Transcript of Analyse und Modellierung parasitärer, elektromagnetischer Effekte in mikroelektronischen Systemen...
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- Analyse und Modellierung parasitrer, elektromagnetischer
Effekte in mikroelektronischen Systemen Vortrag zum 2. SSE-Workshop
12.-13.04.99 - Berlin P. Kralicek Projektgruppe FhG / IZM -
Paderborn PARASITICS LFI
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- Einleitung PARASITICS Teilprojekt 2: Bauelemente und Gehuse TP
2.2: Gehusemodelle und Schnittstelle zum Chiptrger Bosch -
Strfestigkeit von ICs FhG-IZM (Siemens AG) - Abstrahlung von ICs
LFI - Modellierung von Gehusestrukturen und Signalpfaden IBM -
Charaterisierung/Modellierung von Signalpfaden IMST -
Feldsondenmeplatz
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- Development of OnChip clock rates Development of package
complexity
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- Einleitung
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- Problem: bergang Chip - Chiptrger Chip/Package Design for EMC
Hochleistungs-Packages: BGA, MCM 3D-Packaging EMV-kompatibles
Design Entwurfsbegleitende Analyse Technische Anforderungen: Hohe
Taktraten Geringe Verzgerung, Verluste
Zuverlssigkeit/Strempfindlichkeit Leitungsgebundene HF-Strungen
Abstrahlung/Einstrahlung
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- Strfestigkeitsmessung von ICs Leitungsgebundene HF-Strungen
hufig Ursache von Ausfllen Folge: zeitaufwendige Fehlersuche und
Re-Design Ziel: krzere Entwicklungszeiten, hohe Zuverlssigkeit -
Entwurfbegleitende Analyse der Strfestigkeit - Entwicklung eines
geeigneten Mekonzeptes Strfestigkeit von ICs
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- Strfestigkeit von ICs - Meaufbau
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- Strfestigkeit von ICs Definition von Prfkriterien Metechnische
Erfassung der Fehlfunktion Definition einer Toleranzmaske
Automatische Analyse der Strfestigkeit Variation von Frequenz und
HF-Leistung
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- vor Redesign nach Redesign EMV Analyse Strfestigkeitskennlinien
Strfestigkeit von ICs
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- Feldsondenmeplatz zur Detektion parasitrer Effekte
Testhalterung und Sonden- positionierung Der Meplatz. Blockdiagramm
Hochgenaue Mechanik: Testhalterung fr DUT Positionierfehler der
Sonden < 5 m ebenes Scanraster durch Schrittmotoren
Mewerterfassung: durch NWA oder Spektrumanalysator Steuerung und
Auswertung durch PC
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- Konzepte fr miniaturisierte Nahfeldsonden Anforderungen:
Feldselektivitt Polarisationsreinheit minimale Strung des DUT
Bestimmung von Betrag und Phase ausreichende Sensitivitt
Antennengrundtypen: elektrischer Dipol magnetischer Dipol
(Loop)
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- Beeinflussung der Quellverteilung beim Scan ber einer
Mikrostreifenleitung: Feldquelle: Magnetfeld unmittelbar ber der
Leitung Stromverteilung auf der Leitung Verzerrung des Magnetfeldes
unmittelbar ber der Leitung bei Sondenabstand von 50um
Feldverzerrung bei d=50um < 1dB
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- Testcase-Scan ber einem hybriden 2.4 GHz Leistungsverstrker
Verteilung von E z 2300 m ber dem Substrat
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- Modellierung von Gehusestrukturen und Signalpfaden Umbau
Waferprober fr Messungen an MCM S/390 G3 Serie Messung der
S-Parameter bis 20 GHz Numerische Feldberechnung mit FEM
Beschrnkung der 3D Modellierung auf typische Signal- pfadabschnitte
/ Extraktion der Leitungsparameter Modelle aus R, L, C Elementen
bis 3GHz (z.B. fr Spice) Verifikation durch Messung
(S-Parameter)
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- IBM Modellbibliothek fr die Chiptrgerstrukturen Extraktion der
Daten fr die Parameterextraktion direkt aus den Designdaten
Parameterextraktion der Leitungs- und Koppelparameter
(Momentenmethode) Charakterisierung / Modellierung von Signalpfaden
Ziel : Exakte Simulation des Laufzeit- und Koppelverhaltens der
Signalpfade des Chiptrgers 1 Hz1 GHz 10 GHz Einflu
frequenzabhngiger Effekte: Stromverteilung durch Skin- und
Proximityeffekt
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- DIE nur geringen Anteil an Abstrahlung Interne Quelleffekte:
Taktsignale (intern, extern) Schaltflanken Simultaneous Switching
Noise (SSN) Delta-I Noise Package (Bonding, Leadframe..) Khlkrper
Leitungen auf Chiptrger Kopplung auf Leitungen/Kabel Abstrahlung:
Interne und externe Strungen - Fehlfunktionen - Beeinflussung
anderer Systeme - Einhaltung von Grenzwerten Abstrahlung von
ICs
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- Analyse / Abschtzung der Modellkomplexitt Stromverteilung in
Groundplane und Package Betrag des Poyntingvektors
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- Modellierung Approximation des erzeugten Feldes Approximation
durch Multipolreihe Beschreibung des Nah- und Fernfeldes mglich
Randbedingungen: Feldgren auf definierter Oberflche (Messung o.
Simulation) Lineares Gleichungssystem zur Bestimmung der
Modellparameter
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- Source Modelling Geometric Data EM Field Calculation with (FEM,
MoM...) Approximation of Fields: MME (Multiple Multipole Expansion)
Model Parameter Determination Enhancement of Simulators on PCB- and
Systemlevel IBIS Models Nearfield Scans Optional Farfield
Transformation Modellierungsworkflow
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- Zusammenfassung Zuknftige Entwicklung erfordert Bercksichtigung
parasitrer elektromagnetischer Effekte Bewertung von IC bzgl.
leitungsbebundener Strungen Entwicklung eines Feldsondenmeplatzes
Modellierung und Charakterisierung von Signalpfaden Analyse und
Modellierung des Abstrahlungsverhaltens von IC Zukunft:
Interconnect Driven Design