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PKG 内の VG プレーン有無による多層基板内の信号配線間の 　　　　　　　　　　　　　　　　　　層間カップリング（信号線間）の扱いについて

PKG 内の VG プレーン有無による多層基板内の信号配線間の 　　　　　　　　　　　　　　　　　　層間カップリング（信号線間）の扱いについて. PKG 内に VG プレーンがある場合とない場合で、多層基板内の信号配線間の層間カップリング（信号線　間）はどのように考慮するか？　 VG プレーンが信号配線間に入っている場合、信号配線間のカップリングは無視してよいか？. 無視してよい。ただし、信号間に入っている電源、グランドプレーンの位置関係によって、 プレーン共振の変動が乗る場合があるので、注意する。. ※ 検証方法について

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PKG 内の VG プレーン有無による多層基板内の信号配線間の 　　　　　　　　　　　　　　　　　　層間カップリング（信号線間）の扱いについて

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Presentation Transcript

  1. PKG内のVGプレーン有無による多層基板内の信号配線間のPKG内のVGプレーン有無による多層基板内の信号配線間の 　　　　　　　　　　　　　　　　　　層間カップリング（信号線間）の扱いについて

  2. PKG内にVGプレーンがある場合とない場合で、多層基板内の信号配線間の層間カップリング（信号線　間）はどのように考慮するか？　PKG内にVGプレーンがある場合とない場合で、多層基板内の信号配線間の層間カップリング（信号線　間）はどのように考慮するか？　 VGプレーンが信号配線間に入っている場合、信号配線間のカップリングは無視してよいか？ 無視してよい。ただし、信号間に入っている電源、グランドプレーンの位置関係によって、プレーン共振の変動が乗る場合があるので、注意する。

  3. ※検証方法について ※１）　多層基板内の電源、グランドプレーンの種類、配置によって、プレーンを挟んだ信号間で　　　　　　どのような影響があるかをＳパラメータで評価する。（フルウェーブ電磁界シミュレータ使用） ※２）　多層基板内の信号配線間の影響を下記３種類のモデルで検証する。 Case-１　　信号配線層間に共通のグランドプレーンがある場合 Case-２　　信号配線層間にそれぞれの信号系と関連のないプレーンが有る場合 Case-３　　Ｃａｓｅ－２の信号系と関連のないプレーンが、グランドプレーンにバイパスされている場合　　　 ※３）　モデルについて 　　　　　　　・電源、グランドプレーンのある多層インターポーザーを持つ　　　　　　　　パッケージを想定し、層構造の寸法を　図－１　に示す。 　　　　　　　・モデルの配線方向の長さは、プレーンを間に挟む信号線が　　　　　　　　上下で重なる部分を約１０ｍｍとし、詳細は次ページ以降に示す。 図－１　

  4. L2 L2 L3(Plane) L3(Plane) L4 L4 ※検証モデルの詳細 Case-1　信号間に共通のグランドプレーンがある場合 信号間に共通のグランドプレーン ポート 信号 信号 １０ｍｍ ポート

  5. L1(Plane) L2 L3(Plane) L4 L5(Plane) 　　Case-２　　信号配線層間にそれぞれの信号系と関連のないプレーンが有る場合 信号 浮きプレーン ポート 信号のリファレンスプレーン 側面ＰｅｒｆｅｃｔＥ １０ｍｍ

  6. L1(Plane) L2 側面ＰｅｒｆｅｃｔＥ L3(Plane) L4 L5(Plane) 側面ＰｅｒｆｅｃｔＥ １０ｍｍ Case-３　　Ｃａｓｅ-２の信号系と関連のないプレーンが、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　グランドプレーンにバイパスされている場合　 リファレンスとバイパスされているプレーン 信号のリファレンスプレーン ポート 信号 配線の両脇上下にPADを配置（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ０．１μＦ）

  7. ※磁界でみると・・・ @8.1GHz 　　Case-1真ん中が共通グランドプレーンの場合 （励振源は下側信号配線のみ） 磁界は、信号とリファレンスプレーン間にのみ見られる。 プレーンの反対側に位置する信号周辺に磁界の変化は無い。

  8. @8.1GHz @8.1GHz Case-３　浮きプレーンを　　　　　　リファレンスプレーンにバイパスした場合　　　　 　　Case-２　真ん中が浮きプレーンの場合 （励振源は下側信号配線のみ） （励振源は下側信号配線のみ） Ｃａｓｅ-２の真ん中に浮いたプレーンがある場合、信号を流れる電流による磁界分布以外に、リファレンスプレ ーンと浮きプレーン間に磁界分布が見られる。信号のリファレンスプレーンと異系列のプレーン間との電位差 によりプレーンが共振しているものと考えられる。 Ｃａｓｅ-３は、Ｃａｓｅ-２の浮きプレーンと信号のリファレンスプレーンをバイパスしたことにより、磁界は同系列の プレーン間に収まり、反対側の信号の周辺磁界に影響が出なくなった。

  9. ※Ｓパラメータでみると・・・ 　真ん中が共通グランドプレーンのCase-1と、真ん中のプレーンとリファレンスプレーンをバイパスしたCase-3の場合、近端クロストーク、遠端クロストークとも-60dB以下で、ほとんど影響は見られない。 　真ん中に浮いたプレーンがあるCase-2では、励振していない信号側のリファレンスプレーンと浮きプレーン間に磁界分布が見られた。Ｓパラメータのクロストーク値を見ると　Case-1に比べてクロストークが２０～４０ｄＢ増加している。クロストークの増加はプレーン共振による影響と見られる。

  10. 結論 プレーンを挟む位置関係にある信号間での電気的な結合は無視できる。 　ただし、各信号のリファレンスと挟まれたプレーンが、電位的に異系統である場合は下記のような 　注意が必要である。 　　　→　リファレンスと挟まれたプレーン間の電位差によりプレーン共振が起こり得るので、　　　　　プレーンを挟む位置関係の信号に電位変動をもたらす。　　　　　この場合はプレーンを挟んだ信号間でもカップリングを考慮すべきである。

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