《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)的控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
電子技術(shù)應(yīng)用 11期
張志強(qiáng),劉紹輝,,劉驍知,文永森,,王蕊
(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所,,江蘇 無(wú)錫 214035)
摘要: 隨著后摩爾時(shí)代的到來(lái),通過(guò)系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化和集成化已成為集成電路行業(yè)發(fā)展的新方向,,針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)于控制器低功耗,、小型化和集成化的大量需求,提出了一種以系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)為基礎(chǔ),,通過(guò)原理設(shè)計(jì),、封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì),、信號(hào)完整性仿真,、電源完整性仿真以及熱應(yīng)力仿真等一系列的設(shè)計(jì)方法,并結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)的制造工藝水平,,研制出了一款全國(guó)產(chǎn)化的控制器集成芯片,。該集成芯片內(nèi)部以FPGA為控制核心,,集成了射頻本振信號(hào)源和DDS信號(hào)源,實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)源的控制,、輸出以及數(shù)據(jù)通信等功能,,最后通過(guò)對(duì)樣片的測(cè)試驗(yàn)證,芯片功能穩(wěn)定,,性能滿足技術(shù)指標(biāo)要求,。與傳統(tǒng)的控制器板卡相比,所設(shè)計(jì)的集成芯片大大降低了產(chǎn)品的功耗,,并實(shí)現(xiàn)了控制器的小型化和集成化,,滿足當(dāng)前的市場(chǎng)應(yīng)用需求,并為后續(xù)控制器類集成芯片的研究提供技術(shù)和可行性參考,。
中圖分類號(hào):TN402
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223542
引用格式: 張志強(qiáng),,劉紹輝,劉驍知,,等. 一種基于系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)的控制器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,,2023,49(11):55-61.
Design and verification of controller based on system in package technology
Zhang Zhiqiang,,Liu Shaohui,,Liu Xiaozhi,Wen Yongsen,,Wang Rui
(No.58 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,, Wuxi 214035,China)
Abstract: With the advent of the post-Moore era, it has become a new direction for the development of the integrated circuit industry to meet the miniaturization and integration of the system through system-level packaging technology. In view of the large demand for low power consumption, miniaturization and integration of controllers in the current market, this paper proposes a system-level packaging technology. Based on a series of design methods such as principle design, package structure design, layout design, signal integrity simulation, power integrity simulation, and thermal stress simulation, combined with the current domestic manufacturing process level, a fully localized controller integrated chip was developed. The integrated chip takes FPGA as the control core, integrates the RF local oscillator signal source and DDS signal source, and realizes the functions of control, output and communication of the RF signal source. Finally, through the test and verification of the sample, the chip has stable function and reliable index, which meets the requirements of technical indicators. Compared with the controller board, the designed integrated chip greatly reduces the power consumption of the product, realizes the miniaturization and integration of the controller, meets the current market application requirements, and provides technical and feasibility reference for the subsequent research of controller integrated chips.
Key words : system in package,;controller,;integrated chip;RF signal source

【引言】

目前,,集成電路芯片制造工藝的特征尺寸已到達(dá)5 nm,,制造工藝的特征尺寸開(kāi)始向3 nm甚至1 nm邁進(jìn),遵循摩爾定律的晶體管特征尺寸等比例縮小的發(fā)展趨勢(shì)已開(kāi)始放緩,,成本卻在大幅提高,,而且集成電路技術(shù)的工藝節(jié)點(diǎn)也逐步接近其物理極限,集成電路行業(yè)已進(jìn)入后摩爾時(shí)代[1],。在后摩爾時(shí)代,,通過(guò)系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)(System in Package,SiP)來(lái)實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)的小型化,、多功能化和集成化已成為集成電路行業(yè)發(fā)展的新方向,。

SiP技術(shù)是將多個(gè)有源器件(芯片)和無(wú)源器件(電阻、電容等)通過(guò)異構(gòu)的方式封裝到一起,,以實(shí)現(xiàn)特定系統(tǒng)功能的單個(gè)集成芯片技術(shù)[2],。按封裝體內(nèi)元器件的排列方式不同,,SiP可分為2D平鋪封裝和3D堆疊封裝[3]。SiP芯片內(nèi)部的鍵合方式又可以分為單純的引線鍵合(Wire Bonding,WB)方式及倒裝鍵合(Flip Chip,FC)方式,,或者兩種方式混合使用,。因此根據(jù)芯片的不同排列方式以及不同的內(nèi)部鍵合技術(shù)的組合搭配,使SiP芯片的設(shè)計(jì)產(chǎn)生多樣化的組合,。

SiP技術(shù)除了靈活性強(qiáng),、集成度高、面積小等優(yōu)勢(shì)之外,,還具有成本較低,、研發(fā)周期短等特點(diǎn)[4]。因此,,SiP技術(shù)不僅在工業(yè)市場(chǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景,在軍事電子裝備市場(chǎng)中,,尤其是無(wú)人機(jī),、飛艇、飛彈等控制平臺(tái)中同樣具有廣闊的應(yīng)用前景[5-8],。

文獻(xiàn)[9]研究表明,,在SiP應(yīng)用市場(chǎng)中,射頻模組所占的市場(chǎng)份額最大,,而控制器是射頻模組整機(jī)系統(tǒng)中最重要的單元之一,,采用SiP技術(shù)將大大加快控制器小型化、集成化進(jìn)程,。但從研發(fā)角度而言,,要推出一款成熟的高集成度SiP產(chǎn)品,還面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn),,首先,,由于高度的集成化,使SiP芯片的尺寸更小,,信號(hào)間的干擾也更加嚴(yán)重,,封裝體內(nèi)的熱密度也更高,因而SiP芯片的信號(hào)完整性(Signal Integrity,SI),、電源完整性(Power Integrity,PI)及散熱問(wèn)題愈發(fā)突出[10],。其次,SiP芯片的實(shí)現(xiàn)對(duì)封裝制造工藝也有較高的要求,。

因此本文基于SiP技術(shù),,使用國(guó)內(nèi)封裝制造工藝,研發(fā)了一款全國(guó)產(chǎn)化的控制器集成芯片,,內(nèi)部集成了射頻本振信號(hào)源和DDS信號(hào)源,,并具備對(duì)射頻信號(hào)源的控制,、輸出等功能,實(shí)現(xiàn)了控制器的小型化和集成化,。


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【作者信息】

張志強(qiáng),,劉紹輝,劉驍知,,文永森,,王蕊

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所,江蘇 無(wú)錫 214035)




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