Caratterizzazione elettromagnetica di packages ultraminiaturizzati applicati a memorie Flash ...

147 Pages·1999·1.32 MB·Italian

POLITECNICO DI MILANO
Facolta’ di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica
Caratterizzazione elettromagnetica
di packages ultraminiaturizzati
applicati a memorie Flash-EEPROM
Relatore: Ch.mo Prof. Giancarlo RIPAMONTI
Correlatori: Ing. Armando CONCI
Ing. Gianni CAMPARDO
Tesi di Laurea di:
Enrico DI LORENZO
Matr. Nr. 616767
Anno Accademico 1997-1998
2
A Terry
4
Desidero ringraziare tutti coloro che mi hanno aiutato e supportato nella stesura di
questa tesi. In particolare, ringrazio il professor Ripamonti per la disponibilita’ che ha
dimostrato e per i suggerimenti che mi ha dato durante la lettura di questo lavoro, il
professor Brambilla per le interessanti discussioni teoriche e i consigli su come presentare
per iscritto i risultati trovati, Armando Conci e Gianni Campardo per l’aiuto pratico e
teorico, Alexandre Castellane per le lunghe telefonate passate a parlare di packages, Matt
Kamon per avere sempre risposto alle mie mail in tempi record e per aver messo a
disposizione di tutti, attraverso il sito internet dell’MIT, uno dei programmi di utilita’ da
me scritti. Non posso inoltre dimenticare Stefano Zanardi per l’aiuto con le simulazioni
dei buffers e il titolo della tesi, Marco Maccarrone per i consigli sui circuiti di misura,
Maurizio Branchetti per i suggerimenti sui libri e sulle equazioni di Maxwell.
Ultimi, ma non certo meno importanti, ringrazio tutti coloro che hanno dovuto
sopportare il mio impegno di questi mesi, cioe’ mio padre, con cui spesso sono rimasto a
parlare fino a tardi di problemi di elettronica, mia madre, mia sorella, i miei amici e Terry,
a cui questa tesi e’ dedicata e che, nonostante probabilmente non la leggera’ mai, mi ha
fatto felice chiedendomene una copia.
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i
Indice degli argomenti
Introduzione .................................................................................................1
Capitolo 1 - Il package Tessera MicroBGA ...............................................3
1.1 Introduzione .......................................................................................3
1.2 Evoluzione delle tecnologie di packaging .........................................3
1.3 I Chip Scale Packages (CSP) .............................................................4
1.3.1 Tipologie di Chip Scale Packages ......................................................6
1.4 Il package Tessera m BGA ..................................................................7
Capitolo 2 - Richiami di elettromagnetismo e software disponibile ......11
2.1 Introduzione .....................................................................................11
2.2 Equazioni di Maxwell e relazioni circuitali .....................................12
2.2.1 Capacita’ ...........................................................................................14
2.2.2 Induttanza .........................................................................................15
2.2.3 Impedenza interna ............................................................................16
2.3 Induttanza parziale ...........................................................................17
2.4 Effetti di alta frequenza ....................................................................20
2.5 Sviluppo di un software per il disegno del packagem BGA .............22
Indice degli argomenti ii
2.5.1 Le regole di progetto meccaniche ....................................................22
2.5.2 Utilizzo del software di disegno .......................................................23
2.6 I solutori di campo elettromagnetico ...............................................28
2.6.1 FastHenry .........................................................................................28
2.6.1.1 Verifica della correttezza dei risultati ............................................29
2.6.2 FastCap .............................................................................................30
2.7 Sviluppo di un programma di conversione dei dati da FastHenry a
FastCap ............................................................................................31
Capitolo 3 - La modellizzazione del package
e i criteri di stima dei parametri ..........................................33
3.1 Introduzione .....................................................................................33
3.2 Ipotesi e problemi ............................................................................35
3.3 La discretizzazione ..........................................................................40
3.3.1 Il modello per l’estrazione di resistenza e induttanza ......................40
3.3.2 Il modello per l’estrazione della capacita’ .......................................47
3.4 Modelli elettromagnetici di una linea ..............................................52
3.4.1 Modelli a parametri concentrati e modelli a parametri distribuiti ....53
3.4.1.1 Confronto tra modelli a parametri concentrati e a parametri
distribuiti .......................................................................................54
3.4.2 Modelli con discontinuita’................................................................57
3.4.3 Modelli indipendenti dalla frequenza e modelli dipendenti dalla
frequenza ..........................................................................................58
3.5 Effetti induttivi al variare delle dimensioni .....................................60
3.5.1 Formule chiuse per il calcolo della induttanza .................................61
3.6 Crosstalk ..........................................................................................65
3.6.1 Equazioni di governo di n linee a parametri concentrati mutuamente
accoppiate. ........................................................................................68
3.6.2 Telediafonia ......................................................................................71
3.6.2.1 Effetti della variazione del carico di Ia approssimazione ..............71
3.6.2.2 Effetti della variazione del carico di IIa approssimazione ............74
3.6.2.3 Commutazione non contemporanea dei segnali di ingresso .........76
3.6.3 Paradiafonia ......................................................................................78
3.6.3.1 Effetti della variazione indipendente dei carichi ...........................79
Indice degli argomenti iii
3.7 Il ground bounce ..............................................................................87
3.7.1 La modellizzazione del ground bounce ............................................88
Capitolo 4 - Progetto del package .............................................................93
4.1 Introduzione .....................................................................................93
4.2 Caratterizzazione della tecnologia Tessera m BGA ..........................94
4.2.1 La stima dei disturbi .........................................................................94
4.3 Regole di progetto ............................................................................99
4.4 Applicazione al caso di una memoria flash da 16Mbit ..................101
Capitolo 5 - Il problema della misura ....................................................113
5.1 Introduzione ...................................................................................113
5.2 Identificazione di un test case critico .............................................114
5.3 Metodi di misura ............................................................................116
5.3.1 Induttanze parziali ..........................................................................116
5.3.2 Misure confrontabili di induttanza .................................................117
5.3.3 Misure attraverso circuiti on-chip ..................................................118
Conclusioni e prospettive .........................................................................123
Bibilografia ...............................................................................................125
Indice degli argomenti iv