【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3d封装领域，主要为3d封装陶瓷基板过孔的等效电路建模，特别涉及一种孔板电容求解技术。
技术介绍
1、3d封装中存在大量过孔，过孔实现了芯片与芯片、芯片与中介层、中介层与基板之间的互连。在进行3d封装结构的信号完整性分析时，将所有过孔完整建模，s参数计算将耗费大量计算资源，导致计算时间显著增加。因此，建立过孔的高精度等效电路模型，对于提升系统级封装的信号完整性计算效率具有重要意义。
2、近些年有学者针对3d封装中芯片间互连的tsv的等效电路展开研究，这些研究通常针对的微观结构对s参数的影响，比如tsv的表面缺陷、表面粗糙度，以及tsv与硅衬底间过渡层材质的影响等。然而，3d封装基板中的通孔等效电路模型却少有研究。
3、另一方面，随着射频器件封装频率越来越高，芯片功率越来越高，陶瓷材料以其耐高温、高散热、绝缘性好等优异的物理化学性能，逐渐成为封装基板的热门材料。然而陶瓷基板是多层叠加烧结形成的，陶瓷基板通孔往往需要穿过多层金属接地层，因此在建立陶瓷通孔的等效电路模型时，必须要考虑相邻接地层的平行板效应。
4、早些年有学者研究pcb板过孔的等效电路时包含了平行板效应，但是这些研究采用的等效电路通常适用频率较低，通常忽略了通孔的趋肤效应带来的寄生电阻、寄生电感对等效电路的影响。同时，这些研究中计算孔板电容采用的公式不尽相同，然而前人的研究并未给出使用某一种公式的原因，也未有人研究过这些计算孔板电容公式的准确性。
技术实现思路
1、为解决上
2、本专利技术采用的技术方案之一为：陶瓷封装基板过孔高精度等效电路建模方法，陶瓷封装基板为多层金属过孔结构，包括多层参考地层与夹在相邻两层参考地层之间的陶瓷介质层，将该多层过孔结构等效为多个单层金属过孔子结构，单层金属过孔子结构之间满足电压电流连续性条件；
3、将单层金属过孔子结构建模为具有金属通孔结构的二端口网络，具体的：信号电流从过孔顶部自上而下传播，将随着频率升高而产生的电流趋肤效应等效为串联的寄生电阻r和寄生电感l，将陶瓷介质层上下的两层参考底层的平行板效应等效为复合阻抗zpp，复合阻抗zpp与寄生电阻r和寄生电感l串联；还包括金属过孔与两个参考底层之间的两个寄生电容c。
4、寄生电容c由两部分组成：反焊盘处过孔金属与参考地层之间的同轴型电容cpad，以及金属通孔与参考地层之间的通孔板电容cvp。
5、本专利技术采用的技术方案之二为：基于上述建模的等效电路的孔板电容提取方法，包括：
6、a1、记δh为极小值，认为过孔上高度为δh的圆柱表面电荷是均匀分布的，以z轴为中心，以小于反焊盘半径rap的r为半径，由高斯定理可得高度为δh的圆柱表面的电场强度通量φ：
7、
8、其中，α为过孔圆柱表面当前点与反焊盘处连线与水平线间的角度，ε为陶瓷电介质的介电常数，δq为过孔在δh上所包含的电荷总量，e是电场强度；
9、a2、计算单位长度的电荷量为：
10、
11、a3、当cosα＝1时，q'vp取最大值q'vpmax＝2πrεe，则金属地层与过孔之间的电压为：
12、
13、a4、计算单位长度电容：
14、
15、a5、根据单位长度电容计算孔板电容。
16、具体的：将过孔的上半部分分成n段，则每段长度为h/(2n)，整理可得上半部分通孔的孔板电容为：
17、
18、本专利技术采用的技术方案之三为：基于上述建模的等效电路的s参数提取方法，包括：
19、b1、具有金属通孔结构的二端口网络中基于电压和电流的连续性关系：
20、vi＝vil-vir
21、ii＝iil＝iir
22、其中，vi表示复合阻抗zpp、寄生电阻r、寄生电感l串联结构两端的电压，ii表示复合阻抗zpp、寄生电阻r、寄生电感l串联结构流经的电流，vil表示流过具有金属通孔结构的二端口网络前的电压，vir表示流过具有金属通孔结构的二端口网络后的电压，iil表示流过具有金属通孔结构的二端口网络前的电流，iir表示流过具有金属通孔结构的二端口网络后的电流；
23、b2、流过平行板阻抗和电感电阻的电流与由此产生的压降之间的关系是：
24、
25、其中，z表示复合阻抗zpp、寄生电阻r、寄生电感l串联结构的阻抗；
26、b3、流经过路寄生电容的电流与由此产生的压降之间的关系：
27、
28、其中，v'il表示经第一端口电容前的电压，vil表示经第一端口电容后的电压，i'il表示经第一端口电容前的电流，iil表示经第一端口电容后的电流；
29、b4、流经过路寄生电容的电流与由此产生的压降之间的关系：
30、
31、
32、其中，vir表示经第二端口电容前的电压，v'ir表示经第二端口电容后的电压，iir表示经第二端口电容前的电流，i'ir表示经第二端口电容后的电流；
33、b5、计算流经单层陶瓷通孔二端口网络的输入输出电压电流关系为
34、
35、b6、求出单层通孔的传输矩阵因此级联多层通孔后的传输矩阵为：
36、
37、b7、多层陶瓷通孔的s参数可根据二端口网络的散射矩阵和传输矩阵之间的关系得出：
38、
39、
40、
41、
42、其中，zc是端口参考阻抗。
43、本专利技术的有益效果：本专利技术提出了陶瓷封装基板通孔的高精度等效电路模型，并推导出通孔寄生参数、平行板阻抗等参数的表达式；经hfss模型验证，该电路模型可用于替代通孔三维模型计算s参数；采用本专利技术的方法可以有效提升系统级封装的信号完整性计算效率；本专利技术包括以下优点：
44、(1)等效电路模型需重点考虑过孔的寄生电感和寄生电阻，考虑寄生电感和电阻后，等效电路的等效精度更高，即计算的s参数更精确；
45、(2)本专利技术采用的孔板电容计算表达式更准确；
46、(3)在实际应用中，类同轴结构可利用式(31)等效边界条件，进而求解通孔s参数，相比hfss全波求解器求解s参数，本专利技术的求解效率更高。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.陶瓷封装基板过孔高精度等效电路建模方法，其特征在于，陶瓷封装基板为多层金属过孔结构，包括多层参考地层与夹在相邻两层参考地层之间的陶瓷介质层，将该多层过孔结构等效为多个单层金属过孔子结构，单层金属过孔子结构之间满足电压电流连续性条件；
2.根据权利要求1所述的陶瓷封装基板过孔高精度等效电路建模方法，其特征在于，寄生电容C由两部分组成：反焊盘处过孔金属与参考地层之间的同轴型电容Cpad，以及金属通孔与参考地层之间的通孔板电容Cvp。
3.基于权利要求2所述的等效电路的孔板电容提取方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的孔板电容提取方法，其特征在于，步骤A5具体的：将过孔的上半部分分成n段，则每段长度为h/(2n)，整理可得上半部分通孔的孔板电容为：
5.基于权利要求2所述的等效电路的S参数提取方法，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.陶瓷封装基板过孔高精度等效电路建模方法，其特征在于，陶瓷封装基板为多层金属过孔结构，包括多层参考地层与夹在相邻两层参考地层之间的陶瓷介质层，将该多层过孔结构等效为多个单层金属过孔子结构，单层金属过孔子结构之间满足电压电流连续性条件；
2.根据权利要求1所述的陶瓷封装基板过孔高精度等效电路建模方法，其特征在于，寄生电容c由两部分组成：反焊盘处过孔金属与参考地层之间的同轴型电容...
【专利技术属性】
技术研发人员：任攀，杜平安，汪楚林，梁亚亚，杨金升，李晓康，刘聪，夏敬轩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。