מבוא ל- Multi-Chipמודול ו- System-on-PCB Design

דחיפה חסרת הרחמים לביצועים גבוהים יותר, גורמי צורה קטנים יותר, וצריכת חשמל נמוכה עשתה מודולים רב-צ'יפ (MCMs) ומערכות משולבות הדוקות על לוחות מעגלים מודפסים (PCBs) אבן הפינה של אלקטרוניקה מודרנית.בניגוד חבילות חד-כיפ, MCM משלבת מספר רב של מגבלות מתות - מעבדים, זיכרון, RF או חיישנים - חבילה אחת או על תת-סטריט משותף, באופן דרמטי, צמצום דיסציפלינה של תפקודים ומערכת סטנדרטית-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מרכיבים, עם-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מרכיבים, עם רכיבי-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מתאים-מרכיבים,

מהנדסים חייבים לנווט במבוך של בורסות: כיצד להציב כוח גבוה מת ללא יצירת כתמים חמים, כיצד לנתב אותות במהירות גבוהה ללא שכפול של יושרה אות, וכיצד להבטיח את מודול ההתאספו ניתן לבחון ולהרכיב בקנה מידה. מאמר זה חוקר את השיקולים העיצוביים הקריטיים עבור MCMs ומערכות משולבות על גבי מנגנונים, מתן הדרכה מעשית לפיתוח כל מהמרחב האווירי למודולים של מערכות ההפעלה התרמית, ו-Competationerative ביצועים (Pinage), ו-ipack).

דרישות עיצוב עיקריות עבור MCMs ו- PCB אינטגרציה

עיצוב מערכת מוצלח MCM או משולב מחשב מתכווץ על ארבעה עמודי עמוד קשורים: מיקום רכיב וחיבורים, ניהול תרמי, ביצועים חשמליים ואמינות אות, ומיומנות עם בדיקות.כל עמוד משפיע על האחרים; התעלמות כמעט תמיד מובילה לתכנון מחדש יקר או כשלי שדה.

מיקום וחיבורים

מיקום אסטרטגי של חשוף מת ורכיבים פסיביים הוא הבסיס של כל פריסת MCM.המטרה העיקרית היא למזער את המרחק הפיזי בין בלוקים פונקציונליים קריטיים - כגון בין מעבד לבין הזיכרון הכי קרוב שלו - כדי להפחית עיכובים propagation ואפקטים parasitic. גישה מיקום מבוסס רשת, שבו רכיבים מתאימים על המגרש קבוע, סימולטורים מתחוללים ועושה ריצוף יותר צפוי, לעתים קרובות אותות מילואים אלה צריך פחות.

הבחירה של טכנולוגיית הקישור משפיע מאוד הן ביצועים חשמליים והן התפוקה. אספקת חוט מסורתי נשאר יעיל עבור מחסניות נמוך-I / O התקנים ויכול להתמודד עם מהירויות מתון, אבל זה מציג ניכוי חוט ודורש כריות אג"ח סביב perimeter למות.עבור ספירת יתר גבוהה או יישומים גבוה, שבב (חיבור התמוטטות מבוקרת, או C4) הוא מעדיף רווחים האג"ח סביב הפחתת ביצועים, תוך כדי אינטראקציה גבוהה יותר, לעתים קרובות יותר, תוך כדי דחיסה של שבבים מתקדמים יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000, 000, לעתים קרובות יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 קיבולת חיתוך ביצועים מתקדמים יותר, 000 גבוה יותר, 000 קומפקטי יותר, 000 קומפקטי יותר, 000 קומפקטית גבוהה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 קומפקטית ביצועים מתקדמים יותר, 000 קומפקטית ביצועים מתקדמים יותר, 000 קומפקטית ביצועים מתקדמים יותר, לעתים קרובות יותר עם דרישות חיתוך העליון של שבב גבוה יותר, 000 קומפקטית ביצועים מתקדמים יותר, 000 קומפקטית ביצועים מתקדמים יותר, לעתים קרובות יותר, 000 קומפקטית גבוהה יותר, 000 קומפקטית גבוהה יותר, לעתים קרובות יותר, 000 קומפקטיות גבוהה יותר, 000

כאשר הצבת רכיבים, לשקול את הניתוק של כוח ומטוסים קרקעיים.רשת הפצה חזקה של כוח (PDN) מתחילה עם הקצאת שכבות ייעודיות במצע או בין-מתווך עבור VDD ו- GND, ולאחר מכן הצבת capaciacitors decoupling קרוב ככל האפשר ל- Phhh כוח של כל אחד מת סטמנטים. עבור עיצובים מעורבים - לדוגמה, RFceive לצד קוד דיגיטלי יחיד, למנוע אותות פגומים תמיד מדרגה אחת של חומר הגנה מפני קרינה דיגיטלית (מסלולארית) מדרגה אחת בלבד).

ניהול ארס

צפיפות חום ב MCMs יכול לעלות על 100 W / ס"מ2, במיוחד כאשר מעבדים ביצועים גבוהים, מגברי חשמל, או FPGAs הם co-packed.ללא ניהול תרמי יעיל, טמפרטורות צומת גישה במהירות גבולות אמינות, מאיץ אלקטרומיציה וצמצום זמן ממוצע בין כישלונות (MTBF) קו ההגנה הראשון הוא הפריסה פיזית: מקום גבוה מת הרחק מטמפרטורה רגישה, ומנע ממתחמיים אחד.

דרך ה-Bcal היא מרכיב עיקרי של MCMs מבוסס PCB. על ידי קידוחים של דרך חשמל מת לחבר אותם למטוסים נחושת פנימיים, חום יכול להתבצע אנכית לחום או מפיץ תרמי בצד השני של הלוח.באמצעות צפיפות, קוטר, ועובי בשפע חייב להיות מותאם; כמה באמצעות יצירת בקבוק תרמי, בעוד רבים מדי יכול חלש יותר מדי יכול להיות מכווץ (T) עם מחסנים מתכת נוסף (T) לעתים קרובות יותר) עם מחסנית מתכת (מחוספסת) או מחסנית) עם מחסנית מתכת (מ"מ"מחוספסת) יותר) עם מחסנית מתכת (מ"מ"מ"מ"מפולגב) יותר) עם ⁇ ) עם ⁇ ) יותר) יותר מדי) עם ⁇ (מאט) עם מחסנית מתכת (מאט) לעתים קרובות יותר מדי) עם ⁇ מתכת (מאט) עם מחסנית מתכת (מאט) עם , לעתים קרובות יותר מדי) עם ⁇ מתכת (מאט) יותר מדי) עם ⁇ מתכת (מחוספסת מתכת (מחוספסת) עם ⁇ (מחוספסת) עם ⁇ מתכת (מפולגבצורה ארוכה יותר מדי) לעתים

פתרונות תרמיים מתקדמים כוללים צינורות חום משובצים, קירור מיקרו-ערוצי, והשימוש בסימולציות גבוהות-thermal-conductstrates כמו אלומיניום nitride (AlN) או סיליקון (SiC) ו-FLT:0 סימולציה תרמית במהלך שלב העיצוב הוא לא-negotiable שבבים.FLT:1 כלים כגון דינמיקות חישוביות (CD) לאפשר למהנדסים תרמיים לחזות טמפרטורה, כדי להעריך את הטמפרטורות חום-ק (תמיד) עם אפקט חום.

(בסקירה של אסטרטגיות ניהול תרמיות באלקטרוניקה, ה-HDFLT:0Electronics Cooling אתר האינטרנט Cooling:03) מספק מחקרים מקרה ושיטות טובות ביותר.בנוסף, תקן IPC:2IPC-2221213FLT מציע הנחיות עיצוב כלליות להקלה תרמי ובאמצעות sizing ב- PCBs.

ביצועים חשמליים ו- Signal Integrity

שלמות אותות (SI) ויושרה כוח (PI) הם אולי ההיבטים התובעניים ביותר של עיצוב MCM.עם שיעורי קצה בעשרות של פיקו השניות תדרים מעל 100 GHz במספר מודולים, כל מילימטר של עקבות, כל דרך, וכל חוט האג"ח פועל כקו שידור.כלל הזהב הוא לתכנן עבור אימפולס מבוקר מן המפלט לזוגות שונים, בדרך כלל זה אומר 90- 100 עבור קווים נפוצים; הוא להגדיר את רוב ⁇ .

(FLT:0Layer ערימה עיצוב הוא הפעולה היעילה ביותר לשימור איכות האות.Feloph:1 Place במהירות גבוהה שכבות אות ליד מטוסי התייחסות מוצק (GND או VDD) לספק נתיב החזרה ברור ולהפחית את המעבר. השתמש מיקרוסטרופה עבור שכבות חיצוניות ופסליין עבור שכבות פנימיות - סטרוינט מציעה בידוד גבוה יותר והוא פחות רגיש ל- EMI חיצוני, אבל זה יש עיכובים מאוד נמוך יותר (אורד) כגון GHz (אורד) עם ירידה נמוכה יותר מ GHz) עם GHz (או נמוך יותר מ GHz) עם קיבולת נמוכה יותר מ GHz) או GHz (או נמוך יותר מ GHz) עם ירידה נמוכה יותר מ GHz) עם ירידה נמוכה יותר מ GHz) עם ירידה נמוכה יותר מ GHz) עם ירידה נמוכה יותר מ נטרפולג' GHz (או נמוך יותר מ GHz) או GHz) עם GHz (או נמוך יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - קיבולת נמוכה יותר מ - נטרפולג' נטרפולג' נטרפולג'

ציפוי PCB הוא חיוני לשמירה על PDN נקי. Place מגוון של קיבולים עם ערכים שונים (למשל, 100 nF, 10 nF, 1 nF) ליד כל כריות הכוח של למות כדי לכסות טווח תדר רחב.התערות הטפילטית בניכויים המחולקים ישירות של החבילה הקפיטור שלה ואת ערכות הרציף שלה: להשתמש במקרה קטן יותר (01 או 402) ולהפחית את השטח התחתון של ה-הקוע"ל-ה) עם ה-הקוע"ל-הקוע"ל-"ד"ד"מספק"מצטבר"ל-"מספק"מצטבר"ל-"מספק"ל-"ל, עם ה-"מספק"מצטבר"מספק"ל-"מספק"ל-"ד) באופן קבוע, עם ה-"מספק"ד) עם ה-"ד, עם ה-"מחדש"מחדש"מספק"מספק"מ-"מספקומטרהגדלים"מספק"מטווח הארוך ביותר, עם ה-"מ-"מ-"מספק"מספק"מספק"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-

טכניקות של הגנה ובדידות הן קריטיות כאשר ערבוב אנלוגיה ודיגיטליות. אסטרטגיה נפוצה היא להקיף בלוקים אנלוגיים רגישים עם טבעת שמירה מעומקת, וכדי למנוע ניתוק של עקבות דיגיטליים על פני המטוס היבשתי האנלוגי.עבור סעיפים RF, מגן מתכת יכול (כלוב פאראדיי) ממוקם על המודול נדרש לעתים קרובות לעמוד במגבלות שדה.תמיד מדמיינת רשתות קריטיות באמצעות אלקטרומגנטיות (EM) כדי לאמת, אובדן, והפסדים, והפסדים שנמצאו עם מותאמים להורדת תהליכים רבים; פתחים; מציעות שדהיים; מציעות; מציעות.

תוצאות ובדיקה

עיצוב עבור מניפולציה (DFM) ועיצוב לבדיקה (DFT) הוא מה שמפריד בין MCM אבטיפוס ממוצר גבוה כרכים.מורכבות של MCMs - ממותג, קישורים דקים, ו חומרים heterogeneous - כלומר, אפילו פגם קטן יכול לגרום לכישלון מוחלט.

הגישה הגבוהה ביותר היא מאתגרת במיוחד במ"ס מכיוון שנקודות רבות פנימיות אינן נגישות ישירות לאחר capsulation.FLT:1 כוללת נקודות מבחן על המצע של כוח קריטי ונקודות אות.עבור מבחן פונקציונלי, לשקול סריקות גבול (IEEE 1149.1) או בנוי-במבחן עצמי (BIST) מעגלים מתים על כל אחת, הידוע, טוב, אפילו לפני שמערכת יחסים אחת, או פגום, אך ניתן לשלב לפני שנכשלים (DR) לפני שנכשלים, או להיפצעים, או ניסיון עצמי (DR) לפני שנכשלים, או ניסיון יחיד (DR) לפני כן, או ניסיון יחיד (DCR) לפני כן, או ניסיון יחיד, או ניסיון, אם הם עלולים, או לא ניתן לשלב תאים פגומים, אם כי הם עלולים, אם כי הם עלולים, או מוכחים, אם כימות, אם כימות, אם כימות, אם כי הם עלולים, אם כי הם עלולים, אם כי הם עלולים, אם כי הם עלולים, אם כימות, אם כימות, אם כי הם עלולים, אם כי הם עלולים, אם הם עלולים, אם הם יכולים לפעמים, אם כי הם עלולים, אם הם עלולים, אם כן, אם כן

סובלנות האסיפה חייבת להיות מפורטת בזהירות.חיבור אלחוטי דורש מגרש אג"ח מסוים ונקיון עבור כלי האג"ח; ספין-צ'יפ דורש קוטר כדור-כדור נמכר מדויק ותוכנית תת-קרקעית. חם-בר נמכר או תנורי זרימה מתקדמים משמשים לנספח רכיבים עם ביצועים דק-p. לדון בתהליך התשואות עם השותף הייצור שלך מוקדם במחזור העיצוב - העלות של פריסה קלה בשינוי שלב הוא הרבה יותר ממודול מורכב.

(FLT:0) ,Surface Mount Technology Association (SMTA)BuildFLT) 1 מפרסם באופן קבוע מאמרים טכניים על אתגרים ופתרונות של MCM.בנוסף, ה-FLT:2JEDEC טכנולוגיה מוצקה המדינה אגודה 3.

Advanced Packaging Technologies: 2.5D ו- 3D אינטגרציה

MCM המסורתי - הצבת כמה חוט-מוכן או מהפך מת על תת-קרקעית מבולשת - מתפתח לאדריכלות מתוחכמת 2.5D ו 3D. באינטגרציה 2.5D, מת רכוב בצד על סיליקון אינטרכוס המכיל שכבות דק-pitch routing ו- באמצעות silicon דרך (TSVs) כדי להתחבר לחבילה תת-ידי זה גישה גבוהה יותר מאשר דחיסות GPU עכשיו גבוה יותר מאשר זיכרון GPU GREC) עם זיכרון סטנדרטי (מחדשני) עם זיכרון סטנדרטי יותר מאשר CRED) גבוה יותר מאשר CVs סטנדרטי יותר מאשר CVs) גבוה יותר מאשר CVs) גבוה יותר מאשר עכשיו.

שילוב 3D מייצג את הקפיצה הבאה: מת הם מעומעם אנכי, עם TSVs נושאים אותות דרך כל שכבה. היתרונות הם הפחתות דרמטיות בתקופות טביעת הרגל וחיבור, אבל האתגרים הם משמעותיים באותה מידה. ניהול הירומאל הופך תלת-ממדי - חום חייב להיות מופק באמצעות שכבות מרובות, לעתים קרובות דורש מיקרו-ערוצים משולבים או מפיץ חום מדבק.

למרות המכשולים האלה, שילוב 3D כבר בשימוש במוצרים בעלי ערך גבוה כמו ערמות זיכרון סמארטפונים וחיישנים תמונות.מעצבים נעים ל 3D חייב לדמות מתח מכני מ coefficient of תרמי (CTE) לא מתאים, תוכנית עבור TSV לשמור אזורי out, ולפתח אסטרטגיות בדיקה חדשות עבור שכבות פנימיות.

סימבול ו-Verification: A Multi-Physics Access

עיצוב MCM מודרני לא יכול להסתמך על הכלל-של-אין בלבד; סימולציה על פני תחומים רבים בפיזיקה היא חיונית.לביצועים חשמליים, השתמש ב- 3D מלא גלי EM פותרים (למשל, Ansys HFSS, CST Studio) כדי מודל קווי שידור, דרך, וכדור-grid-array (BGA) מעברים, ולהשתמש בהם בזמן-do כדי ליצור סימולציות הרצויות בקצב העיניים.

סימולציה תרמית צריכה להיות יחד עם ניתוח חשמל ומכני. Power מפות מן הסימולציה החשמלית טעונים לתוך כלי CFD (למשל, Flotherm, Icepak) כדי למקם את מצב יציב וטמפרטורות transient. עבור אמינות, ניתוח סופי של פליטה (FEA) של מתח מכני-meical מסייע לחזות עייפות מת מקודמת מתחת לרכיבי אופניים תרמיים רבים עכשיו, שימוש חוזר באופן דרמטי, שיטות מכני, התנהגות מכנית, מכנית של מכנית, ומדת, טיפול מכנית, באופן קבוע, מסייע לרקמות חשמליות, ולהפחית באופן קבוע, שיטות טיפול מכנית, באופן קבוע, ולהפחית את ההתנהגות מכנית, שיטות טיפול מכנית, באופן קבוע, באופן קבוע, באופן קבוע, שיטות טיפול מכני, טיפול מכני, באופן קבוע, טיפול מכני, טיפול מכני.

Verification משתרע מעבר לסימולציה: תמיד לבנות כלי רכב לבדיקות פונקציונליות (טלוויזיות) עם גדלים ועומסי חשמל מייצגים. Measure Sign יושרה עם זמן-דומיין רפמטריה (TDR) וביצועים תרמיים עם מצלמות אינפרא אדום או thermocouples.ההשקעה ב prototyping מוקדם לעתים קרובות משלם בחזרה הרבה על ידי לכידת שגיאות הפריסה כי סימולציה - לא משנה כמה מפורט - יכול להחמיץ.

מסקנה

עיצוב מודולים רב שבב ומערכות משולבות על PCB הוא משמעת הדורשת חלקים שווים יצירתיות ושקייה. על ידי התייחסות למיקום רכיב, ניהול תרמי, ביצועים חשמליים, ומיומנות מ מלכתחילה, מהנדסים יכולים לספק מודולים שעומדים מטרות ביצועים אגרסיביים תוך שמירה עלות יעילה לייצר.המגמה לקראת שילוב 2.5D ו 3D רק יגביר, מה שהופך סימולציה וניתוח רב-פיסיקה אפילו יותר מתקדם עם חומרים מתקדמים עם פיתוח עסקי, אך מאתגרים אלה.

בין אם אתה מפתח סייP עבור מכשיר לביש או MCM עבור מכ"ם הגנה, העקרונות המפורטים כאן ידריחו את קבלת ההחלטות שלך.התחל עם תוכנית רצפה ברורה, סימולציה התנהגות תרמית וחשמלית לפני הפריסה, ותמיד עיצוב עם סוף מבחן קצה של קו בראש.