Ключевые выводы
- Корпус MCM обеспечивает энергоэффективность, надежность, защиту света и экономическую эффективность за счет подключения нескольких микросхем на одной подложке.
- Последние достижения в области корпусирования MCM включают органические подложки, разветвление перераспределительного слоя, кремниевые интерпозеры и гибридное соединение.
- Эти технологии позволяют повысить целостность сигнала, повысить производительность и эффективность передачи данных в конструкциях MCM.
Упаковка многокристальных модулей (MCM) стала важным фактором в области электронных сборок и упаковки чипов. Интегрируя несколько интегральных схем (ИС), полупроводниковых кристаллов и составных компонентов в унифицированной подложке, MCM обеспечивает компактное и эффективное решение, которое можно рассматривать как большую интегральную схему. Мы обсудим различные аспекты производства MCM, включая последние изменения, ключевые технологии и преимущества, которые она предлагает с точки зрения энергоэффективности, надежности, защитной конструкции и экономической эффективности.
|
Тип упаковки MCM |
Описание |
|
Органический субстрат (название плотный) |
Эта стандартная 2D-корпусная упаковка является эффективной и широко используется для приложений с маленькой подсветкой ввода-вывода. Она обладает более высокой производительностью благодаря изящным микровыходам. Каждый кристалл соединяется подложкой, а MCM соединяется с большей платой через BGA. |
|
Разветвление слоев перераспределения |
Эти 2,5D-корпуса изготовлены из кремниевых интерпозеров, но по более низкой цене. Они собирают один или несколько кристаллов, что приводит к повышению производительности и увеличению числа операций ввода-вывода, подходящих для IoT, сетевых и вычислительных технологий. |
|
Кремниевый интерпозер |
Этот тип корпуса 2.5D включает в себя кремниевый интерпозер, соединяющий два кристалла с помощью микровыступов. Проблемы с выходом решаются с помощью обеспечения принципа качества и ремонта. Это обеспечивает более плотное соединение и штабелирование кристаллов. |
|
Гибридное склеивание (наиболее компактное) |
Этот 3D-подход с укладкой обеспечивает самую высокую плотность и энергоэффективность за счет соединения пластин в единое целое с помощью TSV. Он минимизирует потери мощности и поддерживает вертикальные конфигурации. Однако он более сложен и дорог. |
Что такое упаковка MCM
MCM — это электронная сборка, которая включает в себя несколько ИС или «чипов», полупроводниковых кристаллов и/или других дискретных компонентов. Обычно она состоит из корпуса с несколькими проводниковыми клеммами или «штырями» и интегрирована на объединяющей подложке. При использовании MCM можно рассматривать как более крупную ИС. Альтернативные термины для упаковки MCM включают «гетерогенную интеграцию» или «гибридную интегральную схему».
Корпуса MCM могут различаться по сложности: от использования предварительно упакованных ИС на небольшой печатной плате (PCB), имитирующей посадочное место существующего корпуса микросхемы, до создания полностью настраиваемых корпусов микросхем, в которых объединены многочисленные кристаллы микросхем на подложке с высокой плотностью межсоединений (HDI).
Современные тенденции в упаковке MCM
Соединительная подложка, которая связывает ИС в MCM, называется интерпозером . Интерпозеры могут быть изготовлены из органических материалов, таких как ламинированные печатные платы, содержащие углерод или кремний, как показано в памяти с высокой пропускной способностью (HBM), обсуждаемой ниже. Каждый вариант имеет свои преимущества и ограничения. Использование интерпозеров для соединения нескольких ИС вместо отдельных монолитных ИС снижает энергопотребление для передачи сигнала, увеличивает количество каналов передачи и минимизирует задержки, вызванные сопротивлением/емкостью (задержки RC). Однако связь между чиплетами в этой конфигурации требует большей мощности и имеет более высокую задержку по сравнению с компонентами в монолитных ИС.
В последнее время появились четыре примечательные технологии упаковки MCM:
- Органическая подложка: этот стандартный тип упаковки 2D экономически эффективен и широко используется в полупроводниковой промышленности, особенно для приложений с более низкой плотностью ввода-вывода и меньшим количеством соединений кристалл-кристалл. Он имеет более высокий выход из-за отсутствия деликатных микровыступов, присутствующих в других типах упаковки. В этой конфигурации каждый кристалл соединен с подложкой, а MCM часто соединяется с большей платой через BGA .
- Разветвление перераспределения (RDL): эти относительно новые пакеты обеспечивают плотность, подобную кремниевым интерпозерам, но при меньшей стоимости и сложности. Эти 2.5D усовершенствованные пакеты MCM RDL разветвления собирают один или несколько кристаллов, что приводит к повышению производительности и увеличению числа операций ввода-вывода, подходящих для IoT, сетевых и вычислительных приложений.
- Кремниевый интерпозер: в этом типе упаковки 2.5D кремниевый интерпозер соединяет два кристалла. Микровыступы обеспечивают плотное соединение с использованием технологии вертикального соединения для штабелированных кристаллов. Сложная сборка и деликатная природа микровыступов создают проблемы с точки зрения выхода годных, но поставщики упаковки решают эту проблему с помощью мер обеспечения качества и механизмов тестирования и ремонта.
- Гибридное склеивание: этот подход к 3D-слоенной упаковке обеспечивает самую высокую плотность и энергоэффективность. Он включает в себя склеивание двух пластин вместе, работающих как единое целое, с помощью сквозных кремниевых переходных отверстий (TSV) для соединения. Гибридное склеивание минимизирует потери мощности при управлении каналами, а мощность каждого ввода-вывода может быть уменьшена по мере необходимости. Однако оно представляет большую сложность и стоимость по сравнению с интерпозерами. Это также известно как упаковка «chip-stack» («chip-stack»). Некоторые ИС, в частности, память, имеют очень похожие или идентичные выводы при многократном использовании в системах. Тщательно спроектированная подложка может позволить складывать эти кристаллы в вертикальной конфигурации, что делает результирующий след MCM намного меньше (хотя и за счет более толстого или более высокого чипа).
Особенно в этом четвертом типе упаковки MCM стоит упомянуть внутрикорпусные соединения между кристаллами — облегчающие связь между двумя или более кристаллами в пределах пакета. Интерфейс для связи между кристаллами должен быть оптимизирован для конкретных характеристик каждого типа пакета. Например, интерпозеры не предназначены для поддержки высокоскоростной связи между каналами, поэтому можно использовать высокоскоростной интерфейс между кристаллами IP.
Преимущества МСМ
MCM предлагают ряд преимуществ:
- Энергоэффективность: MCM потребляют меньше энергии по сравнению с системами с отдельными электронными компонентами. Поскольку все необходимые компоненты интегрированы в одну сборку, длина межсоединений значительно сокращается. Эта более короткая длина межсоединений приводит к снижению требований к питанию.
- Повышенная надежность: с несколькими чипами на одной плате PCB пакеты MCM содержат меньше взаимосвязей между компонентами. Это сокращение взаимосвязей означает, что для сборки меньше точек отказа, что приводит к повышению надежности.
- Оптимизированный дизайн: платы печатных плат, включающие MCM, могут поддерживать множество функций, что позволяет создавать гибкие электронные устройства, способные вмещать различные функции и технологии. Упрощенный дизайн также способствует более быстрому производству и времени выхода на рынок этих устройств.
- Экономическая эффективность: вышеупомянутые преимущества MCM, такие как сниженное энергопотребление, повышенная надежность и упрощенные конструкции, позволяют снизить производственные затраты. Учитывая эти особенности, MCM предлагает экономически эффективное решение для электронных сборок.
Поскольку спрос на расширенную комплектацию MCM продолжает расти, у него появляется возможность иметь в своем распоряжении необходимые инструменты. Allegro X Advanced Package Designer — это комплексное программное решение, разработанное для проектирования и оптимизации MCM. Не упустите возможность раскрыть весь потенциал вашего дизайна MCM.
