17.5. Многокристальные модули в трехмерном исполнении

Технология сборки многокристальных микромодулей (МКМ), направленная на формирование единой электрической цепи многослойной платы и СБИС при обеспечении технических требований по быстродействию, тепловым и массогабаритным показателям, во многом определяются технологиями создания многослойных несущих оснований и кристаллов СБИС с гарантированной аттестацией. В современных условиях микроминиатюризации весьма перспективным представляется монтаж многокристальных модулей (МКМ) в трехмерном (3D) исполнении, с использованием бескорпусной элементной базы, что принципиально повышает быстродействие и улучшает массогабаритные показатели изделия.

На этапе проектирования, проводимого с учетом современных достижений технологии высокоплотного монтажа, закладываются конструктивно-технические возможности МКМ.

Так, при создании двумерных МКМ основные этапы проектирования в современных САПР достаточно отработаны. Однако, для создания многоуровневых коммутационных систем в 3D исполнении требуются новые решения. Это возможно в следующих вариантах: либо в специальной заказной САПР, либо при различного рода упрощениях и проведении проектирования, включая тестирование каждого монтажного уровня ("этажа"), отдельно. Модуль 3D в последнем варианте приходится проектировать из двумерных модулей, что крайне непроизводительно.

Решением возникшей проблемы может являться использование гибких полимерных носителей. Это позволяет использовать все возможности стандартных САПР, так как проектируется аналог обычной двумерной структуры с конструктивно-технологическими ограничениями в месте сгиба, а сам процесс превращается из двумерного в трехмерное исполнение, заключается в "сворачивании" схемы.

Многокристальные модули в 3D-исполнении, спроектированные по специальному алгоритму, обеспечивают повышение быстродействия в 1,2 раза и уменьшение габаритов в 3 раза по сравнению аналогами в двумерном исполнении.

Анализ состояния возможностей 3d проектирования

Многокристальные микромодули позволяют:

• увеличить плотность электронных систем;

• увеличить производительность;

• уменьшить стоимость.

С самого начала развития интегральных схем, стало известно, что уплотнение ведет к повышению работоспособности и уменьшению стоимости. С технической точки зрения применение бескорпусных элементов улучшает производительность схем, уменьшит размер и увеличивает надежность.3D технология как правило позволяет превысить 100% барьер эффективности проектирования, другими словами, площадь использованного кремния будет превосходить площадь платы. Что тоже приводит не только к экономии места, что в нынешней гонке к миниатюризации изделий весьма объективно, но и к уменьшении стоимости.

В современных САПР можно выделить четыре основных этапа проектирования: схемотехнический, проектирование основных модулей схемы, проектирование общей схемы на плате носителе, виртуальное тестирование. При работе с двумерными носителями МКМ, выше перечисленные этапы достаточно отработаны. Однако для 3D исполнения, третий и четвертый этапы в современных САПР требуют своего решения.

3D модули бывают разного исполнения, к самым популярным в нынешний момент относится методы этажерочной сборки где все уровни расположены друг над другом,из них можно выделить следующие:

1) С использованием проволочных выводов.

Здесь используются малое количество кристаллов с малым количеством выводов, так как при работе с такой структурой можно использовать только специализированные САПР, а стандартные САПР, например AutoCad, подходят только для подготовки документации, данный вариант не рассматривается.

2) С использованием промежуточных слоев.

Применяется при большем количестве кристаллов, при сложных межкристальных соединениях и при необходимости в расположении дополнительных неактивных элементов. Здесь возможностей стандартных САПР хватает только на проектирование отдельных уровней, проектирование меж уровневых соединений делается, а самое главное проверяются только вручную. Причем заметим, что при проектировании отдельных уровней, необходимо также предварительно разбивать схемотехническую часть.

Все это превращает проектирование такого модуля в проектирование отдельных «этажей», что влечет проблемы с их последующим совмещением.

3) Использование гибких пленочных носителей.

Сравнительно новая технология, позволяет использовать все возможности стандартных САПР, так как МКМ модуль в первоначальном виде полностью проектируется в 2D исполнении.

б) монтаж с использованием гибкого носителя

(прокладки и адгезив между СБИС условно не показаны)

Рис.9. МКМ в трехмерном исполнении на гибкой полиимидной плате.

а – на основе бескорпусных кристаллов БИС (СБИС) на полиимидной коммутационной плате в 2D исполнении (до «свертки»); б – тот же модуль в 3D исполнении (после свертки).

Таблица 4