Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY NAGYINTEGRÁLTSÁGÚ MODULÁRAMKÖRÖK.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY NAGYINTEGRÁLTSÁGÚ MODULÁRAMKÖRÖK."— Előadás másolata:

1 BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY NAGYINTEGRÁLTSÁGÚ MODULÁRAMKÖRÖK

2 /28 2 NAGY INTEGRÁLTSÁGÚ MODULÁRAMKÖRÖK Előadók Dr. Berényi Richárd Célkitűzés a nagy alkatrész sűrűségű moduláramkörök alapvető típusainak bemutatása, a szerelőlemezek technológiai és konstrukciós elveinek ismertetése, a kettő és háromdimenziós összekötési rendszerek, a nagy integráltság szerelés-technológiai, tokozási és minőségbiztosítási elvei. Oktatás rendje: Előadások: Hétfő 12:15 – (E.401) Gyakorlatok: 4*3 óra: Szerda 12:15 –15:00 (V1 CAD labor), 1. gyak: 2015 szeptember 30.

3 /28 MULTICHIP MODULOK (ISM.) Elnevezésük alapján multichip moduloknak a több chipet tartalmazó, szerelt áramköröket nevezzük. Pontosabb értelmezés szerint a MCM-ok legfontosabb tulajdonságai: –legalább két tokozatlan vagy chipméretű tokozott alkatrész, –nagy vezetéksűrűségű (HDI = High Density Interconnect) hordozó, –hatékony hűtési módszer. A MCM-okat a - rendszerint többrétegű - hordozó szigetelő rétegének készítéséhez alkalmazott technológia alapján csoportosítjuk: –a laminált multichip modulok (MCM-L) hordozója többrétegű, laminált nyomtatott huzalozású lemez, –a többrétegű kerámia hordozójú modulok neve MCM-C (ceramic), –a vékonyrétegtechnológiai vákuumeljárásokkal felépített (leválasz-tott) rétegszerkezetű hordozóra szerelt modulokat MCM-D-nek (deposited) nevezzük. 3

4 /28 NAGYINTEGRÁLTSÁGÚ MODULÁRAMKÖRÖK Legfontosabb ismérvek: –Alkatrészek: –Nagy komplexitású integrált áramkörök, elektronikai funkciók kibővülése: érzékelők, beavatkozók, kijelzők, mechanikai, optikai, fluidikai funkciók (MEMS, MOEMS, mikrofluidika), nagyfelbontású lineáris ill. mátrix elrendezésű kivezető rendszerrel. –Miniatürizált tokozott ill. tokozatlan diszkrét alkatrészek. –Nagy vezetéksűrűségű, nagyfelbontású, többrétegű szerelőlemez hordozó, villamos összeköttetés rendszeren kívül tartalmazhat passzív (RLC), optikai hullámvezető, fluidikai, hőmérséklet- menedzsment, ill. 3D összeköttetési elemeket (tágabb értelemben HDI = High Density Interconnect - MCM-C, D, L hordozók), Szűkebb értelmezésben: HDI – nagyfelbontású mikroviás NYHL típus 4

5 /28 HDI DEFINÍCIÓ (HIGH DENSITY INTERCONNECT) (Nagyfelbontású nyomtatott huzalozású lemezek) a szerelőlemez nagyon finom rajzolatú, többrétegű (3D) huzalozási pályákat tartalmaz, a huzalozási pályaszintek között a villamos összekötést mikro-viák (d < 150 µm) létesítik, a mikroviák típusai: átmenő, eltemetett, vakvia. a szerelőlemezek általában szekvenciális build-up (rétegenként felépített) technológiával készülnek. 5

6 /28 A HDI technológiai előzményei Első áramkör, 1850 Réteges struktúra szabadalma, 1903 Szigetelt felületre vezető csíkok elkészítése, 1925 „nyomtatott áramkör” szóösszetétel kezdete Nyomtatott huzalozású lemez megjelenése, 1943 Paul Eisler, vezető sávok kialakítása üvegszálas szigetelő hordozón Tranzisztor szabadalma, dec. 16. Többrétegű hordozók megjelenése vezető falú furatokkal, 1961 A furatszerelési technológia elterjedése, es évek COB (Chip on Board), A felületi szereléstechnológia elterjedése, 1980-as évek, Multichip modulok (MCM-C,L,D) 1985 BGA tokozás megjelenése, 1989 Többrétegű vezetékezés szükségessége a nagyszámú kivezetéshez  Nagy Integráltságú Hordozók kialakításának szükségessége 6

7 /28 ÚT A HDI FELÉ év 2000 Furatszerelhető (THT) Szereléstechnológia szerint az alkatrészek megoszlása. Felületre-szerelhető (SMD) Tokozatlan Si chip BGA/CSP 7

8 /28 Az IC chipek műszaki jellemzői: A 60-as évektől az alábbi főbb változások: CMOS kapu méret csökkenése (14nm, 2014), Ultrabook laptop,14 nm Broadwell CPU Si Chip felülete növekedett (1 mm 2 – 900 mm 2), míg a vastagságuk csökkent (600 µm – 50 µm), feszültség csökkenés (0.9V), az egy chipen megvalósított tranzisztorok darabszáma rohamosan növekedett (>10 mrd), gyorsabb jelfelfutási idő, nagyobb frekvencia. 8

9 /28 Tranzisztor szám alalkulása Quad-Core + GPU Core i7GPUCore i71,160,000, Intel32 nm216 mm² Six-Core Core i7 (Gulftown)Core i71,170,000, Intel32 nm240 mm² 8-core POWER7 32M L3POWER71,200,000, IBM45 nm567 mm² 8-Core AMD BulldozerAMD Bulldozer1,200,000, AMD32 nm315 mm² Quad-Core + GPU AMD TrinityAMD Trinity1,303,000, AMD32 nm246 mm² Quad-core z196 [15]z196 [15] 1,400,000, IBM45 nm512 mm² Quad-Core + GPU Core i7Core i71,400,000, Intel22 nm160 mm² Dual-Core Itanium 2Itanium 21,700,000, Intel90 nm596 mm² Six-Core Xeon 7400Xeon1,900,000, Intel45 nm503 mm² Quad-Core Itanium TukwilaTukwila2,000,000, Intel65 nm699 mm² 8-core POWER7+ 80M L3POWER7+2,100,000, IBM32 nm567 mm² Six-Core Core i7/8-Core Xeon E5Core i72,270,000, Intel32 nm434 mm² 8-Core Xeon Nehalem-EXXeonNehalem-EX2,300,000, Intel45 nm684 mm² 10-Core Xeon Westmere-EXXeonWestmere-EX2,600,000, Intel32 nm512 mm² Six-core zEC12zEC122,750,000, IBM32 nm597 mm² 8-Core Itanium PoulsonPoulson3,100,000, Intel32 nm544 mm² 12-Core POWER8POWER84,200,000, IBM22 nm650 mm² 15-Core Xeon Ivy Bridge-EX4,310,000, Intel22 nm541 mm² 62-Core Xeon PhiXeon Phi5,000,000, Intel22 nm Xbox OneXbox One Main SoC5,000,000, MicrosoftMicrosoft/AM D 28 nm363 mm² SPARC M7>10,000,000, Oracle20 nm? 9

10 /28 10 IC TECHNOLÓGIAI ALAKULÁSA Si chip alkatrészeinek méret- csökkentése Feszültség csökkentés Nagyobb integráció Gyorsabb órajel Több I/O Felületi lábkiosztás Nagyobb sávszélesség Komplexebb IC tokok Kisebb zajsáv Több PWR/GND pin Nagyobb áramfelvétel

11 /28 11 Tokféleségek chipek részére A kivezetők elhelyezkedése szerint négy alapvető típus: Kerületen elhelyezkedő; furatszerelhető: Dual In-line Package (DIP), Kerületen elhelyezkedő; felületszerelhető: SO (Small Outline), QFP (Quad Flat Pack), QFN (Quad Flat No-lead) Felületen, rácsháló metszéspontjaiban helyezkednek el: BGA (Ball Grid Array) CSP (Chip Size Package) tok

12 /28 12 A különböző IC tokokkal megvalósítható kivezető darabszám A tok mérete A kivezetők darabszáma Gyorsabb Könnyebb Kisebb Olcsóbb Nagyobb I/O 1960-’ ’ – napjainkig

13 /28 13 IC LÁBTÁVOLSÁGOK (PITCH) QFP (Quad Flat Pack, TQFP-Thin Quad Flat Pack) 2,54…1,27 mm, 1.0 mm, 0.8 mm, 0.65 mm, 0.5 mm BGA (Ball Grid Array) 0,8 mm CSP (Chip Size Package) 0,65 – 0,25 mm DCA (Direct Chip Attach) 0,25 mm alatt

14 /28 14 Kicsi kivezető raszterosztás távolságú BGA tokok Hagyományos PWB szerelőlemezeknél: 1 mm. Chip gyártók ösztönzik a HDI használatát IBM, MOTOROLA,INTEL,TEXAS, AMD, SUN,HP….. HDI lehőségek: 0.8 mm, 0.65 mm, 0.5 mm, 0.4 mm raszter Zsák furatok a közbülső rétegekhez Via a kontaktus felületen (via-on pad) lehetőség a méretcsökkentéshez

15 /28 15 RENDSZERSZINTŰ TOKOZÁSOK Hybrid áramkörök, 1950 IC-ket, SM alkatrészeket,integrált passzív alkatrészeket tartalmaz: TFC (Thick Film Circuits), LTCC, HTCC technológia, MCM (Multi Chip Module) chipek integrálása többrétegű hordozón, 1980 MCM-L, MCM-C, MCM-D, SoC (System on a Chip), SiP (System-in-Package) Több Si chip + diszkrét passzív alkatrészek SoP (System-on-Package), Build-up hordozó. Több Si chip + diszkrét és integrált passzív alkatrészek. PoP, Package-on-Package Egymásra rétegesen felépített struktúra

16 /28 A HDI szerelőlemezekre szerelhető tokozatlan chipek Az elektronikai szereléstechnológia fejlődése Chip and Wire Flip chip (alulnézet) TAB ICEgymásra épített chipek Az HDI szerelőlemez huzalozására ültetik be a tokozatlan chipeket (dies). A chipeket mikrohuzalozási technológiával vagy reflow forrasztással kötik be. Chip a Si szeleten keresztül kialakított bumpokkal (TSV= Through Silicon Via) stacked 16

17 /28 17 RENDSZERSZINTŰ TOKOZÁSOK TSV (Through Silicon Via) Szilícium hordozón átmenő via kivezetők. Rétegelés és 3D összeköttetések létesítése. WLP (Wafer Level Package) Si szeleten BGA kivezetések készítése. A szelet darabolása előtt már kivezetővel ellátott IC-k. CSP (Chip scale Package) IPC, J-STD-012 szabvány szerinti értelmezés Ha a végleges tokozott méret kisebb mint a chip 1,2-szerese. Under bump metallization & wiring

18 /28 18 EGYÜTTLAMINÁLT TÖBBRÉTEGŰ LEMEZEK PROBLÉMÁI A MINIATÜRIZÁLÁSBAN Az együttlaminálási techn. méretkorlátokat állít. Továbbra is „Jel”, „PWR”, „GND” rétegek vannak. A vezetékek, hidtávolságok, viák méretcsökkentése jelentősen elmaradt az alkatrészekétól. Még minding az FR4 az alaphordozó (nagy dielektromos áll., nagy hőtágulási tényező, rossz hővezetés, stb.). A működési frekvenciákon nem elhanyagolható az átmenő furatok kapacitása. Korlátozott funkcionalitás. Rétegszám emelkedésével magasabb ár jellemzi.  Az új típusú IC-khez HDI kell.

19 /28 19 TÖBBRÉTEGŰ ÉS HDI PANELEK ELTERJEDÉSE *2009

20 /28 20 HDI ALAP STRUKTÚRÁI Build-Up Alaphordozóra Szekvenciális felépítésű

21 /28 21 HDI BEÁGYAZOTT PASSZÍV ELEMEKKEL Hozzávezetés átmenő viához Ellenállás réteg Mikro-via ellenálláshoz Mikro-via kondenzátorhoz Beágyazott kondenzátor Mikro-via kondenzátorhoz Kondenzátor elektróda

22 /28 22 HDI TÖBBRÉTEGŰ IRÁNYZATOK Négy fő típus létezik: Hordozó és elosztó rétegek. Modulok. Hordozható elektronika Magas minőség jellemzők.

23 /28 23 HDI TÖBBRÉTEGŰ IRÁNYZATOK Hordozó és elosztó réteg technológia: Flip-chip, vagy mikro huzal bekötésekhez Mikrovia lehetőségek sűrű I/O chip-ekhez (flip-chip) 2 mil (50 µm) vezeték, 3 mil (75 µm) távolság Modulok: Szekvenciálisan felépítet többrétegű poliimid hordozó. 3 mil (75 µm) vezeték, 3 mil (75 µm) távolság, 10 mil-es (254 µm x254 µm) kontaktus felület (pad) méret. Viák az alkatrészek kontaktus felületein helyezkednek el. Flip-Chip, CSP, Mikro huzal bekötések Diszkrét alkatrészek (esetleg beágyazott), 0201, 0101

24 /28 24 HDI TÖBBRÉTEGŰ IRÁNYZATOK Hordozható elektronikai alkalmazásokhoz: Vezető szerep a HDI fejlesztésekben. µBGA, flip-chip alkatrészek Magas minőségi jellemzők: nagy rétegszámú panelekhez, sok kivezető, kis raszter távolságú alkatrészek, µBGA alkatrészek, pl. repülőgép vezérlő

25 /28 25 HDI ANYAGVÁLASZTÉK ABFilm (Ajinomoto Build-up Film ) Aramid BT ( Bismaleimide/Triazine) Hagyományos Pre-preg Epoxy Fényérzékeny film Lézer fúrt Pre-preg Poliimid RCC (Resist Coated Copper) Egyéb

26 /28 26 HDI ANYAGVÁLASZTÉK ABFilm Vékony dielektrikum µm. Epoxy-phenol keményítővel. Aramid (Thermount) Már nem használják (2006 óta, drága, nedvszívó ). DuPont termék. Stabil dielektromos állandójú. BT Bismaleimide/Triazine Üvegesedési hőm>180°C. Magas működési hőmérséklethez.

27 /28 27 HDI ANYAGVÁLASZTÉK Pre-Preg Üvegszál erősítés. Keresztszövésű. Lézerrel fúrható Pre-Preg Finomabb szövés. A lézer számára homogén.

28 /28 28 HDI VIA LEHTŐSÉGEK RCI – Relatív Költség Index, DEN – Sűrűség indikátor [I/O pin/inch 2 ] RCI a standard 8 rétegű PCB-hez hasonlítva PCB HDI

29 /28 29 ELLENÖRZŐ KÉRDÉSEK Mik a HDI jellemzői? Mik a főbb fejlett rendszerszintű tokozások? Mik az együttlaminált többrétegű lemezek problémái? Milyen szigetelő anyagokat lehet használni HDI-hez? Vázoljon fel min 4 különböző via elrendezést.


Letölteni ppt "BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY NAGYINTEGRÁLTSÁGÚ MODULÁRAMKÖRÖK."

Hasonló előadás


Google Hirdetések