[發(fā)明專利]一種基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法

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• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113948508A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐藝軒;章飚;張楠;朱琳;曾永紅;朱天成
• 申請（專利權(quán)）人: 天津津航計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 周恒

1.一種基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，所述方法采用硅載板進(jìn)行集成，整體集成方案包括：兩個(gè)DSP芯片、一個(gè)FPGA芯片、兩個(gè)SDRAM芯片、兩個(gè)Flash芯片、一個(gè)配置芯片，共五種、八顆裸芯片；

所述方法包括：

步驟1：分析芯片需求，各類芯片共需要三種電源電壓信號：FPGA核電電壓1.5V、DSP核電電壓1.2V、DSP的IO電壓3.3V；需要兩類時(shí)鐘信號：DSP時(shí)鐘25MHz、總線協(xié)議處理模塊時(shí)鐘16MHz；

步驟2：確定芯片模塊集成方案基板工藝采用6層有機(jī)基板、塑封BGA 680pin的工藝方案；

步驟3：對芯片模塊集成基板的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行規(guī)劃，包括：電源地層的規(guī)劃、信號層的規(guī)劃、布線規(guī)劃；

步驟4：對芯片模塊設(shè)計(jì)面積進(jìn)行初步評估；

步驟5：根據(jù)設(shè)計(jì)面積初步評估結(jié)果，確定芯片模塊高密度互連設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)芯片模塊高密度互連集成。

2.如權(quán)利要求1所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，所述步驟3中，對電源地層的規(guī)劃具體為：

由于芯片模塊架構(gòu)中需要有多種電壓信號包括：FPGA核電壓1.5V、DSP核電電壓1.2V、DSP的IO電壓3.3V，ARM處理器還需要1V、1.3V的電壓；因此，在電源地規(guī)劃上為了避免各個(gè)電壓信號之間的相互影響，考慮盡可能用量較多的電源電壓一個(gè)電源層和地層，而相對電壓應(yīng)用較少或者專用的電源電壓，合理分配在相應(yīng)的電源層。因此，規(guī)劃電源地層為2層。

3.如權(quán)利要求1所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，所述步驟3中，所述對信號層的規(guī)劃具體為：

由于芯片模塊集成方案中提出的模塊復(fù)雜度較高、布線面積小，因此，確定規(guī)劃4層信號布線層。

4.如權(quán)利要求1所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，所述步驟3中，所述布線規(guī)劃具體為：采用盲埋孔技術(shù)進(jìn)行布線。

5.如權(quán)利要求4所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，盲埋孔技術(shù)在目前PCB設(shè)計(jì)中較少用，但在模塊的陶瓷基板設(shè)計(jì)中，由于基本是一層一層地制作，盲埋孔的制造容易，因此，成為本模塊設(shè)計(jì)中主要的信號布線工藝技術(shù)。

6.如權(quán)利要求1所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，所述步驟4中，根據(jù)相關(guān)的裸芯片資料，可以對模塊設(shè)計(jì)面積進(jìn)行初步評估；各個(gè)裸芯片的面積具體如下：

DSP：6mm×6mm；

FPGA：15mm×14mm；

Flash：5mm×4.5mm；

FPGA配置芯片：5.5mm×5.5mm；

SDRAM：4mm×8.5mm。

7.如權(quán)利要求1所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，所述步驟5中，根據(jù)所有裸芯片的尺寸以及數(shù)量，計(jì)算出所有裸芯片平鋪在一個(gè)平面所需要的面積；

加上鍵合之后每個(gè)芯片要加入500μm～3000μm的鍵合長度，同時(shí)算上芯片之間的間距、走線、無源器件的布線，預(yù)估整個(gè)基板面積至少為746mm²，即邊長27mm×27mm的SiP腔體平面；

如果考慮芯片打線、間距和邊沿間距的問題，SiP的面積應(yīng)該在35mm×35mm以內(nèi)；

根據(jù)集成架構(gòu)方案，并對裸芯片尺寸進(jìn)行綜合評估考慮，最終確定芯片模塊高密度互連設(shè)計(jì)方案，采用FPGA作為底層裸芯片，上層集成兩顆Flash芯片和FPGA配置芯片，中間通過硅載板進(jìn)行轉(zhuǎn)接信號轉(zhuǎn)接和三維互連。

8.如權(quán)利要求7所述的基于硅載板的芯片模塊高密度互連方法，其特征在于，通過芯片模塊高密度互連設(shè)計(jì)方案，可以實(shí)現(xiàn)四顆裸芯片的兩層三維集成，和不通過硅載板集成直接將芯片二維平鋪相比，大大減少了使用面積，增加了集成度。