568 城市SUV汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì),568,城市SUV汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì),城市,suv,汽車,循環(huán),轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 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(gè)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(cè)試，然后申請(qǐng)封裝以形成剛性結(jié)構(gòu)（圖5（b）），廉價(jià)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(gè)球柵陣列（BGA），提供了一個(gè)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(yàn) 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(xiàng)確定電源和信號(hào)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(shí)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(shí)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(duì)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(jì)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(gè)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(cè)試車輛功率瞬態(tài)測(cè)量設(shè)置 IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取代了堅(jiān)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(jiān)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(hào)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(cè)寄生效應(yīng)。然而，由于貢獻(xiàn)這些寄生到dc和ac滴在堅(jiān)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(gè)測(cè)試車輛設(shè)計(jì)和建造一個(gè)與固體IMPS 。在每四個(gè)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(gè)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(cè)試車的其他功能，用于信號(hào)傳輸?shù)臏y(cè)量，還沒有被證明，對(duì)電容器和負(fù)載的各種組合，以及電流上升時(shí)間，進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)量結(jié)果將在后面介紹。 B.信號(hào)傳輸 圖7中所示的的IMPS信號(hào)傳輸環(huán)境。每根信號(hào)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(hào)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(hào)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(cè)量，并已被證實(shí)IMPS測(cè)試車輛上的測(cè)量如下所述。 圖7IMPS信號(hào)的傳輸環(huán)境 C.測(cè)試車輛 示于圖的則該測(cè)試車輛，在一個(gè)發(fā)達(dá)的HIDEC被設(shè)計(jì)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(gè)最終的聚酰亞胺的步驟形成了保護(hù)大衣，對(duì)幾個(gè)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(cè)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(gè)256引領(lǐng)DC降和AC測(cè)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(cè)量。兩個(gè)基板的制作中，使用相同的四個(gè)掩模，與IMPS基板占據(jù)六個(gè)八個(gè)可能的，5晶圓網(wǎng)站，和固體的平面基片的其余兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 D.信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)和測(cè)量結(jié)果 有幾種不同的信號(hào)傳輸測(cè)試結(jié)構(gòu)被列入在IMPS試驗(yàn)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(duì)于所有的傳輸線測(cè)量，去 圖8 IMPS測(cè)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(qǐng)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(zhǎng)配置為信號(hào)電源和地線之間（PSG），信號(hào)分割內(nèi)電力導(dǎo)體（PSP）和信號(hào)內(nèi)部分裂的接地導(dǎo)體（GSG）。這里還設(shè)有一個(gè)串?dāng)_測(cè)量線設(shè)置，下午80點(diǎn)間距，從動(dòng)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(jí)線（躺在SI02或聚酰亞胺介電）18.2毫米長(zhǎng)，配置PSP， GSG， PSG也進(jìn)行了測(cè)量，看是否線阻抗不同于第二金屬。 IMPS拓?fù)涞囊粋€(gè)方面，提出了特別的關(guān)注。這是對(duì)阻抗的影響，特別是在傳播速度，改變從，例如，一個(gè)X去PSP線的YGSG線的。有一個(gè)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(gè)問題在許多MCM的信號(hào)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(jì)量。實(shí)驗(yàn)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(cè)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?yàn)槊婢咤e(cuò)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(hào)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(yàn)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(gè)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(cè)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(cè)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(duì)一個(gè)不會(huì)有低介電常數(shù)的絕緣基板的這個(gè)問題。 M2線串?dāng)_測(cè)量28.5毫米耦合長(zhǎng)度。受害者線兩端終止。測(cè)量是在“近期行動(dòng)計(jì)劃”310注入20ps的上升時(shí)間TDR脈沖，從動(dòng)線和測(cè)量的受害者線。串?dāng)_峰值小于這一套耦合線長(zhǎng)3.6％。這一結(jié)果表明，串?dāng)_以合理的時(shí)鐘不應(yīng)該是一個(gè)問題頻率和線的長(zhǎng)度。 E.配電阻抗測(cè)量 同時(shí)使用功率分布測(cè)量阻抗HP 8510網(wǎng)絡(luò)分析儀和HP 4291A阻抗米。可以測(cè)量45 MHz至1 GHz的一系列8510 。圖9示出了測(cè)量的阻抗為幾種 圖9 使用HP 8510網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)出的配電阻抗頻率特性 圖10 使用HP4291A阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)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(gè)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(cè)量阻抗。阻抗的上升，從600到900 MHz由于電感的影響。4291A，測(cè)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(cè)量是在不AVX電容放置，以便確認(rèn)的SPICE模型，預(yù)測(cè)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(gè)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?yàn)樵谝r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(cè)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(cè)量 圖中所示的測(cè)試車。6始建于兩個(gè)IMPS和固體平面設(shè)計(jì)。兩個(gè)0.1 pF的芯片組裝電容和4個(gè)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(gè)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(cè)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(dòng)FET門發(fā)電機(jī)。 因?yàn)檠b配問題，只有三四個(gè)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(cè)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(cè)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(cè)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(gè)幾何形狀，這是預(yù)料之中的。 AC噪聲進(jìn)行了測(cè)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(cè)量了。這樣的結(jié)果，如配電阻抗的測(cè)量，是一個(gè)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(jì)規(guī)則，變量信號(hào)線密度高達(dá)250cm/cm2選中兩個(gè)金屬層（80時(shí)），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?duì)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(gè)四層的IMPS結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生。這將是一個(gè)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(gè)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(cè)量。直流電阻滴如與更大比固體平面，但只會(huì)是一個(gè)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(cè)試，大概以上的時(shí)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(cè)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(duì)設(shè)計(jì)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(yàn)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(dòng)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(dòng)是超過30個(gè)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(xiàng)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(huì)，以及IEEE計(jì)算機(jī)包裝委員會(huì)。他目前是IEPS董事的董事會(huì)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(huì)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(jì)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(zhǎng)。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(jiǎn)報(bào)和會(huì)議論文期刊或合著文件的作者。他擁有三項(xiàng)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(hào)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