DE102014103548A1

DE102014103548A1 - System und Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern

Info

Publication number: DE102014103548A1
Application number: DE102014103548.8A
Authority: DE
Inventors: Nurwati Suwendi Devnani; Lin Wang; Regee Petaja; Mark A. Hinton
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20140266491A1; US9166550B2

Abstract

Ein System zum Verwenden einer Referenzebene, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, enthält (a) eine Signalspur, welche in einer Mehrfachschicht Struktur lokalisiert ist, und (b) zumindest eine Referenzebene mit einer konstanten Dicke in der Nähe der Signalspur, wobei die Referenzebene in Bezug zu der Signalspur lokalisiert ist, um eine gewünschte charakteristische Impedanz zwischen der Signalspur und der Referenzebene mit der konstanten Dicke bereitzustellen.

Description

HINTERGRUND
Ein moderner anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) muss viele stringente Spezifikationen in Hinblick auf sein Design und seine Leistung bzw. seine Performanz (performance) erfüllen. Einer von den Faktoren, welche das Design und die Performanz von einem ASIC beeinflussen, ist die charakteristische Impedanz von den Übertragungsleitungen (transmission lines), welche sich auf einer gedruckten Leiterplatte (printed circuit board, PCB), einer Zwischenverbinderstruktur, einer Verpackung oder anderen Elementen, welche mit einem ASIC geknüpft sind, befinden. Die Ausdrücke ”Impedanz” und ”charakteristische Impedanz” werden untereinander austauschbar verwendet. Typischerweise ist es wünschenswert, die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, um so die Effizienz von einer Signalübertragung sowohl bei einer einpolig geerdeten bzw. einer unsymmetrischen (single-ended) Signalanwendung als auch bei einer differenziellen Signalanwendung zu maximieren. Wie ihr Name impliziert, ist ein einpolig geerdetes bzw. ein symmetrisches Signal ein Signal, welches unter Verwendung einer einzigen Übertragungsleitung übertragen wird. Ein differenzielles Signal ist ein Signal, welches durch zwei komplementäre Signale auf unterschiedlichen Leitern (zum Beispiel Übertragungsleitungen) repräsentiert oder dargestellt wird, wobei der Ausdruck ”differenziell” die Differenz zwischen den beiden komplementären Signalen repräsentiert bzw. darstellt. Ein ”differenzielles Paar” ist eine Kommunikationsmethodologie, welche zwei verschiedene Leiter (das heißt das ”differenzielle Paar”) verwendet, um ein differenzielles Kommunikationssignal zu tragen. Alle differenziellen Signale haben auch das, was als Gleichtakt (common mode) bezeichnet wird, was den Mittelwert von den zwei differenziellen Signalen repräsentiert. Einer von den Leitern trägt eine ”wahr” (”true”) oder ”positive” Version von dem differenziellen Kommunikationssignal, wohingegen der andere Leiter die ”komplementäre” (”complement”) oder ”negative” Version von dem differenziellen Kommunikationssignal trägt.
Unabhängig davon, ob die Übertragungsleitung oder die Übertragungsleitungen angepasst sind, um ein einpolig geerdetes Signal oder ein differenzielles Signal zu übertragen, ist die charakteristische Impedanz von der Übertragungsleitung wichtig, da sie die Effizienz von der Signalübertragung betrifft.
Existierende Techniken, um die charakteristische Impedanz zu steuern, enthalten zum Beispiel ein Steuern der Leitungsbreite, der Leitungsbeabstandung, der dielektrischen Dicke, der dielektrischen Konstante und Anderes. In einer Bandleitung (strip line) Signalspur (signal trace) wird eine Umgebung mit wenig Übersprechen (low crosstalk environment) und/oder eine hohe charakteristische Impedanz erreicht durch ein Reduzieren der Breite der Leitung, durch ein Erhöhen der dielektrischen Dicke oder ein Ändern von Materialeigenschaften von der Spur und oder von der Dielektrizität, und ein Anpassen der Anzahl von Schichten von Material. Unglücklicherweise resultiert zum Beispiel ein Reduzieren der Breite einer Leitung in einen höheren Einfügungsverlust (insertion loss) und ein Erhöhen der Wahrscheinlichkeit von einem Übersprechen von Signalen. All diese existierenden Techniken haben also andere Nachteile und können nicht die gewünschte charakteristische Impedanz erreichen.
Es wäre daher wünschenswert eine Methode oder eine Art und Weise zum Steuern der charakteristischen Impedanz von einer Übertragungsleitung in einem ASIC zu haben, wobei ein geringer Einfügungsverlust und eine geringe Wahrscheinlichkeit von einem Übersprechen von Signalen erhalten bleibt.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform von einem System zum Verwenden einer Referenzebene, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, weist auf (a) eine Signalspur, welche in einer Mehrfachschicht oder Multilayer Struktur lokalisiert ist, und (b) zumindest eine Referenzebene mit einer konstanten Dicke in der Nähe der Signalspur, wobei die Referenzebene in Bezug zu der Signalspur lokalisiert ist, um eine gewünschte charakteristische Impedanz zwischen der Signalspur und der Referenzebene mit der konstanten Dicke bereitzustellen.
Eine Ausführungsform von einem Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung so steuern, weist auf (a) ein Formen einer Signalspur, (b) ein Formen von zumindest einer Referenzebene mit konstanter Dicke in der Nähe der Signalspur, und (c) ein Formen der Referenzebene mit konstanter Dicke, um eine gewünschte charakteristische Impedanz zwischen der Signalspur und der Referenzebene mit konstanter Dicke bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann besser verstanden werden mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr wird eine Betonung darauf gelegt, um deutlich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Außerdem bezeichnen in den Zeichnungen in allen der mehreren Ansichten gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile.
Die 1 ist eine schematische Darstellung, welche einen Teil von einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) Anordnung einschließlich von Übertragungsleitungen illustriert.
Die 2 ist eine schematische Darstellung, welche einen Teil von der Anordnung von 1 illustriert.
Die 3A bis 3D sind Querschnittsansichten von einem Teil von der Struktur von 2, welche entlang der Linie A-A von 2 genommen sind.
Die 4A bis 4D sind Querschnittsansichten, die zu den 3A bis 3D, respektive, korrespondieren und die Feldkapazitäten zwischen einer Signalspur und einer Referenzebene zeigen.
Die 5A bis 5C sind Querschnittsansichten von einem Teil von der Struktur von 2, genommen entlang der Linie A-A von 2.
Die 6A bis 6C sind Querschnittsansichten, die zu den 5A bis 5C, respektive, korrespondieren und die Feldkapazitäten zwischen den Signalspuren und einer Referenzebene zeigen.
Die 7A bis 7C sind schematische Darstellungen, die in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Ausführungsformen eine Referenzebene illustrieren.
Die 8 ist eine Block Darstellung, welche eine Ausführungsform von einem System illustriert, welches dazu verwendet werden kann, das Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene zu implementieren, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern.
Die 9 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb von einer Ausführungsform von einem Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene beschreibt, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein System und ein Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, können in jedem beliebigen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) verwendet werden, in welchem es wünschenswert ist, die charakteristische Impedanz von einer Übertragungsleitung zu steuern.
Ein Steuern der charakteristischen Impedanz von einer Übertragungsleitung verbessert das Signal zu Rausch Verhältnis, verbessert die Isolierung, verringert den Einfügungsverlust (insertion loss) und reduziert ein Übersprechen zwischen Signalpfaden. In einer Ausführungsform ermöglicht das System und das Verfahren zum Verwenden von Referenzebenen Dimensionen, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, eine vergleichsweise breitere Spurbreite, um die gleiche Impedanz wie eine schmälere Spurbreite zu haben, und ermöglicht deshalb einen geringeren Einfügungsverlust.
In einer Ausführungsform erlauben das System und das Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, die Verwendung von einer nicht kontinuierlichen bzw. einer nicht durchgehenden Referenzebene (auch als nicht massive Referenzebene bezeichnet) oberhalb und/oder unterhalb der Signalspur, die verwendet werden kann, um die Impedanz von der Übertragungsleitung anzupassen, zu ändern, zu steuern oder anderweitig einzustellen. Eine nicht durchgängige oder nicht massive Referenzebene kann sein eine geschlitzte Ebene, eine Gitterebene, oder eine Ebene, die eine Lücke oder mehrere Lücken hat, oder kann Spuren, Ebenen oder andere Strukturen oberhalb, unterhalb und/oder benachbart zu der Signalspur aufweisen. In einer Ausführungsform, bei der das System und das Verfahren zum Verwenden von Referenzebenen Dimensionen, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, in einer gedruckten Leiterplatte (printed circuit board, PCB) implementiert ist, in welcher eine Referenzebene unterhalb der ASIC Packung lokalisiert ist, erlaubt die Einfügung (Inklusion) von einer Referenzebene in der Impedanz Berechnung eine schmalere Spurbreite bei einer vorgegebene Impedanz der Übertragungsleitung, wodurch eine höhere Dichte der PCB Verdrahtung (PCB routing density) erlaubt wird.
Das System und das Verfahren zum Verwenden von Referenzebenen Dimensionen, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, wird nachstehend beschrieben, als in einer ASIC Packung oder einer gedruckten Leiterplatte und verwandten Elementen implementiert zu sein. Das System und das Verfahren zum Verwenden von Referenzebenen Dimensionen, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, kann in jeder Struktur implementiert werden, einschließlich aber nicht beschränkt auf Laminat Strukturen, dünnen Film (Dünnfilm) und dicken Film (Dickfilm) keramischen Strukturen und jeglichen anderen Strukturen, die Übertragungsleitungen verwenden, um Signale zu transferieren.
1 ist eine schematische Darstellung, welche einen Teil von einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) Anordnung 100 illustriert, in welcher das System und das Verfahren zum Verwenden von Referenzebenen Dimensionen implementiert werden können, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern.
Die Anordnung 100 weist eine gedruckte Leiterplatte 102 auf, über welcher eine Schaltungspackung (circuit package) 105 lokalisiert und an der Leiterplatte 102 unter Verwendung von Lotkugeln 122 angebracht ist. Ein Beispiel von einer Schaltungspackung 105 kann eine DRAM Packung oder eine andere Schaltungspackung sein. Ferner kann die Schaltungspackung 105 eine Flip Chip Packung oder eine andere Schaltungspackung sein, wie sie für diejenigen bekannt sind, die in der Technik geübt sind. Die Leiterplatte 102 kann eine beliebige einschichtige oder mehrschichtige Struktur sein, die verwendet wird, um, wie in der Technik bekannt ist, eine Schaltungspackung wie zum Beispiel die Schaltungspackung 105 aufzunehmen oder zu befestigen. Die Lotkugeln 122 sind ein Beispiel für eine Befestigungsstruktur, die verwendet werden kann, um die Schaltungspackung 105 elektrisch und mechanisch an der Leiterplatte 102 anzubringen. Die Lotkugeln 122 sind für diejenigen, die in der Technik geübt sind, bekannt.
Die Schaltungspackung 105 weist ein Schaltungselement auf, welches als ”Chip” 106 bezeichnet wird, und welches unter Verwendung von Lothöckern (solder bumps) 124 an einer Laminat Struktur 104 lokalisiert und angebracht ist. Der Chip 106 weist im Allgemeinen die aktiven Schaltungselemente von der ASIC Schaltung auf. Die Lothöcker 124 sind ein Beispiel für eine Befestigungsstruktur, die verwendet werden kann, um den Chip 106 elektrisch und mechanisch an der Laminat Struktur 104 anzubringen. Die Lothöcker 124 sind für diejenigen bekannt, die in der Technik geübt sind. Ein Deckel (lid) 112 ist an der Schaltungspackung 105 unter Verwendung eines Klebstoffs (adhesive) 108 angebracht, so wie es für diejenigen bekannt ist, die in der Technik geübt sind.
Die Laminat Struktur 104 weist im Allgemeinen einen Laminat Kern und eine Schicht oder mehrere Schichten auf, die auf einer oder auf beiden Seiten von dem Laminat Kern ausgebildet sind. Die Laminat Struktur 104 weist im Allgemeinen ein Leistung Verteilernetzwerk und Signal Verteilungsverbindungen auf, die manchmal auch als Schaltungsspuren bezeichnet werden, welche Leistung und Signale oder Signalverbindungen zwischen der Leiterplatte 102 und dem Chip 106 transferieren. Im Allgemeinen bestimmt der Formfaktor und das Array von Lothöckern 124 auf dem Chip 106, dass die Verbindung zu der Leiterplatte 102 und zu dem Array von Lotkugeln 122 mittels einer adaptierten Verbindung entsteht. Die Laminat Struktur 104 dient dieser adaptierten Verbindungsfunktion von dem Koppeln des Chips 106 an die Leiterplatte 102 und einem Verteilen der Verbindungen zwischen dem Chip 106 und der Leiterplatte 102. Die Laminat Struktur 104 weist im Allgemeinen eine Leistungsschicht oder mehrere Leistungsschichten, Erdungsebenen (Referenzebenen) Schichten und verdrahtende Zwischenverbindungen auf. Die Laminat Struktur 104 kann auch einen Durchgang oder mehrere Durchgänge enthalten, die als ”Vias” bezeichnet werden, welche eine elektrische Konnektivität zwischen und unter den verschiedenen Schichten von der Laminat Struktur 104 ermöglichen.
In einer Ausführungsform kann die Laminat Struktur 104 Signalspuren 150 und Erdungs- oder Referenzebenen (nicht in 1 gezeigt) enthalten, und die gedruckte Leiterplatte 102 kann Signalspuren 170 und Erdungs- oder Referenzebenen (nicht in 1 gezeigt) enthalten. Die Signalspuren 150 und 170 können auch als Übertragungsleitungen bezeichnet werden und das System und das Verfahren zum Verwenden von Referenzebenen Dimensionen zum Steuern der charakteristischen Impedanz einer Übertragungsleitung kann verwendet werden, um die charakteristische Impedanz von den Signalspuren 150 und 170 zu steuern.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Chip 106 über der Laminat Struktur 104 lokalisiert und ein Randbereich oder eine Peripherie von dem Chip 106 ist im Allgemeinen innerhalb des Randbereichs oder innerhalb der Peripherie von der Laminatstruktur 104 enthalten. Ferner ist die Laminatstruktur 104 über der gedruckten Leiterplatte 102 lokalisiert, und ein Randbereich oder eine Peripherie von der Laminat Struktur 104 ist im Allgemeinen innerhalb eines Randbereichs oder innerhalb einer Peripherie von der gedruckten Leiterplatte 102 enthalten.
2 ist eine schematische Darstellung, welche einen Teil 200 von der Anordnung von 1 illustriert. Der Teil 200 weist im Allgemeinen Teile von der Schaltungsverpackung 105, von dem Chip 106 und von der Laminatstruktur 104 auf.
Die Laminatstruktur 104 weist im Allgemeinen einen Laminat Kern 202 und Schichten 204 und 206 auf. Nur für beispielhafte Zwecke kann der Laminat Kern 202 aus einem Glasfasermaterial oder einem anderen geeigneten Material hergestellt worden sein, welches denjenigen bekannt ist, die in der Technik geübt sind. Die Schichten 204 und 206 werden als ”Aufbau Schichten” (build up layers) bezeichnet, weil sie im Allgemeinen eine oder mehrere Schichten von dielektrischem Material und leitfähigem Material aufweisen, welche auf den Oberflächen von dem Laminat Kern 202 aufgebaut sind. Nur für beispielhafte Zwecke weisen die Schichten 204 individuelle Schichten 208, 212, 214 und 216 auf, und die Schichten 206 weisen individuelle Schichten 218, 222 224 und 226 auf. Jede von den individuellen Schichten 208, 212, 214, 216, 218, 222, 224 und 226 kann ein dielektrisches Material und ein leitfähiges Material aufweisen. Die Schichten 204 und 206 sind so illustriert, dass sie jeweils vier Schichten aufweisen. Jedoch werden diejenigen, die in der Technik geübt sind, erkennen, dass die Schichten 204 und 206 weniger oder mehr Schichten aufweisen können, und dass sie auch jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Schichten aufweisen können. Die Schichten 204 und 206 enthalten im Allgemeinen eine Kombination von nicht leitfähigem hochdichten dielektrischen Material und leitfähigem Material, welches verwendet wird, um die elektrischen Zwischenverbindungen zu konstruieren. Das leitfähige Material ist jedoch nicht beschränkt auf Kupfer oder auf andere leitfähige Materialien für Signalspuren oder auf andere leitfähigen Materialen für Schaltungspads, auf leitfähiges Material für Erdungs- oder Referenzebenen und auf andere leitfähige Elemente und Strukturen. Das leitfähige Material ist in Form von fetten Linien in 2 gezeigt.
Die 3A bis 3D sind Querschnittsansichten von einem Teil von der Struktur von 2, welche entlang der Linie A-A von 2 genommen sind. Die 4A bis 4D sind Querschnittsansichten, welche zu den 3A bis 3D, respektive, korrespondieren und welche die Feldkapazität (field capacity) zwischen einer Signalspur und einer Referenzebene zeigen.
3A zeigt eine Querschnittsansicht von den Schichten 206 und dem Laminatkern 202. Die Schichten 206 sind illustriert als Aufbauschichten 218, 222, 224 und 226, welche dielektrische Materialteile 308, 312, 314 und 316 und leitfähige Schichtteile 302, 304 und 306 haben. Obwohl sie als zwei voneinander getrennte Materialteile gezeigt sind, können die Aufbauschichten 218, 222, 224 und 226 vielfältige Verteilungen von dielektrischem Material und leitfähigem Material haben.
In 3A weist der leitfähige Schichtteil 304 ein leitfähiges Material auf, welches eine Signalspur 320 formt oder bildet, der leitfähige Schichtteil 302 weist ein leitfähiges Material auf, welches eine Referenzebene 322 formt oder bildet, und der leitfähige Schichtteil 306 weist ein leitfähiges Material auf, welches eine Referenzebene 324 formt oder bildet. Die Referenzebenen 322 und 324 werden auch als der Erdungsebenen bezeichnet. In 3A sind die Referenzebenen 322 und 324 und die Signalspur 320 ungefähr 15 μm (15 × 10^–6 m) dick. Abhängig von dem Material, von dem Prozess, von dem Design und von anderen Faktoren sind aber auch andere Dicken möglich. In diesem Beispiel bezieht sich die Dimension ”a” auf die Breite der Referenzebenen 322 und 324, und die Dimension ”b” bezieht sich auf die Breite von der Signalspur 320. In diesem Beispiel sind die Referenzebenen 322 und 324 300 μm breit und die Signalspur 320 ist 27 μm breit. Die Dicke von dem Laminat Kern 202 kann ungefähr in dem Bereich zwischen 400 μm und 800 μm liegen. Jedoch sind alle von den hierin gegebenen Dimensionen abhängig von dem Material, von dem Prozess, von dem Design und von anderen Variationen.
In 3A illustriert die Signalspur 320 eine Implementierung von einem Leiter für ein einpolig geerdetes bzw. für ein unsymmetrisches (single-ended) Signal, so dass ein einzelner Leiter (die Signalspur 320) alleine ein Informationssignal trägt. 4A zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen der Signalspur 320 und den Referenzebenen 322 und 324 auftritt. Wie durch die Felddarstellung 402 gezeigt, führt die Anordnung von der Signalspur 320 und den Referenzebenen 322 und 324 zu einer Kapazität zwischen der Signalspur 320 und den Referenzebenen 322 und 324, welche eine illustrative charakteristische Impedanz von 50 Ohm bereitstellt. Die charakteristische Impedanz Z ist gegeben durch: Z = √L/C
Daher führt ein Reduzieren der Kapazität C zu einer erhöhten Impedanz L.
In 3B sind die Signalspur 320 und die Referenzebene 322 ähnlich zu denen, die in 3A gezeigt sind. Jedoch hat die Referenzebene 334 eine konstante Dicke und eine Breite von 20 μm (bezeichnet als Dimension ”c”). Ein Reduzieren der Referenzebene 334 auf eine Breite von 20 μm, verglichen mit der 300 μm Breite von der Referenzebene 324, reduziert die Kapazität zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 334, verglichen mit der Kapazität zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 324 von 3A. 4B zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen der Signalspur 320 und den Referenzebenen 322 und 334 auftritt. Wie durch die Felddarstellung 404 gezeigt, führt die Anordnung von der Signalspur 320 und von den Referenzebenen 322 und 334 zu einer Kapazität zwischen der Signalspur 320 und den Referenzebenen 322 und 334, was zu einer Impedanz von 54 Ohm führt. Von großer Bedeutung ist, dass, verglichen mit 3A, die Reduzierung in der Breite von der Referenzebene 334 verglichen mit der Referenzebene 324, die Kapazität zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 334 reduziert. Daher wird die Signalspur 320 mit einer höheren charakteristischen Impedanz in Bezug auf die Signalspur 320 in 3A bereitgestellt, wohingegen es erlaubt ist, die Dimensionen von der Signalspur 320 gleich zu belassen. Dies kann eine kleinere gesamte Dimension für die Signalspur 320 ermöglichen, wohingegen die gleiche charakteristische Impedanz erhalten bleibt.
In 3C sind die Signalspur 320 und die Referenzebene 322 ähnlich zu denen, die in den 3A und 3B gezeigt sind, allerdings enthält die obere Referenzebene Teile 342 und 344 der Referenzebene, welche jeweils eine konstante Dicke und eine Breite von 50 μm (bezeichnet als Dimension ”b”) haben. Keines der Teile 342 und 344 der Referenzebene ist direkt gegenüber der Signalspur 320 lokalisiert. In diesem Beispiel bilden die Teile 342 und 344 der Referenzebene das, was als eine nicht kontinuierliche, als eine nicht massive oder als eine Gitterstruktur bezeichnet wird, welche es der Referenzebene erlaubt, ferner dazu verwendet zu werden, um ein Steuern oder ein anderweitiges Bestimmen der Kapazität zwischen der Signalspur 320 und den Teilen 342 und 344 der Referenzebene zu bestimmen, und daher die charakteristische Impedanz von der Signalspur 320 zu bestimmen. Ein Anpassen der Dimensionen von den Teilen 342 und 344 der Referenzebene auf eine Breite von 50 μm, verglichen mit der 300 μm Breite von der Referenzebene 324, reduziert die Kapazität zwischen der Signalspur 320 und den Teilen 342 und 344 der Referenzebene, verglichen mit der Kapazität zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 324 von 3A. Obwohl sie gezeigt sind als gleiche Dimensionen zu haben, können die Teile 342 und 344 der Referenzebene unterschiedliche Dimensionen haben.
4C zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 322 und zwischen der Signalspur 320 und den Teilen 342 und 344 der Referenzebene auftritt. Wie durch die Felddarstellung 406 gezeigt, führt die Anordnung von der Signalspur 320, der Referenzebene 322 und den Teilen 342 und 344 der Referenzebene zu einer Kapazität zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 322 und den Teilen 342 und 344 der Referenzebene, was eine charakteristische Impedanz von 62 Ohm für die Signalspur 320 bedeutet. Es ist wichtig zu erwähnen, dass verglichen mit 3A die Kombination von (i) der Reduzierung der Breite von der Referenzebene 324, die in 3A gezeigt ist, auf die Teile 342 und 344 der Referenzebene, die in 3C gezeigt sind, und (ii) der nicht durchgängigen, nicht kontinuierlichen oder nicht massiven Struktur von den Teilen 342 und 344 der Referenzebene verglichen mit der Referenzebene 324 eine höhere charakteristische Impedanz mit einer reduzierten Spurkapazität gegen Erde oder Masse für die Signalspur 320 ermöglicht.
In 3D sind die Signalspur 320 und die Referenzebene 322 ähnlich zu denen, die in den 3A und 3B gezeigt sind, und die Teile 342 und 344 der Referenzebene sind ähnlich zu denen, die in 3C gezeigt sind. Allerdings sind zusätzliche und optionale Abschirmungsspuren (guard traces) 346 und 348 neben der Signalspur 320 gebildet. Die Abschirmungsspuren 346 und 348 können aus einem leitfähigen Material gebildet sein, welches 15 μm dick ist, ähnlich zu der Signalspur 320, und können 27 μm breit sein (bezeichnet als Dimension ”e”) oder können von anderen Dimensionen sein. Die Abschirmungsspuren 346 und 348 können auch elektrisch verbunden sein mit einer beliebigen von der Referenzebene 322 und den Teilen 342 und 344 der Referenzebene, wobei die Verbindung aus Gründen der Einfachheit in den Figuren nicht gezeigt ist. 4D zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 322, den Teilen 342 und 344 der Referenzebene und den Abschirmungsspuren 346 und 348 entsteht. Wie durch die Felddarstellung 408 gezeigt, führen die Teile 342 und 344 der Referenzebene und die Abschirmungsspuren 346 und 348 zu einer Kapazität zwischen der Signalspur 320 und der Referenzebene 322, den Teilen 342 und 344 der Referenzebene und den Abschirmungsspuren 346 und 348, welche Kapazität eine charakteristische Impedanz von 62 Ohm für die Signalspur 320 bereitstellt. Es ist wichtig zu erwähnen, dass verglichen mit 3A, die Kombination von (i) der Reduzierung der Breite der Referenzebene und (ii) der nicht durchgängigen oder nicht kontinuierlichen oder nicht massiven Struktur von den Teilen 342 und 344 der Referenzebene, verglichen mit der Referenzebene 324, eine höhere charakteristische Impedanz mit einer reduzierten Spurkapazität gegenüber Masse oder Erdung für die Signalspur 320 erlaubt.
Die 5A bis 5C sind Querschnittsansichten von einem Teil von der Struktur von 2, genommen entlang der Linie A-A von 2. Die 5A bis 5C illustrieren eine Ausführungsform von dem System und dem Verfahren zum Verwenden von einer Referenzebene, um die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung in einer differenziellen Signal Implementierung (differential signal implementation) zu steuern. Die 6A bis 6C sind Querschnittsansichten, die zu den 5A bis 5C, respektive, korrespondieren und die Feldkapazitäten zwischen einer Signalspur und einer Referenzebene zeigen.
5A zeigt eine Querschnittsansicht von den Schichten 206 und dem Laminat Kern 202. Die Schichten 206 sind illustriert als Aufbauschichten 218, 222, 224 und 226, welche dielektrische Materialteile 508, 512, 514 und 516 und leitfähige Materialschichtteile 502, 504 und 506 haben. Obwohl sie als zwei voneinander getrennte oder zwei verschiedene Materialteile gezeigt sind, können die Aufbauschichten 218, 222, 224 und 226 vielfältige Verteilungen oder Distributionen von dielektrischem Material und leitfähigem Material haben.
In 5A weisen die Signalspur 520 und die Signalspur 521 die Signalspuren auf, welche die zwei Komponenten von einem differenziellen Signal tragen. In diesem Beispiel haben die Signalspur 520 und die Signalspur 521 jeweils eine Breite von 20 μm. Die Referenzebene 522 ist ähnlich zu der Referenzebene 322, die in 3B gezeigt ist, und die Referenzebene 524 ist ähnlich zu der Referenzebene 324, die in 3A gezeigt ist. 6A zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen den Signalspuren 520 und 521, der Referenzebene 522 und der Referenzebene 524 entsteht. Wie durch die Felddarstellung 604 gezeigt, führt die Anordnung von den Signalspuren 520 und 521 und von den Referenzebenen 522 und 524 zu einer Kapazität zwischen den Signalspuren 520 und 521 und den Referenzebenen 522 und 524, welche Kapazität eine Impedanz von 50 Ohm bereitstellt.
in 5B sind die Signalspuren und 520 und 521 und die Referenzebene 522 ähnlich zu denen, die in 5A gezeigt sind. Allerdings enthält die obere Referenzebene Teile 534 und 536 der Referenzebene, welche jeweils eine konstante Dicke und eine Breite von 50 μm (bezeichnet als Dimension ”d”) haben. Keines der Teile 534 und 536 der Referenzebene ist direkt gegenüber den Signalspuren 520 und 521 lokalisiert. In diesem Beispiel bilden oder formen die Teile 534 und 536 der Referenzebene das, was als nicht kontinuierliche oder nicht durchgängige, als eine nicht massive oder als eine Gitterstruktur bezeichnet ist, was es der Referenzebene erlaubt, ferner verwendet zu werden, um die Kapazität in Bezug auf die Signalspuren 520 und 521 zu beeinflussen. Ein Anpassen der Teile 534 und 536 der Referenzebene auf eine Breite von 50 μm, verglichen mit der 300 μm Breite von der Referenzebene 524 (5A), reduziert die Kapazität zwischen den Signalspuren 520 und 521 und den Teilen 534 und 536 der Referenzebene, wie vorstehend beschrieben. 6B zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen den Signalspuren 520 und 521, der Referenzebene 522 und den Teilen 534 und 536 der Referenzebene auftritt. Wie durch die Felddarstellung 606 gezeigt, führt die Anordnung von den Signalspuren 520 und 521, von der Referenzebene 522 und von den Teilen 534 und 536 der Referenzebene zu einer Kapazität zwischen den Signalspuren 520 und 521, der Referenzebene 522 und den Teilen 534 und 536 der Referenzebene, welche Kapazität eine Impedanz von 54 Ohm bereitstellt. Es ist wichtig zu bemerken, dass verglichen mit 5A die Kombination von (i) der Reduzierung der Breite von der Referenzebene und (ii) der nicht kontinuierlichen oder nicht massiven Struktur der Teile 534 und 536 der Referenzebene, verglichen zu der Referenzebene 524, eine höhere charakteristische Impedanz mit einer reduzierten Spurkapazität gegenüber Masse oder Erdung für die Signalspur und 520 und 521 erlaubt.
In 5C sind die Signalspuren 530 und 531 illustrierend 28 μm breit (bezeichnet als Dimension ”f). Die Referenzebene 522 und die Teile 534 und 536 der Referenzebene sind ähnlich zu denen, die in 5B gezeigt sind. Allerdings sind, wie dargestellt, zusätzliche und optionale Abschirmungsspuren 546 und 548 neben den Signalspuren 520 und 521 geformt oder gebildet. Die Abschirmungsspuren können aus einem leitfähigen Material geformt oder gebildet sein, welches 15 μm dick ist, ähnlich zu den Signalspuren 530 und 531, und welches leitfähige Material 50 μm breit sein kann (bezeichnet als Dimension ”d”), ähnlich zu den Teilen 534 und 536 der Referenzebene, oder können andere Breiten haben. 6C zeigt ein Beispiel von der Feldkapazität, welche zwischen den Signalspuren 530 und 531, der Referenzebene 522, den Teilen 534 und 536 der Referenzebene und den Abschirmungsspuren 546 und 548 auftritt. Wie durch die Felddarstellung 608 gezeigt, resultiert die Anordnung von den Signalspuren 530 und 531, der Referenzebene 522, den Teilen 534 und 536 der Referenzebene und den Abschirmungsspuren 546 und 548 in eine steuerbare Kapazität zwischen den Signalspuren 530 und 531, der Referenzebene 522, den Teilen 534 und 536 der Referenzebene und den Abschirmungsspuren 546 und 548, welche Kapazität durch ein Steuern der Dimensionen und der Orte oder Lokalisierung von den Teilen 534 und 536 der Referenzebene steuerbar ist.
Es ist wichtig zu erwähnen, dass verglichen mit 5A die Kombination von (i) der Reduzierung der Breite von den Referenzebenen 534 und 536, (ii) den Abschirmungsspuren 546 und 548 und (iii) der breiteren Breite von den Signalspuren 530 und 531 die gleiche 50 Ohm charakteristische Impedanz erlaubt, allerdings mit einer reduzierten Spurkapazität gegenüber Masse oder Erdung und einer reduzierten Induktivität für die Signalspuren 530 und 531.
Die 7A bis 7C sind schematische Darstellungen, die in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Ausführungsformen eine Referenzebene illustrieren. Obwohl in den 7A bis 7C beschrieben als ein Teil von der Laminat Struktur 104 zu sein, können die verschiedenen Ausführungsformen von den hierin beschriebenen Referenzebenen auch fabriziert oder hergestellt werden als ein Teil von der gedruckten Leiterplatte 102 von 1 oder als ein Teil von einer beliebigen Struktur, welche Signalspuren und Referenzebenen hat, wobei die Kapazität zwischen diesen Signalspuren und Referenzebenen gedacht ist gesteuert zu werden.
7A illustriert eine Draufsicht von einem Teil 700 von der Laminat Struktur 104 von 1. 7B ist eine Querschnittsansicht von der Struktur von 7A durch die Linie B-B. 7C ist eine Querschnittsansicht von der Struktur von 7A durch die Linie C-C. Der Chip 106 ist aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt.
Lothöcker 124 sind auf einer ersten Oberfläche 702 von der Laminat Struktur 104 gezeigt und Anschlüsse oder Pads 704 sind auf einer zweiten Oberfläche 706 von der Laminat Struktur 104 gezeigt. Details von dem Laminat Kern 202 und den Schichten 204 sind aus Gründen der Einfachheit der Darstellung nicht gezeigt. Ein Lothöcker 705 ist mittels einer Signalspur 720 mit einem Pad 715 verbunden. Ein erster Teil 730 der Referenzebene, ein zweiter Teil 735 der Referenzebene und ein dritter Teil 736 der Referenzebene weisen eine nicht kontinuierliche oder nicht massive Referenzebene 740 auf. Die Signalspur 720 überquert die Schichten 206, den Laminat Kern 202 und die Schichten 204, um an dem Pad 715 anzukommen. Obwohl eine einzige Signalspur 720 illustriert ist, können in der Praxis oder Realität viele Tausende oder Zehntausende von Signalspuren ein Teil der gezeigten Struktur sein. Die nicht kontinuierliche oder nicht massive Referenzebene 720 (a) kann weniger oder mehr als drei Teile 730, 735 und 736 aufweisen, (b) kann Teile aufweisen, die eine Kombination von relativer Größe und Form haben, (c) kann ein oder mehrere Teile aufweisen, die eine oder mehrere Lücken (voids) 739 haben, (d) kann ein Gitterteil 750 aufweisen, welches definierte Sektionen oder Abschnitte und Lücken hat, (e) kann eine nicht kontinuierliche oder nicht massive Struktur aufweisen, welche einen oder mehrere Teile oder Abschnitte hat, oder (f) kann eine beliebige Form oder Struktur aufweisen. Der Gitterteil kann nicht gleichförmig dahingehend sein, dass der Gitterteil 750 eine Beabstandung, Öffnungen, Gitter (lattice) oder andere Merkmale aufweisen kann, welche eine nicht einheitliche Form und eine nicht einheitliche Beanstandung zwischen den Teilen der Referenzebene haben.
8 ist eine Block Darstellung, welche eine Ausführungsform von einem System 800 illustriert, welches dazu verwendet werden kann, das Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene zu implementieren, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern. In einer Ausführungsform kann das System 800 ein Schaltungsanalysewerkzeug 820 aufweisen, welches konfiguriert sein kann, um eine Vielfalt von Schaltungsanalyseprozessen auf einem Schaltungsdesign 815 durchzuführen. In einer Ausführungsform kann das Schaltungsanalysewerkzeug 820 ein Computersystem sein, welches konfiguriert sein kann, um die Kapazität von Signalspuren und Referenzebenen, wie hierin beschrieben, zu analysieren.
Das Analysewerkzeug 820 weist einen Systemprozessor 822, eine Systemsoftware 824, einen Speicher 826, ein Eingabe/Ausgabe (I/O) Element 828 und eine Anzeige 842 auf, welche zusammen über einen Systembus 834 gekoppelt sind. Der Systembus 834 kann eine beliebige Kombination von logischen und physikalischen Verbindungen sein, welche Kombination eine bidirektionale Kommunikation und eine Interoperabilität zwischen und unter den verbundenen Elementen erlaubt.
Der Systemprozessor 822 kann ein beliebiger Allgemeinzweck Prozessor oder ein Spezialzweck Prozessor oder Mikroprozessor sein, der verwendet wird, um den Betrieb von dem Analysewerkzeug 820 zu steuern. Die Systemsoftware 824 kann ausführbare Instruktionen in Form einer Anwendungssoftware, einer Ausführungssoftware, einer eingebetteten Software (embedded software) oder einer anderen Software oder Firmware enthalten, welche den Betrieb von dem Analysewerkzeug 820 steuern. Der Speicher 826 kann ein Kapazität Analysemodul 850 enthalten, welches verwendet werden kann, um die Kapazität von den Signalspuren und den Referenzebenen in dem Schaltungsdesign 815 zu analysieren und Ergebnisse auf der Anzeige 842 bereitzustellen. Die Ergebnisse können verwendet werden, um die Referenzebenen weiter zu verfeinern, wie hierin beschrieben, um die gewünschte charakteristische Impedanz für die Signalspuren zu erreichen.
9 ist ein Flussdiagramm 900, welches den Betrieb von einer Ausführungsform von einem Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene beschreibt, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern. In einem Block 902 wird ein Schaltungsdesign (815 von 8) erzeugt. In einem Block 904 wird das Schaltungsdesign (815 von 8) mittels des Analysewerkzeugs (820 von 8) analysiert, um Kapazitätswerte für die Signalspuren und die Referenzebenen mit konstanter Dicke zu bestimmen, welche ein Teil von dem Schaltungsdesign 815 sind.
In einem Block 906 werden basierend auf der Analyse der Kapazität eine oder mehrere Referenzebenen mit konstanter Dicke modifiziert, um eine gewünschte Kapazität und eine gewünschte charakteristische Impedanz für eine Signalspur zu erreichen.
Diese Offenbarung beschreibt die Erfindung detailliert unter Verwendung von illustrativen Ausführungsformen. Es muss jedoch verstanden werden, dass die Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, nicht auf die beschriebenen präzisen Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Ein System zum Verwenden einer Referenzebene, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung zu steuern, das System aufweisend eine Signalspur, welche in einer Mehrfachschicht Struktur lokalisiert ist, und zumindest eine Referenzebene mit einer konstanten Dicke in der Nähe der Signalspur, wobei die Referenzebene in Bezug zu der Signalspur lokalisiert ist, um eine gewünschte charakteristische Impedanz zwischen der Signalspur und der Referenzebene mit der konstanten Dicke bereitzustellen.
Das System gemäß Anspruch 1, wobei die Referenzebene mit konstanter Dicke eine nicht-durchgängige oder nicht-kontinuierliche Struktur aufweist, in welcher leitfähige Teile von der Referenzebene mit konstanter Dicke lokalisiert sind, um so nicht direkt gegenüberliegend zu der Signalspur zu sein.
Das System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Signalspur ein einziger Leiter ist, welcher konfiguriert ist, um ein einpolig geerdetes Signal zu tragen.
Das System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Signalspur ein Paar von Leitern aufweist, welche konfiguriert sind, um ein differenzielles Signal zu tragen.
Das System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Referenzebene mit konstanter Dicke zumindest zwei Referenzebenen Teile mit konstanter Dicke aufweist.
Das System gemäß Anspruch 5, wobei zumindest eine Dimension von den zumindest zwei Referenzebenen Teilen mit konstanter Dicke so eingestellt ist, um eine gewünschte charakteristische Impedanz für die Signalspur zu erreichen.
Das System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, ferner aufweisend zumindest eine Abschirmungsspur angrenzend zu der Signalspur.
Ein Verfahren zum Verwenden einer Referenzebene, um eine charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung so steuern, das Verfahren aufweisend Formen einer Signalspur, Formen von zumindest einer Referenzebene mit konstanter Dicke in der Nähe der Signalspur, und Formen der Referenzebene mit konstanter Dicke, um eine gewünschte charakteristische Impedanz zwischen der Signalspur und der Referenzebene mit konstanter Dicke bereitzustellen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend Formen der Referenzebene mit konstanter Dicke als eine nicht-durchgängige oder nicht-kontinuierliche Struktur, in welcher leitfähige Teile von der Referenzebene mit konstanter Dicke lokalisiert sind, um so nicht direkt gegenüberliegend zu der Signalspur zu sein.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, ferner aufweisend Formen der Signalspur als ein einziger Leiter, welcher konfiguriert ist, um ein einpolig geerdetes Signal zu tragen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, ferner aufweisend Formen der Signalspur als ein Paar von Leitern, welche konfiguriert sind, um ein differenzielles Signal zu tragen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner aufweisend Formen der Referenzebene mit konstanter Dicke als zumindest zwei Referenzebenen Teile mit konstanter Dicke.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner aufweisend Einstellen von zumindest einer Dimension von den zumindest zwei Referenzebenen Teilen mit konstanter Dicke, um eine gewünschte charakteristische Impedanz für die Signalspur zu erreichen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner aufweisend Formen von zumindest einer Abschirmungsspur angrenzend zu der Signalspur.
Eine integrierte Schaltungsanordnung aufweisend eine gedruckte Leiterplatte, welche darauf befindlich eine Schaltungseinheit hat, wobei eine beliebige von der gedruckten Leiterplatte und von einer Schaltungseinheit eine Signalspur hat, welche in einer Mehrfachschicht Struktur lokalisiert ist, und zumindest eine Referenzebene mit konstanter Dicke in der Nähe der Signalspur, wobei die Referenzebene in Bezug zu der Signalspur lokalisiert ist, um eine gewünschte charakteristische Impedanz zwischen der Signalspur und der Referenzebene mit der konstanten Dicke bereitzustellen.
Die integrierte Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 15, wobei die Referenzebene mit konstanter Dicke eine nicht-durchgängige oder nicht-kontinuierliche Struktur aufweist, in welcher leitfähige Teile von der Referenzebene mit konstanter Dicke lokalisiert sind, um so nicht direkt gegenüberliegend zu der Signalspur zu sein.
Die integrierte Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei die Signalspur ein einziger Leiter ist, welcher konfiguriert ist, um ein einpolig geerdetes Signal zu tragen.
Die integrierte Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei die Signalspur ein Paar von Leitern aufweist, welche konfiguriert sind, um ein differenzielles Signal zu tragen.
Die integrierte Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17, wobei die Referenzebene mit konstanter Dicke zumindest zwei Referenzebenen Teile mit konstanter Dicke aufweist.
Die integrierte Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 19, wobei zumindest eine Dimension von den zumindest zwei Referenzebenen Teilen mit konstanter Dicke so eingestellt ist, um eine gewünschte charakteristische Impedanz für die Signalspur zu erreichen.
Die integrierte Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, ferner aufweisend zumindest eine Abschirmungsspur angrenzend zu der Signalspur.