传输介质 ppt

1、11 传输介质传输介质234567双绞线 双绞线示意图每根线的绝缘层用于隔离两根导线，绞在一起可减少干扰 绞在一起限制了电磁能量的发射，并有助于防止双绞线中的电流发射能量干扰其他导线。其次，绞在一起也使双绞线本身不易被电磁能量所干扰，有助于防止其他导线中的信号干扰这两根导线。 8双绞线2910正面正面侧面侧面1112UTP压线钳压线钳RJ45接头接头护套护套简易测线仪简易测线仪131415161.2同轴电缆同轴电缆 网络中使用的第二种导线是同轴电缆，网络中使用的第二种导线是同轴电缆，和有线电视所用的电缆一样。同轴电缆较和有线电视所用的电缆一样。同轴电缆较双绞线有更好的抗干扰作用。与双绞线绞双绞

2、线有更好的抗干扰作用。与双绞线绞在一起以限制干扰不同，同轴电缆由一根在一起以限制干扰不同，同轴电缆由一根为金属屏蔽层所包围的导线组成。为金属屏蔽层所包围的导线组成。 17181920同轴电缆同轴电缆(coaxial cable) 由一对导体按同轴形式构成线对。同轴电缆分为基带由一对导体按同轴形式构成线对。同轴电缆分为基带(baseband)和宽带和宽带(broadband)同轴电缆，基带同轴电缆又分粗同轴电缆，基带同轴电缆又分粗缆和细缆两种。缆和细缆两种。1. 物理特性：单根同轴电缆的直径为物理特性：单根同轴电缆的直径为0.51cm左右。左右。2. 传输特性：基带同轴电缆仅用于数字信号传输，最

3、高传输特性：基带同轴电缆仅用于数字信号传输，最高10Mb/s；宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输，对于模拟信号，宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号的传输，对于模拟信号，带宽可达带宽可达300450MHz。 3. 连通性：适用于点到点和多点连接。基带电缆阻抗为连通性：适用于点到点和多点连接。基带电缆阻抗为50，宽宽带电缆阻抗为带电缆阻抗为75。4. 地理范围：基带电缆地理范围：基带电缆(细缆细缆)最大传输距离限制在几公里，而在同最大传输距离限制在几公里，而在同样的数据传输速率条件下，宽带电缆样的数据传输速率条件下，宽带电缆(粗缆粗缆) 可达几十公里。可达几十公里。 5. 抗干扰性：同轴

4、电缆的抗干扰性比双绞线强。抗干扰性：同轴电缆的抗干扰性比双绞线强。6. 价格：安装同轴电缆的费用比双绞线贵，比光纤便宜。价格：安装同轴电缆的费用比双绞线贵，比光纤便宜。211.3光纤光纤光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的璃或塑料制成的纤维中的全反射全反射原理而达原理而达成的光传导工具成的光传导工具 .22光导纤维的发明光导纤维的发明 1870年的一天，年的一天，英国英国物理学家物理学家丁达尔丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全到皇家学会的演讲厅讲光的全反射反射原理，他做了一个简单的实验：在原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻

5、个孔，然后用灯装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。曲的水俘获了。人们曾经发现，光人们曾经发现，光能沿着从能沿着从酒酒桶中喷出的细酒流传输；桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢？棒前进。这是为什么呢？ 后来后来经过他的研究，发现这是全反经过他的研究，发现这是全反射的作用射的作用.实际

6、上，在弯曲的水流里，实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。次全反射向前传播。 23光导纤维的使用光导纤维的使用后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝丝一样的玻璃丝光导纤维光导纤维. 光导纤维可以用在通信技术里。光导纤维可以用在通信技术里。1979年年9月，一条月，一条33公里的公里的120路光缆通信系统路光缆通信系统在在北京北京建成，几年后建成，几年后上海上海、天津、天津、武汉武汉等等地也相继铺设了光缆线路，利用光导纤维

7、地也相继铺设了光缆线路，利用光导纤维进行通信。进行通信。 还可以制成的还可以制成的内窥镜内窥镜 ，用于医疗，用于医疗. 铺设铺设1000公里的同轴电缆大约需要公里的同轴电缆大约需要500吨吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。足可见其利用价值。沙石中就含有石了。足可见其利用价值。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。英，几乎是取之不尽的。 24光纤系统的运用光纤系统的运用 多股多股光导纤维光导纤维做成的光缆可用于通信，它的传导性能良好，传输信息容量大，一条通做成的光缆可用于通信，它的传导性能良好，传输信息容量大，一条通路可同时容纳数十人通话；可以同时传送数

8、十套电视节目，供自由选看。光导纤维路可同时容纳数十人通话；可以同时传送数十套电视节目，供自由选看。光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室，测量心脏中的血压、血液中氧的饱和度、体温等。用光内窥镜可导入心脏和脑室，测量心脏中的血压、血液中氧的饱和度、体温等。用光导纤维连接的激光手术刀已在临床应用，并可用作光敏法治癌。导纤维连接的激光手术刀已在临床应用，并可用作光敏法治癌。高分子光导纤维开发之初，仅用于汽车照明灯的控制和装饰。现在主要用于医学、装高分子光导纤维开发之初，仅用于汽车照明灯的控制和装饰。现在主要用于医学、装饰、汽车、船舶等方面，以显示元件为主。在通信和图像传输方面，高分子光导纤饰、汽车、船舶等方

9、面，以显示元件为主。在通信和图像传输方面，高分子光导纤维的应用日益增多，工业上用于光导向器、显示盘、标识、开关类照明调节、光学维的应用日益增多，工业上用于光导向器、显示盘、标识、开关类照明调节、光学传感器等，同时也用在装饰显示、广告显示。传感器等，同时也用在装饰显示、广告显示。 方面也获得广泛的应用。方面也获得广泛的应用。25光纤的分类光纤的分类光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，兹将各种分类举例原材料和制造方法上作一归纳的，兹将各种分类举例如下。如下。 （1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近）工作波

10、长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤红外光纤、红外光纤（红外光纤（0.85pm、1.3pm、1.55pm）。）。 （2）折射率分布：阶跃（）折射率分布：阶跃（SI）型、近阶跃型、渐变）型、近阶跃型、渐变（GI）型、其它（如三角型、）型、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。型、凹陷型等）。（3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。振保持光纤）、多模光纤。 （4）原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材）原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被料（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等

11、。按被覆材料还可分为覆材料还可分为无机材料无机材料（碳等）、金属材料（铜、（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。镍等）和塑料等。 （5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学）、化学汽相沉（汽相沉（CVD）等，拉丝法有管律法（）等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。和双坩锅法等。 26光纤结构光纤结构光纤结构：光纤结构： 光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为璃芯（芯径一般为50或或62.5m），中），中 间为间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125m），最

12、外是加强用的树脂涂层。），最外是加强用的树脂涂层。 数值孔径：数值孔径： 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同不同厂家生产的光纤的数值孔径不同（AT&T CORNING）。）。 27光纤的衰减光纤的衰减 造成光纤衰减的主要因素有：造成光纤衰减的主要因素有：本征本征，弯曲，弯曲，挤压，杂质，挤压，

13、杂质，不均匀不均匀和对接等。和对接等。 本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。射，固有吸收等。 弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。射而损失掉，造成的损耗。 挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。造成的损耗。 杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。播的光，造成的损失。 不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。损耗。 对接：光纤对接时产生的损耗，如：不

14、同对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴（单模光纤同轴度要求小于轴（单模光纤同轴度要求小于0.8m），端），端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。配和熔接质量差等。 28光纤传输优点光纤传输优点 频带宽频带宽 损耗低损耗低 重量轻重量轻 抗干扰能力强抗干扰能力强 保真度高保真度高 工作性能可靠工作性能可靠 成本不断下降成本不断下降 1.4铜线30目录目录键合铜线的优势缺陷最新发展31如图如图 1.1 所示，键合线起联结硅片电极与引线框架的外部引出端子的作用，所示，键合线起联结硅片电极与引线框架的外部引出端子的作用，并传递芯片的电信号、散

15、发芯片内产生的热量，是集成电路封装的关并传递芯片的电信号、散发芯片内产生的热量，是集成电路封装的关键材料。键材料。32铜线与其它金属综合性能的比较铜线与其它金属综合性能的比较33铜丝用于键合丝的优势铜丝用于键合丝的优势材料成本低材料成本低1Mil=0.0254mm表中可以看到，在表中可以看到，在3mil键合丝比较中，金丝成本是铜丝成本的键合丝比较中，金丝成本是铜丝成本的100倍以上倍以上铜线成本与金线铜线成本与金线成本对比成本对比34键合铜丝的电学性能和力学性能键合铜丝的电学性能和力学性能热膨胀热膨胀系数系数热导热导率率比热比热电阻电阻率率张力张力强度强度熔化熔化热热熔熔点点35 这些结果说明

16、铜线比金线强度高这些结果说明铜线比金线强度高 80%以上，导电性强以上，导电性强 33%，导热性高导热性高 25%。铜材料的机械性能优于金材料的机械性能。铜材料的机械性能优于金材料的机械性能使得铜线形成高稳定线型的能力强过金线，特别是在塑封使得铜线形成高稳定线型的能力强过金线，特别是在塑封的过程中，当引线受到注塑料的外力作用时，铜线的稳定的过程中，当引线受到注塑料的外力作用时，铜线的稳定性强过金线，这样在模压和封闭过程中可以得到优异的球性强过金线，这样在模压和封闭过程中可以得到优异的球颈强度和较高的弧线稳定性。铜丝的导热、导电性能显著颈强度和较高的弧线稳定性。铜丝的导热、导电性能显著优于金丝和

17、铝优于金丝和铝-1%硅丝，因此能够以更细的焊线直径达到硅丝，因此能够以更细的焊线直径达到更好的散热性能及更高的额定功率。更好的散热性能及更高的额定功率。36金属间化合物金属间化合物(Intermetallic)生长速度慢生长速度慢 在同等条件下，在同等条件下，Cu/Al 界面的金属间化合物生长速度比界面的金属间化合物生长速度比 Au/Al 界面的慢界面的慢 10 倍。因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球倍。因此，铜丝球焊焊点的可靠性要高于金丝球焊焊点。焊焊点。Cu-Al金属间化合物缓慢增长金属间化合物缓慢增长37高纯单晶铜被作为最初的键合铜线应用于微电子连接中，但高纯单晶铜被作为最初的键合铜

18、线应用于微电子连接中，但是随着键合铜线应用的广泛和在复杂电路中应用，以高纯是随着键合铜线应用的广泛和在复杂电路中应用，以高纯单晶铜为原料的键合铜丝在应用过程中暴露出一些弊端，单晶铜为原料的键合铜丝在应用过程中暴露出一些弊端，最为明显的问题就是其本身容易腐蚀，在室温下就可以与最为明显的问题就是其本身容易腐蚀，在室温下就可以与氧气发生反应，高温时氧化速率会明显增大。氧气发生反应，高温时氧化速率会明显增大。铜的氧化对键合铜线铜的氧化对键合铜线(直径直径 0.015-0.075mm)的电学性能、力的电学性能、力学性能和键合性能等产生严重的影响，造成键合过程中出学性能和键合性能等产生严重的影响，造成键合

19、过程中出现现 NSOP(No Stitch on Pad)(焊点不粘焊点不粘)现象及键合后的拉现象及键合后的拉力和球推力不能达到要求，造成器件早期失效，降低其使力和球推力不能达到要求，造成器件早期失效，降低其使用性能及器件的可靠性。用性能及器件的可靠性。38键合铜丝第二焊点颈部氧化现象键合铜丝第二焊点颈部氧化现象39目前，键合铜线多采用高纯铜为原料，其应用过程中存目前，键合铜线多采用高纯铜为原料，其应用过程中存在诸多问题。首先，铜键合线硬度较高，尤其是第一焊在诸多问题。首先，铜键合线硬度较高，尤其是第一焊点焊接过程中，如图所示，由于铜的加工硬化速率高于点焊接过程中，如图所示，由于铜的加工硬化速

20、率高于金，在第一焊点焊接后，铜线硬度增加金，在第一焊点焊接后，铜线硬度增加 40%以上，这以上，这样就增加了基板损伤的几率。样就增加了基板损伤的几率。键合金丝与高纯键合铜丝硬度对比键合金丝与高纯键合铜丝硬度对比Hv 显微显微硬度硬度40键合铜丝第一焊点变形机理及其硬度过高造成的基板损伤键合铜丝第一焊点变形机理及其硬度过高造成的基板损伤41对于高纯铜键合丝来说，第二焊点的不稳定造成焊接过程中对于高纯铜键合丝来说，第二焊点的不稳定造成焊接过程中 short tail（尾丝短）问题的出现频率较高，如图所示，严重增加了（尾丝短）问题的出现频率较高，如图所示，严重增加了MTBA（维修间隔平均时间），降低

21、了（维修间隔平均时间），降低了 UPH（每小时件数），对于（每小时件数），对于焊线数目较多的产品，该影响更为严重，部分产品只有键合金丝的焊线数目较多的产品，该影响更为严重，部分产品只有键合金丝的 60%Short tail 形成原理形成原理42高纯键合铜丝应用过程出现的问题高纯键合铜丝应用过程出现的问题43高纯键合铜丝与键合金丝高纯键合铜丝与键合金丝 UPH 对比对比44键合铜线以其低的成本因素、优良的电学性能和力学性能，在微电键合铜线以其低的成本因素、优良的电学性能和力学性能，在微电子封装逐步替代金线应用于中低端半导体器件中，但实际应用中，子封装逐步替代金线应用于中低端半导体器件中，但实际应

22、用中，由于铜线本身容易腐蚀由于铜线本身容易腐蚀( 氧化氧化) 、Cu/Al金属间化合物在高温高湿环金属间化合物在高温高湿环境下容易失效等原因，在大规模集成电路及境下容易失效等原因，在大规模集成电路及 LED封装中的应用受到封装中的应用受到了限制了限制; 镀钯铜线在铜线表面形成一层纯钯，能够有效提高铜线的镀钯铜线在铜线表面形成一层纯钯，能够有效提高铜线的耐腐蚀性能及高温高湿环境下器件的可靠性耐腐蚀性能及高温高湿环境下器件的可靠性;目前镀钯键合铜线采目前镀钯键合铜线采用电镀工艺在较粗用电镀工艺在较粗 (直径直径0.15mm) 线材上电镀较厚的金属钯，然线材上电镀较厚的金属钯，然后采用拉制工艺制备出

23、所需规格镀钯键合铜线，而该工艺存在对环后采用拉制工艺制备出所需规格镀钯键合铜线，而该工艺存在对环境污染严重、进一步拉制过程中钯层脱落、钯层厚度不均匀等问题，境污染严重、进一步拉制过程中钯层脱落、钯层厚度不均匀等问题，此外，拉制过程由于铜和钯的塑性形变性能不同，很难拉制微细此外，拉制过程由于铜和钯的塑性形变性能不同，很难拉制微细( 直径直径0.016mm) 镀钯键合铜线镀钯键合铜线;键合铜线无卤直接镀钯工艺采用键合铜线无卤直接镀钯工艺采用在成品键合铜线直接涂镀纳米钯有机溶液，通过热处理工艺将纳米在成品键合铜线直接涂镀纳米钯有机溶液，通过热处理工艺将纳米钯沉积在线材表面，避免了电镀工艺对环境的污染

24、、拉制过程中断钯沉积在线材表面，避免了电镀工艺对环境的污染、拉制过程中断线及钯层脱落等问题线及钯层脱落等问题;45由于电镀流水线较长，成品细铜线无法直接电镀，只有在较粗线由于电镀流水线较长，成品细铜线无法直接电镀，只有在较粗线径径 0.2mm左右电镀，然后进行后道处理并拉制，工艺较为复杂，左右电镀，然后进行后道处理并拉制，工艺较为复杂，且存在严重污染且存在严重污染46无卤直接镀钯工艺流程简单，消除了电镀对环境的污染，避免了预处无卤直接镀钯工艺流程简单，消除了电镀对环境的污染，避免了预处理、表面清洗、中间热处理等工艺过程，减少了对线材表面的损伤理、表面清洗、中间热处理等工艺过程，减少了对线材表面

25、的损伤47台积电就台积电就WLCSP发表演讲，发表演讲，封装技术水平提高封装技术水平提高半导体封装技术相关国际学会半导体封装技术相关国际学会“2015 Electronic Components and Technology Conference（ECTC）”（2015年年5月月2629日，美国圣地亚哥）于美国时日，美国圣地亚哥）于美国时间间2015年年5月月26日开幕。日开幕。 全球最大的硅代工企业全球最大的硅代工企业台湾台积电（台湾台积电（TSMC）在上届的）在上届的“ECTC 2014”上只做了一场演讲，而本届做了四场演讲。其中两场是关于三维积层的，其余上只做了一场演讲，而本届做了四场演

26、讲。其中两场是关于三维积层的，其余两场是关于晶圆级两场是关于晶圆级CSP（wafer-level chip scale package：WLCSP）的。）的。题为题为“A flexible interconnect technology demonstrated on a Wafer-level Chip Scale Package”的演讲（演讲序号的演讲（演讲序号20-2），是关于旨在提高），是关于旨在提高200mm2大面积芯片的大面积芯片的WLCSP封装可靠性的内容。台积电不仅从事半导体前工序，还封装可靠性的内容。台积电不仅从事半导体前工序，还在向晶圆级封装领域扩大业务，其技术水平备受关注

27、。在向晶圆级封装领域扩大业务，其技术水平备受关注。 不用底部填充树脂也不用底部填充树脂也可以确保封装可靠性可以确保封装可靠性 一般而言，一般而言，WLCSP的芯片面积越大，封装基板与硅之间的热膨胀差所导致的的芯片面积越大，封装基板与硅之间的热膨胀差所导致的应力就越大。因此，基板与应力就越大。因此，基板与WLCSP的接合处的接合处焊球上会产生裂缝，导致封焊球上会产生裂缝，导致封装可靠性降低。为改善这一点，原来采取的方法是在基板封装后在基板与芯片装可靠性降低。为改善这一点，原来采取的方法是在基板封装后在基板与芯片之间注入底部填充树脂来加固的。之间注入底部填充树脂来加固的。 48 与之不同的是，此次

28、的目标是，即便是大芯片也不用注入底部填充树脂便可以与之不同的是，此次的目标是，即便是大芯片也不用注入底部填充树脂便可以确保封装可靠性。在硅芯片上呈阵列状排列焊盘（确保封装可靠性。在硅芯片上呈阵列状排列焊盘（Pad)，以铜线键合形成，以铜线键合形成N字字形引线端子。将线头作为连接端子，在以锡膏印刷方式预涂了焊盘形引线端子。将线头作为连接端子，在以锡膏印刷方式预涂了焊盘(land)的印的印刷基板上作倒装芯片接合。刷基板上作倒装芯片接合。 台积电对这种样品实施了跌落试验和温度循环试验，评估了封装可靠性。结台积电对这种样品实施了跌落试验和温度循环试验，评估了封装可靠性。结果表明，两项试验可靠性都得到改善，据称由此得出即使大面积芯片，也可以果表明，两项试验可靠性都得到改善，据称由此得出即使大面积芯片，也可以不用底部填充树脂就能实现出色的封装可靠性。不用底部填充树脂就能实现出色的封装可靠性。 验证使用的样品是在验证使用的样品是在200mm2的正方形硅芯片上，呈阵列状排列了的正方形硅芯片上，呈阵列状排列了1000多个多个400m间隔的圆形焊盘，并作铜线键合的。在间隔的圆形焊盘，并作铜线键合的。在N字形引线形成技术上，引线键字形引线形成技术上，引线键合厂商日本合厂商日本KAIJO公司予以了帮助。公司予以了帮助。 评估铜线粗细和有无涂层的影响评估铜线粗细和有无涂层的影响 台积电分别评估