Технологии MCM и MCP
Когда технология «многокристальный модуль» (MCM – Multi-Chip-Module) была впервые предложена, она предназначалась для высокочастотных устройств, ценность которых оправдывала стоимость разработки, сборки и тестирования. Такими устройствами были высокопроизводительные компьютеры, военная и авиационно-космическая техника.
Техника следующего поколения представляла собой переход к технологии упаковки нескольких кристаллов, известной как «многокристальная упаковка» (MCP – Multi-Chip-Package). Технология MCP стала недорогим решением, поскольку использовала существующие кристаллы и конструкции упаковки, зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. По сравнению с однокристальной упаковкой, использующей соединения через материал печатной платы, многокристальные решения обеспечивают лучшую производительность, благодаря более коротким межсоединениям. У них более низкие величины паразитных индуктивностей и емкостей, невысокие значения перекрестных помех и малое энергопотребление.
Многокристальные решения значительно упрощают структуру печатной платы, устраняя проблемы как локальных, так и глобальных монтажных соединений. Количество слоев, требуемых в печатной плате, определяется количеством электрических выводов, расстоянием между проводниками и контактами отдельных компонентов, числом компонентов на плате, а также размерами элементов, необходимых для обеспечения требуемой производительности и функциональной законченности размещаемой электронной схемы. Увеличение числа контактов входа-выхода и уменьшение шага между проводниками сокращают количество слоев платы. Печатные сквозные отверстия, используемые для соединения слоев, блокируют площадь под компонентом для других проводников. Глобальные монтажные соединения, создающие сигнальные тракты между компонентами, оказываются стесненными этим блокированием, и это приводит к увеличению слоев. Удаление компонентов с платы создает возможность монтажа большего количества проводников в корпусе, что приводит к сокращению сквозных отверстий и слоев печатной платы.
Появление SiP
Новое технологическое поколение упаковки чипов – System-in-Package (SiP) предлагает повышение функциональной завершенности и производительности размещаемой электронной схемы при малом формате печатной платы, приводя к значительному увеличению скорости передачи электромагнитных сигналов по сравнению с предыдущим технологическим поколением «многокристальный модуль» (MCM). Решения на основе SiP можно встретить во многих сегментах рынка, таких как бытовая электроника (цифровые камеры и видеокамеры), автомобильная электроника, военная и авиационно-космическая техника, медицина, компьютеры и средства телекоммуникации.
Технология System-in-Package обеспечивает упаковку электронных средств (ячеек, блоков) в виде законченной функциональной системы или подсистемы, смонтированной в один блок. Такое электронное средство обычно содержит 2 или более различных кристаллов, объединенных с другими компонентами, такими как пассивные элементы, фильтры, антенны и/или механические части. Эти компоненты объединяются, образуя высокоинтегрированный продукт, изготовленный на заказ и необходимый для определенного устройства. Продукты SiP могут использовать комбинацию передовых способов упаковки, включая способы для упаковки бескорпусных кристаллов (Bare Die) с термокомпрессионной микросваркой (Wire Bond) или присоединением перевернутого кристалла (Flip Chip), модульную многослойную упаковку (Wafer Level Package), а также использовать предварительную упаковку элементов с конфигурациями корпусов размерами с кристалл (CSP), наборную этажерку из микромодулей (Stacked Package) и/или бескорпусных кристаллов (Stacked Die). Технология SiP может (по определению) быть MCM или MCP, но обратное не обязательно верно. Сборка зависит от типа монтируемых компонентов и от того, должен ли в результате получиться функциональный блок.
Для обеспечения потребностей различных сегментов рынка разработано множество конструкций и конфигураций, использующих SiP-решения. Планарная конструкция на одном слое вмещает несколько элементов. Кристалл может быть непосредственно прикреплен к подложке (прямая компоновка чипа) или сначала упакован в конфигурацию «корпус размером с кристалл» (CSP). В трехмерной модели кристалл расположен в направлении оси Z. Кристалл может быть расположен как внутри корпуса, так и снаружи. Разработано много различных конфигураций и методов межсоединений.
Типы конструкций SiP
Существует 3 основных типа трехмерных конструкций упаковки, использующих технологию SiP:
- Конструкция Stacked Die состоит из нескольких кристаллов, соединенных с подложкой методом термокомпрессионной микросварки (Wire Bond), методом присоединения перевернутого кристалла (Flip Chip) или присоединением кристаллов к выводам ленточного носителя (TAB – Tape Automated Bonding). Набор кристаллов может содержать память и логику или только память. Между кристаллами одного размера могут использоваться прокладки. Если в схему включена логика, то система рассматривается как SiP-структура.
- Конструкция Stacked Package, также называемая PoP (Package-on-Package) – это конструкция отдельно упакованного кристалла. Обычно это «корпус размером с кристалл» (CSP), который соединен с подложкой методом Wire Bond, Flip Chip или TAB. Набор кристаллов может содержать устройства памяти или комбинацию памяти и логики. Если в схему включена логика, система рассматривается как SiP- структура.
- Конструкция Package-in-Package состоит из двух или более корпусов, объединенных вместе и смонтированных таким образом, что в конечном результате получается отдельный корпус, соединенный с платой.
Материалы по теме монтажа печатных плат:
- книга Чарльза Пфейла Разводка BGA
- Статья Ремонт разводки BGA на готовой плате
- Статья BGA разводка: ремонт паяльной маски