高密度3次元実装技術による超高速電子システム構築手法の研究

利用高密度3D封装技术的超高速电子系统构建方法研究

• 批准号: 05F05617
• 负责人: 青柳 昌宏
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05617/
• 关键词: 3次元積層パッケージ; インターポーザ; 分布定数線路構造; 電磁界解析シミュレータ; モーメント法; 誘電特性; ベクトルネットワークアナライザ; ストリップライン構造; Momentum法

コンピュータ等に使用されるCPUのLSIチップはムーアの法則に従って集積度が増大し、その動作周波数はGHzレンジに達している。しかし、その動作周波数に対するコンピュータ等電子機器の体感スピードの増加は徐々に少なくなってきている。これはLSI動作速度の増大に対して、LSIチップ間の接続やLSIパッケージなどのシステム全体の動作周波数が100MHz程度であることから、その動作速度の向上が著しく遅れているためである。その動作速度の向上を妨げる原因として、LSIチップ間接続およびLSIパッケージの配線長や配線遅延の増加や、高周波伝送による損失が原因となっている。そこで本研究では、システム速度向上のために、配線長の縮小のためのミクロンサイズの配線構造を、配線遅延の減少のための低誘電率な絶縁膜材料を、高周波伝送による損失低減のための伝送配線構造を用いたLSIチップ間接続及びLSIパッケージ用接続基板(インターポーザ)を用いて、LSIチップを3次元的に密に積層接続し、非常に短い距離でチップ間を電気接続することで、従来に比べて高速・高周波で動作可能な超高速電子システム技術の開発を行った。はじめに、このインターポーザの設計において、10Gbpsの超高速デジタル信号伝送のための配線構造設計手法の確立を目指し、従来の配線構造とは異なるミクロンサイズの分布定数線路構造を、電磁界解析手法のひとつである、モーメント法による電磁界解析シミュレータを用いて設計を行った。多層微細配線インターポーザ内の伝送線路について、10Gbpレベルの高速信号伝送を可能とする線路設計の最適化を行い、その設計に基づいて試作した多層微細配線インターポーザにより、最大13.5Gbps高速信号伝送の実証に成功した。またさらに、伝送線路の設計において重要なパラメータである絶縁材料の誘電特性を線路形成に使われる薄膜状態で測定評価できる手法の開発を行った。シリコン基板上に測定対象の薄膜絶縁材料を挟み込んだ微小なコンデンサを形成し、その誘電特性をマイクロ波ベクトルネットワークアナライザで複素インピーダンスを測定評価し、その値を用いて電磁界シミュレーションにより、未知の誘電特性を求めるものである。微小コンデンサのインピーダンス計算に縁端効果を考慮することで、精密なコンデンサの特性評価が可能となり、従来測定が困難であった低誘電率特性を有する絶縁材料のマイクロ波周波数領域(最高30GHzまで)の誘電特性について、精密な測定評価が可能となることが分かった。

计算机中使用的CPU的LSI芯片的集成根据摩尔定律增加，其工作频率达到了GHz范围。但是，计算机和其他电子设备在其工作频率方面经历的速度逐渐增加。这是因为整个系统的工作频率（例如LSI芯片和LSI软件包之间的连接）约为100MHz，这大大延迟了运行速度的提高。这种阻碍的操作速度提高是由LSI芯片到芯片连接和LSI软件包的接线长度和接线延迟以及由高频传输造成的损失引起的。在这项研究中，为了提高系统速度，我们开发了一种超高的电子系统技术，可以使用LSI CHIP-to-Chip连接使用传输布线结构来通过高频传输来减少损失，并使用LSI芯片到层的连接板（InterPoser）来降低距离（InterPoser），从而使LSI越过距离且电视连接非常多。首先，在此插入器的设计中，我们旨在建立一种连线结构设计方法，用于10Gbps的超高速度数字信号传输，并设计了使用电磁现场分析方法的电磁场分析模拟器的传统电场分析模拟器，它们与传统的电磁场分析模拟器不同，这些线结构与传统的接线结构不同。优化了线设计以使多层罚接线插入器内的传输线以10GBP级别的高速信号传输启用高速信号传输，并且使用基于设计的原型多层型线接线器，成功证明了多层罚款插入器的高速接线插入器，可在高速信号传输中获得高速信号传输。此外，我们开发了一种可以测量和评估绝缘材料的介电特性的方法，这是用于线形成的薄膜中的传输线设计中的重要参数。在硅底物上形成了一个小电容器，其中用薄膜绝缘材料夹在其中，并通过使用微波网络分析仪来测量和评估复杂的阻抗，并使用型号的介电磁场来测量和评估电容器的介电性能，并评估。通过考虑到小电容器的阻抗计算的边缘效应，可以准确评估电容器的特征，并且发现精确测量和评估微波频率范围（最高30 GHz）的介电特性的绝缘材料具有低介电恒定特征的绝缘材料，这些特征是困难的，这些特征是过去的。

项目成果

Extracting Method of High-Frequency Dielectric Characteristics for Low-k Material Using Micro Thin Film Capacitor

利用微型薄膜电容器提取Low-k材料高频介电特性的方法

• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• 作者: Jun So Pak;Katsuya Kikuchi;Hirotaka Oosato;Hiroshi Nakagawa;Masahiro Aoyagi
• 通讯作者: Masahiro Aoyagi

Band-Stop Filter Effect of Power/Ground Plane on Through-Hole Signal Via in Multilayer PCB

多层 PCB 中电源/接地平面对通孔信号过孔的带阻滤波器效应

• 发表时间: 2006
• 期刊: IEICE Transactions of Electronics Vol.E89C No.4
• 作者: Jun So Pak;Masahiro Aoyagi;Katsuya Kikuchi;Joungho Kim
• 通讯作者: Joungho Kim