Оригинал взят у
klapaucy в Мегачипы-2, эпизод 2"Столь же высокие результаты получены при отработке конструктивно-технологического варианта гибридных СБИС на основе многоуровневых керамических коммутационных плат.
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
Основу этого варианта составляет керамическая подложка размерами 90х90х5 мм которая содержит внутри себя сложную, но компактную сеть коммутационных проводников, шин питания и межуровневых соединений.
1— сигнальная цепь; 2— кристалл полупроводниковой СБИС; 3— контактная площадка; 4— контактный шарик припоя; 5—перераспределяющий слой; 6—у-слой сигнальных проводников, 7—x-слой сигнальных проводников; 8—слой проводников с опорным напряжением; 9—штыри внешних выводов гибридной БИС
На лицевой верхней стороне подложки выполнены посадочные места для установки от 100 до 133 кристаллов быстродействующих полупроводниковых СБИС на биполярных транзисторах со временем переключения логических схем, входящих в эти кристаллы, около 1,1 нс. В общей сложности для присоединения этих кристаллов с жесткими выводами методом перевернутого кристалла на плате сформировано около 12000 контактных площадок. На нижней стороне платы укреплены 1800 штырьковых контактных выводов, через которые подается питание на кристаллы, вводятся и выводятся сигналы для связи с другими модулями через панель. Жесткие шариковые выводы кристаллов СБИС так же, как и система штырьковых внешних выводов многоуровневой керамической платы, имеют вид двумерных матриц с целью уменьшения занимаемой ими площади.
Керамическая подложка содержит 33 слоя проводников; слои соединяются между собой с помощью более чем 35х10^4 сквозных контактных отверстий. Из указанного числа проводящих слоев в подложке 16 отведены под сигнальные проводники, прокладываемые по осям X или Y. Проектные нормы предусматривают расположение сквозных контактных отверстий в узлах прямоугольной сетки с шагом 0,5 мм. В общей сложности в сигнальных слоях керамической подложки располагается 130 м сигнальных проводников. Между каждой парой слоев X и Y располагается слой с опорным напряжением, который позволяет контролировать волновое сопротивление сигнальных линий, которое в данной конструкции равно 55 Ом. Разводка электропитания осуществляется в трех слоях в нижней части керамической подложки.
Из рисунка видно, что пять верхних слоев подложки предназначены для перераспределения сигнальных линий от контактных площадок кристалла на набор контактных площадок, выходящих на поверхность подложки и расположенных двумя рядами вдоль сторон каждого кристалла. Эти контактные площадки позволяют контролировать гибридную СБИС с установленными на ней кристаллами. В случае необходимости с их помощью можно изменить и схему соединений, разрушив короткий отрезок проводника на поверхности подложки, отключив любую сигнальную линию от внутренних цепей, и сделать новое соединение, проложив микропровод между двумя выбранными контактными площадками. Верхние перераспределительные контактные слои наиболее густо снабжены сквозными переходными отверстиями, которые располагаются с шагом 0,25 мм. Для каждого посадочного места кристалла сформировано 96 монтажных контактных площадок. В технологии предусмотрены замены отдельных кристаллов как при изменениях конструкции, так и при ремонте, что говорит о высокой ремонтопригодности конструкции.
Монтажный узел кристалла полупроводниковой СБИС
1— кристалл СБИС; 2— два ряда контактных площадок, электрически связанных через перераспределяющие слои с шариковыми выводами СБИС, 3— перешеек между контактными площадками
Конструкция подложки позволяет подводить питание к каждому кристаллу мощностью до 4 Вт, хотя не каждый кристалл работает с максимальным током; мощность питания платы ограничена на уровне 300 Вт, т. е. в среднем около 3 Вт на кристалл. Эти цифры существенно перекрывают допустимые мощности рассеяния на уровне кристалла БИС и средние значения допустимой удельной мощности на плате при воздушном охлаждении. Поэтому в рассматриваемой конструкции применено жидкостное охлаждение.
Отвод тепла от кристаллов полупроводниковых СБИС через алюминиевые подпружиненные плунжеры:
1 - плунжер; 2 - кристалл СБИС; 3 - металлическая водоохлаждаемая крышка (часть крышки с плунжерами снята); 4 - канал для движения охлаждающей жидкости
Технология многослойных керамических плат обладает большой прецизионностью: ширина линий проводников и диаметр заполняемых под давлением молибденовой пастой сквозных отверстий равны 120 мкм.