一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机制造技术

一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，包括核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH、FPGA、多层有机基板和塑封体。FLASH内存储事先编写好或调试好的程序，在系统上电后，由自主引导程序读入到SRAM或SDRAM中；核心处理器进行计算和处理，并通过接口与外部通信；FPGA实现定制化或特殊的需求；核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH和FPGA都是集成电路裸芯，集成电路裸芯与多层有机基板通过引线键合方式或倒装焊方式连接，各个集成电路裸芯根据功能设计互连关系，互连关系在多层有机基板上通过布线实现，最后用塑封体灌封。本发明专利技术将原有单板级嵌入式计算机缩减至一个传统芯片的大小实现，大大减小了体积和重量，降低了功耗，提高了集成度和通用性。

A micro programmable on chip computer based on multichip packaging technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机
本专利技术涉及一种微型片上计算机，特别是一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，可应用到手持设备、工业现场设备、弹箭星船等武器装备、无人机等设备中作为核心处理单元使用。
技术介绍
手持设备、工业现场设备、弹箭星船等武器装备、无人机等应用场景通常要求嵌入式计算机小型化，但目前的嵌入式计算机，多数都是用单板(PCB板)或小型系统实现的，系统内的处理器、SRAM等都是选用独立的芯片，再在板上进行互连设计，因为有各个芯片封装体积的限制，整体计算机板的体积、重量、功耗都较大，且不够通用化。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，将原有单板级嵌入式计算机缩减至一个传统芯片的大小实现，大大减小了体积和重量，降低了功耗，提高了集成度和通用性。本专利技术的技术解决方案是：一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，包括核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH、FPGA、多层有机基板和塑封体；FLASH内存储事先编写好或调试好的程序，在系统上电后，由自主引导程序将FLASH里的程序读入到SRAM或SDRAM中；核心处理器对SRAM或SDRAM中的程序进行计算和处理，并通过接口与外部通信；FPGA能够适应不同系统需求，实现定制化或特殊的需求；核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH和FPGA都是集成电路裸芯，根据功能设计互连关系，互连关系在多层有机基板上通过布线实现，最后用塑封体灌封。集成电路裸芯与多层有机基板通过引线键合方式连接，具体连接方式如下：(2.1)每个集成电路裸芯在圆片状态进行减薄划片；(2.2)将每个集成电路裸芯用粘片胶粘接在多层有机基板上表面的相应位置；(2.3)集成电路裸芯的各个PAD通过键合丝键合到多层有机基板对应的键合指上形成连接。集成电路裸芯与多层有机基板通过倒装焊方式连接，具体连接方式如下：(3.1)集成电路裸芯在圆片阶段继续进行加工，形成重布线层，形成若干块适合倒装焊的金属化区；(3.2)再在圆片的每一块金属化区上制备凸点；(3.3)将集成电路裸芯的凸点与多层有机基板进行焊接，再进行底部填充，完成集成电路裸芯与多层有机基板的组装和连接。部分集成电路裸芯与多层有机基板通过倒装焊方式连接，剩余集成电路裸芯与多层有机基板通过引线键合方式连接；具体连接方式如下：首先完成倒装焊集成电路裸芯的加工和连接：1)集成电路裸芯在圆片阶段继续进行加工，形成重布线层，形成若干块适合倒装焊的金属化区；2)再在圆片的每一块金属化区上制备凸点；3)将集成电路裸芯的凸点与多层有机基板进行焊接，再进行底部填充，完成集成电路裸芯与多层有机基板的组装和连接；之后完成剩余集成电路裸芯与多层有机基板的引线键合：剩余集成电路裸芯在圆片状态进行减薄划片，用粘片胶粘接在多层有机基板上表面的相应位置，之后剩余集成电路裸芯的各个PAD通过键合丝键合到多层有机基板对应的键合指上形成连接。所述FPGA除了通用的外部增加配置PROM的配置方式外，还能利用FLASH和核心处理器设计无配置PROM的配置方式。FPGA利用FLASH和核心处理器设计无配置PROM配置方式的方法如下：将事先设计好的一个或多个配置文件存储到FLASH中，在系统上电时或是运行中需要更改FPGA工作方式时，核心处理器从FLASH中选择相应的配置文件，并按照FPGA所需的配置时序要求进行编码打包，从核心处理器的通用IO接口中将配置文件数据输出给FPGA的配置端口，并且从FPGA配置状态接口上读取配置状态，并进行配置成功或者失败的判断。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机由于采用了多芯片封装技术(MCM技术或MCP技术)，将核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH、现场可编程门阵列(FPGA)集成到一个封装体内，即将嵌入式计算机的核心部件以及功能扩展所需的可编程器件进行集成，将原有单板级嵌入式计算机缩减至一个传统芯片的大小实现，可以独立完成微型嵌入式计算机的功能，而且可以进行功能扩展，大大减小了体积和重量，降低了功耗，提高了集成度和通用性。(2)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机，将计算机核心部分的硬件连接已经设计好，用户仅需要根据参考设计提供外围的电源、时钟、复位电路即可，设计难度降低，也将大幅减轻用户在电子系统硬件方面的工作量。(3)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机由于采用了多芯片封装技术(MCM技术或MCP技术)，将原有单板级嵌入式计算机上的各种互连线集中到基板上实现，互连线长度大幅缩短，则信号传播时延也大幅减少，有利于提高系统整体性能，增加系统工作裕度，增强系统鲁棒性。(4)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机系统提供成型的计算机系统硬件平台，进一步促进嵌入式电子系统设计流程的优化，使设计人员可以集中精力在软件和算法设计方面，最终有效提高研发速度，也可帮助用户快速将产品快速推向市场。(5)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机系统除了传统的嵌入式计算机功能外，还提供了现场可编程门阵列，可以根据用户需要在上面进行各种接口和外设的开发，满足用户定制化需求，可以适应更多的应用场景。(6)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机系统数据的交换都在内部即可进行，对外无数据接口，则程序和数据可以进行保护，无法用纯物理手段从外部获得，对系统设计有较好的保护效果。(7)本专利技术所设计的微型可编程片上计算机中，现场可编程门阵列的配置无需外部再增加配置PROM，配置数据存储在内部存储器上，配置过程内部即可进行，则首先减少了系统中芯片的需求量，其次配置的数据也无法从外部通过纯物理手段截获，对系统设计也有较好的保护效果，第三从系统中提供了灵活方便高效的重配置方式，不仅是系统上电时，而在系统运行中也可以随时根据需要重新配置，提供了系统实现可重构功能的工作方式。附图说明图1为本专利技术的微型可编程片上计算机结构框图；图2为本专利技术引线键合方式实现流程图；图3为本专利技术倒装焊方式实现流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施了对本专利技术作进一步详细的描述：如图1所示，为本专利技术的内部结构框图，也是片上可编程计算机的功能组成。本专利技术由核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH、现场可编程门阵列(FPGA)、多层有机基板和塑封体组成。其中核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH和现场可编程门阵列(FPGA)是集成电路裸芯，各个裸芯之间根据功能设计互连关系，互连关系在多层有机基板上布线实现。本专利技术选用的核心处理器是一款SOC，核心是基于SPARCV8体系结构的32位RISC嵌入式处理器，最大工作频率100MHz，支持片上AMBA2.0总线，内核部分拥有整数单元，多寄存器窗口，3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，其特征在于：包括核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH、FPGA、多层有机基板和塑封体；/nFLASH内存储事先编写好或调试好的程序，在系统上电后，由自主引导程序将FLASH里的程序读入到SRAM或SDRAM中；核心处理器对SRAM或SDRAM中的程序进行计算和处理，并通过接口与外部通信；FPGA能够适应不同系统需求，实现定制化或特殊的需求；/n核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH和FPGA都是集成电路裸芯，根据功能设计互连关系，互连关系在多层有机基板上通过布线实现，最后用塑封体灌封。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，其特征在于：包括核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH、FPGA、多层有机基板和塑封体；
FLASH内存储事先编写好或调试好的程序，在系统上电后，由自主引导程序将FLASH里的程序读入到SRAM或SDRAM中；核心处理器对SRAM或SDRAM中的程序进行计算和处理，并通过接口与外部通信；FPGA能够适应不同系统需求，实现定制化或特殊的需求；
核心处理器、SRAM、SDRAM、FLASH和FPGA都是集成电路裸芯，根据功能设计互连关系，互连关系在多层有机基板上通过布线实现，最后用塑封体灌封。


2.根据权利要求1所述的一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，其特征在于：集成电路裸芯与多层有机基板通过引线键合方式连接，具体连接方式如下：
(2.1)每个集成电路裸芯在圆片状态进行减薄划片；
(2.2)将每个集成电路裸芯用粘片胶粘接在多层有机基板上表面的相应位置；
(2.3)集成电路裸芯的各个PAD通过键合丝键合到多层有机基板对应的键合指上形成连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于多芯片封装技术的微型可编程片上计算机，其特征在于：集成电路裸芯与多层有机基板通过倒装焊方式连接，具体连接方式如下：
(3.1)集成电路裸芯在圆片阶段继续进行加工，形成重布线层，形成若干块适合倒装焊的金属化区；
(3.2)再在圆片的每一块金属化区上制备凸点；
(3.3)将集成电路裸芯的凸点与多层有机基板进行焊接，再进行底部填充，完成集成电路裸芯与多层有机基板的组装和连接。


4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝天瑞，韩逸飞，郭权，秦贺，祝长民，卢峰，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，中国航天时代电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11