【技术讲座】2020年的布线及接合基础技术(1)
本文摘自《日经微器件》2010年1月刊,内容基于撰文时的信息,可能会与当前情况不符。
我们开发出了可能会成为2020年器件封装基础的布线及接合技术,该技术能以端子间距为几μm的高密度封装实现几十Gbit/秒的高速传输。
  其中的关键技术有两项,分别是(1)使用成对布线(线对)高速传输信号的技术和(2)常温下的接合。具体来说,(1)线对可以抑制相邻布线间的串扰(干扰),由此便可以使用以前一直使用的用于二值传输的简单的输入输出接口。(2)常温接合是利用固体材料的表面活性在150℃以下的低温条件下实现接合。由于材料之间直接接合,因此无界面层,可靠性高且成本低。
  我们将包含这些技术的封装基础技术命名为“IMSI Model Ⅱ”,将其系统化。并且,还通过日本的产学合作研究机构——IMSI封装工学联盟,公开了专利等1)。
1)http://www.imsi.jp/

利用距离很近的线对高速传输
  我们提出的高速信号传输方式采用了内层叠在一起的线对构造,将其中一条作为接地线,进行差分传输。由于线对中的两根线距离很近,因此这两根线之间的电磁耦合很强,信号不容易劣化。而且,信号传输时产生的电磁波不会在空间内扩散,因此与周围的布线之间不容易发生串扰。
  此次提出的Model Ⅱ进一步增强了对线内两根线之间的耦合。以前,对线的布线层都形成在基板表面。而Model Ⅰ将层叠式线对配置在了基板内部。通过这种构造,差分信号可以保持TEM(transverse electro-magnetic)模式,始终保持电磁耦合最大。将一条线接地时也一样,信号不是零。这样,传输特性得以提高,同时串扰减小。

图1:利用比带线耦合更强的方式进行传输
用可视化的方法比较以前的带线与此次的内层叠线对在传输信号时的电场强度,可以看出,内层叠线对  此外,还改进了封装与基板的连接构造。具体而言,由原来的单端连接变成了差分连接。这样,即使信号的两条线之间的耦合更强,而电磁场不会扩散至相邻线路,因此干扰小。作者的数据。(点击放大)

通过连接点,传输特性出色的TEM模式也不会被破坏。这一点已通过测量内层叠式线对电磁耦合时的电磁场强度得以确认(图1)。与目前传输特性出色且串扰小的带线相比,线对内两根线之间的电磁耦合更强,而相邻线对之间没有电磁耦合。
  另外,实际将这种构造的长度为400mm的传输线路布设在普通材料(FR-4)的印刷基板上,成功实现了6Gbit/秒的二值传输。(特约撰稿人:东京大学教授须贺 唯知、明星大学名誉教授兼特别顾问大塚宽治)
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