Evaluation of electrical characterization and critical length of interconnect for high-speed MCM

고속 MCM 배선의 전기적 특성 및 임계길이 평가

This paper examined the geometrical variables of microstrip to control the characteristic impedance of MCM interconnect and also with respect to the practical requirements, evaluated the critical lengths for attenuation, propagation delay, and crosstalk at 500 MHz frequency compared to at 50 MHz frequency. With the illustration of each MCM-L and MCM-D interconnect having 50 characteristic impedance, it was revealed that the most important geometrical variables to control the characteristic impedance of microstrip are eventually dielectric thickness and line width. In particular, the dielectric thickness of MCM-D interconnect must be controlled with tolerance below 2 m. It is clear that the attenuation does not give rise to signal distortion in the range of up to 500MHz frequency for both MCM-L and MCM-D interconnects. However, the propagation delay is so significant that both MCM-L and MCM-D interconnects should be matched with load at the 500 MHz frequency. For the MCM-D interconnect, the crosstalk voltage would not be high to generate the wrong signal on the neighboring line at 500 MHz frequency, but the MCM-L interconnect could not be used due to severe crosstalk. Eventually, it is clear that the transmission line behavior must be studied for the design of MCM substrate at the 500 MHz frequency.

본 논문에서는 MCM 배선의 특성 임피던스를 제어하는 마이크로스트립의 기하학적 변수에 대해 조사하였고, 50MHz 주파수와 비교하여 500 MHz 주파수에서 전송감쇠, 전송지연, 누화 등을 계산하여 배선의 실제적인 요구조건으로 MCM-L과 MCM-D 배선의 임계길이를 평가하였다. 특성 임피던스 50 을 갖는 MCM-L 과 MCM-D 배선의 실례를 통해, 마이크로스트립의 특성 임피던스를 제어하는데 가장 중요한 변수는 유전체의 두께와 배선의 폭임을 알 수 있었다. 특히, 배선밀도가 높은 MCM-D의 유전체 두께는 적어도 2 m 이내에서 제어되어야 한다. 500 MHz 주파수에서 MCM 배선의 전송감쇠는 문제가 되지 않으나 전송지연은 심각하여 배선과 부하와의 임피던스 정합이 필수적임을 알 수 있었다. MCM-D 배선은 인접배선이 오동작할 만큼 누하가 발생하지 않는데 비하여 MCM-L 배선은 심한 누하로 MCM 기판으로 사용이 불가능할 것으로 판단되었다. 마지막으로, 500 MHz의 고속 MCM 기판 설계에서는 전송선 거동에 대한 연구가 필요한 것을 알 수 있었다.