新型微波毫米波单片三维垂直互连技术

近半个世纪以来,微波电路发展十分迅速,它经历了从低频到高频、从单层到多层的发展历程,最终导致了微波多芯片组件的产生。随着多芯片组件密度的不断提高,互连的不连续性成为制约整体性能的瓶颈。因此,对互连进行仿真和建模,对于微波多芯片组件的设计有着重要的意义。文章以MMIC芯片和介质基板的垂直互连结构作为研究对象,对不连续性结构的散射参数进行了软件仿真优化,并进行了装配、测试和结果分析。     

封装与PCB复杂互连结构的传输特性研究

鉴于晶片电子封装结构的一些精细电磁现象如复杂互连结构的不连续性、寄生效应带来的信号完整性等问题,采用电磁分析软件CST微波工作室,建立了封装与PCB复杂互连结构的物理模型,对信号传输性能进行仿真分析,并对简单等效电路模型进行改进。结果表明:增大焊球半径,采用低介电常数基板材料,可提高互连结构的信号传输效率。采用软件ADS模拟电路模型,其结果与软件CST的结果趋势基本吻合。     

Raphael-深亚微米集成互连参数仿真优化系统

针对超深亚微米层次下的金属互连设计,使用Raphael(集成布线互连)仿真系统完成了互连寄生效应参数的提取。介绍了Raphael仿真系统的主要功能及基本应用,并分析了常规集成布线互连参数模型。采用二层跨越式互连结构,对寄生电阻、电容参数进行了仿真,并得到电流密度的分布结果。这些参数的提取及验证对电路的布局设计是十分重要的。     

基于状态空间模型的子频带语音转换算法

语音转换是一项改变说话人声音特征的技术,该领域主流方法——基于高斯混合模型的全频带参数映射,会导致转换后的语音频谱产生帧间不连续性。本文针对以上问题提出了改进方案：首先引入状态空间模型来模拟语音动态变化特性,其次利用离散小波变换对语音低频和高频部分的参数分为子频带处理。文章最后用主观和客观实验对提出的算法进行的实验仿真和验证。     

基于LTCC技术的毫米波键合金丝的分析与优化设计

金丝互连是实现毫米波多芯片组件的关键技术,金丝跨距和焊盘尺寸对其毫米波特性有重大影响.论文采用商业软件对LTCC互连金丝的传输特性进行建模分析,利用5阶低通滤波器模型对金丝传输结构进行改进,一方面最大化了金丝跨距和焊盘尺寸,减小了公差的影响,减轻了对工艺的要求,提高了成品率;另一方面提高了低通特性的截至频率,改善了毫米波频段传输性能,满足工程设计需要.设计中采用软件仿真结果作为训练样本得到神经网络模型,利用遗传算法对改进结构参数进行优化,缩短了设计时间.     

具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性

对600V以上级具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性进行了实验研究,并对器件进行了二维、三维仿真分析.利用多区P-top降场层的结终端扩展作用以及圆形结构曲率效应的影响,增强具有高压互连线的横向高压器件漂移区耗尽,从而降低高压互连线对器件耐压的影响.实验与仿真结果表明,器件的击穿电压随着互连线宽度的减小而增加,并与P-top降场层浓度存在强的依赖关系,三维仿真结果与实验结果较吻合,而二维仿真并不能较好反映具有高压互连线的高压器件击穿特性.在不增加掩模版数、采用额外工艺步骤的条件下,具有30μm高压互连线宽度的多区双RESURF LDMOS击穿电压实验值为640V.所设计的高压互连器件结构可用于电平位移、高压结隔离终端,满足高压领域的电路设计需要.     

具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性

对600V以上级具有高压互连线的多区双RESURF LDMOS击穿特性进行了实验研究,并对器件进行了二维、三维仿真分析.利用多区P-top降场层的结终端扩展作用以及圆形结构曲率效应的影响,增强具有高压互连线的横向高压器件漂移区耗尽,从而降低高压互连线对器件耐压的影响.实验与仿真结果表明,器件的击穿电压随着互连线宽度的减小而增加,并与P-top降场层浓度存在强的依赖关系,三维仿真结果与实验结果较吻合,而二维仿真并不能较好反映具有高压互连线的高压器件击穿特性.在不增加掩模版数、采用额外工艺步骤的条件下,具有30μm高压互连线宽度的多区双RESURF LDMOS击穿电压实验值为640V.所设计的高压互连器件结构可用于电平位移、高压结隔离终端,满足高压领域的电路设计需要.     

微米级平行互连线的测试结构设计

研究分析无串扰传输理想模型的条件,根据高速高密度电路板中微米级、亚毫米级互连线电磁串扰特性研究需要,首次提出微米级平行互连线的测试结构设计。经射频电路理论分析推导了测试结构对系统串扰没有影响。构建了有、无测试结构的微米级平行互连线物理模型,仿真分析后,加工制作有测试结构的微米级平行互连线电路板。研究结果表明,当数字基带信号传输频率在0~3 GHz 范围时,无测试结构仿真电路模型、有测试结构仿真电路模型、有测试结构的实验电路板,三者串扰特性吻合;微米级平行互连线的测试结构设计合理,具有工程参 考价值。     

互连线和CMOS模型对性能影响的分析

在集成电路中,全局互连线的设计是关键.分析了互连线RC和RLC模型的不同特性;针对互连线与CMOS器件级联的电路进行分析.分析了集成电路中互连线和CMOS的模型对性能的影响,并给出了基于HSPICE软件的仿真结果.仿真结果表明,不同互连线和CMOS模型对系统传输特性有一定影响.     

电流返回路径分解的信号完整性分析方法

提出了一种适用于高速互连电路的信号完整性快速仿真方法。根据电流返回路径 不同,该方法将有过孔的三维互连结构分解为电源平面对阻抗模型和微带线模型,先单独分 析两种模型特性,再级联以求解整个互连结构特性。与全波仿真方法相比,本方法在保证准 确度的前提下可将仿真时间从95 min降低至1 min以内。分析了电路板参数、去耦电容和短 路孔对信号完整性的影响,结果表明插入损耗由电源平面结构在过孔位置处的自阻抗决定。 在工程设计中,可采用减小电源平面对结构厚度、添加去耦电容和选择适当的过孔位置等方 法提高信号完整性     

An efficient crosstalk parameter extraction method for high-speedinterconnection lines

A proposal is presented for an effective extraction method for crosstalk model parameters of high-speed interconnection lines. In the extraction procedure, mutual capacitance and mutual inductance of the coupled interconnection lines are extracted based on S-parameter measurement, time-domain-reflectometry (TDR) measurement and subsequent microwave network analysis. The extraction method is useful for characterizing homogeneous guiding structures, where the propagation of coupled transverse electromagnetic (TEM) modes is supported. In contrast to previous extraction methods, the suggested procedure requires fewer on-wafer probing steps and does not need matched terminations in the test device for high-frequency probing. The extracted models can be readily used with simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE) circuit simulation. The procedure can also be used for modeling the crosstalk in packaging structures and multichip modules (MCMs). The proposed procedure has been successfully applied to the crosstalk model extraction of on-chip interconnection lines. Crosstalk model parameters were obtained for different line structures, spaces, and widths. Finally, the validity and reliability of the extracted models were examined by comparing a SPICE circuit simulation using the extracted crosstalk model parameters with high-speed time-domain crosstalk measurement. A close agreement was observed in the amplitude and pulse shape between the simulation and the measurement, showing the accuracy and usefulness of the proposed extraction method     

A new parameter extraction technique for small-signal equivalentcircuit of polysilicon emitter bipolar transistors

We propose a new parameter extraction method for advanced polysilicon emitter bipolar transistors. This method is based on the predetermination of equivalent circuit parameters using the analytical expressions of de-embedded Z-parameters of these devices. These parameter values are used as initial values for the parameter extraction process using optimization. The entire device equivalent circuit, containing RF probe pad and interconnection circuit parameters extracted by test structures, is optimized to fit measured S-parameters for eliminating de-embedding errors due to the imperfection of pad and interconnection test structures. The equivalent circuit determined by this method shows excellent agreement with the measured S-parameters from 0.1 to 26.5 GHz     

QFP封装互连结构电气特性建模与退化分析

互连结构是电子器件与印刷电路板之间机械固定及电气互联的关键部位.针对当前互连结构退化过程监测困难与表征信号难以提取问题,首先,通过分析QFP封装互连结构的失效模式及机理,建立其退化电气模型.在此基础上,搭建实时监测电路,选取外接电容的充电时间为表征信号,并建立退化电气模型参数与充电时间的关系.然后,利用Multisim软件和开发板模拟并验证等效电气模型参数与充电时间的关联关系.最后,利用小系统试验板进行随机振动试验,研究互连结构退化过程.通过分析充电时间响应,并结合互连结构电镜图发现,充电时间能够较好地表征互连结构的失效过程及失效模式.     

太赫兹平面肖特基二极管参数模型

根据太赫兹平面肖特基二极管物理结构,在理想二极管SPICE参数模型的基础上建立了二极管小信号等效电路模型。依据该二极管等效电路模型设计了基于共面波导（CPW）去嵌方法的二极管S参数在片测试结构,并对其在0.1~50 GHz、75~110 GHz频率范围内进行了高频小信号测试,利用测试结果提取了高频下二极管电路模型中各部分电容、电阻以及电感参数。将相应的高频下电容与电阻参数分别与低频经验公式电容值和直流I-V测试提取的电阻值进行了对比,并利用仿真手段对高频参数模型进行了验证。完整的参数模型以及测试手段相较于理想二极管SPICE模型和传统的参数提取方法可以更为准确地表征器件在高频下的工作状态。该建模思路可用于太赫兹频段非线性电路的优化设计。     

抑制MCM互连线反射的终端匹配方法

针对MCM互连,分析了反射噪声产生的原因及其对电路性能的影响。基于终端匹配理论研究了简单并联端接、戴维南端接和RC端接等几种终端匹配方法。选取MCM的典型互连参数和互连线的等效模型,使用PSPICE对三种不同的终端匹配方法进行仿真,分析了三种终端匹配方法各自的特点。在时钟频率较高的MCM中,可采用终端匹配技术来有效的抑制互连线上的反射噪声。     

基于非接触探头的TSV裂纹故障建模与分析

传统的探针测试会对晶圆产生较大的接触应力,从而给晶圆带来物理性损伤.提出一种基于串扰耦合理论的非接触探头结构,来实现对硅通孔(TSV)裂纹故障的非接触测试.首先在HFSS三维电磁仿真软件中建立非接触探头结构,通过仿真分析可知,探头与TSV之间形成较强的电场,可以实现对TSV裂纹故障非接触测试的目的.然后建立非接触探头与TSV GS结构的等效电路,并通过相关的解析方程提取其元件参数.通过分析TSV裂纹故障的生长规律,对TSV裂纹故障建立等效电路,并建立基于物理参数的故障解析方程及提取RC元件参数.在ADS软件中进行等效电路仿真,通过观察输出电压峰值的变化,可以得出TSV裂纹故障的大小.实验结果表明,该方法可以实现对TSV裂纹故障大小的测试.     

Full-wave modelling and broadband characterization of coupled interconnects in high-speed VLSI

A time-domain full-wave method for the extraction of broadband equivalent circuit parameters of symmetrical coupled interconnection lines on chips is presented. This method is based on the two-dimensional finite-difference time-domain method. After determination of the even and odd mode propagation constant γ and characteristic impedance Z _c of the lines, the RLGC matrices per unit length can be obtained. Many techniques are proposed and used during the time-domain analysis to improve the efficiency. The circuit parameters extracted can be inserted into circuit simulation software to investigate the time-domain responses of high-speed integrated circuits on chips. The reliability of this method is verified by its applications to typical problems.     

A time-domain full-wave extraction method of frequency-dependentequivalent circuit parameters of multiconductor interconnection lines

A time-domain full-wave method for the extraction of frequency-dependent equivalent circuit parameters of multiconductor interconnection lines is presented in this paper. The circuit parameters extracted by this method can be inserted into circuit simulation software to investigate time-domain responses of a high-speed IC system with multiconductor interconnects. Because the definitions of the voltage and the current are not unique in full-wave analysis, transformation among circuit parameters according to different definitions of the voltage and current is also presented. The method is based on the finite-difference time-domain (FDTD) method, and the reliability of this method is illustrated by its application to representative problems     

用改进算法提取GaN HEMT小信号等效电路模型

基于GaNHEMT小信号等效电路模型参数的提取,针对扰动机制、退火方式、记忆功能、回火机制等关键点,提出了一种改进的模拟退火算法。用Matlab仿真工具实验证明,在5～15GHz之间基于S参数测试数据,选取16个频率参考点,利用改进算法返回等效电路的13个参数,与测试数据有良好的一致性,是一种快速的全局优化算法。