RU2702705C1 - Multichip module - Google Patents
Multichip module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702705C1 RU2702705C1 RU2019105877A RU2019105877A RU2702705C1 RU 2702705 C1 RU2702705 C1 RU 2702705C1 RU 2019105877 A RU2019105877 A RU 2019105877A RU 2019105877 A RU2019105877 A RU 2019105877A RU 2702705 C1 RU2702705 C1 RU 2702705C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switching
- circuit board
- electronic components
- boards
- module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Combinations Of Printed Boards (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении многоуровневых многокристальных модулей в трехмерной сборке, с повышенными эксплуатационными характеристиками, а также обладающей высокой межвидовой функциональной плотностью за счет комбинации в своем составе корпусированных и бескорпусных электронных компонентов различных видов, включая СБИС, МЭМС, изделия пьезоэлектроники и пассивные элементы.The invention relates to electronic equipment and can be used in the manufacture of multi-level multi-chip modules in a three-dimensional assembly, with improved operational characteristics, as well as having a high interspecific functional density due to the combination of packaged and open-frame electronic components of various types, including VLSI, MEMS, products piezoelectronics and passive elements.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Многокристальные модули решают задачу компоновки и электрической коммутации по заданной электрической схеме различных электронных компонентов в ограниченном пространстве. В зависимости от конфигурации этого пространства разделяют двух- и трехмерные модули. В любом случае, модуль включает две или более плат с электрической разводкой, которые путем наложения друг на друга пакетируются в вертикальном направлении. Пакетируемые платы различаются по своей функции и конструкции. В некоторых случаях пакет плат размещается на основании, имеющем электрические выводы модуля в целом.Multi-chip modules solve the problem of layout and electrical switching according to a given electrical circuit of various electronic components in a limited space. Depending on the configuration of this space, two- and three-dimensional modules are separated. In any case, the module includes two or more circuit boards with electrical wiring, which by stacking on top of each other are stacked in the vertical direction. Packaged boards vary in function and design. In some cases, the package of boards is placed on a base having electrical terminals of the module as a whole.
По функциональному назначению эти платы можно разделить на три группы: первая группа - платы, предназначенные только для механического монтажа и электрической коммутации электронных компонентов на этой плате между собой, вторая группа - платы, включающие функцию плат первой группы, но дополнительно обеспечивающие вертикальную электрическую коммутацию с ниже и выше лежащими платами, третья группа - платы, предназначенные для вертикальной коммутации плат в модуле и для образования в модуле внутреннего пространства для размещения в них электронных компонентов.By functional purpose, these boards can be divided into three groups: the first group - boards designed only for the mechanical installation and electrical switching of electronic components on this board among themselves, the second group - boards that include the function of boards of the first group, but additionally provide vertical electrical switching with lower and higher lying boards, the third group - boards designed for vertical switching of boards in the module and for the formation in the module of the internal space for placement in them electronic components.
В литературе и описаниях патентов по соответствующей тематике, в том числе цитируемых в данной заявке, пока еще не установилась единая терминология в отношении этих групп плат и в отношении одного и того же функционального элемента модуля используются различные термины. Например, плату второй группы [Патент DE 102006000622 (А1) 2007.07.12] именуют как «вспомогательную пластину», или [Патент US 005703753A 12.30.1997] как «интерпозер». В то же время [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267 В1 09.09.2003] термином «интерпозер» обозначена плата третьей группы, выполняющая исключительно роль вертикального соединения других плат в модуле.In the literature and patent descriptions on relevant topics, including those cited in this application, a uniform terminology has not yet been established with respect to these groups of boards and various terms are used with respect to the same functional element of the module. For example, a board of the second group [Patent DE 102006000622 (A1) 2007.07.12] is referred to as an “auxiliary plate”, or [Patent US 005703753A 12.30.1997] as an “interposer”. At the same time, [Patent US 6,407,450 B1 06/18/2002, Patent US 006618267 B1 09/09/2003] the term "interposer" refers to the third group of cards, which performs exclusively the role of vertical connection of other boards in the module.
В связи с этим, для адекватного описания сущности различных технических решений, существующих на момент подачи данной заявки, при анализе уровня техники в области многокристальных модулей введем единую терминологию для основных компонент таких модулей.In this regard, in order to adequately describe the essence of various technical solutions that existed at the time of filing this application, when analyzing the prior art in the field of multi-chip modules, we introduce a common terminology for the main components of such modules.
Платы первой группы - монтажные платы. Платы второй группы - коммутационные платы. Платы третьей группы - коммутационные рамки.Boards of the first group - circuit boards. Boards of the second group - switching boards. Boards of the third group - switching framework.
Монтажные платы имеют только горизонтальную электрическую разводку. Горизонтальная разводка выполняется в плоскости платы в виде, как правило, тонких 0,1-50 мкм электропроводящих линий шириной в несколько десятков или сотен микрометров методами литографии или шелкографии. Эти линии разводки начинаются на внутренних контактных площадках платы, предназначенных для коммутации с выходными контактными элементами электронных компонентов, и заканчиваются на внешних - выходных контактных площадках монтажной платы, образующих односторонний контур. На пути от внутренних контактных площадок к внешним линиям разводки они могут пересекаться, образуя топологический рисунок реализуемой электрической схемы. При сложной электрической схеме и большом количестве электронных компонентов, размещаемых на плате, электрическая разводка может быть многоуровневой, т.е. выполнена на одной стороне в нескольких уровнях, разделенных диэлектрическими слоями. Более того, многоуровневая разводка может быть выполнена с обеих сторон платы. Такая плата имеет двухстороннюю многоуровневую разводку и допускает монтаж электронных компонент с обеих сторон монтажной платы.Circuit boards have only horizontal electrical wiring. Horizontal wiring is carried out in the plane of the board in the form of, as a rule, thin 0.1-50 microns of electrically conductive lines with a width of several tens or hundreds of micrometers by lithography or silk screen printing. These wiring lines begin on the internal contact pads of the circuit board, intended for switching with the output contact elements of electronic components, and end on the external - output contact pads of the circuit board, forming a one-sided circuit. On the way from internal contact pads to external wiring lines, they can intersect, forming a topological drawing of the electrical circuit being implemented. With a complex electrical circuit and a large number of electronic components placed on the board, the electrical wiring can be multi-level, i.e. made on one side in several levels separated by dielectric layers. Moreover, multi-level wiring can be performed on both sides of the board. Such a board has a two-sided multi-level wiring and allows the installation of electronic components on both sides of the circuit board.
Коммутационные платы имеют горизонтальную и вертикальную электрическую разводку. Платы имеют двухсторонний внешний контур электрических контактов, выполненный, как правило, на периферии платы вдоль ее периметра. При этом соответствующие площадки внешнего контура на лицевой и обратной стороне платы электрически связаны с помощью того или иного элемента вертикальной электрической коммутации. Для многослойного исполнения плат элемент вертикальной коммутации выполняется с использованием внутренних горизонтальных электропроводящих слоев, как это сделано, например, в патенте DE 102006000622 (А1) 2007.07.12. В других случаях, вертикальная гальваническая связь реализована с помощью вертикальных металлизированных отверстий [Патент US 005703753 A 12.30.1997]. Электронные компоненты монтируются на коммутационную плату либо непосредственно [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267 В1 09.09.2003], либо вместе с монтажной платой [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009].Patch boards have horizontal and vertical electrical wiring. The boards have a two-sided external circuit of electrical contacts, made, as a rule, on the periphery of the board along its perimeter. In this case, the corresponding areas of the external circuit on the front and back of the board are electrically connected using one or another element of vertical electrical switching. For multi-layer execution of boards, the vertical switching element is performed using internal horizontal electrically conductive layers, as is done, for example, in patent DE 102006000622 (A1) 2007.07.12. In other cases, the vertical galvanic connection is implemented using vertical metallized holes [Patent US 005703753 A 12.30.1997]. The electronic components are mounted on the circuit board either directly [US Patent 6,407,450 B1 06/18/2002, Patent US 006618267 B1 09/09/2003], or together with a circuit board [Patent US 008199510
Коммутационные рамки имеют только вертикальную электрическую разводку и представляют собой конструкционный элемент модуля, выполненный на основе платы с большим сквозным окном в их центральной части, придающим таким платам геометрию рамки. Коммутационные рамки являются промежуточным элементом между коммутационными платами и служат для того, чтобы разнести по вертикали в пакете коммутационные платы с целью образования пространства для электронных компонентов, установленных на выше- и нижележащих коммутационных платах [Патент US 006618267B1 09.09.2003, Патент US 008199510B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006]. Для того, чтобы такие промежуточные элементы не нарушали вертикальную коммутацию между коммутационными платами в теле рамки выполнен, по аналогии с коммутационными платами, двухсторонний контур электрических контактов с элементами вертикальной коммутации.The switching frames have only vertical electrical wiring and represent the structural element of the module, made on the basis of the board with a large through window in their central part, giving such boards the geometry of the frame. The switching frames are an intermediate element between the switching boards and are used to spread the switching boards vertically in the package in order to create space for electronic components installed on the higher and lower switching boards [Patent US 006618267B1 09.09.2003, Patent US 008199510B2 12.06. 2012, Patent US 20060108676 A1 05.25.2006]. In order to prevent such intermediate elements from disturbing the vertical switching between the switching boards in the frame body, a two-sided circuit of electrical contacts with the vertical switching elements is made, by analogy with the switching boards.
Сборка в составе - коммутационной платы, иногда вместе с монтажной платой, иногда без нее, в зависимости от прямого [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267B1 09.09.2003, Патент US 006618267 B1 09.09.2003,] или опосредованного [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890А1, 15.01.2009] размещения электронных компонентов на коммутационной плате, образует уровень многоуровневого трехмерного модуля (в терминологии патента US 20060108676 А1 25.05.2006 - «индивидуальные пакеты»). Соединение таких уровней между собой через коммутационные рамки обеспечивает механическую целостность модуля и электрическую коммутацию частей электрической схемы каждой коммутационной платы в единую электрическую схему модуля, как это сделано [Патент US 006618267 B1 09.09.2003, Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009] и, в принципе, может быть сделано [Патент DE 102006000622 (А1) 2007.07.12, Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002].Assembly as a part of a patch board, sometimes together with a circuit board, sometimes without it, depending on the direct [Patent US 6,407,450 B1 06/18/2002, Patent US 006618267B1 09/09/2003, Patent US 006618267 B1 09/09/2003,] or indirect [Patent US 008199510
Конструкционные решения [Патент US 005703753 A 12.30.1997, Патент WO 01/08187 А1, 01.02.2001] не являются объектами рассмотрения данной заявки. Они относятся к двухмерным многокристальным модулям типа радиотехнических блоков для слотовых сборок более крупных узлов, например, компьютеров [Патент US 005703753A 12.30.1997]. Далее на примере [Патент US 005703753A 12.30.1997] подробнее о конструкции двухмерного модуля. В составе конструкции [Патент US 005703753 A 12.30.1997] присутствует одна коммутационная рамка (в терминологии авторов [Патент US 005703753 A 12.30.1997] - «интерпозер 12» с окном), снизу которой присоединена монтажная плата с электронными компонентами (в терминологии авторов [Патент US 005703753 A 12.30.1997] -«многокристальный модуль 13»). Решение допускает установку с верхней стороны коммутационной рамки коммутационной платы с дополнительными электронными компонентами. Ниже монтажной платы может быть установлен элемент теплоотвода. Все платы и рамка механически соединены в модуль резьбовым винтом, что, конечно, недопустимо для трехмерных микросборок, где для обеспечения монтажа бескорпусных СБИС и других электронных чипов с микрометрическими контактными площадками, в составе модуля используются коммутационные платы на основе хрупкой керамики и монокристаллического кремния. Тем не менее, [Патент US 005703753A 12.30.1997, Патент WO 01/08187 А1, 01.02.2001] используются все основные для трехмерных модулей составляющие. Однако, конструкции [Патент US 005703753 A 12.30.1997, Патент WO 01/08187 А1, 01.02.2001] имеют только один-два уровня модуля с большим числом электронных компонентов в каждом, поэтому не является многоуровневым модулем. Кроме того, ее планарные размеры, что характерно для любой двухмерной сборки, велики по отношению к высоте модуля. В силу этого такие сборки не обеспечивают устойчивость к механическим перегрузкам, в том числе инерционной природы, приводящим к изгибным деформациям конструкции. Между тем, приобретение именно такой устойчивости явилось одним из побудительных мотивов к разработке во всем мире трехмерных модулей.Structural solutions [Patent US 005703753 A 12.30.1997, Patent WO 01/08187 A1, 02/01/2001] are not the objects of consideration of this application. They relate to two-dimensional multi-chip modules of the type of radio units for slot assemblies of larger units, for example, computers [Patent US 005703753A 12.30.1997]. Further on the example of [Patent US 005703753A 12.30.1997] more about the design of a two-dimensional module. As part of the design of [Patent US 005703753 A 12.30.1997] there is one switching frame (in the terminology of the authors [US Patent 005703753 A 12.30.1997] - “interposer 12” with a window), on the bottom of which a mounting plate with electronic components is connected (in the terminology of the authors [Patent US 005703753 A 12.30.1997] - "
Технические решения, представленные в патентах DE 102006000622 (А1) 2007.07.12, US 6,407,450 В1 18.06.2002, US 006618267 В1 09.09.2003, US 008199510 В2 12.06.2012, US 20060108676 А1 25.05.2006, US 20090014890 A1, 15.01.2009 описывают объект, который ближе к заявляемому решению создания многоуровневого многокристального модуля. В патентах DE 102006000622 (А1) 2007.07.12, US 6,407,450 В1 18.06.2002, US 006618267 В1 09.09.2003 предлагается монтаж электронных компонентов непосредственно на коммутационную плату. В патентах US 008199510B2 12.06.2012, US 20060108676 А1 25.05.2006 монтаж электронных компонентов осуществляют на монтажную плату, которая в свою очередь устанавливается на коммутационную плату. В патенте US 20090014890 А1, 15.01.2009 коммутационные платы отсутствуют, монтажная плата выполнена с центральным сквозным окном, позволяющим осуществить дополнительную коммутацию единственного электронного компонента еще и с нижележащие сплошной монтажной платой, именуемой [Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009] «держателем чипа». Вся комбинация монтажных плат установлена на основание модуля и электрически соединена с ним проволочной коммутацией.Technical solutions presented in patents DE 102006000622 (A1) 2007.07.12, US 6,407,450 B1 06/18/2002, US 006618267 B1 09/09/2003, US 008199510 B2 12.06.2012, US 20060108676 A1 05/25/2006, US 20090014890 A1, 01/15/2009 describe an object that is closer to the claimed decision to create a multi-level multi-chip module. Patents DE 102006000622 (A1) 2007.07.12, US 6,407,450 B1 06/18/2002, US 006618267 B1 09/09/2003 suggest the installation of electronic components directly on the circuit board. In patents US 008199510B2 06/12/2012, US 20060108676 A1 05/25/2006, the installation of electronic components is carried out on a circuit board, which in turn is installed on a circuit board. In US patent 20090014890 A1, January 15, 2009 there are no switching boards, the circuit board is made with a central through window allowing additional switching of the only electronic component with the underlying solid circuit board referred to as [chip holder US Patent No. 20090014890 A1, January 15, 2009] ". The entire combination of circuit boards is mounted on the base of the module and electrically connected to it by wire switching.
Наиболее конструктивно и технологически сложными и, следовательно, дорогостоящими являются коммутационные платы. В решениях [Патент US 6,407,450 В1 18.06.2002, Патент US 006618267 В1 09.09.2003, Патент US 006618267 В1 09.09.2003] коммутационная плата относится к разряду оригинальных изделий, так как при смене набора электронных компонентов и/или схемотехнического решения требуется заново разработать и изготовить коммутационную плату. При использовании же относительно простой монтажной платы [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009], коммутационная плата в определенных пределах становится унифицированной, а повторной разработке подлежит только монтажная плата. Однако, [Патент US 008199510 B2 12.06.2012, Патент US 20060108676 А1 25.05.2006, Патент US 20090014890 А1, 15.01.2009] монтаж электронных компонентов через монтажную плату означает обязательную проволочную коммутацию между монтажной и коммутационной платой, что ухудшает надежность и технические характеристики модуля.The most structurally and technologically sophisticated and, therefore, expensive are the switching boards. In the solutions [Patent US 6,407,450 B1 06/18/2002, Patent US 006618267 B1 09/09/2003, Patent US 006618267 B1 09/09/2003] the switching board belongs to the category of original products, because when changing the set of electronic components and / or circuitry, you need to re-develop and make the circuit board. When using a relatively simple wiring board [Patent US 008199510 B2 06/12/2012, Patent US 20060108676 A1 May 25, 2006, Patent US 20090014890 A1, January 15, 2009], the circuit board becomes unified within certain limits, and only the circuit board is subject to re-development. However, [Patent US 008199510
Таким образом, на сегодня отсутствует решения для многоуровневого трехмерного модуля, в котором одновременно была бы возможна унификация коммутационной платы, а также отсутствие проволочного монтажа в модуле, что могло бы повысить технологичность, технические и эксплуатационные характеристики многоуровневого многокристального модуля, а также снизить его себестоимость.Thus, today there is no solution for a multi-level three-dimensional module, in which the unification of the circuit board would be possible at the same time, as well as the absence of wire installation in the module, which could increase the manufacturability, technical and operational characteristics of the multi-level multi-chip module, as well as reduce its cost.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1. Компоновка с помощью коммутационных рамок многоуровневого многокристального модуля из уровней в составе коммутационной и монтажной платы с электронными компонентами.FIG. 1. The layout using the switching frames of a multi-level multi-chip module from the levels in the composition of the switching and circuit board with electronic components.
Фиг. 2. Пример монтажной платы с горизонтальной электрической разводкой.FIG. 2. An example of a circuit board with horizontal electrical wiring.
Фиг. 3. Пример унифицированной коммутационной платы со сквозным окном.FIG. 3. An example of a unified patch card with a through window.
Фиг. 4. Монтажная плата в сборе с электронными компонентами.FIG. 4. Circuit board assembly with electronic components.
Фиг. 5. Уровень модуля в составе коммутационной платы в сборе с монтажной платой и электронными компонентами.FIG. 5. The level of the module in the circuit board assembly with the circuit board and electronic components.
Фиг. 6. Коммутационная рамка с контуром двухсторонних контактных площадок электрически связанных элементами вертикальной коммутации.FIG. 6. A switching frame with a contour of bilateral contact pads electrically connected by vertical switching elements.
Фиг. 7. Уровень модуля с присоединенными монтажными рамками, залитый компаундом, готовый к наращиванию за счет присоединения следующих модулей.FIG. 7. The level of the module with attached mounting frames, filled with a compound, ready to be built up by connecting the following modules.
Фиг. 8. Модель примера выполнения четырехуровневого модуля.FIG. 8. A model of an example of a four-level module.
Фиг. 9. Пример исполнения компонентов многоуровневого многокристального модуля.FIG. 9. An example of the execution of the components of a multi-level multi-chip module.
Фиг. 10. Фото примера многоуровневого многокристального модуля.FIG. 10. Photo of an example of a multi-level multi-chip module.
Термины и определенияTerms and Definitions
Плата - конструкционный элемент модуля в виде тонкой пластины, имеющий электрическую разводку для реализации схемотехнических решений.A circuit board is a structural element of a module in the form of a thin plate having electrical wiring for implementing circuitry solutions.
Горизонтальная электрическая разводка платы - совокупность тонких (в диапазоне от долей до десятков микрометров) электропроводящих линий и контактных площадок, лежащих в одной плоскости, параллельной поверхностям платы, образующих топологический рисунок, реализующий коммутации, предусмотренные принципиальной электрической схемой.The horizontal electrical wiring of the board is a collection of thin (in the range from fractions to tens of micrometers) conductive lines and contact pads lying in one plane parallel to the board surfaces, forming a topological drawing that implements the commutations provided for by the circuit diagram.
Вертикальная электрическая разводка платы - вертикальные электрические связи между контактными площадками, расположенными с разных сторон платы.Vertical electrical wiring - vertical electrical connections between pads located on opposite sides of the board.
Электронные компоненты - корпусированные и некорпусированные приборы полупроводниковой электроники, микро-электро-механические системы, структуры пьезо- и оптоэлектроники, а также пассивные элементы и другие приборы и структуры электроники, необходимые для придания многокристальным модулям заданных функциональных свойств.Electronic components - enclosed and non-enclosed devices of semiconductor electronics, micro-electro-mechanical systems, piezoelectric and optoelectronic structures, as well as passive elements and other devices and electronic structures necessary for giving multichip modules the specified functional properties.
Монтаж - механическое и электрическое соединение двух элементов модуля в произвольном сочетании, например, электронного компонента и платы, двух плат, платы и коммутационной рамки, а также рамок между собой. Электрическая коммутация может быть выполнена с использованием металлической (например, золотой) микропроволоки, а также без нее за счет прямого соединения двух контактных площадок при их наложении и последующей пайки или сварке, а также при использовании специальных токопроводящих клеев.Installation - mechanical and electrical connection of two module elements in an arbitrary combination, for example, an electronic component and a circuit board, two circuit boards, a circuit board and a switching frame, as well as frames between each other. Electrical switching can be performed using metal (for example, gold) microwire, as well as without it, by directly connecting two contact pads during their application and subsequent soldering or welding, as well as using special conductive adhesives.
Монтажная плата - плата, имеющая только горизонтальную электрическую разводку, реализующую электрическую схему коммутаций электронных компонентов, установленных на ее рабочей поверхности, включая контура контактных площадок для электронных компонентов, а также контур(ы) односторонних выходных контактных площадок платы на ее рабочей поверхности вдоль ее периметра. Контур односторонних выходных контактных площадок монтажной платы предназначен для ее коммутации с сопрягаемыми элементами конструкции модуля.A circuit board is a circuit board that has only horizontal electrical wiring that implements the electrical circuitry for switching electronic components installed on its working surface, including the contour of contact pads for electronic components, as well as the circuit (s) of one-way output contact pads of a circuit board on its working surface along its perimeter . The circuit of the single-sided output contact pads of the circuit board is designed for its switching with the mating elements of the module design.
Коммутационная плата - плата, одновременно имеющая горизонтальную и вертикальную электрическую разводку. Коммутационная плата является оригинальной, если горизонтальная электрическая разводка коммутационной платы определяется номенклатурой и/или электрической схемой соединений электронных компонентов. Коммутационная плата является унифицированной если она может быть использована для прямого или косвенного размещения на ней различной номенклатуры электронных компонентов с различной электрической схемой их соединения. Вертикальная электрическая разводка обеспечивает электрическую связь в двухстороннем контуре выходных контактных площадок между соответствующим контактными площадками на разных сторонах коммутационной платы.Patch board - a board that simultaneously has horizontal and vertical electrical wiring. The patch board is original if the horizontal electrical wiring of the patch board is determined by the nomenclature and / or electrical circuitry of the electronic components. The circuit board is unified if it can be used to directly or indirectly place on it a different range of electronic components with different electrical circuits for their connection. Vertical electrical wiring provides electrical communication in the two-sided circuit of the output contact pads between the corresponding contact pads on different sides of the circuit board.
Коммутационная рамка - плата с большим сквозным окном в ее центральной части, придающим такой плате геометрию рамки. В теле коммутационной рамки выполнен контур двухсторонних контактных площадок попарно электрически соединенных элементами вертикальной коммутации. Планарные габаритные размеры, а также размеры в осях двухсторонних контуров и шаг контактных площадок для коммутационных рамок и коммутационных плат совпадают. В номенклатурных рядах коммутационные платы и рамки являются парными (сопряженными) элементами многоуровневого модуля.A switching frame is a board with a large through window in its central part, which gives the frame geometry to such a board. In the body of the switching frame, a contour of bilateral contact pads is made in pairs electrically connected by vertical switching elements. The planar overall dimensions, as well as the dimensions in the axes of the two-sided circuits and the pitch of the contact pads for the switching frames and the switching boards are the same. In the nomenclature series, switching boards and frames are paired (conjugated) elements of a multilevel module.
Уровень модуля - сборочный узел в составе коммутационной платы с электронными компонентами, монтаж которых на нее выполнен непосредственно или с помощью монтажной платы.Module level - an assembly as a part of a circuit board with electronic components, which are mounted on it directly or using a circuit board.
Многоуровневый многокристальный модуль - монолитизированная компаундами вертикальная сборка по меньшей мере двух уровней модуля.Multilevel multichip module - monolithic compounded vertical assembly of at least two module levels.
Подробное описание позиций чертежей, конструкции этапов сборки многоуровневого многокристального модуляA detailed description of the positions of the drawings, the construction stages of the assembly of a multi-level multi-chip module
На фиг. 1 представлен пример четырех уровней 1-4 конструкции многокристального модуля 5 по данной заявке. Монтаж уровней модуля 5 выполнен, с помощью коммутационных рамок 6. Каждый из уровней содержит коммутационную плату 7 с окном в ее центре и монтажную плату 8 с электронными компонентами 9. Монтаж электронных компонентов 9 выполнен на монтажной плате 8 без использования проволоки. Монтаж монтажной платы 8 с электронными компонентами 9 на коммутационную плату 7 также выполнен без использования проволочного монтажа. Количество использованных рамок для монтажа двух уровней различно и выбрано так, чтобы образовать минимально необходимую высоту пространства для размещения электронных компонентов 9. Например, нижний уровень 4 и вышележащий уровень 3 соединены между собой двумя коммутационными рамками, уровень 3 и уровень 2 соединены одной коммутационной рамкой, уровень 2 и уровень 1 - двумя коммутационными рамками.In FIG. 1 shows an example of four levels 1-4 of the construction of a
При сборке уровней 1-4 в модуль 5, уровни устанавливаются через коммутационные рамки 6 друг на друга. При этом возможны два варианта: рамка стыкуется с рамкой и рамка стыкуется с коммутационной платой. Поскольку внешние контура электрических контактов коммутационных рамок и плат одинаковы, стыковка произойдет в том и другом случае, что обеспечивает открытую архитектуру модуля и возможность наращивания в нем уровней и, соответственно функций. Например, уровень 4 и 3 соединены по внешним контурам электрических контактов коммутационной платы и коммутационной рамки, а уровень 1 и 2 соединяются по контурам электрических контактов двух коммутационных рамок с внешними выводами 11 модуля в целом.When assembling levels 1-4 into
Коммутационные рамки 6 могут быть использованы также для образования пространства для заливки компаундом 10, если такую заливку допускают условия функционирования электронных компонентов данного уровня, как это сделано, например, в уровне 1. Коммутационные рамки также могут быть использованы в качестве основания модуля 5, как это сделано в уровне 4, заканчивающегося коммутационной рамкой 6.Switching frames 6 can also be used to create a space for filling with
Монтажная плата 8 является единственным оригинальным элементом модуля (фиг. 2), имеет горизонтальную электрическую разводку, включая электропроводящие линии 12 и внутренние контуры контактных площадокThe
13 для монтажа электронных компонентов, а также контур выходных контактных площадок 14, расположенный вдоль периметра платы.13 for mounting electronic components, as well as the contour of the
Коммутационная плата 7 является унифицированной (фиг. 3), выполнена со сквозным окном 15 в ее центральной части и имеет два контура контактных площадок: внешний контур контактных площадок с элементом вертикальной электрической коммутации 16 и внутренний контур односторонних контактных площадок 17. В горизонтальной электрической разводке соответствующие контактные площадки соединены электропроводящими дорожками 18. Расположение и количество контактных площадок 17 идентично расположению и количеству контактных площадокThe
14 монтажной платы 8, что позволяет монтировать монтажную плату 8 на коммутационную плату 7 путем наложения контактных площадок без использования проволочного монтажа.14 of the mounting
Сборка многоуровневого многокристального модуля реализуется, например, в следующем порядке. Электронные компоненты 9 монтируются без использования проволочного монтажа на монтажную плату 8. Плата (фиг. 4) имеет соответствующие внутренние контуры контактных площадок 13 для монтажа электронных компонентов, а также выходные контактные площадки 14 с нанесенным на них соединительным материалом (припоем) 20. Монтажная плата 8 (фиг. 5) с одним или несколькими электронными компонентами 9 монтируется на коммутационной плате 7 путем совмещения внешнего контура контактных площадок 14 монтажной платы 8 с внутренним контуром контактных площадок 17 коммутационной платы 7. Электронные компоненты 9 при этом размещаются в окне 15 коммутационной платы 7, используя объем окна для частичного или полного размещения электронных компонентов, что увеличивает плотность монтажа в модуле и уменьшает необходимое количество коммутационных рамок 6.The assembly of a multi-level multi-chip module is implemented, for example, in the following order.
Коммутационная рамка 6 (фиг. 6) выполняется в планарных габаритных размерах коммутационной платы 7, а геометрия ее контура электрических контактов 19 с элементами вертикальной коммутации полностью совпадает с геометрией внешнего контура электрических контактов 16 с элементами вертикальной коммутации коммутационной платы 7. Толщины всех коммутационных рамок, с точки зрения их унификации, могут быть одинаковыми или составлять некоторый ограниченный номенклатурный кратный ряд.The switching frame 6 (Fig. 6) is made in the planar overall dimensions of the switching
Коммутационную плату 7 уровня сборки дополняют сверху и снизу необходимым количеством коммутационных рамок 6 (фиг. 7), так чтобы монтажная плата 8 и электронные компоненты 9, с учетом частичного их погружения в толщу коммутационной платы, оказались внутри образовавшихся полостей. При необходимости такую сборку уровней с коммутационными рамками полностью или частично заливают компаундом 10.The
Образовавшиеся сборки монтируют между собой в единый модуль 5 (фиг. 1).The resulting assembly is mounted among themselves in a single module 5 (Fig. 1).
Коммутационные платы и рамки лежат в одном номенклатурном ряду, который определяет их планарные габариты и внешние контуры электрических контактов. Они не требуют изменения при каждой смене состава электронных компонентов, подлежащих сборке в многоуровневый модуль и, следовательно, относятся к унифицированным элементам модуля. Оригинальной является лишь монтажная плата - относительно простой элемент модуля, не имеющий элементов вертикальной коммутации. Глубина полостей для электронных компонентов задается числом устанавливаемых коммутационных рамок.Patch boards and frames lie in one nomenclature row, which determines their planar dimensions and external contours of electrical contacts. They do not require changes with each change in the composition of electronic components to be assembled into a multilevel module and, therefore, relate to the unified elements of the module. The only original thing is the circuit board - a relatively simple module element that does not have vertical switching elements. The depth of the cavities for electronic components is determined by the number of commutation frames to be installed.
Таким образом, в описанной конструкции решены все поставленные задачи и получены все положения заявленного технического результата, не достигаемого в комплексе ни в одном из известных аналогов:Thus, in the described design, all the tasks are solved and all the provisions of the claimed technical result are obtained, which are not achieved in the complex in any of the known analogues:
- высокая унификация компонентов модуля, позволяющая оптимально по времени и затратам перенастраиваться с серии на серию;- high unification of the module components, allowing for optimal time and cost reconfiguration from series to series;
- открытая архитектура модуля, позволяющая наращивать его конструкцию и функции без кардинальной переработки его элементов и компоновки в целом;- the open architecture of the module, allowing to increase its design and functions without cardinal processing of its elements and layout as a whole;
- возможность использования в качестве электронных компонентов приборы электроники различных видов, технологий и размеров и создавать трехмерные модули с высокой межвидовой функциональностью;- the possibility of using electronic devices of various types, technologies and sizes as electronic components and to create three-dimensional modules with high interspecific functionality;
- технические условия для придания модулю не только высоких функциональных, но также технических и эксплуатационных параметров, например, в виде минимизированных RC задержек и повышения устойчивости к динамическим нагрузкам, за счет полного отказа от проволочной коммутации.- technical conditions for giving the module not only high functional, but also technical and operational parameters, for example, in the form of minimized RC delays and increased resistance to dynamic loads, due to the complete rejection of wire switching.
Пример выполненияExecution example
В качестве примера реализации многоуровневого многокристального модуля по данной заявке собран четырехуровневый многокристальный модуль.As an example of the implementation of a multi-level multi-chip module according to this application, a four-level multi-chip module is assembled.
Модель компьютерного моделирования четырехуровневого модуля представлена на фигуре 8. В двух нижних уровнях размещены корпусированная микросхема согласования импедансов цепей 9.1, а также изделие пьезоэлектроники 9.2. В двух верхних уровнях модуля в качестве электронных компонентов 9 размещены бескорпусные полупроводниковые приборы - кристалл контроллера 9.3 и кристалл специализированной интегральной схемы (ИС) 9.4.A computer simulation model of a four-level module is presented in Figure 8. The two lower levels contain a packaged impedance matching circuit 9.1, as well as a piezoelectronic product 9.2. In the upper two levels of the module, as
Каждый уровень модуля имеет коммутационную плату 7.1-7.4, монтажную плату 8.1-8.4 с установленными на ней электронными компонентами. Установка и электрическая коммутация контактных площадок электронных компонентов 9.1-9.4 с контактными площадками горизонтальной электрической разводки монтажных плат произведена без использования проволочного монтажа. Монтаж электронных компонентов 9.1 и 9.2 выполнен методом поверхностного монтажа (в англоязычной литературе (метод SMD). При этом использован вариант двухстороннего монтажа компонентов на монтажную плату. Монтаж электронных компонентов, являющихся изделиями кремниевой микроэлектроники 9.3 и 9.4 выполнен со стороны лицевой поверхности кремниевых интегральных схем к монтажной плате (в англоязычной литературе - метод FlipChip). На внешние контактные площадки монтажной платы предварительно нанесли соединительный материал (припой) (фиг. 4 позиция 20).Each level of the module has a switching board 7.1-7.4, a mounting board 8.1-8.4 with electronic components installed on it. Installation and electrical switching of the contact pads of the electronic components 9.1-9.4 with the contact pads of the horizontal electrical wiring of the circuit boards was made without the use of wire mounting. The installation of electronic components 9.1 and 9.2 is performed by the surface mounting method (in the English literature (SMD method). In this case, the option of two-sided installation of components on a circuit board is used. The installation of electronic components, which are products of silicon microelectronics 9.3 and 9.4, is performed from the front surface of silicon integrated circuits to a circuit board (in the English literature - the FlipChip method.) On the external contact pads of the circuit board previously applied the connecting material (solder) (Fig. 4 position 20).
Монтажную плату с установленными на ней электронными компонентами перевернули, электронные компоненты погрузили в окно коммутационной платы и совместили контактные площадки внешнего контура монтажной платы и внутреннего контура коммутационной платы. При температуре 240°С под заданным давлением произвели коммутацию монтажной и коммутационной платы. На фигуре 9а представлено фото сборки коммутационной 7.4 и монтажной платы 8.4, на нижней стороне которой установлен чип ИС, а по контуру коммутационная рамка 6.4 (фиг. 9б).The circuit board with the electronic components installed on it was turned over, the electronic components were immersed in the window of the circuit board and the contact pads of the external circuit of the circuit board and the internal circuit of the circuit board were combined. At a temperature of 240 ° C under a given pressure, the circuit board and the circuit board were switched. Figure 9a shows a photo of the assembly of the switching 7.4 and the mounting plate 8.4, on the lower side of which an IC chip is installed, and a switching frame 6.4 along the contour (Fig. 9b).
Коммутационная плата 7.4 и коммутационные рамки 6 выбраны из складского номенклатурного ряда 20×20/64 унифицированных коммутационных плат и рамок. Они имеют одинаковые планарные габаритные размеры 20×20 мм, одинаковые контуры двухсторонних электрических контактов (64 шт. ) с элементами вертикальной коммутации. Элементы вертикальной коммутации выполнены в виде сквозных металлизированных отверстий.Patch board 7.4 and
Избыточный размер коммутационной платы 7.4. по отношению к монтажной плате 8.4 обусловлен тем, что в нижних уровнях устанавливаются электронные компоненты больших габаритов. Между тем коммутационные платы всех уровней имеют одинаковые планарные габаритные размеры. В связи с этим коммутационные платы 7.1 и 7.2 из того же номенклатурного ряда унифицированных коммутационных плат и рамок 20×20/64 выбраны из второго ряда унификации (унификация по размеру окон) и имеют большие по размеру сквозные окна. На них монтируются большие монтажные платы 8.1 (фиг. 9в) и 8.2, поскольку на них установлены более габаритные, чем кристалл ИС 9.4, электронные компоненты 9.1 и 9.2. В принципе коммутационные платы модуля выбираются только из основного ряда унификации (габаритные размеры и число линий вертикальной коммуникации) или еще и из вторичных рядов (размер сквозного окна, материал и т.д.) в зависимости от того какой из характеристик модуля - технический или стоимостной являются главенствующими. Когда в модуле все коммутационные и, следовательно, монтажные платы, лежат в основном ряду унификации, достигается минимальная себестоимость модуля, но в ущерб техническим параметрам.Excessive size of the circuit board 7.4. with respect to the mounting plate 8.4, it is due to the fact that electronic components of large dimensions are installed in the lower levels. Meanwhile, patch boards of all levels have the same planar overall dimensions. In this regard, patch boards 7.1 and 7.2 from the same range of unified patch boards and frames 20 × 20/64 are selected from the second row of unification (unification by window size) and have large through-windows. Large mounting boards 8.1 (Fig. 9c) and 8.2 are mounted on them, since they are mounted larger than the IC 9.4 crystal, electronic components 9.1 and 9.2. In principle, the module circuit boards are selected only from the main unification series (overall dimensions and the number of vertical communication lines) or also from the secondary rows (through-window size, material, etc.), depending on which of the module's characteristics - technical or cost are dominant. When all the switching and, therefore, circuit boards in the module are in the main line of unification, the minimum cost of the module is achieved, but to the detriment of the technical parameters.
Размеры сквозного окна в коммутационной плате 7.3, 7.4 составляют 6,0×,6,0 мм, а в плате 7.1, 7.2 размеры 13,0×13,0 мм. Размеры монтажной платы, соответственно - для двух верхних уровней 7,0×7,0 мм, для двух нижних уровней 14,0×14,0 мм.The dimensions of the through window in the patch board 7.3, 7.4 are 6.0 ×, 6.0 mm, and in the board 7.1, 7.2 the dimensions are 13.0 × 13.0 mm. The dimensions of the circuit board, respectively, for the two upper levels are 7.0 × 7.0 mm, for the two lower levels are 14.0 × 14.0 mm.
На фиг. 9в представлено фото нижней стороны собранного модуля. Видно, что на первом нижнем уровне коммутационная плата в сборе с монтажной платой монтируется в модуль в перевернутом состоянии, по аналогии с модулем на фиг. 1 для нижнего уровня 4. Это сделано для обеспечения герметичности модуля и возможно в силу идентичной топологии соединительных контуров, то есть совпадения конфигурации электронных контактов с элементами вертикальной коммутации любых крайних деталей объединяемых сборок.In FIG. 9c is a photo of the lower side of the assembled module. It can be seen that at the first lower level, the circuit board assembly with the circuit board is mounted in the module in an inverted state, by analogy with the module in FIG. 1 for the
На фиг. 10 представлен вид сверху (фиг. 10а) и снизу (фиг. 10б) описываемого модуля в сборе, который имеет 64 выходные контактные площадки на его тыльной стороне и предназначен для дальнейшего поверхностного (SMD) монтажа.In FIG. 10 is a top view (FIG. 10a) and bottom (FIG. 10b) of the described assembly assembly, which has 64 output pads on its back side and is intended for further surface (SMD) mounting.
Испытания показали, что модуль обладает высокой устойчивостью к механическим воздействиям, например, удару одиночного действия с перегрузкой более 20 тыс. g, а также пониженным, в сравнении с другими видами сборки той же электрической схемы RC задержками.Tests have shown that the module is highly resistant to mechanical stress, for example, a single-impact shock with an overload of more than 20 thousand g, as well as reduced delays in comparison with other types of assembly of the same electrical circuit RC.
В зависимости от условий эксплуатации модуль может быть дополнительно, как изделие в целом, залит компаундом или собран в жесткий, например, металлический корпус.Depending on the operating conditions, the module can be optionally, as a product as a whole, filled with a compound or assembled in a rigid, for example, metal case.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105877A RU2702705C1 (en) | 2019-03-01 | 2019-03-01 | Multichip module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105877A RU2702705C1 (en) | 2019-03-01 | 2019-03-01 | Multichip module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702705C1 true RU2702705C1 (en) | 2019-10-09 |
Family
ID=68171092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019105877A RU2702705C1 (en) | 2019-03-01 | 2019-03-01 | Multichip module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702705C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824175C1 (en) * | 2023-05-12 | 2024-08-06 | Михаил Юрьевич Гончаров | Connection of electric circuits of printed circuit boards through elements of device circuit |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6407450B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-06-18 | Altera Corporation | Semiconductor package with universal substrate for electrically interfacing with different sized chips that have different logic functions |
DE102006000622A1 (en) * | 2006-01-02 | 2007-07-12 | Universal Scientific Industrial Co., Ltd., Tsao-Tun-Chen | Miniaturized multi-chip module for wireless transmission device, comprises interposer having thickness more than largest height of integrated circuit chip, that includes substrate confronting surface and board confronting surface |
RU2335822C1 (en) * | 2007-01-25 | 2008-10-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "НИИТАЛ" | Multi-chip module |
US20110096506A1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-04-28 | National Chip Implementation Center National Applied Research Laboratories | Multi-layer soc module structure |
RU2461911C2 (en) * | 2010-11-30 | 2012-09-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Multichip module |
RU2463684C1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | Multi-chip module |
RU148258U1 (en) * | 2014-03-28 | 2014-11-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | MULTI-CRYSTAL POWER MODULE |
-
2019
- 2019-03-01 RU RU2019105877A patent/RU2702705C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6407450B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-06-18 | Altera Corporation | Semiconductor package with universal substrate for electrically interfacing with different sized chips that have different logic functions |
DE102006000622A1 (en) * | 2006-01-02 | 2007-07-12 | Universal Scientific Industrial Co., Ltd., Tsao-Tun-Chen | Miniaturized multi-chip module for wireless transmission device, comprises interposer having thickness more than largest height of integrated circuit chip, that includes substrate confronting surface and board confronting surface |
RU2335822C1 (en) * | 2007-01-25 | 2008-10-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "НИИТАЛ" | Multi-chip module |
US20110096506A1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-04-28 | National Chip Implementation Center National Applied Research Laboratories | Multi-layer soc module structure |
RU2461911C2 (en) * | 2010-11-30 | 2012-09-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Multichip module |
RU2463684C1 (en) * | 2011-05-17 | 2012-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | Multi-chip module |
RU148258U1 (en) * | 2014-03-28 | 2014-11-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | MULTI-CRYSTAL POWER MODULE |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824175C1 (en) * | 2023-05-12 | 2024-08-06 | Михаил Юрьевич Гончаров | Connection of electric circuits of printed circuit boards through elements of device circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9349708B2 (en) | Chip stacked package structure and electronic device | |
US9768536B2 (en) | Socket with routed contacts | |
US7463492B2 (en) | Array capacitors with voids to enable a full-grid socket | |
US7173329B2 (en) | Package stiffener | |
US20150022985A1 (en) | Device-embedded package substrate and semiconductor package including the same | |
KR20050026972A (en) | Electronic package with back side, cavity mounted capacitors and method of fabrication therefor | |
TWI666742B (en) | Wireless package and fabrication method thereof | |
CN108447857A (en) | Three dimensions encapsulating structure and its manufacturing method | |
JP2015516693A (en) | 3D module for electronic integration | |
KR20100119889A (en) | Package on package using a bump-less build up layer(bbul) package | |
KR20150011806A (en) | Ramp-stack chip package with variable chip spacing | |
US10332854B2 (en) | Anchoring structure of fine pitch bva | |
KR100386018B1 (en) | Stacked Semiconductor Device Package | |
US11096290B2 (en) | Printed circuit board with edge soldering for high-density packages and assemblies | |
RU2702705C1 (en) | Multichip module | |
US20060138630A1 (en) | Stacked ball grid array packages | |
KR20090018170A (en) | Flexible joint methodology to attach a die on an organic substrate | |
RU2653183C1 (en) | Multi-chip microcircuit | |
CN108811368A (en) | The assemble method of connecting element and pcb board based on the connecting element | |
US7286368B2 (en) | System to control effective series resistance of decoupling capacitor | |
CN210628286U (en) | Packaging structure and packaging body with same | |
US20020027011A1 (en) | Multi-chip module made of a low temperature co-fired ceramic and mounting method thereof | |
EP3745456A1 (en) | Decoupling capacitor layers perpendicularly mounted between semiconductor chip and substrate | |
JP2001135780A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor, computer, circuit board and electronics | |
JPH05145254A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210330 Effective date: 20210330 |