3380

как мобильные телефоны, персональные цифровые помощники (PDA) и цифровые камеры.

Для PoP существуют две широко используемые конфигурации:

-Чистая укладка памяти: две и более системы монтируются одна на другую;

-Смешанная логическая память: стек логики (CPU) снизу, пакет памяти сверху. Например, в основании может быть система на кристалле (systemonchip, SoC) для мобильного телефона. Логический пакет находится на дне монтажного окна, потому что ему требуется гораздо больше BGA-соединений с материнской платой (рис 2).

Рис. 2. Типичный стек логики и памяти PoP, общий для SoC(система на кристалле) мобильного телефона (1 – сварной шарик (solderball) или бамп; 2 – стек кристаллов памяти; логическая схема ASIC(внизу); 3 – компаунд(серый) эпоксидный наполнитель (голубой), 4 – золотое сварное соединение, 5 – контактные площадки)

Во время сборки печатной платы нижний пакет стека PoP размещается непосредственно в основании, а другой пакет(ы) стека монтируются сверху. Пакеты стека во время пайкиоплавлением соединяются между собой и печатной платой.

Метод система на системе объединяет преимущества классической упаковки с преимуществами технологии укладывания кристаллов в стек, избегая при этом их недостатков.

31

Наиболее очевидным преимуществом является экономия пространства на плате. PoP использует меньшую площадь печатной платы, как и 2,5Dсистемы.С точки зрения электрики PoP предлагает минимизировать длину трека между различными взаимодействующими частями, такими как контроллер и память. Это позволяет улучшить электрические характеристики устройств, поскольку короткая маршрутизация межсоединений между схемами обеспечивает более быстрое распространение сигнала и снижение шума, перекрестных помех.

Существует несколько основных отличий между упаковкой стек-кристаллов и стек-систем:

-пакет памяти можно протестировать отдельно от логического пакета.В финальной сборке используются только потенциально годные пакеты (если память бракованная, то только память исключается из цепи и т. д.), а, например, в стеккристаллах, вся система выходит их строя, если память или логика бракованные;

-конечный пользователь (например, производители мобильных телефонов или цифровых камер) контролирует логистику. Это означает, что память разных поставщиков может использоваться в разное время без изменения логики. Память становится товаром по выгодной цене. Этот признак также является преимуществом по сравнению с PоP (корпус в корпусе), который требует, чтобы конкретное запоминающее устройство было сконструировано по ТЗ, исключающее дешевизну комплектующих;

-может использоваться любая система, совместимая с механической стыковкой. Для недорогих телефонов можно использовать меньшую плотность памяти, тогда как для высокопроизводительного телефона большую плотность памяти, используя при этом, в обоих случаях, один и тот же тип корпуса.

32

Рис. 3. Сложенные кристаллы (кристаллы в стек, Stackeddie)

1- печатная плата, 2 – сварные соединения, 3 – кристаллы, 4 – слой метализации, 5 – бампы

Рис. 4. Сборка методом 2,5D под увеличением

Метод стековой сборки нес промежуточный характер вследствие ряда ограничительных факторов: невысокой надежности, теплораспределения, но он позволял сократить время передачи сигнала с одной микросхемы на другую.

Следующим этапом в развитии 3D технологии стал метод «система в корпусе».

Методика cистем в корпусе (System-in-Package) - это больше, чем просто технология корпусирования интегральных

33

микросхем, содержащая несколько кристаллов. SiP характеризуется любой комбинацией из одной или более микросхем различной функциональности, которые могут включать , который выполняет функции системы или подсистемы. Возможно использование сварных соединений или flip-chip технологии, или их комбинации для микросхем.SiP может содержать компоненты, которые обычно находятся на печатной плате.

Рис. 5. Пример системы в корпусе

Для удовлетворения потребности в более высокой интеграции, улучшении электрической производительности, снижению электропотребления, уменьшению размеров устройства вынуждает все большее количество производителей прибегнуть к использованию SiP технологии, из-за наличия ряда следующих преимуществ:

-Решения меньшего размера, чем у отдельно скорпусированых микросхем;

-Повышенная производительность и функциональная интеграция;

-Гибкость дизайна;

-Улучшенная изоляция электромагнитных помех;

-Уменьшение пространства и сложности систем-

ной платы;

-Улучшено управление питанием;

-Упрощение сборки СМД;

34

-Экономичные решения «plug-and-play»;

-Более быстрое время выхода на рынок. Благодаря вышеперечисленным преимуществам система в

корпусе может решить некоторые ограничения PоР или SD, включающие сложность проектирования, длительные циклы разработки, технологичность.Также SiP обеспечивает высокопроизводительное решение корпусирования, которое является масштабируемым, экономически эффективным и может быть легко реализовано в электронном устройстве.

Рис. 6. Рост использования SiP в различных сферах

В настоящее время (рис 6) заметна тенденция роста использования SiPво всевозможных сферах производства.

Данный этап развития 3D-технологии хоть и предлагал ряд преимуществ, но производителям требовалось увеличить степень интеграции, скорость передачи и обработки данных через сварные соединения/бампы. Поэтому дальнейшие развития идей 3D-интеграции привели к наиболее перспективному и идеальному варианту сборки, где не требуются ни бампы, ни сварные соединения для обеспечения связи между кристаллами, где скорость передачи данных от одного кристалла к другому осу-

35

ществляется мгновенно. TSV является ключом к развитию 3D интеграции. Метод обеспечивает наикратчайшие межсоединения микросхем.

Рис. 7. Типичный TSV

TSV также является самой усовершенствованной технологической платформой для памяти. Хотя технические проблемы близки к решению, но, по-прежнему стоимость технологии является значительным препятствием для внедрения в производство. Суть метода заключается в том, что на кремниевой пластине после необходимого цикла литографии вытравливают переходные отверстия, которые заполняются токопроводящим металлом, например, Cu, что позволяет осуществлять межсоединения смонтированных в 3D сборку пластин или кристаллов. Метод представляет собой высокоэффективные типы связи, которые используются для создания 3D-систем и 3Dинтегральных схем, как альтернатива PoPи SiP, поскольку плотность переходных отверстий значительно выше, а длина соединений короче.

Существует множество нюансов на этапе изготовления пластин. Например, остро стоит вопрос об изготовлении множества ровных идентичных отверстий в слое кремния, не повредив при этом саму пластину.

36

Рис. 8. TSVотверстие

При металлизации тоже может возникнуть ряд проблем - так как металл наносится на внутренние отверстия стенки, то некоторые отверстия могут полностью им закрыться, не создав нужных соединений. Механическая прочность такой пластины низкая, но самое основное – сохранение температурного режима ниже 80 градусов. Конечно же все проблемы решаемы, но весьма затратные на данном этапе развития технологии.

И всё же остаётся вопрос, какая из вышеперечисленных технологий наиболее предпочтительна на данный момент, для этого проведём сравнительную характеристику по 4 основным критериям (таблица): сложность освоения, стоимость, сфера применения, окупаемость.

Сравнение различных методик сборки

Технология PoP является, по сути, следующим этапом развития существующей технологии поверхностного монтажа, изза чего освоение данного метода не представляет особой слож-

37

ности и не требует полного обновления линейки оборудования. Схемы, изготовленные КвК-методом, находят применение в мобильных телефонах, персональных цифровых помощниках и цифровых камерах.

ОсвоениеSiP также не является сложной задачей, методика не вызывает трудностей и не требует высоких затрат на покупку специального оборудования.Системы в корпусе нашли широкое применение во многих областях, включая бытовую электронику (фото и видеокамеры, мп3 плееры, смартфоны), автомобильную электронику, медицинскую, военную, авиационную, космическую и телекоммуникационную промышленности. По данным KBV Research, рынок системы в корпусе достигнет не менее 29,4 миллиардов долларов к 2022 году, при совокупном среднегодовом темпе роста 10,9% с 2016 по 2022.

А вот TSV вносит изменения на кристальном уровне, следствием чего требует не только специализированное высокоточное оборудование, но и соответствующую квалификацию задействованных специалистов, следствием чего необходимо полностью обновить техпроцесс. Из-за сложности в изготовлении, метод пока не нашёл отзыва в бытовой технике, активно разрабатывается и используется в NASA.

Таким образом, самым оптимальным методом является система в корпусе, которая нашла отклик у многих производителей, вследствие малых манипуляций при изменении технологического маршрута, отсутствия необходимо в закупке большого количества дорогостоящего оборудования, меньших затрат, большей гибкости в корпусировании и более высокой стабильности итогового изделия.

Литература

1.Lee, H. etal "PowerDeliveryNetworkDesignfor 3D SIP IntegratedoverSiliconInterposerPlatform" Proc. 59th ElectronicComponentsandTechnologyConf, LakeBuenaVista, FL, May 2008, pp.10931098.

2.Brusberg, L. et al "Thin Glass Based Packaging Technologies for Optoelectronic Modules" Proc. 60thElectronic Components and Technology Conf, San Diego, CA, May 2009

Воронежский государственный технический университет

38

рых СЗИ от НСД определяет, кто и с какими привилегиями вошел в систему (учитывая пароль, введенный пользователем);

-ведет учет носителей информации. В журнале учета СЗИ от НСД производится регистрация носителей информации, для которых действуют правила контроля доступа. Контроль доступа неучтенных носителей устанавливается по умолчанию, для каждого типа свой;

-подсистема основана на принципах дискреционного и мандатного контроля доступа к защищаемой информационной системе. Данная подсистема функционирует по принципу присвоения объектам защиты соответствующих атрибутов;

-мандатный принцип основан на сопоставлении меток классификации, которые показывают, какое место занимает субъект или объект в соответствующей иерархии (по категории секретности и т.п.);

-принцип построения дискреционного контроля основан на том, что сам владелец объекта определяет, какой вид доступа будет осуществляться к данному объекту и кто будет иметь доступ;

-подсистема контроля устройств предназначена для учета, контроля и настройки правил работы СЗИ от НСД с устройствами персонального компьютера;

-механизм замкнутой программной среды позволяет администратору определить, с каким программным обеспечением сможет работать пользователь. С начала администратор запрещает работу со всеми программами, потом оставляет доступными для пользователя только те, которые ему необходимы. Настройку замкнутой программной среды можно проводить также для нескольких пользователей СЗИ от НСД;

-при помощи программы управления пользователями СЗИ от НСД выполняет следующие функции:

а) менеджмент над пользователями; б) формирование, чтение и очистка идентификаторов; в) смена, удаление и просмотр пароля.

Подсистема регистрации и учета состоит из следующих механизмов:

40