的布线层就等于“微缩版的PCB”,它也分为单层布线(单面板)和多层布线(双面板,多层板)。(如图1.1)在集成电路的同一个布线层中,不同金属导线之间通过绝缘材料(二氧化硅很常见)实现电学绝缘。
为了实现更复杂的功能,电路中的器件会慢慢的多,器件之间的电学连接拓扑关系也慢慢变得复杂,结果是使用单层布线无法“布通”。这种情况下,只有增加布线层才能实现“布通”的效果(如图1.2,红色跳线就代表需要另外一层才能完成布线),这是所谓的“多层布线 多层布线 多层布线的物理结构
相邻布线层之间使用在允许电压下不导电的材料(常见的是SiO2)进行电学隔离,相同布线层中的导线使用在允许电压下不导电的材料(常见的是SiO2)进行电学隔离;相邻布线层中的导线,通过在绝缘层上开孔、孔内填满导电材料,“实现电学连通”。
“孔”,从工艺制备的角度来说,分为两步,首先是开孔,然后是在孔内填满导电材料;从版图的角度来说,画出来就只是一个“矩形”而已。
(图2.1)在器件层上制作了“Contact”,“黄色”表示在孔中填充的导电材料,“灰色”表示各孔之间的在允许电压下不导电的材料,共用C1.1,C1.2,C1.3,C1.4,C1.5表示了五种情况。其中C1.1~C1.3因为孔比较大,所以金属材料在填充的时候,表面会向下凹(表面张力和重力导致);C1.4和C1.5因为孔比较小,所以填充的金属表面近似水平。
(图2.2)做完了Contact之后,先在材料表面生长一层Metal,然后使用光刻和腐蚀工艺得到要的金属布线)在Metal 1上生长绝缘层,然后做孔。因为这次的孔用来连接M1和M2,所以它的名字改为“Via”,翻译成“通孔”,通的意思类似“架在河上的桥梁,取穿通,打通的意思,打通的就是相邻互连层之间的在允许电压下不导电的材料”。
那么Via应该放在哪里呢?这样的一个东西没多么神器,你就把它当成做试验,所有的可能都试一下,我画了5种情况,分别是“V1.1~V1.5”。
(图2.4)做完了Via 1之后,先在材料表面生长一层Metal,然后使用光刻和腐蚀工艺得到要的金属布线。因为这是第二层Metal,所以称它为Metal 2,这里简写为M2。
(图25)在Metal 2上生长绝缘层,然后做孔,即Via 2。现在,应该把所有的可能都列出来了,如果有忘记分析的情况,大家留言提醒一下。
(图2.4)做完了Via 2之后,先在材料表面生长一层Metal,然后使用光刻和腐蚀工艺得到要的金属布线。因为这是第三层Metal,所以称它为Metal 3,这里简写为M3。现代多层布线层进行演示。
小结一下:金属层数的命名是根据工艺制造的先后命名的,从剖面图来看就是从下向上依次排序的;在垂直方向,C1.1-V1.1-V2.1和C1.5-V1.5-V2.5是重合的,其它的都存在不重合,也就是说,Contact和Via在垂直方向有极大几率会出现“重合、交错”两种情况。
交错的孔会引入寄生电阻和寄生电容,除非是设计本来就有的,否则寄生效应会对电路性能构成不利的影响,会增加后
除了电学性能之外,还需要仔细考虑的是可造性。对比V1.2和V1.3,其中V1.2的地基是凹陷,V1.3的地基是平面。因为后面的工艺会继承前面的凹陷,很多时候会放大凹陷的程度,最终降低良率,所以“平面地基”更加有助于后面的工序制造。对于打孔来说,表面无法填平是客观存在的。为了尽最大可能避免在不平整的地基上做孔,要么采用V1.3的方法做孔,要么开发“平坦化工艺”,比如CMP工艺,把表面去掉一层,也就是表面没有填平的地方全部去掉,那么就不存在不平整的地基了。Via 1这一层就采用了平坦化工艺(如图2.8)。
(图2.9的纵坐标)重合孔的形变量(h2)最大,交错孔的形变量(h1)次之。随着布线”继续增大。
如果h0随气温变化没有h2大,就会出现(图2.10)的情况:最坏的情况=隔离层被孔撑破;次之,隔离层没有被撑破,但是反复大幅度形变,很快就会有裂缝。隔离层被破坏之后,相邻层的导线可能会短路,形变较大处的导线可能会被折断,通过裂缝入侵的水汽等杂质会破坏芯片
尽可能的使孔和绝缘材料的膨胀形变量相同,如果工艺上没办法实现这一点,首先要减少重合孔的使用,其次是减少布线的层数。
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的焊盘区、POWER 层隔离区三部分所组成。接下来,我们来了解下高速PCB中
板中,为连通各层之间的印制导线,在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔,公共孔一般被称为
PCB 的重要组成部分之一,钻孔的费用通常占 PCB 制板费用的 30%到 40%。简单的说来,PCB 上的每一个孔都可以称之为
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主要由孔、孔周围的焊盘区、POWER 层隔离区三部分所组成。接下来,我们来了解下高速P
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