造成电源完整性问题的直接原因主要包括两个方面,即电源互连的电阻压降和电源回路中电流波动 (如同步开关)造成的电压波动。前者主要为低频波动,可以通过对奇生电阻的识别和在设计中减小其电阻值来解决;后者可以造成较高的频率波动,影响芯片、封装和 PCB 三个层级,通常需要对供电网络中的电流通路及IC 典型工作模式 下的电流波形频谱进行分析,识别出存在显著奇生电感、电容或电磁辐射的互连结构,以及对信号影响显著的电源波动的频率分量,然后提出相应的削弱其影响的互连物理设计。
3.功耗及功率容量功耗及功率容量
指标涉及封装长期工作的热稳定性和电源系统设计,与器件工作频率、模式密切相关。在封装层面上,除IC本身发热之外,功耗的主要来源是封装互连的热耗散,其中包括欧姆发热和介质损耗。当前,封装的微小电互连截面面积仅为数平方微米,随着新型介质的使用日益广泛,其欧姆发热和介质损耗不可忽视;此外,三维集成封装中纳米IC 与穿透1IC 的垂直互连间的纳水级互连存在界面声子作用显著增强等问题,这也会导致热耗散,加剧功耗增长。功率电子器件通常要考虑功率容量,该参数与功耗和器件的工作稳定性密切相关,主要衡量指标是保证长期稳定、可靠工作状态下的最大电压和电流。
为了保证功耗与功率容量分析的准确性,可以通过理论、仿真与实测结合的手段,建立封装互连单元热物理模型,结合信号处理与计算型 IC 的电信令规范和功率芯片的电流-电压输出特性要求,计算出功耗与对外输出功率特性随频率、工作模式的变化,从而确定这两个参数。