堆叠技术

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堆叠技术 [复制链接]

由于微型化以及性能发展趋势，设计者们一直努力在最小可能的空间内实现最高可能的电子产品的功能与性能。而典型的两大限制因素分别是：集成水平和I/O焊点的限制。硅片在空间和连接上的限制可在两个层次上得以解决。一是在芯片上通过编程压缩实现更高的集成性。二是通过多芯片堆叠、堆叠封装或者板级堆叠提供更高的集成性。

　

什么是堆叠技术？

堆叠技术是为了在有限的表面面积上，以增加深度、宽度以及/或者电子设计的功能为目的的、对芯片、封装零部件或卡进行机械上以及电子上的装配。对于在空间和连接上的限制，这项技术是一个最佳的解决方案。 

有两种类型的堆叠方法。特制堆叠是针对特制的芯片或封装的解决方案，这对于设计以及制造来说是非常昂贵的。一个特制堆叠的DRAM成本可达每GB内存存储500美元到1000美元。标准或商业化方式的成本模式则完全不同，这种堆叠内存模块比普通的使用单片集成部件的内存模块平均要高出15％到20％。 

标准堆叠技术为芯片、IC 以及板级堆叠提供了许多方式。

• 卡与卡堆叠方式： 
  - 柔性电路（Flex Circuit）（使用特殊绕线方式连接堆叠的多个卡） 
  - 与连接器连接（使用连接器连接多个卡）或
• 封装与封装堆叠方式： 
  - 芯片与芯片堆叠（在每一个芯片上方叠加另一个芯片，在小型板上使用芯片间迹线（trace）对控制器以及堆叠的芯片的数据针脚进行信号分配） 
  - 晶粒与晶粒堆叠（在同一个多芯片封装（MCP）或者芯片级封装（CSP）中堆叠晶粒）

由于使用相同的商业设备来制造堆叠零部件、模块或者卡，芯片与芯片堆叠是最经济有效的方式。最流行的芯片与芯片堆叠是二倍堆或者四倍堆，主要用于DRAM 、闪存以及SRAM 模块，来增加深度或者密度。一般来说，TSOP封装可以节省超过77％的板卡空间。二倍堆方式时，堆叠部件的高度符合JEDEC内存模块高度标准。因此，对于设计者们来说，没有机械上的限制。 


堆叠的 DIMM

问题与优点

卡与卡堆叠技术是设法（强力）通过使用现有的内存芯片技术实现更高的密度。但其缺点包括： 1 ）非对称 — 气流以及空间问题，[多个锁相环（PLL），更长的信号迹线]； 2 ）单片存储器配件在芯片级浪费主板的空间； 3 ）不经济有效（多个 PCB 板，连接器的成本）； 4 ）对于制造来说，使用柔性电路（Flex Circuit）或是连接器都有问题；5 ）柔性电路易导致导线损坏；6 ）连接器与连接器的连接方式不利于抗冲撞或是震动；芯片堆叠技术可能引起散热问题或是容易导致在2+堆叠时造成焊点到封装的损坏，但它却提供了相对的一些优点： a ）一个 PLL； b ）标准 Gerber； c ）标准制造和检测程序； d ）更短的信号迹线； e ）制造上成本更低。 

总而言之，使用目前的内存技术来达到下一代的内存密度，芯片与芯片堆叠是最佳选择。这也是SimpleTech公司的首选方法，并由此开发了专利的IC Tower芯片堆叠技术。 

为了芯片间能够连接，特殊的PCB侧板实现了从底层芯片到顶层芯片的连接。PCB侧板直接连接公用信号，例如顶层芯片与底层芯片间的数据针脚。在芯片选用方面，顶层芯片针脚被引向PCB侧板的中间一层，即而与底层芯片的未使用的针脚相连。有目的地对芯片选择针脚重新选择路由可以在不同时期启用顶层芯片和底层芯片，这样可以使两个堆叠的部件共用同一个数据针脚。 

SimpleTech 公司的堆叠处理技术使用标准的表面安装设备。这样，仅仅利用一个表面安装生产线就可以每月生产超过一百万个堆叠产品。IC Tower芯片堆叠技术被应用于制造大量的DRAM 、闪存以及基于SRAM的内存解决方案中。 

　

实际应用推动了对堆叠技术的需求

推动对堆叠技术需求的实际应用主要是那些特殊矮版或小型的服务器，以及高端服务器和工作站，这些设备要求使用最小的空间实现最大的系统内存。主要的操作系统，例如Unix、Linux以及WindowsXP，可从系统中更多使用堆叠技术的服务器DRAM上受益。最新的高性能操作系统对DRAM容量增加的支持意味着，高速的3GHz＋多重处理器架构能够更好地通过增加高速物理内存平衡CPU周期。通过提供基于DDR和DDR2的内存解决方案，以及利用其IC Tower芯片堆叠技术实现每内存插口的峰值密度，SimpleTech公司解决了对高密度内存的大量需求。SimpleTech公司并没有仅仅是等待1Gb单块芯片投入市场并降到合理的价位；而是通过堆叠现有最高容量的512Mb SDRAM、DDR 或DDR2芯片在同样规格下实现1Gb密度。由于DDR以及DDR2内存的时钟速率增加，数据存取的开机时间和保持时间（Setup and Hold Times）都大大减少。零部件的叠加使得比同密度的主板减少了一半的线路长度，这使得系统及主板布线设计人员可以更容易地运用主板的单一线路管理。做到这一点是通过去掉两个单片集成电路间的线路，使堆叠部件间的线路数目达到最低限度。 

其他应用包括网络和电信，这要求在最低可能的嵌入式板表面积上实现最高的DRAM密度。例如，为保持在RISC处理器以及基于网络处理器设计的控制和数据面板的高带宽传输速率，设计者可以选择提供存储器存取的多频道方式，这种方式利用了高密度堆叠的DDR2 SDRAM作为内存子系统。当典型的路由器或者电信网关对DRAM的使用从每存储通道512MB升级到1GB或2GB，IC Tower芯片堆叠技术也许是获得更高密度的唯一方法。 

总之，当一个系统要求达到每单位表面积最高可能内存密度或功能时，IC Tower芯片堆叠技术可以在现今任何成本模式下提供解决方案，而不必只是等待下一代内存产品。