Анализ особенностей корпусов интегральных микросхем как объекта для исследования механических и тепловых процессов, Описание объекта исследования - Разработка ячейки вычислительного модуля на базе мультиядерного микропроцессора цифровой обработки

Объектом исследования является микросхема 4-х процессорной "системы на кристалле" на базе ядер 32-разрядных процессов цифровой обработки сигналов с плавающей точкой. В состав микросхемы входят четыре микропроцессорных ядра, два контроллера UART 16550, контроллер MIL Std 1553, контроллер Ethernet, контроллер USB 2.0.

Описание объекта исследования

В соответствии с техническими требованиями ТЗ микросхема должна быть разработана в металлокерамическом корпусе с общей массой не более 50 г.

При разработке конструктивных решений микросхемы 4-х процессорной "системы на кристалле" и технологических процессов ее изготовления необходимо, прежде всего, исходить из упаковки кристалла микросхемы в корпус, поскольку от технологии монтажа кристалла в корпус на 2/3 зависят характеристики надежности микросхемы. Выбор корпуса определяется количеством сигнальных выводов и выводов питания.

Число выводов питания определяется током, потребляемым ядром и буферами ввода/вывода микросхем.

Ядро микросхемы должно потреблять не более 1000 мА. Так как максимальный ток, обеспечиваемый буфером питания выбранной библиотеки, не должен превышать 50 мА, то число выводов питания ядра микросхемы должно быть не меньше, чем NC=20 выводов.

Число выводов микросхемы для питания буферов ввода/вывода рассчитывается исходя из требования: не более 4-х выходов на 1 буфер питания буферов ввода/вывода для выбранной библиотеки I/О.

Так как общее число выходов и входов/выходов микросхемы равно 851, то число выводов питания буферов ввода/вывода равно NIo = 213.

Таким образом, общее число выводов микросхемы при такой реализации должно быть не менее, чем

NM = NS + NC + NIo=954 + 20 + 213 = 1187.

Керамических корпусов с таким числом выводов в РФ не существует, кроме того, при таком числе выводов возможен лишь монтаж кристалла в корпус по методу flip-chip.

Если учесть, что технология монтажа flip-chip в РФ находится в экспериментальном состоянии, то необходим керамический корпус со штырьковыми выводами и достаточным количеством выводов, обеспечивающих требуемую в ТЗ функциональность и показатели надежности.

В результате конструкторско-технологической проработки микросхемы в составе кристалл + корпус, из доступных в РФ в настоящее время металлокерамических корпусов, был выбран корпус PGA-602 (KD-PB1D79) производства фирмы Kyocera, который и будет исследован в данной работе. Чертеж корпуса приведен в приложении.

В таблице 1.1 приведены характеристики проектируемой микросхемы, определяющие выбор корпуса.

Таблица 1.1. Характеристики проектируемой микросхемы.

Характеристики проектируемой СБИС

Параметр

Тактовая частота

200 МГц

Частота на входах/выходах

100 МГц

Напряжение питания

1.2 В/3.3 В

Потребляемая мощность, не более

1000 мА

Размер кристалла

10 Ч 10 мм

Расположение контактных площадок по периметру кристалла

2 ряда в шахматном порядке

Размеры контактных площадок, мкм

40 Ч 60

Шаг контактных площадок, мкм

80

Расстояние между рядами контактных площадок, мкм

50

Расстояние от границ контактной площадки до ближайшей шины под другим потенциалом, мкм

12

Толщина контактных площадок, мкм

0.8

Материал контактных площадок

Al + Si + Cu

Общее число слоев металлизации в контактной площадке (микросхеме)

6

Материал слоев пассивации

SiO2/Si2N4

? кремниевой пластины, мм

200

Толщина пластины, мм

0.42

Ширина разделительной дорожки, мкм

100

В таблице 1.2 приведены требования к корпусу.

Таблица 1.2. Требования к корпусу.

Требования к корпусу

Параметр

Примечание

Корпус должен отвечать требованиям ГОСТ РВ 5901-004-2010 "Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Корпуса. Общие технические условия"

6-й тип (PGA) по ГОСТ Матрица штырьковых выводов

Металлокерамика

Количество шин "питание", "земля"

4

Шаг выводов, мм

1.27

Герметизация

Шовная роликовая сварка

Метод монтажа кристалла в корпус

Проводной монтаж

Трассировка проволочных соединений с контактными площадками кристалла

Перехлест проволочек не допускается

Монтажная площадка, мм

12 Ч 12

Критичный параметр

Расположение траверс

Три уровня

Металлизация

Н2 Зл3

Сопротивление выводов "питание-земля". Сопротивление сигнальных выводов

Не более 0.16 Ом

Не более 0.8 Ом

Рассеиваемая мощность, не менее

2.5 Вт

Входная емкость вывода корпуса, не более

5 пФ

Герметичность корпуса

6.65 Ч10-3 Па*см3/с по нормализованному потоку гелия

Устойчивость к воздействию температур

От -60 ОС до +155 ОС

Устойчивость к термоциклам

Не менее 10 циклов от -60 ОС до +155 ОС по 15 минут

Без потери герметичности

Устойчивость к воздействию линейного ускорения

10000g

Без потери герметичности

Устойчивость к воздействию температуры

+450 ОС ± 10 ОС в течение двух минут

Без изменения свойств покрытия и без потери герметичности

Стойкость к технологическим воздействиям

В соответствии с требованиями ОСТ В 11 0998-99, ГОСТ РВ 0.39.412-97

Похожие статьи




Анализ особенностей корпусов интегральных микросхем как объекта для исследования механических и тепловых процессов, Описание объекта исследования - Разработка ячейки вычислительного модуля на базе мультиядерного микропроцессора цифровой обработки

Предыдущая | Следующая