三維封裝電磁干擾的分析與防護(hù)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著二維集成電路集成度的不斷提升，金屬互連延時(shí)和功耗成為制約集成電路性能提升的主要因素，三維封裝有望為集成電路的繼續(xù)小型化、多功能、高速度和高集成度發(fā)展帶來契機(jī)。但另一方面，三維封裝作為一種異質(zhì)集成的解決方案，糅合了半導(dǎo)體材料、絕緣材料、金屬材料、合金材料等各種異質(zhì)材料，導(dǎo)致三維封裝內(nèi)部電磁環(huán)境極其惡劣；同時(shí)三維封裝具有多輻射源的特點(diǎn)，多輻射源的外部輻射相互疊加，總體輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，極易致使封裝體對(duì)外部電路產(chǎn)生電磁干擾。所以，三維集成電路

2、的“封裝內(nèi)干擾”和“封裝外干擾”的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）問題成為三維封裝的重點(diǎn)研究方向之一。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)“封裝內(nèi)干擾”的EMC問題，基于傳輸線理論推導(dǎo)了三維封裝中硅通孔（TSV）及水平重分布層（RDL）結(jié)構(gòu)的等效電路模型，以精確表征物理結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)三維封裝中TSV電磁特性的影響。此外，針對(duì)三維封裝內(nèi)大規(guī)模TSV/玻璃通孔（TGV）陣列仿真時(shí)間長(zhǎng)的難

3、點(diǎn)，本文基于柱面波模式，開發(fā)了精確的場(chǎng)-路協(xié)同仿真方法，該方法充分考慮了電磁波在 TSV/TGV陣列之間的多次反射和散射。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該方法能有效地分析三維封裝中大規(guī)模 TSV/TGV陣列的電磁特性，同時(shí)與現(xiàn)有的電磁軟件相比，極大地減少了計(jì)算時(shí)間。⑵在分析“封裝外干擾”問題中，針對(duì)三維封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以精確建模以及計(jì)算量巨大的實(shí)際難點(diǎn)，本文提出了等效輻射源方法，即利用等效偶極子表征三維封裝的電磁輻射特性。根據(jù)近場(chǎng)掃描數(shù)據(jù)的不同，該方

4、法分為基于近場(chǎng)幅度和相位掃描的等效輻射源方法和基于無相位近場(chǎng)掃描的等效輻射源方法?；诮鼒?chǎng)幅度和相位掃描的等效輻射源方法中采用正則法求解等效偶極子模型，并聯(lián)合三維全波方法分析其對(duì)周圍電路的電磁干擾。對(duì)于基于無相位近場(chǎng)掃描的等效輻射源方法，本文提出利用差分進(jìn)化算法來求解該非線性電磁逆問題?；谔岢龅姆椒ㄩ_發(fā)了噪聲源重構(gòu)軟件，應(yīng)用于公司實(shí)際智能手機(jī)的電磁兼容分析中：利用等效輻射源有效地分析了手機(jī)中某功能模塊的電磁輻射特性，并探究了等效輻射源

5、精度和偶極子數(shù)量的關(guān)系；針對(duì)手機(jī)/基站的時(shí)鐘電路，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示等效輻射源的輻射特性和原時(shí)鐘芯片的輻射特性具有較好的一致性，等效輻射源耦合到手機(jī)天線端口的能量與頻譜儀測(cè)試結(jié)果的最大誤差小于6dBm，且對(duì)于10個(gè)偶極子的等效輻射源模型而言，差分進(jìn)化算法的優(yōu)化時(shí)間僅為64秒。⑶基于對(duì)三維封裝電磁干擾和輻射特性的深入分析，本文提出了TSV轉(zhuǎn)接板雙面電磁屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，推導(dǎo)了其等效電路模型，并通過仿真驗(yàn)證了該等效電路的準(zhǔn)確性。和傳統(tǒng)TSV傳輸結(jié)構(gòu)相