Использование трехмерного моделирования в среде HyperLynx Advanced Solvers для анализа целостности сигналов в цепях трехмерной микросборки с торцевой коммутацией

Аннотация

Рассмотрены возможности моделирования распространения электромагнитных волн для анализа целостности сигналов и электромагнитной совместимости для трехмерных микросборок с торцевой коммутацией в трех- и двумерных средах. Согласно результатам проведенного анализа, установлены преимущества использования трехмерных сред моделирования, позволяющие исследовать электрические характеристики различных изделий, включающих в себя проводники сложной формы, например микросборки с торцевой коммутацией, изделия с монтажом кристаллов методом разварки, многокристальные модули и др. Проведен анализ распространения электрических и магнитных полей в микросборке с торцевой коммутацией, выполняющей функцию линейно-частотной модуляции в составе цифровой части радара. В результате моделирования для частоты 500 МГц найдены наиболее помехогенерирующие цепи, вызывающие нежелательные выбросы напряжения в соседних сигнальных проводниках. Для определения методов улучшения качества сигнала в микросборках с торцевой коммутацией на упрощенной модели проведен анализ S-параметров для проводников на торцах изделия, расположенных на расстоянии, равном одной, двум, трем и четырем ширинам проводников. Установлено улучшение качества сигнала (примерно на 33 %) при увеличении зазора между проводниками от одной до двух и от двух до трех ширин проводников. При увеличении зазора от трех до четырех ширин проводника улучшение качества сигнала составило 15 %

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки Россиив рамках государственного проекта (проект № FSMR-2022-002)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Батин С.А., Вертянов Д.В., Евстафьев С.С. Использование трехмерного моделирования в среде HyperLynx Advanced Solvers для анализа целостности сигналов в цепях трехмерной микросборки с торцевой коммутацией. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2025, № 1 (150), с. 4--17. EDN: YZDDDS

Литература

[1] Kang J.-H., Shin H., Kim K., et al. Monolithic 3D integration of 2D materials-based electronics towards ultimate edge computing solutions. Nat. Mater., 2023, vol. 22, no. 12, pp. 1470--1477. DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01704-z

[2] Patti R. Three-dimensional integrated circuits and the future of system-on-chip designs. Proc. IEEE, 2006, vol. 94, no. 6, pp. 1214--1224. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2006.873612

[3] Topol A., La Tulipe D., Shi L., et al. Three-dimensional integrated circuits. IBM Journal of Research and Development, 2006, vol. 50, no. 4-5, pp. 491--506. DOI: https://doi.org/10.1147/rd.504.0491

[4] Lipton R. 3D-vertical integration of sensors and electronics. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 2007, vol. 579, iss. 2, pp. 690--694. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.05.271

[5] de Jong E., Ferreira L.A., Bauer P. 3D integration with PCB technology. IEEE APEC, 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2006.1620639

[6] Li Y., Goyal D., eds. 3D microelectronic packaging. In: Springer Series in Ad-vanced Microelectronics, vol. 64. Singapore, Springer, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-15-7090-2

[7] Lindner P., Glinsner T., Uhrmann T., et al. Key enabling processes for more-than-more technologies. IEEE SOI, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/SOI.2012.6404360

[8] Кочергин М.Д., Вертянов Д.В. Способы вертикальной коммутации в 3D-микро-сборках. Интеллектуальные системы и микросистемная техника. Сб. тр. науч.-практ. конф. М., МИЭТ, 2022, с. 160--166. EDN: WPEHPX

[9] Dunton V., Chen T., Konevecki M., et al. Zias: vertical wires in 3-D memory devices. Proc. VMIC, 2005, pp. 480--485.

[10] Park J., Li C., Mok E. New vertical connection in PCB and its scalable model. TechRxiv, 2024. DOI: https://doi.org/10.36227/techrxiv.171259651.11084104/v1

[11] Kim J., Kim J., Mihai R., et al. Via and reference discontinuity impact on high-speed signal integrity. Int. Symposium on Electromagnetic Compatibility, 2004, vol. 2, pp. 583--587. DOI: https://doi.org/10.1109/ISEMC.2004.1349863

[12] Скорняков И.А., Суровцев Р.С. Анализ влияния ширины развязывающей трассы на амплитуду перекрестных наводок в связанной двухпроводной линии. Сб. избранных статей научной сессии ТУСУР, 2021, № 1-2, с. 86--91. EDN: YTJJPT

[13] Иванова Е.В. Кондуктивные электромагнитные помехи в электроэнергетических системах. Дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, НГАВТ, 2006.

[14] Обуховец В.А. Излучение и рассеяние электромагнитных волн. Антенны, 2016, № 8, с. 6--15. EDN: WJXGMR

[15] Антипин Б.М., Виноградов Е.М. Анализ моделей для оценки потерь распространения сигналов при расчетах электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. СПбНТОРЭС: тр. ежегодной НТК, 2021, № 1, с. 233--235. EDN: DYOVPL

[16] Преображенский А.П. Методы прогнозирования характеристик рассеяния электромагнитных волн. Моделирование, оптимизация и информационные технологии, 2014, № 1. URL: https://moitvivt.ru/ru/journal/article?id=90

[17] Усанов Д.А., Постельга А.Э., Усанов А.Д. Изменение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь воды на СВЧ при совместном воздействии низкочастотного и постоянного магнитных полей. Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2009, т. 12, № 1, с. 34--38. EDN: KALOPJ

[18] Иванов С.В., Котляренко Н.И. Современные материалы для изготовления гибридных многослойных печатных плат. Тр. Междунар. симп. "Надежность и качество", 2012, т. 2, с. 211--212. EDN: PCCAPZ

[19] Armghan A. Characterization of dielectric substrates using dual band micro-wave sensor. IEEE Access, 2021, vol. 9, pp. 62779--62787. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3075246

[20] Mudavath R., Naik B.R., Gugulothu B. Analysis of crosstalk noise for coupled microstrip interconnect models in high-speed PCB design. ICEIC, 2019. DOI: https://doi.org/10.23919/ELINFOCOM.2019.8706385