【摘要】：建立印刷電路板和三維封裝互連中電源網(wǎng)絡(luò)的等效電路模型是研究高速電路電源完整性的基礎(chǔ)。硅通孔(Through Silicon Via; TSV)互連技術(shù)以其在速度和寄生功耗方面優(yōu)越的電氣性能,以及和CMOS工藝很好的兼容性,已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)三維集成系統(tǒng)中一種重要的互連技術(shù)。相關(guān)研究工作的深入開展,有利于解決制造和設(shè)計(jì)方面的技術(shù)難題,加速三維集成系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程。本文的工作主要研究高速板級(jí)電路和硅通孔三維封裝集成中的電磁特性,重點(diǎn)解決了高速電路板級(jí)電源網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的建模仿真問題和包含硅基半導(dǎo)體效應(yīng)的硅通孔互連的建模問題。論文首先提出了高速電路板及封裝中電源旁路結(jié)構(gòu)寄生電感的全波計(jì)算方法,研究了自阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗的分布特性及解耦方法,提出采用等效電路方法解決平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題；采用泊松方程和泊松-波爾茲曼方程分別計(jì)算了TSV互連的半導(dǎo)體特性,并將此特性在TSV各種結(jié)構(gòu)的建模中加以考慮；另外,論文還研究了瞬態(tài)電壓抑制器件SPICE模型參數(shù)的估算問題,通過靜電放電抗擾度的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了建議的估算方法的有效性。論文的主要成果如下：1.基于散射系數(shù)方法提出了PCB電源旁路結(jié)構(gòu)中寄生電感的全波表達(dá)式；研究了通過微波網(wǎng)絡(luò)測(cè)試提取阻抗參數(shù)的方法,并采用低阻抗測(cè)試方法獲得了電容器件和電源平面的阻抗特性；建立了電容旁路結(jié)構(gòu)的全波等效電路模型,測(cè)試驗(yàn)證了該電路模型的有效性。2.基于平面電路的邊界積分方程快速計(jì)算方法,提出了印制板基底材料的相對(duì)介電常數(shù)和損耗因子的提取方法,結(jié)合端口約減方法獲得了電源平面的自阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗的分布特性,提出了轉(zhuǎn)換噪聲的分布式解耦方法。另外,在轉(zhuǎn)換噪聲抑制方面,通過將積分方程等效電路和傳輸線互連相結(jié)合的方法解決了平面電磁帶隙結(jié)構(gòu)(Electromagnetic BandGap; EBG)設(shè)計(jì)中的尺寸定義問題,采用電路仿真實(shí)現(xiàn)了EBG結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),并引入了集總電感器作為單元間的連接方案,得到了更好的阻帶性能。提出的等效電路設(shè)計(jì)EBG結(jié)構(gòu)的方法和全波數(shù)值計(jì)算相比極大的縮短了設(shè)計(jì)周期和仿真計(jì)算時(shí)間。3.提出了TSV硅通孔電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性符合靜態(tài)偏置下的小信號(hào)概念,并推廣建立了TSV各種結(jié)構(gòu)的電磁信號(hào)傳輸模型。通過全耗盡假設(shè)下泊松方程推導(dǎo),提出了摻雜硅基底耗盡寬度的Lambertw函數(shù)表達(dá)式；研究了氧化層和半導(dǎo)體界面電荷對(duì)計(jì)算的影響；基于耗盡寬度的計(jì)算和耗盡層絕緣假設(shè),建立了電源網(wǎng)絡(luò)雙TSV結(jié)構(gòu)和多TSV電源陣列的等效電路計(jì)算模型；根據(jù)摻雜硅基等效電路模型,研究分析了摻雜硅襯底對(duì)雙線TSV結(jié)構(gòu)的信號(hào)傳輸影響。另外,還研究了Interposer中間層中TSV電源陣列對(duì)信號(hào)傳輸?shù)娜菪杂绊?提出了簡(jiǎn)化計(jì)算模型。4.研究了硅基中電荷的精確分布,從而建立了高頻信號(hào)在TSV中的傳輸模型�；趫A柱坐標(biāo)系下的泊松-波爾茲曼方程,推導(dǎo)計(jì)算后獲得了TSV互連半導(dǎo)體內(nèi)電荷的精確分布,提出了金屬-氧化物-半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor; MOS)電容的計(jì)算方法。基于電荷分布產(chǎn)生的電阻率變化,引入薄層電阻概念,結(jié)合部分元等效電路方法提取了TSV金屬部分與耗盡層間的電阻和電感,建立了單、雙TSV結(jié)構(gòu)的電阻-電感-電導(dǎo)-電容等效電路模型。5.提出一種靜電脈沖防護(hù)中瞬態(tài)電壓抑制器的等效電路模型參數(shù)估算方法,并研究了此估算模型在電子設(shè)備端口電磁脈沖抗擾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用�；谒矐B(tài)電壓抑制器件的半導(dǎo)體物理機(jī)理,采用估算和測(cè)試相結(jié)合的方法獲取了其SPICE模型參數(shù),靜電抗擾度測(cè)試和仿真計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了建議的估算方法的有效性。建立了瞬態(tài)抑制器件在敏感電子裝置端口的抗擾度分析等效電路模型,測(cè)試和仿真計(jì)算結(jié)果的比較驗(yàn)證了建立的抗擾度電路模型的工程價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN41

【參考文獻(xiàn)】

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4 鄒國平;崔翔;魏興昌;李爾平;;高速電路電源/地層間阻抗參數(shù)計(jì)算與分析[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

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7 余占清;何金良;張波;饒宏;曾嶸;陳水明;黎小林;王琦;;高壓直流換流站中換流閥傳導(dǎo)騷擾時(shí)域仿真分析[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2009年10期

8 范漢華;成立;植萬江;王玲;伊廷榮;;新型的3D堆疊封裝制備工藝及其實(shí)驗(yàn)測(cè)試[J];半導(dǎo)體技術(shù);2008年05期

本文編號(hào)：2800392