互連網絡電力系統（IMPS）MCM拓撲結構的電氣特性L. W. Schaper，S. Ang，Yee L. Low，Danny R. Oldham三、IMPS拓撲結構實現IMPS拓撲結構用傳統的MCM-D工藝很容易實現，細線條光刻和批處理文件通過制造是固有的正常生產。MCM-L實現相當實用，如果通孔制造是通過其他常規的機械鉆孔，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，制造導體的任一側上的一塊聚合物影像，可以處理卷到卷格式（圖5（a），得到的結果基片可以進行填充和測試，然后申請封裝以形成剛性結構（圖5（b），廉價的絲網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接口（圖5（c）。這種模塊可以非常便宜，但仍然產生高性能。圖5IMPS影像載體四、IMPS分析和實驗由于IMPS拓撲是從根本上不同于傳統的微帶線或有固體電源和地平面帶狀線的MCM傳輸線環境，進行了一項確定電源和信號環境的特點的詳細研究。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，以保持這些瞬態的di/dt噪聲低于可接受的利潤率。傳統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，最初設計用于IBM熱傳導模塊，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構。引線鍵合從這些芯片的，盡管許多并聯，有助于更多的電感和批判影響片上的噪音。圖6 測試車輛功率瞬態測量設置IMPS拓撲結構取代了堅實的平面網狀導線。在雙網平面寬100點，導線320點的間距，降低至62，純金屬覆蓋了堅實的平面。即使有大量的電源和接地的導體切割，以適應信號線，金屬覆蓋為40，可以實現的。增加電阻和電感因此，預測寄生效應。然而，由于貢獻這些寄生到dc和ac滴在堅實的平面上的情況下，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的方式的電感的去耦電容在很寬的的頻率范圍內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載電源和地之間，從而誘導到大的di/dt配電結構。如該圖所示。有幾個網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，用于信號傳輸的測量，還沒有被證明，對電容器和負載的各種組合，以及電流上升時間，進行了測試。測量結果將在后面介紹。B.信號傳輸圖7中所示的的IMPS信號傳輸環境。每根信號線之間交流接地導體相同的金屬平面上，通過正交功率，接地和信號導體上的其它金屬平面。由于交流接地導體，在所述第二平面還到信號線正交，返回電流流僅在共面導體;正交導體適度降低線路阻抗，通過電容加載。這初步證明了建設大型物理模型（MCM尺寸大小的160倍）做TDR測量，并已被證實IMPS測試車輛上的測量如下所述。圖7IMPS信號的傳輸環境C.測試車輛示于圖的則該測試車輛，在一個發達的HIDEC被設計及金屬制品業的，具有四種掩模過程中使用鋁中導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，曝光，和發展。金屬重復沉積和圖案化，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大衣，對幾個中間層和基礎層厚度介質進行了比較。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，和負載電阻器，并且被安裝在一個256引領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基板占據六個八個可能的，5晶圓網站，和固體的平面基片的其余兩個網絡。D.信號傳輸結構和測量結果有幾種不同的信號傳輸測試結構被列入在IMPS試驗車輛。所有有微波探頭墊150點間距在任一端，并提供終止該行使用50 R 0603尺寸（1.6 0.8毫米）用導電基體結合的片式電阻器環氧樹脂。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），信號分割內電力導體（PSP）和信號內部分裂的接地導體（GSG）。這里還設有一個串擾測量線設置，下午80點間距，從動線躺在電源和地之間，與受害人線內相鄰的分割接地導體。第一級線（躺在SI02或聚酰亞胺介電）18.2毫米長，配置PSP， GSG， PSG也進行了測量，看是否線阻抗不同于第二金屬。IMPS拓撲的一個方面，提出了特別的關注。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。有一個不連續返回電流路徑變化的點，其中有一些效果根據P和G頻率脫鉤的興趣。這還沒有出現的一個問題在許多MCM的信號層，其中經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。層間和大衣聚酰亞胺基板厚度為4.0分，下午2點和初始SI02介質厚度，建立和計量。實驗采用泰克IPA 310互連參數分析儀。該結果如下表所示。M1 PSP3490M1 GSG3490M2 PSP5475M2 GSG5475M2 PSG5475M2 5 5475這些測量結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電的硅襯底。的阻抗M2線是高于預期，因為面具錯誤導致線的寬度，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;貨幣供應量M1的數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。掩模組進行了修改和重復實驗以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。下面結果，得到：M1 PSP4270M1 GSG4270M1 PSG4270M2 PSP5266M2 GSG5266M2 PSG5266M2 5 5268即使有一個8點層的聚酰亞胺中，所述半導體硅仍然具有效果。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別M1和M2的傳輸線。詳細的模擬線上述半導體基板也正在進行中。當然，不同的實現的拓撲結構中，對一個不會有低介電常數的絕緣基板的這個問題。M2線串擾測量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。串擾峰值小于這一套耦合線長3.6。這一結果表明，串擾以合理的時鐘不應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網絡分析儀和HP 4291A阻抗米。可以測量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網絡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，以便確認的SPICE模型，預測阻抗的上升，與正常上限之間200和300兆赫。結果表明，有什么區別IMPS配電結構和一個使用固體。任何平面效果的附件或將被屏蔽引線鍵合阻抗的數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的氧化物能產生可測量功率電阻路徑。這可能占到無法實現極其低阻抗。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50R電阻被用作負載（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，大電流流經負載電阻，在基板上平面的交流噪聲大的di/dt引起的脈沖驅動FET門發電機。因為裝配問題，只有三四個FET負載部分可以被激活，而一些負載電阻不起作用，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，其中測試點提供。的總電壓下降分別為12 mV的固體飛機和21 mV的IMPS ，以固態和每架飛機的3 MR有效地抵抗IMPS 5.5 MR。基于金屬的量在這兩個幾何形狀，這是預料之中的。AC噪聲進行了測量，總基板di/dt-0.1 NNS在前緣處的導通脈沖。固體平面和IMPS版本具有峰-峰值噪聲電壓為-200-300mV，正是取決于在飛機上測量了。這樣的結果，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構。五IMPS應用范圍IMPS拓撲結構可以提供，容易制造MCM-D的設計規則，變量信號線密度高達250cm/cm2選中兩個金屬層（80時），這是與其他MCM-D實現。這些被控制可以根據阻抗的阻抗線50-70R范圍內適當的幾何形狀。由于對其間交流接地導體，它們具有極低的串擾。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結構可以產生。這將是一個更有效地利用金屬比傳統的四層堆棧。由這些線表現出的損失的函數，自己材料和橫截面。厚銅鍍線將遠遠比鋁薄線損耗少，內幾個MCM供應商的工藝能力。IMPS的功率分布特征比較與傳統的固體平面，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緊要的水平。如果有IMPS拓撲結構的限制，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，線密度和模塊的權力感興趣的近期高點批量應用。盡管需要額外的工作細化這里提出的測量，它似乎沒有采用這種有效的降低成本的大多數MCM-D應用的方法。致謝再此對設計和制造專業的P. Parkerson，B.Ivy，和Y. Shi HIDEC以及Ed Wong致以誠摯謝意。倫納德沙佩爾（S65 M92）獲得B.S.電氣工程學士學位，1967在紐瓦克工程學院就讀，1968年于麻省理工電氣工程技術研究所，博士學位于1973年在新澤西技術研究所獲得。他在加入美國麻省理工學院之前，自1978年以來任教于ATT貝爾實驗室。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，指導他們的活動在薄膜的MCM。1992年，他在阿肯色大學的中心被任命為高密度電子ICS電氣工程教授主任，在那里他領導的研究活動是超過30個研究生參與的先進的多芯片模塊技術。他是ATT公司的薄膜硅MCM技術的共同發明者。彼持有四項專利，并撰寫了大量的講座和論文。沙佩爾博士曾擔任多年IEPS程序委員會，以及IEEE計算機包裝委員會。他目前是IEPS董事的董事會成員。西蒙昂在阿肯色大學獲得了電子工程學士學位（BSEE），分別從佐治亞理工學院和南方衛理公會大學（Southern Methodist University）獲得了電子工程碩士學位博士學位。他于1981年加入了美國德州半導體組儀器，致力于設計功率集成電路和電壓調節器和工藝開發。他在1983年被晉升為科長。1988年他加入阿肯色大學電機系，他目前是那里擁有超過85份在在微電子，