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随着大规模集成电路技术进步，芯片的管脚越来越多，在物理尺寸日益小型化的印刷电路板(PCB)上芯片管脚间焊接的互连线越来越密集，互连线线间距、线宽度达到微米级、亚毫米级，因此，研究印刷电路板上微米级互连线的传输信号完整性(SI)具有很强的迫切性。传统研究互连线的信号完整性一般从两个方面开展研究：一方面是研究芯片内部的微纳米级互连线信号完整性；另一方面是研究印刷电路板上毫米级互连线上的信号完整性。而在已报道的研究成果中，印刷电路板上的微米级、亚毫米级互连线信号完整性的研究内容较少。本文重点研究了印刷电路板上的微米级、亚毫米级平行互连线的信号完整性，并且对集成电路(IC)中内部的微纳米级互连线的抗辐照效应开展了探索性研究。主要工作及创新点如下：
1.串扰问题是影响信号完整性的关键性问题之一。本文针对印刷电路板上微米级、亚毫米级的高速高密度互连线的串扰问题，研究微米级平行互连线间串扰机理，提取微米级互连线线间距引起的容性耦合参量，以及微米级互连线线长度、线宽度引起的感性耦合参量，建立了由分布参数电阻(R)、电感(L)、电导(G)和电容(C)组成的RLGC等效电路，推导出了微米级的特征尺寸下电路传输函数随频率变化的等效电路方程。仿真分析了在不同线宽、不同线间距、不同线长度条件下，微米级平行互连线近端串扰S31和远端串扰S41随频率的变化关系。
研究表明，与传统的印刷电路板上毫米级平行互连线的串扰特性随频率单调递增不同，微米级平行互连线串扰频率特性是随着频率的增加而周期性振荡上扬，且随着互连线长度的增加，以及微米级线间距、线宽度减小，串扰增大。每个振荡周期都呈现出串扰低谷频率窗口期，在每个窗口期内，传输信号近端串扰S31和远端串扰S41，都有一个的低谷谐振几百兆赫兹频率带宽。当微米级平行互连线结构参数的线长度L=4cm、线间距d=100μm、线宽度w=100μm时，在0~3GHz频率范围内，当传输信号频率范围为直流0GHz-1.8GHz，串扰随频率呈单调递增，当传输信号频率范围为1.8GHz-2.25GHz，串扰随频率呈先单调递减，再单调递增，串扰大幅度降至小于-20dB；当传输信号频率范围为2.25GHz-3.0GHz，串扰随频率呈单调递增。
2.在理论及仿真分析基础上，设计制作了十种不同规格的微米级平行结构互连线印刷电路板，其互连线线间距分别为100μm、200μm、300μm、400μm，互连线线宽度分别为100μm、200μm、300μm、400μm，互连线线长度分别为1cm、2cm、3cm、4cm。测试了这几种规格的平行结构互连线的频率传输特性，实测结果与仿真结果吻合。传输信号频率在0~15GHz范围内，选取样本的印刷电路物理模型微米级平行互连线结构参数线长度L=4cm、线间距d=100μm、线宽度w=100μm时，印刷电路板上微米级平行互连线串扰频率特性是非单调递增的，随频率增加呈现出周期性振荡上扬，测试传输基带信号频率在0~3GHz范围内，远端串扰S41特性大幅度降至小于-20dB的谐振带宽大于五百兆赫兹。传输特定信号为2.0GHz频率点有-45dB以上的串扰衰减。
3.过孔是印刷电路板常见的互连结构。研究高速高密度印刷电路板上的过孔型互连结构的电磁传输信号完整性，提取过孔型互连结构圆波导分布参数组成RLGC电路模型，研究过孔型通孔半径大小、过孔加载枝节微带线线宽度、过孔加载枝节微带线线长度对S参数影响。在空中源区强电磁脉冲辐射条件下，研究得出金属屏蔽层中过孔型结构互连线具有传输信号的电磁防护特性，金属屏蔽腔内多层电路板间过孔型结构互连线具有传输信号的电磁滤波特性。根据已研究的过孔型结构互连线电磁传输特性，制作了一种应用过孔型互连结构加载枝节微带线的带通滤波器，能够实现上下多层电路板中特定频率信号连接滤波功能，能够减小三维集成电路尺寸；加工测试基于过孔型结构互连的带通滤波器的通带中心频率为2.095GHz，通频带为470MHz。
4.考虑到互连线在集成电路中的面积占比越来越大，以及空中源区辐照的复杂环境下，针对高速信号传输条件下的高密度电路，探索研究芯片内部的微纳米级(线宽度纳米级、线长度微米级)互连线的电磁辐照效应；构建芯片器件内和器件间微米级的互连结构物理模型与分布参数RLGC电路模型，采用专业软件进行辐照效应仿真分析。研究结果表明，辐照影响互连线的有效传输信号线长度，以及辐照影响互连线等效特性阻抗。
1.串扰问题是影响信号完整性的关键性问题之一。本文针对印刷电路板上微米级、亚毫米级的高速高密度互连线的串扰问题，研究微米级平行互连线间串扰机理，提取微米级互连线线间距引起的容性耦合参量，以及微米级互连线线长度、线宽度引起的感性耦合参量，建立了由分布参数电阻(R)、电感(L)、电导(G)和电容(C)组成的RLGC等效电路，推导出了微米级的特征尺寸下电路传输函数随频率变化的等效电路方程。仿真分析了在不同线宽、不同线间距、不同线长度条件下，微米级平行互连线近端串扰S31和远端串扰S41随频率的变化关系。
研究表明，与传统的印刷电路板上毫米级平行互连线的串扰特性随频率单调递增不同，微米级平行互连线串扰频率特性是随着频率的增加而周期性振荡上扬，且随着互连线长度的增加，以及微米级线间距、线宽度减小，串扰增大。每个振荡周期都呈现出串扰低谷频率窗口期，在每个窗口期内，传输信号近端串扰S31和远端串扰S41，都有一个的低谷谐振几百兆赫兹频率带宽。当微米级平行互连线结构参数的线长度L=4cm、线间距d=100μm、线宽度w=100μm时，在0~3GHz频率范围内，当传输信号频率范围为直流0GHz-1.8GHz，串扰随频率呈单调递增，当传输信号频率范围为1.8GHz-2.25GHz，串扰随频率呈先单调递减，再单调递增，串扰大幅度降至小于-20dB；当传输信号频率范围为2.25GHz-3.0GHz，串扰随频率呈单调递增。
2.在理论及仿真分析基础上，设计制作了十种不同规格的微米级平行结构互连线印刷电路板，其互连线线间距分别为100μm、200μm、300μm、400μm，互连线线宽度分别为100μm、200μm、300μm、400μm，互连线线长度分别为1cm、2cm、3cm、4cm。测试了这几种规格的平行结构互连线的频率传输特性，实测结果与仿真结果吻合。传输信号频率在0~15GHz范围内，选取样本的印刷电路物理模型微米级平行互连线结构参数线长度L=4cm、线间距d=100μm、线宽度w=100μm时，印刷电路板上微米级平行互连线串扰频率特性是非单调递增的，随频率增加呈现出周期性振荡上扬，测试传输基带信号频率在0~3GHz范围内，远端串扰S41特性大幅度降至小于-20dB的谐振带宽大于五百兆赫兹。传输特定信号为2.0GHz频率点有-45dB以上的串扰衰减。
3.过孔是印刷电路板常见的互连结构。研究高速高密度印刷电路板上的过孔型互连结构的电磁传输信号完整性，提取过孔型互连结构圆波导分布参数组成RLGC电路模型，研究过孔型通孔半径大小、过孔加载枝节微带线线宽度、过孔加载枝节微带线线长度对S参数影响。在空中源区强电磁脉冲辐射条件下，研究得出金属屏蔽层中过孔型结构互连线具有传输信号的电磁防护特性，金属屏蔽腔内多层电路板间过孔型结构互连线具有传输信号的电磁滤波特性。根据已研究的过孔型结构互连线电磁传输特性，制作了一种应用过孔型互连结构加载枝节微带线的带通滤波器，能够实现上下多层电路板中特定频率信号连接滤波功能，能够减小三维集成电路尺寸；加工测试基于过孔型结构互连的带通滤波器的通带中心频率为2.095GHz，通频带为470MHz。
4.考虑到互连线在集成电路中的面积占比越来越大，以及空中源区辐照的复杂环境下，针对高速信号传输条件下的高密度电路，探索研究芯片内部的微纳米级(线宽度纳米级、线长度微米级)互连线的电磁辐照效应；构建芯片器件内和器件间微米级的互连结构物理模型与分布参数RLGC电路模型，采用专业软件进行辐照效应仿真分析。研究结果表明，辐照影响互连线的有效传输信号线长度，以及辐照影响互连线等效特性阻抗。