共面導(dǎo)體;正交導(dǎo)體適度降低線路阻抗，通過電容加載。這初步證明了建設(shè)大型物理模型（MCM尺寸大小的160倍）做TDR測量，并已被證實(shí)IMPS測試車輛上的測量如下所述。 圖7IMPS信號的傳輸環(huán)境 C.測試車輛 示于圖的則該測試車輛，在一個發(fā)達(dá)的HIDEC被設(shè)計及金屬制品業(yè)的，具有四種掩模過程中使用鋁中導(dǎo)體和光可聚酰亞胺介電5硅襯底。 SI02裸硅片上用PECVD沉積，或杜邦2721聚酰亞胺層制造工藝。并通過光刻法和濕法刻蝕定義。接著，將聚酰亞胺的層上旋轉(zhuǎn)，曝光，和發(fā)展。金屬重復(fù)沉積和圖案化，以形成第二金屬層和一個最終的聚酰亞胺的步驟形成了保護(hù)大衣，對幾個中間層和基礎(chǔ)層厚度介質(zhì)進(jìn)行了比較。 33 x 26毫米基板填充去耦電容和端接電阻器和使用的，無包裝的，傳輸線和配電阻抗測量接收功率FET芯片，去耦電容器，和負(fù)載電阻器，并且被安裝在一個256引領(lǐng)DC降和AC測量CQFP包配電噪聲。用于固體平面版本同樣配置的功率分布測量。兩個基板的制作中，使用相同的四個掩模，與IMPS基板占據(jù)六個八個可能的，5晶圓網(wǎng)站，和固體的平面基片的其余兩個網(wǎng)絡(luò)。 D.信號傳輸結(jié)構(gòu)和測量結(jié)果 有幾種不同的信號傳輸測試結(jié)構(gòu)被列入在IMPS試驗車輛。所有有微波探頭墊150點(diǎn)間距在任一端，并提供終止該行使用50 R 0603尺寸（1.6× 0.8毫米）用導(dǎo)電基體結(jié)合的片式電阻器環(huán)氧樹脂。對于所有的傳輸線測量，去 圖8 IMPS測試車輛 耦電容，足以容納配電阻抗下面0.5 ?從1 MHz至1 GHz的安裝。（請參閱以下部分配電阻抗）第二水平金屬線無論是24.6毫米或26.6毫米長配置為信號電源和地線之間（PSG），信號分割內(nèi)電力導(dǎo)體（PSP）和信號內(nèi)部分裂的接地導(dǎo)體（GSG）。這里還設(shè)有一個串?dāng)_測量線設(shè)置，下午80點(diǎn)間距，從動線躺在電源和地之間，與受害人線內(nèi)相鄰的分割接地導(dǎo)體。第一級線（躺在SI02或聚酰亞胺介電）18.2毫米長，配置PSP， GSG， PSG也進(jìn)行了測量，看是否線阻抗不同于第二金屬。 IMPS拓?fù)涞囊粋€方面，提出了特別的關(guān)注。這是對阻抗的影響，特別是在傳播速度，改變從，例如，一個X去PSP線的YGSG線的。有一個不連續(xù)返回電流路徑變化的點(diǎn)，其中有一些效果根據(jù)P和G頻率脫鉤的興趣。這還沒有出現(xiàn)的一個問題在許多MCM的信號層，其中經(jīng)常引用電源或接地平面沒有效果。如果要判斷IMPS中存在問題，五段創(chuàng)建路徑，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部分串聯(lián)。 層間和大衣聚酰亞胺基板厚度為4.0分，下午2點(diǎn)和初始SI02介質(zhì)厚度，建立和計量。實(shí)驗采用泰克IPA 310互連參數(shù)分析儀。該結(jié)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 54 75 這些測量結(jié)果表明之間的重大差異M1和M2的傳輸線，所造成的薄介電M1層下，將得到的字段存在于部分導(dǎo)電的硅襯底。的阻抗M2線是高于預(yù)期，因為面具錯誤導(dǎo)致線的寬度，而不是所期望的。M2為傳播延遲確定的值肯定是類似于其他MCM-D基板;貨幣供應(yīng)量M1的數(shù)字均高于由于在基板的接近。沒有問題，所造成的被引用到電源或接地的信號延遲，五段線是從其他M2線沒有什么不同。 掩模組進(jìn)行了修改和重復(fù)實(shí)驗以8分厚的聚酰亞胺的初始介電層，并M1和M2之間5.4分的聚酰亞胺。下面結(jié)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 52 68 即使有一個8點(diǎn)層的聚酰亞胺中，所述半導(dǎo)體硅仍然具有效果。由于我們目前使用的測試作為基板的晶片，晶片的電阻率是未知的。進(jìn)一步制作將使用測得的電阻率硅片確定的電阻率要消除的區(qū)別M1和M2的傳輸線。詳細(xì)的模擬線上述半導(dǎo)體基板也正在進(jìn)行中。當(dāng)然，不同的實(shí)現(xiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，對一個不會有低介電常數(shù)的絕緣基板的這個問題。 M2線串?dāng)_測量28.5毫米耦合長度。受害者線兩端終止。測量是在“近期行動計劃”310注入20ps的上升時間TDR脈沖，從動線和測量的受害者線。串?dāng)_峰值小于這一套耦合線長3.6％。這一結(jié)果表明，串?dāng)_以合理的時鐘不應(yīng)該是一個問題頻率和線的長度。 E.配電阻抗測量 同時使用功率分布測量阻抗HP 8510網(wǎng)絡(luò)分析儀和HP 4291A阻抗米?？梢詼y量45 MHz至1 GHz的一系列8510 。圖9示出了測量的阻抗為幾種 圖9 使用HP 8510網(wǎng)絡(luò)分析儀測出的配電阻抗頻率特性 圖10 使用HP4291A阻抗測量儀測出的功率分布阻抗頻率特性 底物的各種組合去耦電容。即使是低電感AVX的效果電容只出現(xiàn)高于這個頻率低于300 MHz ;固有電容，無論是固體（3.2NF）或IMPS（1.6NF）的版本中，占主導(dǎo)地位的測量阻抗。阻抗的上升，從600到900 MHz由于電感的影響。4291A，測量從1至500 MHz，如圖所示。共振0.1 pF貼片電容是清楚地看到大約20MHz。這些測量是在不AVX電容放置，以便確認(rèn)的SPICE模型，預(yù)測阻抗的上升，與正常上限之間200和300兆赫。 結(jié)果表明，有什么區(qū)別IMPS配電結(jié)構(gòu)和一個使用固體。任何平面效果的附件或?qū)⒈黄帘我€鍵合阻抗的數(shù)量和類型使用的電容器。該程序用來連接芯片電容器是極其重要的，因為在襯底的鋁系迅速形成原生的三氧化二鋁，甚至這大約80 A的氧化物能產(chǎn)生可測量功率電阻路徑。這可能占到無法實(shí)現(xiàn)極其低阻抗。 F.配電直流和交流測量 圖中所示的測試車。6始建于兩個IMPS和固體平面設(shè)計。兩個0.1 pF的芯片組裝電容和4個135nF的AVX電容去耦。六并聯(lián)50R電阻被用作負(fù)載（8.3 R每四個功率FET的電阻）。在基片110地面組裝成256鉛CQFP包80電源連接，以保證固體配電到基板上。這些軟件包被焊接到習(xí)俗，脫鉤的測試板。生成的程序集直流電壓的下降，大電流流經(jīng)負(fù)載電阻，在基板上平面的交流噪聲大的di/dt引起的脈沖驅(qū)動FET門發(fā)電機(jī)。 因為裝配問題，只有三四個FET負(fù)載部分可以被激活，而一些負(fù)載電阻不起作用，所以這些測試車輛的有效電阻3.9R。然而，這是足夠低的，充足的電流可以得出，即使采用10 V最大口授去耦電容。測量直流滴1.9襯底電流和電壓降封裝的引線鍵合架的中心之間的基板，其中測試點(diǎn)提供。的總電壓下降分別為12 mV的固體飛機(jī)和21 mV的IMPS ，以固態(tài)和每架飛機(jī)的3 MR有效地抵抗IMPS 5.5 MR?；诮饘俚牧吭谶@兩個幾何形狀，這是預(yù)料之中的。 AC噪聲進(jìn)行了測量，總基板di/dt-0.1 NNS在前緣處的導(dǎo)通脈沖。固體平面和IMPS版本具有峰-峰值噪聲電壓為-200-300mV，正是取決于在飛機(jī)上測量了。這樣的結(jié)果，如配電阻抗的測量，是一個反射的電容和附件的方法超過它是平面配電任何固有的局限性的結(jié)構(gòu)。 五IMPS應(yīng)用范圍 IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以提供，容易制造MCM-D的設(shè)計規(guī)則，變量信號線密度高達(dá)250cm/cm2選中兩個金屬層（80時），這是與其他MCM-D實(shí)現(xiàn)。這些被控制可以根據(jù)阻抗的阻抗線50-70R范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?。由于對其間交流接地導(dǎo)體，它們具有極低的串?dāng)_。如果需要更大的密度，選擇性刪除配電連接，或者，一個四層的IMPS結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生。這將是一個更有效地利用金屬比傳統(tǒng)的四層堆棧。 由這些線表現(xiàn)出的損失的函數(shù)，自己材料和橫截面。厚銅鍍線將遠(yuǎn)遠(yuǎn)比鋁薄線損耗少，內(nèi)幾個MCM供應(yīng)商的工藝能力。 IMPS的功率分布特征比較與傳統(tǒng)的固體平面，無論是在阻抗和噪音測量。直流電阻滴如與更大比固體平面，但只會是一個模塊的問題非常高的功率密度，并可以減少到較厚的電鍍金屬的無關(guān)緊要的水平。如果有IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，他們的上述檢查的頻率和功率密度測試，大概以上的時鐘頻率，線密度和模塊的權(quán)力感興趣的近期高點(diǎn)批量應(yīng)用。盡管需要額外的工作細(xì)化這里提出的測量，它似乎沒有采用這種有效的降低成本的大多數(shù)MCM-D應(yīng)用的方法。 致謝 再此對設(shè)計和制造專業(yè)的P. Parkerson，B.Ivy，和Y. Shi HIDEC以及Ed Wong致以誠摯謝意。 倫納德·沙佩爾（S'65 M'92）獲得B.S.電氣工程學(xué)士學(xué)位，1967在紐瓦克工程學(xué)院就讀，1968年于麻省理工電氣工程技術(shù)研究所，博士學(xué)位于1973年在新澤西技術(shù)研究所獲得。他在加入美國麻省理工學(xué)院之前，自1978年以來任教于AT＆T貝爾實(shí)驗室。自1980年以來他一直活躍在電子封裝。他于1990年加入美鋁電子封裝，指導(dǎo)他們的活動在薄膜的MCM。1992年，他在阿肯色大學(xué)的中心被任命為高密度電子ICS電氣工程教授主任，在那里他領(lǐng)導(dǎo)的研究活動是超過30個研究生參與的先進(jìn)的多芯片模塊技術(shù)。他是AT＆T公司的薄膜硅MCM技術(shù)的共同發(fā)明者。彼持有四項專利，并撰寫了大量的講座和論文。沙佩爾博士曾擔(dān)任多年IEPS程序委員會，以及IEEE計算機(jī)包裝委員會。他目前是IEPS董事的董事會成員。 西蒙·昂在阿肯色大學(xué)獲得了電子工程學(xué)士學(xué)位（BSEE），分別從佐治亞理工學(xué)院和南方衛(wèi)理公會大學(xué)（Southern Methodist University）獲得了電子工程碩士學(xué)位博士學(xué)位。他于1981年加入了美國德州半導(dǎo)體組儀器，致力于設(shè)計功率集成電路和電壓調(diào)節(jié)器和工藝開發(fā)。他在1983年被晉升為科長。1988年他加入阿肯色大學(xué)電機(jī)系，他目前是那里擁有超過85份在在微電子，固態(tài)材料，以及開關(guān)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域的簡報和會議論文期刊或合著文件的作者。他擁有三項美國專利。他出版了一部著作，題為“電源開關(guān)轉(zhuǎn)換器” 馬塞爾·德克爾，分別于1991年和1993年在阿肯色大學(xué)獲得電工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。1991年，他加入HIDEC研究介電鉆石MCM基板的性能。目前，他是阿肯色大學(xué)的一名博士生，研究信號傳輸和供電工作IMPS拓?fù)涞姆植继匦浴? 丹尼·奧爾德姆于1992年在阿肯色大學(xué)獲得電氣工程學(xué)士學(xué)位的。他一直負(fù)責(zé)聚酰亞胺/鋁的MCM在WDEC的工藝開發(fā)，以及IMPS基板的制造和研究聚酰亞胺薄膜。他目前正在攻讀碩士學(xué)位。 10