(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置における統合チップパッケージであって、
前記電子装置は企図されたデータ転送速度を有し、
１つ以上の集積回路が、はんだバンプによって、電気相互接続部品に接続され、
前記電気相互接続部品は、
誘電体表面と、
前記誘電体表面に配置され、前記企図されたデータ転送速度の半分の周波数に対応する表皮深さの２倍より薄い厚みを有する電気配線とを備え、
前記厚みは、前記電気配線の幅との関係には依存しない、統合チップパッケージ。
【請求項２】
前記電気配線の幅は、前記厚みにおける前記電気配線に関連する企図された抵抗に依存する、請求項１に記載の統合チップパッケージ。
【請求項３】
前記厚みは、前記企図されたデータ転送速度において前記電気配線上で駆動される信号の立ち上がり時間分の０．３５におよそ等しい第２の周波数に関連する表皮深さの２倍より薄い、請求項１または２に記載の統合チップパッケージ。
【請求項４】
前記厚みは、ピーク表面粗さで計測される、請求項１から３のいずれか１項に記載の統合チップパッケージ。
【請求項５】
前記電子装置の前記企図されたデータ転送速度は、少なくとも毎秒１０ギガビットであり、
前記電気配線の前記厚みはおよそ５ミクロンより薄い、請求項１に記載の統合チップパッケージ。
【請求項６】
前記電子装置の前記企図されたデータ転送速度は、少なくとも毎秒２８ギガビットであり、
前記電気配線の前記厚みはおよそ２ミクロンより薄い、請求項１に記載の統合チップパッケージ。
【請求項７】
前記電子装置の前記企図されたデータ転送速度は、少なくとも毎秒５６ギガビットであり、
前記電気配線の前記厚みはおよそ１ミクロンより薄い、請求項１に記載の統合チップパッケージ。
【請求項８】
前記電気配線はストリップライン配線を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の統合チップパッケージ。
【請求項９】
はんだバンプによって１つ以上の集積回路に接続された電気相互接続部品に形成された電気配線を介して通信する方法であって、前記方法は、
企図されたデータ転送速度を有する信号を電気配線を通して送信するステップを含み、
前記電気配線は前記企図されたデータ転送速度の半分の周波数に対応する表皮深さの２倍より薄い厚みを有し、
前記厚みは、前記電気配線の幅との関係には依存しない、方法。
【請求項１０】
前記電気配線の前記幅は、前記厚みにおける前記電気配線に関連する企図された抵抗に依存する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
この発明の実施様態は、一般には電気相互接続部品に関し、特定的には、表皮効果を抑制するための、構造を有する電気配線を含み、それによってバンド幅を増加する電気相互接続部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
タブレット、コンピュータ、コピー機、デジタルカメラ、スマートフォン、制御システム、現金自動預け払い機などの電子装置は、特に、様々な相互接続部品に接続されるダイなどの電子部品を使用することが多い。上記ダイは、メモリ、論理回路、もしくは、他のＩＣデバイスを含みえる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、相互接続部品は、ひずみや減衰などの問題を引き起こす様々な電気的効果の影響を受ける。このような電気的効果の１つが、表皮効果として知られている。表皮効果は周波数依存的な減衰効果であり、低周波数成分よりも高周波数成分により大きな度合いで影響する。より具体的には、より高い周波数の電流は、より低い周波数の電流より、相互接続部品のより狭い部分を流れることで、有効な断面積を減らし、その結果、経験する抵抗を増加させる。また、表皮効果は信号の周波数依存的な位相遅延を引き起こし、その結果好ましくない分散を起こす。
【０００４】
それゆえ、表皮効果に関連する周波数依存的な効果を低減する相互接続部品構造の改良が必要とされていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の要約
電気配線における表皮効果を抑制するための方法と装置が提供される。上記電気配線の構造は、表皮効果に関連する電気配線内の効果を抑制する点で有利である。上記効果は周波数依存的な減衰、および、周波数依存的な位相遅延効果を含む。ここで述べる改善点は主に、バンド幅を改善することと、分散、ジッター、およびビット誤りを低減することである。
【０００６】
１つの実施形態では、電子装置の電気相互接続部品が提供される。上記電子装置は特徴的なデータ転送速度を有する。上記相互接続部品は誘電体表面と、上記誘電体表面に配置される電気配線とを含む。上記電気配線は特徴的なデータ転送速度に応答して選択され、かつ、電気配線の幅とは関係なく選択される厚みを有する。
【０００７】
他の実施形態では、特徴的なデータ転送速度を有する電子装置が提供される。上記電子装置は電気相互接続部品を有する。上記電気相互接続部品は誘電体表面と、上記誘電体表面に配置される電気配線とを含む。上記電気配線は特徴的なデータ転送速度に応答して選択され、かつ、電気配線の幅とは関係なく選択される厚みを有する。
【０００８】
他の実施形態では、電気配線を介して通信する方法を提供する。この方法は、特徴的なデータ転送速度を有する信号を電気配線を通じて送信するステップを含む。上記電気配線は特徴的なデータ転送速度に応答して選択される厚みを有し、その厚みは、電気配線の幅とは関係なく選択される。
【０００９】
他の実施形態としては、電気配線の厚みを決定する方法が提供される。この方法は、特徴的なデータ転送速度を決定するステップを含む。また、この方法は特徴的なデータ転送速度に基づいて周波数を決定するステップも含む。この方法はさらに、周波数に基づいて表皮深さを決定するステップも含む。この方法はさらに、表皮深さに基づいて電気配線の厚みを決定するステップも含む。
【００１０】
他の特徴は、下記の詳細な説明および特許請求の範囲を考慮することにより理解されるであろう。
【００１１】
本発明の上記特徴が詳細に理解されるための態様として、上記で短く要約された、より特定的な発明の説明は、実施の形態を参照して行われ、そのうちのいくつかは添付する図において図示される。しかしながら、上記添付図は、本発明の典型的な実施形態を図示しているのみであり、それゆえ、本発明の範囲を限定するものと考慮されるべきではなく、本発明は他の同じ効果を持つ実施形態を認めるものであることに、注記すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】複数の統合された回路ダイを含む、統合チップパッケージを有する電子装置の正面概略図である。
【図２】図１で図示されたチップパッケージの部分的な断面図である。
【図３Ａ】表皮効果を説明するための電気配線の図である。
【図３Ｂ】表皮効果を説明するための電気配線の図である。
【図３Ｃ】表皮効果を説明するための電気配線の図である。
【図３Ｄ】表皮効果を説明するための電気配線の図である。
【図４Ａ】表皮効果による減衰の効果を図示するグラフである。
【図４Ｂ】表皮効果による位相遅延の効果を図示するグラフである。
【図５Ａ】表皮効果を抑制する構造を有する電気配線の断面図である。
【図５Ｂ】表皮効果を抑制する構造を有する電気配線の断面図である。
【図５Ｃ】表皮効果を抑制する構造を有する電気配線の断面図である。
【図６Ａ】特徴的なデータ転送速度に応じた厚みを有する電気配線の利点を図示したグラフである。
【図６Ｂ】特徴的なデータ転送速度に応じた厚みを有する電気配線の利点を図示したグラフである。
【図７Ａ】異なる厚みを有する３つの電気配線についての、周波数（ＧＨｚ）と減衰（デシベル）のグラフである。
【図７Ｂ】異なる厚みを有する３つの電気配線についての、周波数（Ｈｚ）と位相遅延（秒）のグラフである。
【図８Ａ】異なる厚みを有する電気配線のデータ依存ジッターを図示したアイダイアグラムである。
【図８Ｂ】異なる厚みを有する電気配線のデータ依存ジッターを図示したアイダイアグラムである。
【図９】電気配線の幾何学的特性を決定するための方法ステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解を容易にするために、同一の参照数字が、可能な限り、各図に共通の同一の要素を指定するために用いられる。ある実施形態の構成要素が有益に他の構成要素に組み込まれうることが企図されている。
【００１４】
本発明の実施形態は、一般に、電気配線を含む電気相互接続部品を備える電子装置を提供する。電気配線は、周波数成分の広いバンドにおける表皮効果を抑制する幾何学的特性を有する。より具体的には、電気配線は、特定的に選択された周波数成分のための表皮深さよりも小さい厚みを有する。表皮深さよりも小さい厚みを有する電気配線とすることで、電流は、選択された周波数成分までのすべての周波数について電気配線の実質的に全ての断面積を流れ、表皮効果に関連する影響を低減する。
【００１５】
図１を参照して、例示的な電子装置１００が概略的に図示されている。電子装置１００は、統合チップパッケージ１１０を有する。電子装置１００は、コンピュータ、タブレット、携帯電話、スマートフォン、消費製品、制御システム、現金自動預け払い機、プログラマブルロジックコントローラ、プリンタ、コピー機、デジタルカメラ、テレビ、モニタ、ステレオ、ラジオ、レーダー、または中部に設置されたチップパッケージ１１０を有し、当該チップパッケージを使用する他のデバイスであってもよい。
【００１６】
チップパッケージ１１０は、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ：ｓｉｌｉｃｏｎ−ｔｈｒｏｕｇｈ−ｖｉａ）インターポーザ１１２によって、必要に応じてパッケージ基板１２２に接続された複数のＩＣダイ１１４を含む。チップパッケージ１１０は、ＩＣダイ１１４を覆う外側被覆を有してもよい。インターポーザ１１２は、ダイ１１４をパッケージ基板１２２の回路に電気的に接続する回路を含む。インターポーザ１１２の回路は、任意にトランジスタを含んでもよい。Ｃ４バンプとしても知られているパッケージバンプ１３２は、インターポーザ１１２の回路とパッケージ基板１２２の回路との間の電気的接続を提供するために使用される。パッケージ基板１２２は、はんだボール１３４、ワイヤボンディングまたは他の適切な技術を利用して、プリント回路基板（ＰＣＢ）１３６に設置および接続されてもよい。ＰＣＢ１３６は、電子装置１００の筐体１０２の内部に取り付けられる。
【００１７】
ＩＣダイ１１４は１つまたはそれ以上のインターポーザ１１２の表面、もしくはそれに代えて、パッケージ基板１２２に取り付けられる。ＩＣダイ１１４は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、メモリデバイス、光学デバイス、プロセッサ、または他のＩＣロジック構造などのプログラマブルロジックデバイスであってもよい。光学デバイスは、光検出器、レーザ、光源、などが含まれる。図１に示された実施形態では、ＩＣダイ１１４は複数のマイクロバンプ１１８により複数のインターポーザ１１２の上面に取り付けられる。マイクロバンプ１１８は、各々のＩＣダイ１１４の回路をインターポーザ１１２の回路に電気的に接続する。インターポーザ１１２の回路はマイクロバンプ１１８を選択的なパッケージバンプ１３２に接続し、それにより各々のＩＣダイ１１４の選択的な回路とパッケージ基板１２２を接続し、チップパッケージ１１０が電子装置１００内に取り付けられた後の、ダイ１１４とＰＣＢの通信を可能にする。任意のインターポーザ１１２が存在しないときは、マイクロバンプ１１８は各々のＩＣダイ１１４の選択的な回路とパッケージ基板１２２とを接続し、チップパッケージ１１０が電子装置１００内に取り付けられた後の、ダイ１１４とＰＣＢとの通信を可能にする。図示していないが、１つまたは両方のＩＣダイ１１４の上に、１つまたはそれ以上の追加のＩＣダイを積層することが予期される。
【００１８】
ダイ１１４などの統合チップパッケージ１１０の電気部品は、電気相互接続部品上に形成された配線を介して通信する。上記配線を有する電気相互接続部品は数ある構成要素の中でも、１つまたはそれ以上のＰＣＢ１３６、パッケージ基板１１２、任意のインターポーザ１１２、を含み得る。後述するような配線の慎重な設計が、従来の電気相互接続部品上で用いられる往来の配線に比較して、表皮効果を減らし、それによって、統合チップパッケージ１１０を有する電子装置１００が、従来の設計に比べ効率的に動作できるようにする。
【００１９】
図２は、１つの実施形態による、図１に示したチップパッケージ１１０の部分的な断面図である。チップパッケージ１１０の断面図は、図１に示されたパッケージ基板１２２を示している。パッケージ基板１２２は、導体２０２を含む。導体２０２は、第１の基準面２０２（１）、電気配線２０２（２）、および、第２の基準面２０２（３）を含む。第１の基準面２０２（１）と第２の基準面２０２（３）は、基準電圧を伝える。配線２０２（２）はデータ信号を伝える。パッケージ基板１２２に含まれる誘電体２０４は、第１の基準面２０２（１）、電気配線２０２（２）、第２の基準面２０２（３）を電気的に絶縁する。電気配線２０２（２）は、ストリップライン配線を構成する。問題の電気配線は、ストリップライン配線以外の他のタイプの配線を構成することができ、特にマイクロストリップ電子配線などが例として挙げられるが、これに限定されない。さらに、電気配線は、パッケージ基板１２２内として図示されるが、特に、インターポーザ１１２またはＰＣＢ１３６などのシステム内の他の相互接続部品に含まれてもよい。
【００２０】
導体２０２を通過する電気信号は表皮効果として知られる電気現象の影響を受ける。表皮効果は、交流電流が、導体の中央および内側の領域とは対照的に、主に、導体の表皮領域を通って流れる傾向となることによる現象である。この効果は、交流電流の周波数に依存する。高周波数の電流はより小さい、すなわち、より浅い、表皮領域内に流れる。換言すると、より高い周波数の信号は、特定の導体の比較的浅い領域を通って流れ、これは導電体の中央および内部領域内に比較的深く広がる領域に流れるより低い周波数の信号と対照的である。
【００２１】
図３Ａ−図３Ｄは、表皮効果を示す図である。図３Ａは、ｘ軸にギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数、ｙ軸にミクロン（μｍ）単位の表皮深さを図示するグラフであり、周波数、表皮深さともに対数軸で表されている。図示されるように、信号の周波数が増加するにつれ、表皮深さは減少する。表皮深さは、特定の周波数の電流が流れることを制限される、電子装置の外側表面からの深さを表す。換言すると、特定の周波数の電流は主に電子装置の、配線の外側から電気配線の表皮深さまでと定義される領域のみを通過し、電流はほとんど表皮深さより深い深さの配線には流れない。
【００２２】
図３Ｂは、図２で描写された導体２０２の断面図であり、さらに特定の信号周期に対する表皮効果を図示するものである。より特定的には、図３Ｂに関連する信号周波数について、電流は主に導体２０２の表皮部分３０２を通って流れ、導体２０２の内側部分３０４はほとんど電流が流れない。
【００２３】
図３Ｃは、図２で描写された導体２０２の他の断面図であり、他の信号周波数に対する表皮効果をさらに図示するものである。図３Ｃに関連する信号周波数は、図３Ｂに関連する信号周波数より高く、それゆえ表皮深さは図３Ｂより小さい。よって、図３Ｃに図示される表皮部分３０２は、図３Ｂに図示される表皮部分３０２より狭い。図３Ｄは図２に描写された導体２０２のさらなる断面図である。図３Ｄに関連する信号周波数は、図３Ｃに関連する信号周波数より高く、それゆえ、表皮深さは図３Ｃに関連する場合より小さい。
【００２４】
表皮効果は特定の周波数の信号の電流の流れを、その特定の周波数に対応する表皮深さと一致する導体の一部分に制限するので、特定の周波数の信号により経験される抵抗は周波数が増加するにつれ、増加する。より具体的には、抵抗は下記のように定義される。
【００２５】
Ｒ＝ρＬ／Ａ
ここで、ρは抵抗率、Ｌは導体の長さ、Ａは導体の断面積である。表皮深さが減少すると、電流が流れる有効な断面積が減り、ゆえに、抵抗が増加する。
【００２６】
さらに、特定の周波数における信号の位相遅延も、表皮深さにより影響される。より具体的には、位相遅延ｔは、Ｌ＝Ｌｉｎｔ＋ＬｅｘｔおよびＣがキャパシタンスであるときの、ＬＣの平方根に比例する。Ｌｉｎｔは、内側のインダクタンスであり、Ｌｅｘｔは外側のインダクタンスである。表皮深さが減少し、電流がますます狭い範囲を流れるにつれて、内側のインダクタンスは増加する。ゆえに、周波数が増加し、表皮深さが減少するにつれて、位相遅延ｔは増加する。
【００２７】
一般に、上記の電子装置１００などの電子装置を介して伝達されるどの特定の信号も、一般に当業者に知られているように、基本周波数と調和周波数とを含む周波数スペクトルを有する。信号の各々の周波数成分は、表皮効果により異なる度合いで影響される。換言すると、特定の信号の周波数スペクトルの低い周波数成分は、関連する表皮深さを有し、その表皮深さは、その特定の信号のより高い周波数成分に関連する表皮深さより大きい。どのような所定の信号にも異なる周波数が存在することから、これらの異なる周波数は増加する抵抗と増加する位相遅延とに、異なるように影響される。
【００２８】
図４Ａと図４Ｂは表皮効果による減衰（図４Ａ）と位相遅延（図４Ｂ）への影響を図示したグラフである。図４Ａはｘ軸にギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数、ｙ軸にデシベル（ｄｂ）単位の減衰をプロットするグラフである。図４Ａで描写されるデータは、厚み１５μｍ、幅２５μｍを有する配線構造例のデータ例である。図示されるように、信号の減衰はより高い信号周波数においてより大きい。この減衰は、信号により伝達され得る、通常バンド幅として知られる量である情報の量を限定する。図４Ａの１．５ｄｂのバンド幅、すなわち１．５ｄｂの減衰に対応する周波数の幅は、およそ１３ＧＨｚである。減衰のフラットカーブは、信号が、より遅いペースの１．５ｄｂずつ低下するので、より大きいバンド幅を可能とし、１．５ｄｂの減衰がより広いスペクトルの周波数に拡がるようにすることができる。
【００２９】
図４Ｂは、ｘ軸にギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数、ｙ軸に秒単位の位相遅延をプロットするグラフであり、ｙ軸の目盛は１ｅ−１０秒（１００ピコ秒）である。図４Ａと同様に、図４Ｂで描写されるデータは、厚み１５μｍ、幅２５μｍを有する配線構造例のデータ例である。図示されるように、より高い信号周波数において位相遅延はより高くなる。位相遅延がより高い周波数において大きくなるという事実は、特定の信号の周波数成分に、信号の分散として知られる現象である、「汚れ」を、特定の期間生じさせる原因となる傾向がある。分散は、上記の周波数依存的な減衰と同様に、信号の品質を低下させる傾向にあり、信号によりもたらされる情報の量を減少する。分散のフラットカーブは、より小さい分散を可能とし、ゆえに信号品質を向上する。
【００３０】
バンド幅を増大し、分散を減らすことにより信号品質を改善するために、ここでは、特徴的な表皮深さに基づく厚みを有する電気配線が提供される。特徴的な表皮深さは、電気配線が設置される電子装置の、望まれる、もしくは、「特徴的な」データ転送速度に基づいている。「特徴的な」データ転送速度は、電気配線を通って流れる信号の、企図されたデータ転送速度である。特徴的なデータ転送速度は、電子装置のどのような部分（たとえば、１つの配線、１群の配線、装置全体）に関連付けられてよい。より高い特徴的なデータ転送速度を有する電子装置については、電気配線の厚みは、より低いデータ転送速度を有する電子装置よりも低くなる。
【００３１】
図５Ａ−５Ｃは、表皮効果を抑制する構造を有する導体５０１の断面図である。導体５０１は、図２および図３に図示された導体２０２と似ているが、異なる次元を有する。より具体的には、図５Ａ−５Ｃに図示される導体５０１は、「表皮深さ」５０２より薄い厚みを有する。「表皮深さ」５０２は、導体５０１の、着目する特定の周波数の電流、および上記周波数以下の電流が流れる部分である。このような態様で導体５０１の厚みを限定することで、着目する周波数以下または以上の周波数の表皮効果による信号の減衰は減るか、実質的に排除される。この着目する周波数以下の周波数成分は、より厚い電気配線においての該周波数成分より大きな度合いで減衰するが、電気配線の「減衰曲線」は、より平たくなる。ゆえに、図７Ａについて図示されるように、電気配線のバンド幅が増加する。上記電気配線の構造は、「位相遅延曲線」についてもより平たくし、図７Ｂについて図示されるように、信号の分散を減少させる。
【００３２】
図５Ａ−５Ｃは表皮効果に関連する減衰の減少を図示している。より具体的には、図５Ａは第１の周波数Ｆ１における表皮深さ５０２を図示する。図５Ｂは、周波数Ｆ１より大きな第２の周波数Ｆ２における表皮深さ５０２を図示し、図５ＣはＦ２より大きな第３の周波数Ｆ３における表皮深さ５０２を図示する。これら３つの周波数全てにおいて、これらの周波数に関連する電流は、配線５０１のほぼすべての断面積を占め、それゆえにほぼ同じ程度に減衰する。
【００３３】
さまざまな実施形態において、「着目する周波数」（すなわち、関連する表皮深さが計算された周波数）はさまざまな特徴に依存する。１つの実施形態では、周波数は、入ってくる信号のひずみのない伝達の助けになる、システム応答のもっとも高い周波数である。いくつかの実施形態では、このような周波数は０．３５／ＲＴにほぼ等しく、ここでＲＴは信号の立ち上がり時間である。また別の実施形態では、周波数は上記周波数より低く、それゆえ表皮深さは特徴的なデータ転送速度で伝達される全ての周波数において、配線全体を貫かない。
【００３４】
上記のように、システム応答のもっとも高い周波数は、その電気配線のために企図されたデータ転送速度に基づいている。より具体的には、全てのデータ転送速度は、そのデータ転送速度で伝達されるデータの最小の信号周波数に関連する。ナイキストの定理は、この信号周波数はデータ転送速度の半分であると述べている。すなわち、２８ギガヘルツ（ＧＨｚ）の信号周波数は５６ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）のデータ転送速度に関連する。
【００３５】
いくつかの実施形態において、電気配線の表皮深さは、上記のように、データ転送速度の半分に等しい周波数に関連した表皮深さとして、計算される。そのような電気配線において、配線の厚みがそれらの全ての周波数についての表皮深さより少ないので、上記周波数までの信号の周波数成分は、電気配線の全断面積を通って流れるだろう、それゆえ、周波数に依存する信号減衰はその周波数を上限とした表皮効果によって一般に影響されないだろう。
【００３６】
他の実施形態において、表皮深さは特定のデータ転送速度の助けになるような最小周波数については計算されず、その周波数より実質的に低い周波数について計算される。そのような周波数のために計算された表皮深さは、全てではないが、特定のデータ転送速度を助ける最小周波数を上限とした信号の多くの周波数成分が、表皮効果に影響されないものとして考えられる。実際には、この最小周波数に近い、より高い周波数は表皮効果に影響され、ゆえに、いくらかは周波数依存的な減衰に影響される。この最小周波数以下の周波数について表皮深さを計算することの１つの利点は、この最小周波数以下のスペクトル成分の全体の減衰が、表皮深さが最小周波数について計算された場合より低いことである。それゆえに、これらの実施形態は、より高い周波数において周波数依存的な減衰を許可する一方で、より低い周波数において全体の減衰を減少させることによるトレードオフを提供する。
【００３７】
上述された表皮深さは、電流が流れる電気配線の部分を表している。それゆえ、典型的には、電流が最上部と底部の両方の表皮領域を流れることにより、電気配線の厚みは計算された表皮深さの２倍となる。
【００３８】
いくつかの実施形態において、配線は特徴的なデータ転送速度に基づく特定の寸法を有してもよい。より具体的には、５６ギガビット／毎秒（５６Ｇｂｐｓ）およびそれ以下の特徴的なデータ転送速度については、配線はおよそ１μｍの厚みを有するべきである。２８Ｇｂｐｓおよびそれ以下の特徴的なデータ転送速度については、配線はおよそ２μｍの厚みを有するべきである。１０Ｇｂｐｓおよびそれ以下の特徴的なデータ転送速度については、配線はおよそ５μｍの厚みを有するべきである。
【００３９】
いくつかの実施形態において、配線の厚みは、さらに、配線の表面粗さに関連して決定される。より具体的には、表面粗さは配線の厚みの変化を表しているので、表面粗さを含む可能性のある全ての厚みの範囲が考慮される。粗さの効果を考慮しない、電気配線の厚みは、ここでは「名目上の厚み」と称される。いくつかの実施形態では、配線は、特定の特徴的なインピーダンスを生ずるように選択された幅と、低反射率の伝送線を有する。いくつかの実施形態では、配線の厚みは、配線の全長にわたって実質的に同じである。
【００４０】
パッケージ基板１２２の中にあるものとして上述したが、ここで述べた特徴を有する電気配線は、たとえばインターポーザ１１２、ＰＣＢ１３６または電子装置１００の他の構成要素などの、電子装置の他の相互接続部品の中にあってもよい。さらなる実施形態では、電子装置１００と結合するワイヤボンド基板の中のワイヤは上記の表皮深さに適合するよう計算された直径を有してもよい。さらに他の実施形態では、他の電子装置の他の電気配線やワイヤは、上述の技術を用いて作られてもよい。
【００４１】
上述するように、図５Ａ−図５Ｃに図示された電気配線５０１（２）は、基準面５０１（１）と５０１（３）に囲まれる。いくつかの実施形態では、基準面５０１（１）と５０１（３）は、表皮深さに適合した厚みに作られる。他の実施形態には、これらの基準面５０１（１）と５０１（３）は、表皮深さに適合する厚みを有さず、ゆえに、上述されたデータ転送速度に関連する厚みを有さない。
【００４２】
図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ，図７Ｂ，図８Ａおよび図８Ｂは上述された電気配線構造のいくつかの利点を図示している。図６Ａと図６Ｂは、２つの異なる配線構造例のビット誤り率を図示するグラフである。プロット６０２，６５２は、２ミクロンの厚みを有する電気配線に関するプロットであり、プロット６０４，６５４は、１５ミクロンの厚みを有する電気配線に関するプロットである。図示されるように、２ミクロンの厚みを有する電気配線のビット誤り率は、１５ミクロンの厚みを有する電気配線のビット誤り率より、８桁小さい。
【００４３】
図７Ａは、ＧＨｚ単位の周波数とデシベル単位の減衰を３つの異なる厚みを有する電気配線について、図にしたグラフである。第１のグラフ７０２は、厚み１５ミクロン、幅２５ミクロンを有する配線についてのものである。第２のグラフ７０４は、厚み２ミクロン、幅３１ミクロンを有する配線についてのものである。第３のグラフ７０６は、厚み１ミクロン、幅３２ミクロンを有する配線についてのものである。図７Ａに示したように、第１のグラフ７０２の１．５ｄＢのバンド幅は、１３ＧＨｚにある。第２のグラフ７０４の１．５ｄＢのバンド幅は、２６ＧＨｚにある。第３のグラフ７０６の１．５ｄＢのバンド幅は、４０ＧＨｚにある。図に示したように、より小さい厚みを有する電気配線は、より厚い配線に比べて、改善されたバンド幅を有する。
【００４４】
図７Ｂは、Ｈｚ単位の周波数と秒単位の位相遅延を３つの異なる厚みを有する電気配線について、図にしたグラフである。第１のグラフ７５２は、厚み１５ミクロン、幅２５ミクロンを有する配線についてのものである。第２のグラフ７５４は、厚み２ミクロン、幅３１ミクロンを有する配線についてのものである。第３のグラフ７５６は、厚み１ミクロン、幅３２ミクロンを有する配線についてのものである。分散の基準として２０ＧＨｚ幅にわたる位相遅延変化を用いると、第１のグラフ７５２は１１．５ｐｓ／２０ＧＨｚの位相分散に関連し、第２のグラフ７５４は３．５ｐｓ／２０ＧＨｚの位相分散に関連し、第３のグラフ７５６は２．５ｐｓ／２０ＧＨｚの位相分散に関連する。それゆえ、位相遅延はより薄い電気配線において、より厚い電気配線に比べ、位相遅延はおよそ５倍ほど平らである。
【００４５】
図８Ａは、１ミクロンの厚みを有する電気配線のデータ依存的なジッターを図示したアイダイアグラム８００である。図８Ｂは、１５ミクロンの厚みを有する電気配線のデータ依存的なジッターを図示したアイダイアグラム８５０である。図８Ａおよび図８Ｂを比較するとわかるように、１５ミクロンの配線と比べて、１ミクロンの電気配線では、ピーク・トゥ・ピークのジッターは２倍改善している。
【００４６】
図９は、１つの実施形態による電気配線の幾何学的な特性を決定する方法ステップのフローチャートである。方法９００は、たとえば、電気分析を行うソフトウェアを実行するように構成されたコンピュータデバイスのような、解析的設計ツールにより行われてもよい。コンピュータデバイスは、たとえば、メモリに格納される指示を実行するように構成されたプロセッサや、他のタイプのハードウェアコンピュータデバイスを含んでもよい。方法９００は、解析的設計ツールが特徴的なデータ転送速度を決定するステップ９０２から開始する。特徴的なデータ転送速度は、電気製品が設置される特定の電子装置や電気部品に関連するデータ転送速度である。特徴的なデータ転送速度は、データを伝達するために設計された電気配線における最大のデータ転送速度を説明する。ステップ９０４において、解析的設計ツールは、特徴的なデータ転送速度に基づく周波数を決定する。いくつかの実施形態においては、この周波数は、ナイキストの定理によるデータ転送速度によるデータ伝達のための最小周波数である。この周波数は、特徴的なデータ転送速度の半分である。他の実施形態においては、周波数は上記周波数を著しく下回る。ステップ９０６において、解析的設計ツールは、周波数に基づいて表皮深さを決定する。表皮深さは既知の方法に基づいて計算される。ステップ９０８において、解析的設計ツールは、計算された表皮深さに基づいて電気配線の厚みを決定する。いくつかの実施形態においては、電気配線の厚みは、表皮深さの２倍であり、これは表皮深さが特定の周波数の電流がどの表面にも実質的に達する厚みを定義し、電流が、典型的には、電気配線の上面および底面を通って流れるからである。
【００４７】
上記相互接続部品の電気配線を含む電子装置は、表皮効果に関連する電気配線の効果を有利に抑制する。その効果には周波数依存的な減衰および周波数依存的な位相遅延効果を含む。ここで述べる改善点は主に、バンド幅の改善、分散、ジッター、ビット誤りの低減である。
【００４８】
ここで述べた典型的な電気部品は、一般に電子装置の電気相互接続部品に関し、ここで電子装置は特徴的なデータ転送速度を有し、電気相互接続部品は誘電体表面および誘電体表面に配置される電気配線からなり、電気配線は上記特徴的なデータ転送速度に応答して選択された厚みを有し、この厚みは上記電気配線の幅には関係なく選択される。
【００４９】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記電気配線の幅は、上記厚みにおける上記電気配線に関連する特徴的な抵抗に応答して選択される。
【００５０】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記厚みは、上記特徴的なデータ転送速度において上記電気配線上で駆動される信号に関連する表皮深さの２倍より薄い。
【００５１】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記厚みは、ピーク表面粗さで計測される。
【００５２】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記厚みは、上記特徴的なデータ転送速度において上記電気配線上で駆動される信号に関連する表皮深さの２倍におよそ等しい。
【００５３】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記電子装置の上記特徴的なデータ転送速度は、少なくとも毎秒１０ギガビットであり、上記電気配線の上記厚みはおよそ５ミクロンより薄い。
【００５４】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記電子装置の上記特徴的なデータ転送速度は、少なくとも毎秒２８ギガビットであり、上記電気配線の上記厚みはおよそ２ミクロンより薄い。
【００５５】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記電子装置の上記特徴的なデータ転送速度は、少なくとも毎秒５６ギガビットであり、上記電気配線の上記厚みはおよそ１ミクロンより薄い。
【００５６】
そのような構成要素のいくつかにおいては、上記電気配線はストリップライン配線を含む。
【００５７】
他の実施形態においては、特徴的なデータ転送速度を有する電子装置が提供される。上記電子装置は、電気相互接続部品を含む。上記電気相互接続部品は、誘電体表面と、上記誘電体表面に配置される電気配線とを含む。上記電気配線は、上記電気配線の幅には関係なく、上記特徴的なデータ転送速度に応答して選択された厚みを有する。
【００５８】
そのような装置のいくつかにおいては、上記電気配線の幅は、上記厚みにおける上記電気配線に関連する特徴的な抵抗に応答して選択される。
【００５９】
そのような装置のいくつかにおいては、上記厚みは、上記特徴的なデータ転送速度において上記電気配線上で駆動される信号に関連する表皮深さの２倍より薄い。
【００６０】
そのような装置のいくつかにおいては、上記厚みは、ピーク表面粗さで計測される。
そのような装置のいくつかにおいては、上記厚みは、上記特徴的なデータ転送速度において上記電気配線上で駆動される信号に関連する表皮深さの２倍におよそ等しい。
【００６１】
そのような装置のいくつかにおいては、上記電子装置の上記特徴的なデータ転送速度は、少なくとも毎秒１０ギガビットであり、上記電気配線の上記厚みはおよそ５ミクロンより薄い。
【００６２】
そのような装置のいくつかにおいては、上記電子装置の上記特徴的なデータ転送速度は、少なくとも毎秒２８ギガビットであり、上記電気配線の上記厚みはおよそ２ミクロンより薄い。
【００６３】
そのような装置のいくつかにおいては、上記電子装置の上記特徴的なデータ転送速度は、少なくとも毎秒５６ギガビットであり、上記電気配線の上記厚みはおよそ１ミクロンより薄い。
【００６４】
そのような装置のいくつかにおいては、上記電気配線はストリップライン配線を含む。
他の実施形態においては、電気配線の厚みを選択する方法が提供される。その方法は、特徴的なデータ転送速度を決定するステップを含む。また、この方法は特徴的なデータ転送速度に基づいて周波数を決定するステップを含む。この方法はさらに、周波数に基づいて表皮深さを決定するステップを含む。この方法はさらに、表皮深さに基づいて電気配線の厚みを決定するステップを含む。
【００６５】
そのような方法のいくつかにおいては、上記電気配線の幅は、上記厚みにおける上記電気配線に関連する特徴的な抵抗に応答して選択される。
【００６６】
上記は、本発明の実施形態に向けられたものであるが、本発明の、他の、もしくは、さらなる実施形態が、その基本的範囲から離れることなしに考案され得る、また、上記範囲は後述する特許請求の範囲により定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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