COSTRUZIONI E STRUMENTAZIONE ELETTRONICHE

1. COSTRUZIONI E STRUMENTAZIONE ELETTRONICHE Lezione n° 4 • Packaging • MCM C.S.E.

2. Richiamo - Glossario • PWB Printed Wiring Board • PCB Printed Circuits Board • BGA Ball Grid Array • CPS Chip Scale Paccaging • COB Chip On Board • HDI High Density Interconnections • SMT Surface Mount Technology • MCM Multi Chip Modules C.S.E.

3. Richiamo - Evoluzione C.S.E.

4. RichiamoGerarchia delle Interconnessioni 1 • A) Componenti attivi o passivi “nudi” non incapsulati • BJT, Chip, Resistenze, Capacità • B) Componenti attivi o passivi “impacchettati” • Sia con contenitore plastico (DIP, TSOP, QFP, etc.), sia ceramico • C) Substrato di interconnessione di componenti nudi • Multi Chip Module (MCM), Chip on Board (COB) • D) Comprende tutti i tipi di substrati utilizzati per interconnettere Componenti impacchettati • Tutti i tipi di PCB sia rigidi che flessibili C.S.E.

5. RichiamoGerarchia delle Interconnessioni 2 • E) Sistemi di interconnessione, mediante board, di PCB • Non sono presenti su tali board dei componenti singoli • F) Sistemi di interconnessione fra schede • Power distribution, Cavi RF, Coaasiali, Fibre ottiche • G) Intero sistema, comprensivo di struttura meccanica • Rack, sistemi di controlli della temperatura • H) Intero sistema integrato • Comprende più Rack, Box, sistemi ausiliari C.S.E.

6. Condizionamento delle Interconnessioni 1 • Frequenza di funzionamento • Fck > 500 MHz = Package Materiali x Board • Tempo di volo per F > 25 MHz = linee di trasmissione • Stripline, Microstrip • Consumo di Potenza • Al crescere di Fck aumenta la potenza dissipata • Al crescere del numero di Gate aumenta la potenza dissipata • Chip che dissipano anche 30 W • 20 – 30 % dei terminali servono per l’alimentazione • Gestione Termica • Alta potenza = alta energia = calore da smaltire • Substrato di PCB = cattivo conduttore termico • Uso di reticoli conduttori e VIAS • Interferenze elettromagnetiche C.S.E.

7. Condizionamento delle Interconnessioni 2 • Campi di impiego C.S.E.

8. Costo del sistema • Uso crescente dell’elettronica • Consumer • Computer • Communication • Produzione di massa • Ottimizzazione costo /prestazione • Riduzione dei costi dell’ordine del 30% • Ottimizzazione del progetto del PCB • Per ridurre i costi di fabbricazione • Per ridurre i costi di assemblaggio • Per ridurre i costi di testing e riparazione C.S.E.

9. Tipi di Packaging • Peripheral Terminali allocati lungo i bordi periferici del package • Grid Array Terminali allocati su tutta la superficie inferiore del package • In assenza di Package DCA Direct Chip Attach • Wire Bonding • Tape Automated Bonding (TAB) • Flip Chipping C.S.E.

10. Esampio • Esempi di Chip on Board e Multi Chip Module C.S.E.

11. Considerazioni sulla densità • Considerazioni Empiriche • WC = Capacita di collegamento • T = tracce per “canale” • L = Numero di Layers • G = larghezza del canale • Wd = Densità di collegamento • Nt = numero totale di Pad • P = Passo fra Pad C.S.E.

12. Effetti della riduzione della larghezza delle piste C.S.E.

13. Effetti della distanza fra piste C.S.E.

14. Costo in funzione del numero di Layer C.S.E.

15. Densità C.S.E.

16. Frequenza C.S.E.

17. Costi C.S.E.

18. Condizionamenti sul Package 1 • Progetto fisico e conseguenze sul Package • Selezione dei componenti • Layout meccanico • Tecnologie produttive • Caratteristiche elettriche delle interconnessioni • Considerazioni termiche • Considerazioni sul progetto di circuiti digitali • Trasferimento della commutazione logica • Adattamento d’impedenza • Riduzione delle riflessioni • Clock Skew C.S.E.

19. Condizionamenti sul Package 2 • Considerazioni sul progetto di circuiti Analogici • Trasferimento di potenza • Minimizzazione del rumore • Adattamento d’impedenza • Considerazioni sulla potenza • La dissipazione di potenza di TTL e C-MOS dipende dalla frequenza e cresce drammaticamente ad alte frequenze • La capacità di pilotaggio della ECL è indipendente dalla frequenza • C-MOS pilotaggio di carichi capacitivi mediante elevate resistenze • Necessità di terminazioni antiriflessioni C.S.E.

20. Evoluzione del Packaging C.S.E.

21. Tipi di package • A) Terminali sulla periferia • 1) Dual in line Package (DIP) • 2) Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) • 3) Quad flat Pack (QFP) • B) Terminali sulla superficie • 1) Pin Grid Array (PGA) • 2) Ball Grid Array (BGA) • 3) Multy Chip Module (MCM) • C) Sistemi a basso profilo • 1) Small Outline J-Lead (SOJ) • ……………… C.S.E.

22. DIP C.S.E.

23. Sorface Mount (QFP) C.S.E.

24. Sorface Mount C.S.E.

25. DIP vs. BGA C.S.E.

26. Ball Grid Array C.S.E.

27. BGA 2 C.S.E.

28. Esempio • Flip Chip C.S.E.

29. Efficienza del Packaging C.S.E.

30. System On a Chip C.S.E.

31. Glossario • MCM => Multi Chip Modules • CSP => Chip Scale Packaging • SOP => System On a Package • SOC => System On a Chip C.S.E.

32. Tipi di Multi Chip Module • Tipo di substrato • MCM-L (laminato) • MCM-C (ceramico) • MCM-D (depositato) C.S.E.

33. MCM-L • Tecnologia simile a PCB • Molto usato • Maturo • Caratteristiche termiche non ottime C.S.E.

34. MCM-C • Substrato ceramico • Tecnica “Co Firing” • Thinck-Film Multylayer C.S.E.

35. MCM-D • Innovativo • Compatibile con tecnologie al silicio • Buone caratteristiche termiche • Vantaggi su dilatazione termica • Confronto WSI C.S.E.

36. Confronto fra varie tecnologie C.S.E.

37. Substrato per MCM-L C.S.E.

38. Substrato per MCM-L (Flex) C.S.E.

39. Substrato per MCM-C C.S.E.

40. Substrato per MCM-D C.S.E.

41. Direct Chip Attach (DCA) 1 C.S.E.

42. Direct Chip Attach (DCA) 2 C.S.E.

43. Conclusioni C.S.E.