（微电子学与固体电子学专业论文）m版图编辑器的开发.pdf

电子科技大学微电子与剧体电子学院硕士论文 摘要 本文论述了m c m 布线编辑器的整个开发过程。首先介绍了该课题的背景，包括 多芯片组件的发展与特点，现代电子设计自动化的相关进展，以及我们的工作目 标。然后详细论述了开发所采用的技术路线，即采用软件工程的方法，首先对用 户的需求进行细致地分析，并以面向对象技术为整个系统建立软件模型，再通过 相关的插件将其转化为工程代码框架，最后具体实现整个软件，并对系统作简单 的测试。工作的重心在于将整个系统构建在面向对象数据库的基础之上，从而实 现安全、高效的数据管理。本文解决的主要问题是面向对象设计方法和关系数据 库之间的映射。面向对象设计的机制与关系模型的差异造成面向对象设计与关系 数据库设计之间的不匹配。对象模型侧重于使用包含数据和行为的对象来构建应 用程序：关系模型则主要针对于数据的存储。使用对象模型，常常通过对象之间 的关系来进行访问；而根据关系理论，则通过表的连接、行列的复制来实施数据 的存取。需要一种映射方法来解决二者之间的衔接，从而获得成功的设计。本文 采用属性映射成域，类映射成表，关系映射等有效的方法完成了预期的转变。 论文最后利用该软件画了一个多层共烧陶瓷滤波器的版图。 关键词：m c m ，软件工程，面向对象编程，关系数据库 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e dt h ew h o l ep r o c e d u r eo fd e v e l o p i n gm c ml a y o u t e d i t o r f i r s t l y , b a c k g r o u n d o ft h e p r o j e c t w a si n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gc h a r a c t e r so f m u l t i - c h i pm o d u l e ，e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o na n do u rd e s t i n a t i o n t h ed e t a i l o f s o l u t i o nw a s e x p o u n d e ds e q u e n t i a l l y w e u s e dt h e m e t h o d o l o g y o fs o f t w a r e e n g i n e e r i n g a n d o b j e c t o r i e n t e dt e c h n i q u e t oc r e a t et h em o d e lo ft h e s y s t e m ， c o n v e r t e di ti n t o e n g i n e e r i n gc o d ef r a m e w o r kb yac o r r e l a t i v et o o l ，t h e ne n r i c h e d f r a m e w o r kt oa c c o m p l i s ht h es o f t w a r ea n dm a d eas i m p l et e s t t h ec o r eo fs t u d y i n g w a sc o n s t r u c t i n gt h es y s t e mo no b j e c t - o r i e n t e dd a t a b a s es oa st om a n a g et h ed a t a s e c u r e l ya n de f f i c i e n t l y t h ek e yp r o b l e ms o l v e di nt h ep a p e rw a sg i v i n gt h em a p b e t w e e nt h eo r i e n t e d o b j e c t m e t h o da n dr e l a t i o n a ld a t a b a s e t h ed i f f e r e n c eo f m e c h a n i s mb e t w e e nt h et w om a d ed e s i g nu n m a t c h e d o b j e c tm o d e le i f l 【p h a s i z e d p a r t i c u l a r l y o l l c o n s t r u c t i n ga p p l i c a t i o n sb yo b j e c t si n v o l v i n g d a t aa n db e h a v i o r ； r e l a t i o n a lm o d e li n c l i n e dt om e n q o r i z et h ed a t a o b j e c tm o d e lu s u a l l ya c c e s s e dd a t a t h r o u g hr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h eo b j e c t s ；s t o r i n gm a dt a k i n gd a t ao f t e nn e e dl i n k t a b l e sa n dd u p l i c a t er o w so rc o l u m n s a c c o r d i n g t ot h er e l a t i o n a lt h e o r y s o w en e e d e d am a p p i n gm e t h o dt oj o i nt h et w os o a st og e tas u c c e s s f u l d e s i g n t h ee x p e c t e d d e s t i n a t i o nw a sa t t a c h e db ym a p p i n g sb e t w e e na t t r i b u t e sa n dd o m a i n s ，c l a s s e sa n d t a b l e s ，r e l a t i o n s h i p sa n ds o o n ，a tt h ee n do ft h ep a p e r , al a y o u to fam u l t i l a y e r c o f i r i n gc e r a m i c sf i l t e rd r a w nb y t h es o f t w a r ew a sg i v e no u t k e y w o r d ：m c m ，s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，u m l ，o b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s e i i i 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：兰堡日期：伊；年月硝日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：互兰堡导师签名：生篁塑塑 日期：j 年2 - 月砖e l 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 第一章引言 1 1电子封装技术发展历程 随着现代科技的发展，尤其是电子技术，微电子技术，以及新材料技术 的快速进步，人们的需求更加多样，应运而生了各种新奇的电子产品，比如 手机，p d a ，m p 3 等成熟的商品。这些产品特点就是使用的人群巨大，而且 更新换代的速度很快，越来越小型化，轻量化，价格也不断降低。推动这种 潮流的动力有相当一部分是来自幕后英雄微电子封装技术的进步。谈到 微电子封装技术，已经经历了好几代的变迁，由于电子产品正朝着便携式、 小型化、网络化和多媒体化方向发展，这种市场需求对电路组装技术提出了 相应的要求，单位体积信息的提高( 高密度) 和单位时间处理速度的提高f 高速 化) 成为促进微电子封装技术发展的重要因素。从而产生了如下几个发展趋 势： 1 1 1 片式元件：小型化、高性能 片式元件是应用最早、产量最大的表面组装元件。它主要有以厚薄膜工 艺制造的片式电阻器和以多层厚膜烧工艺制造的片式独石电容器，这是开发 和应用最早和最广泛的片式元件。 随着工业和消费类电子产品市场对电子设备小型化、高性能、高可靠性、 安全性和电磁兼容性的需求，对电子电路性能不断地提出新的要求，片式元 件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发 展。在铝电解电容和钽电解电容片式化后，现在高q 值、耐高温、低失真的 高性能m l c c 已投放市场；介质厚度为1 0 u m 的电容器己商品化，层数高达 1 0 0 层之多；出现了片式多层压敏和热敏电阻，片式多层电感器，片式多层 扼流线圈，片式多层变压器和各种片式多层复合元件；在小型化方面，规格 尺寸从3 2 j 6 2 1 2 5 一1 6 0 8 1 0 0 5 发展，目前最新出现的是0 6 0 3 ( 长o 6 r a m ， 宽o 3 m m ) ，体积缩小为原来的o 8 8 。 集成化是片式元件未来的另一个发展趋势，它能减少组装焊点数目和提 高组装密度，集成化的元件可使s i 效率( 芯片面积基板面积) 达到8 0 以上， 并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件，从而可 电子科技大学微电子与吲体电子学院硕士论文 极大地解决焊点失效引起的问题。 1 1 2 芯片封装技术：追随f c 的发展而发展 数十年来，芯片封装技术一直追随着i c 的发展而发展，代i c 就有相 应一代的封装技术相配合，而s m t 的发展，更加促进芯片封装技术不断达到 新的水平。 六七卜年代的中、小规模i c ，曾大量使用t o 型封装，后来又开发出d i p 、 p d i p ，并成为这个时期的主导产品形式。八十年代出现了s m t ，相应的i c 封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的l c c c 、p l c c 、s o p 等结构。 在此基础上，经十多年研制开发的q f p ( q u a d f l a tp a c k a g e ) 不但解决了i ，s i 的 封装问题，而且适于使用s m t 在p c b 或其他基板上表面贴装，使q f p 终于 成为s m t 主导电子产品并延续至今。为了适应电路组装密度的进一步提高， q f p 的引脚间距目前已从1 2 7 r a m 发展到了o 3 m m 。由于引脚间距不断缩小， i o 数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了许多困难， 导致成品率下降和组装成本的提高。另一方面由于受器件引脚框架加工精度 等制造技术的限制o ，3 m m 己是q f p 引脚间距的极限，这都限制了组装密度 的提高。于是一种先进的芯片封装b g a ( b a l lg r i da r r a y ) 应运而生，b g a 是 球栅阵列的英文缩写，它的i o 端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封 装下面，引线间距大，引线长度短。b g a 技术的优点是可增加i o 数和间距， 消除q f p 技术的高i o 数带来的生产成本和可靠性问题。 b g a 的兴起和发展尽管解决了q f p 面临的困难，但它仍然不能满足电 子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足 硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要 求，所以更新的封装c s p ( c h i ps i z ep a c k a g e ) y , q 4 , 现了，它的英文含义是封装 尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对c s p 规定 是芯片面积与封装尺寸面积之比大于8 0 。c s p 与b g a 结构基本一样，只 是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的 i o 数，使组装密度进一步提高，可以说c s p 是缩小了的b g a 。 c s p 之所以受到极大关注，是由于它提供了比b g a 更高的组装密度， 而比采用倒装片的板极组装密度低。但是它的组装工艺却不像倒装片那么复 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 杂，没有倒装片的裸芯片处理问题，基本上与s m t 的组装工艺相一致，并且 可以像s m t 那样进行预测和返工。正是由于这些无法比拟的优点，才使c s p 得以迅速发展并进入实用化阶段。目前日本有多家公司生产c s p ，而且正越 来越多地应用于移动电话、数码录像机、笔记本电脑等产品上。 从c s p 近几年的发展趋势来看，c s p 将取代q f p 成为高i o 端子i c 封 装的主流。 为了最终接近1 c 本征传输速度，满足更高密度、更高功能和高可靠性的 电路组装的要求，还必须发展裸芯片( b a r ec s i 凶技术。 从1 9 9 7 年以来裸芯片的年增长率已达到3 0 之多，发展较为迅速的裸 芯片应用包括计算机的相关部件，如微处理器、高速内存和硬盘驱动器等。 除此之外，一些便携式设备，如电话机和传呼机，也可望于近期大量使用这 一先进的半导体封装技术。最终所有的消费电子产品由于对高性能的要求和 小型化的发展趋势，也将大量使用裸芯片技术。表2 是引脚数都为1 6 0 的q f p 、 c s p 、b a r e c h i p 在外形、尺寸上的比较。 从表中可以看出若以o 6 5 m m q f p ( 1 6 0 p i n ) 面积为1 ，则同样引脚c s p ， 其占用面积为0 1 7 ，而采用b a r e c b i p 其占用面积仅为o 1 2 。元器件的缩小则 可以大大推进电子产品体积的缩小，以移动电话为例，9 0 年代重2 2 0 9 ，而现 在最轻的已达5 7 克，可以很容易地放进上衣口袋里。 11 3 微组装：新一代组装技术 微组装技术是9 0 年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和 表面组装技术( s m t ) 的基础上发展起来的新一代电子组装技术。 微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和封装工艺组装各 种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠 的三维立体机构的高级微电子组件的技术。【3 】 多芯片组件( m c m ) 就是当前微组装技术的代表产品。它将多个集成电路 芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上，然后封装在外壳 内，是电路组件功能实现系统级的基础。m c m 采用d c a ( d i r e c tc h i da r t a c h ， 裸芯片直接安装技术) 或c s p ，使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等 级。在m c m 的基础上设计与外部电路连接的扁平引线，间距为o5 m m ，把 电子科技大学微电子与周体电子学院硕十论文 几块m c m 借助s m t 组装在普通的p c b 上就实现了系统或系统的功能。 当前m c m 已发展到叠装的三维电子封装( 3 8 ) ，即在二维x 、y 平面电 子封装( 2 d ) m c m 基础上，向z 方向，即空间发展的高密度电子封装技术， 实现3 d ，不但使电子产品密度更高，也使其功能更多，传输速度更快，性能 更好，可靠性更好，而电子系统相对成本却更低。 对m c m 发展影响最大的莫过于i c 芯片。因为m c m 高成品率要求各类 i c 芯片都是良好的芯片( k o d ) ，而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以 全面测试老化筛选，给组装m c m 带来了不确定因素。 c s p 的出现解决了k g d ( k n o w n g o o d d i e ) i h 题，c s p 不但具有裸芯片的 优点，还可像普通芯片一样进行测试老化筛选，使m c m 的成品率才有保证， 大大促进了m c m 的发展和推广应用。【1 】 目前m c m 已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中，今后将用 于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。 114 裸芯片技术 主要形式有：一种是c o b 技术，另一种是倒装片技术( f l i pc h i p ) 。 c o b 技术 用c o b 技术封装的裸芯片是芯片主体和i o 端子在晶体上方，在焊接时 将此裸芯片用导电导热胶粘接在p c b 上，凝固后，用b o n d e r 机将金属丝f a l 或a u ) 在超声、热压的作用下，分别连接在芯片的i o 端子焊区和p c b 相对 应的焊盘上，测试合格后，再封上树脂胶，与其它封装技术相比，c o b 技术 有以下优点：价格低廉；节约空间；工艺成熟。c o b 技术也存在不足，即需 要另配焊接机及封装机，有时速度跟不上；p c b 贴片对环境要求更为严格； 无法维修等。 f l i pc h i p 技术 f l i pc h i p ，又称为倒装片，与c o b 相比，芯片结构和i o 端( 锡球) 方向 朝下，由于i o 引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上f l i p c h i p 已达到顶峰，特别是它可以采用类似s m t 技术的手段来加工，故是芯片 封装技术及高密度安装的最终方向。9 0 年代，该技术已在多种行业的电子产 品中加以推广，特别是用于便携式的通信设备中。 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一 步缩小，裸芯片的应用将会越来越广泛。 可以看出为了提高封装密度( 常用的衡量标准是芯片碰积和封装面积之 比，陔值越接近1 ，即越大则封装效率越高) ，微电子封装技术在这个因素的 推动下，陆续发展了诸如塑料方型扁平式封装p q f p ( p l a s f i cq u a d f l m p a c k a g e ) 、插针网格阵列割装p g a ( p i ng r i da r r a yp a c k a g e ) 、球栅阵列封装 b g a ( b a l lg r i da r r a yp a c k a g e ) 至u g 片尺寸封装c s p ( c h i p s i z ep a c k a g e ) 再到多 芯片组件m c m ( m u l t i c h i pm o d e l ) ，适用频率越来越高，耐温性能越来越好， 引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。 为了解决单一的芯片集成度和功能不够完善的问题，可以把多个高集成度、 高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用l t c c ，s m d 等技术 组成m c m 多芯片组件系统。 4 】 1 2e d a 的发展 推动现代电子系统快速进步还有一个重要因素，即e d a ( e l e c t r o n i c s d e s i g na u t o m a t i o n ，电子设计自动化) 的诞生，如果说电子产品对现代信息社 会起支撑作用，那么e d a 技术当之无愧的成为电子产品的灵魂和支柱。 e d a 产品的形成是微电子技术，计算机技术和智能化技术这三项先锋技 术在电子设计领域成功应用的典范。e d a 工具的广泛应用，有效地增加了电 子产品的高技术含量并且满足了产品开发的复杂性要求和时限要求。反过来， 复杂电子产品开发的需求又推动电子工程师们把越来越先进的技术引入到 e d a 产品中使之不断完善。回顾近3 0 年电子产品开发的历程，可以看出e d a 工具的开发经历了三代产品： c a d 一计算机辅助设计 c a e 一一计算机辅助工程 e s d a 电子系统设计自动化 每代产品都在设计层次上有一个跃迁，可以概括地用图】来说明。 电子科技大学微电子与阍体电子学院硕士论文 涉及崖玖 系统缎设 逻辑设计 物理设计 七十年代a - i 一年代九十年代| 涮 图1 1e d a 的发展 本世纪六十年代诞生了计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 目口c a d 概 念。c a d 使人们可以进行电气原理图输入、逻辑模拟和电路分析，提高了设 计精度和质量，大大缩短了设计时间。随着微电子技术的进步和半导体器件 的曰益复杂，导致产生了计算辅助2 1 2 k 呈：( c o m p u t e r a i d e d e n g i n e e r i n g ) e l ic a e 。 c a e 比c a d 在功能上有很大的提升，除了纯粹的图形绘制功能外，还把电 路的功能设计和结构设计通过电气连接网络表结合在一起，实现了工程设计。 尽管c a d 、c a e 技术的应用取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设 计工作中彻底解放出来。整个设计过程中，计算机完成某些设计步骤的自动 化程度还不高，各设计环节的衔接并不流畅，设计资源的利用也不充分，出 现错误时，需由人进行大量的、繁琐的修改。基于以上的不足，人们开始追 求贯彻整个设计过程的设计自动化，这就是e s d a ( e l e c t r o n i cs y s t e md e s i g n a u t o m a t i o n ) 子系统设计自动化。现代e s d a 技术在迅猛发展的计算机技术 的强力支持下，取得了很大进展。其中以p r o t e l 公司推出的p r o t e l f o r w i n d o w s 版及其软件c l i e n t s e l v e r 体系特别突出，代表着当今e s d a 的发展潮流。它 有如下优点：1 2 p r o t e la d v a n c e d s c h e m a t i c ( 气原理设计软件1 和p r o t e la d v a n c e dp c b ( e p 制电路设计软件) 本身就是w i n d o w s 应用程序，熟悉w i n d o w s 的用户基本就 会用它。其文档管理操作与w i n d o w s 相同，电子设计功能与其他的e d a 工 具大同小异。 在电子产品的各个设计阶段，p r o t e l 采用连贯一致的用户界面。用户可以 在标准化的界面下定制工作环境。 p r o t e lf o rw i n d o w s 数据交换性和开放性好。在这个体系中提供标准化的 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 用户环境和运行各种s e r v e r 即e d a 工具的平台。用户可以购买各种设计工 具集成成套，充分利用e s d a 资源。 在自动布线技术方面，p r o t e l 提供了近几年才涌现出来的高性能布线器： 基于形状( s h a p eb a s e d ) 无网格布线器、榷挤式( p u s h s h o v e ) 布线器。 在模拟电路方面，p r o t e l 提供智能化覆铜、大面积铺地、水滴焊盘、异型 焊盘等功能。 新技术的涌现对e d a 起了强大的推动作用，微细加工技术对e d a 发展 起决定作用，工艺方面每一次质的提高都为e d a 的革新创造了基本条件。这 是因为e d a 的最终物理实现与工艺密不可分。下面以表1 1 明这种关系在近 十年里的体现。 表1 】十年微细加工技术和e d a 发展的关系 工艺特征典型产品e d a 软件工具主要特点 1umo a lc u p l 和a b e l 电可擦除的电路描述设计 c o m sp c a d 系统 o 6 斗mf p g aa c t i v e c a d广泛应用v h d l 语言进行逻辑综 jc o m se p l do r c a d 等系统 合和优化系统设计可实现现场多 次重复修改、验证 0 3 5 深亚微米c p u d e s i g n p l a n n e ri i i o ，m p e g ，c o r e 和生成m c u ( 微控 或更小的 ( v 2 ，4 ) p r e y i e w 、 制单元) 的可编程逻辑部分全集成 c m o s 工艺等 f l o o r p a n n e r一个单片内 计算机技术为e d a 的发展提供动力在硬件方面，早先e d a 的使用依赖 于工作站，这使得它成为重点实验室和大公司的专用工具。然而，随着4 8 6 、 奔腾机的普及，工作站已更多地让位于p c 机。此外，计算机外设的进步速 度也非常惊人，激光打印机、激光绘图仪、彩色喷墨机等应有尽有。硬件性 能的增强是软件开发和功能提高的基础，这进步为e d a 系统的推广和发展 提供了良好的硬件平台。在软件方面，由于功能强大的面向对象编程工具语 言v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、v i s u a lf o x p r o 等的出现，使得开发各种e d a 应 用程序变得更加得心应手。值得一提的是m i c r o s o f t 推出新一代w i n d o w s 操 作系统w i n 9 5 后，各e c a d 厂商纷纷放弃了自己的界面，实现基于w i n d o w s 的e d a 软件。这一发展趋势使得e d a 软件易学实用，功能完善，接口多， 兼容性强，开放性好。智能化技术对e d a 发展的深入影响早期的电子线路优 化设计是由用户提出电路技术指标，设计者根据自身的电路知识和工作经验， 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 设计出电路的初始方案，包括电路结构、元件参数等，然后再由计算机进行 优化设计，求出有关响应，与设计指标进行比较，如不满足要求，则自动修 改电路的参数，如此反复分析、修改，直到满足要求为止。图3 是该过程的 框图：在以上过程中，计算机应用的最优化算法主要有单纯形法、最速下降 法等。单纯形法的缺点是在接近极值时收敛很慢。而最速下降法则不适用于 目标函数导数不存在或不易求得的情况。随着智能化技术的发展，各种先进 的优化搜索策略被人们应用到e d a 工具的开发上，使设计综合工作从逻辑级 开始，逐步向设计前端发展。目前出现了包括系统的划分、可测性设计、可 布性分析和功率优化等诸多方面的高层次综合，即行为级综合和寄存器综合。 图4 是高层次综合主要步骤的流程示意图。高层次综合的问题求解涉及到问 题归约、目标的搜索策略、设计空阋的复杂性等诸多方面。需要搜索的设计 空间通常是非连续的、多维的空间因此采用完整的信息策略是不可取的且 代价太高。为了在不完全搜索整个设计空间的基础上得到满意解，即获得最 优化设计结果，常采用以下空间搜索策略： 2 1 通过问题归约，综小问题领域，然后运用专门知识来寻求各个子问题的满 意解。 2 采用专家系统的知识库和推理机来寻求最优解。 3 运用启发式算法，缩小设计空间，在合理的时间内寻求满意解。先进智能 化技术在上的应用导致了自动综合工具的产生。目前自动综合工具正逐渐向 设计整体规划( f l o o rp i a n n i n g ) 的方向发展。它的目标是煎鞴连接用户要求制 订的设计规划，后端连接到版图的物理实现。 e d a 面临的挑战尽管e d a 的发展日新月异，但也面临着巨大的技术障 碍。主要体现在高层次综合设计和深亚微米技术方面。 高层次综合设计尚未完善，高层次综合中的调度和分配本身就是需要研 究的难题。尽管高层次综合中的各算法对各任务的处理取得了一些令人满意 的结果，但整个系统的综合结果常常不能令人满意。仍有一些需要解决的问 题，如设计空闻有效搜索方法和数字系统的划分等等。 深亚微米技术带来了的新的技术难题，采用深亚微米技术时，由于工艺 线由宽变窄，互连电阻和互连电容变大，互连线网络对时序分析豹影响和器 屯子科技大学微电子与吲体电子学院硕士论文 件延时对时序分析的影响目前处于同等重要的位置。此外是功耗的挑战，器 件在高速运行情况下的开关功耗通常会占到总功耗的7 0 9 0 ，这加重了器 件散热的困难，并且导致器件可靠性下降。最后，在精确的延时性能指标下， 将无法预期给定面积条件下的可布通性。 它包含 电子线路逻辑设计； 原理图设计： 布图布局与线路设计； 电路逻辑仿真与模拟； 信号的综合与分析； 电路e m c ( 电磁兼容性分析) 电路热分析 这些强大的功能将设计人员从繁杂的计算、查表、绘图等枯燥繁杂的劳 动中解放出来，可以将更多的精力集中在整机设计、系统级的考虑上，并使 超大规模芯片的设计工作借助计算机的高速运算成为可能。产品开发的周期 也大幅缩短，甚至许多产品已经可以完全在计算机上模拟现实情况，不必进 行产品试验就可以高效可靠地获得高性能的设计结果，无疑这对研发人员提 高效率提供了良好条件。同时也促进了e d a 软件的开发迅速成为一个崭新的 行业，催生了大批实力雄厚的企业，陆续出现了许多著名的e d a 公司，如大 家很熟悉的a n s o f t ，a g i l e n t ，m e n t o r ，p r o t e l ，a m d 等著名企业。 本文主要就是讨论关于m c m 版图编辑器的开发，同时也是应电子部2 4 所的要求，开发一个使用方便，与常用e d a 软件有良好接口的多芯片组件交 互式版图编辑器。主要用于在绘制多芯片组件的版图时使用更符合使用习，顷 的界面，而同时又能被流行的e d a 工具如c a n d e n c e 等以标准的接口读取 所生成的文件。 电予科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 第二章m c m 技术 2 1m c m 的定义 m c m 是m u l t i c h i pm o d u l e 的缩写，通常称为多芯片组件，也有人称其 为多芯片模块、多芯片封装或热导模块。这是一种继上世纪8 0 年代出现表面 安装技术s m t 后在9 0 年代在微电子领域兴起并得至6 迅速发展的一项引入瞩 目的新技术。业界普遍认为m c m 是一种适用于v l s i 器件的封装形式，也 是目前能极大限度发挥高集成度、高速半导体i c 的优良性能、制作高速电子 系统，实现电子整机小型化、高性能和多功能的有效途径。也正是由于m c m 具有布线密度高、互连线短、体积小、重量轻和性能优良的诸多优点而普遍 受到世界各国的高度重视，并被广泛应用于计算机、通信、军事、航空航天 和汽车等领域。图2 1 是m c m 的一个例子。 图2 1w o r l d ss m a l l e s tp e m i u mm u l t ic h i pm o d u l e m c m 的确切定义目前还众说纷纭，从不同的角度，对m c m 技术的本 质和内涵有不同的理解，如从混合集成电路角度认为m c m 是种高级的混 合集成电路；从电子封装角度则认为m c m 是种先进的封装形式；从微电 子组装角度看则将m c m 看作是一种高密度的电路集成组件等。我们对m c m 的定义是：是将2 个或2 个以上的大规模集成电路裸芯片和其他微型元器件 ( 含片式化元器件) 电连接于同一块共用的高密度互连基板上，并封装在同一 个外壳内所构成的具有定部件或系统功能的高密度微电子组件。其基本构 屯子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 成包括如表2 1 表2 1多芯片组件的组成” 组成说明举例 i c 、l s l 芯片，r 、l 、c 微型元件； 芯片与同定芯片粘附引线键、t a b 、倒装片等 芯片等与基片的电气、机械连接 形成芯片问、元嚣件问的电路连接、 c u 聚酰亚胺，w a 1 2 0 3 ，a i ( a u ) s i 0 2 互连线 构成金属电介质结构图形等 形成层间内部互连结构与承载l s im c m c ，m c m l ，m c m d ，m c m d m c m 基板 芯片的载体平面，有时需另外封装c 。m c m s i 等 信号互连线的结构性支撑；信号内部 基板底座硅、陶瓷、有机绝缘层、金属等 连线与外界输a 输出的连接构成体 附属的结构性支撑、环境保护以及实 封装体陶瓷封装、塑封绝缘组件 现与外界信号、电源的连接 组件与母板的电连接，构成m c m 组 j 组件级连接p g a 译a c 、翼形引线等 件群或组件支架的整体部分 图是m c m 的示意结构。 三班封城 维系布线多层基板外引出线 图22m c m 的示意结构 2 2 m o m 的分类与特点 m c m 因使用的材料与工艺技术的不同，种类繁多，其分类方法也应认 识角度的不同而异。可按基板类型分类，也可按基板制作工艺来分。目前国 电子科技人学微电子与剧体电子学院硕士论文 内一般是按基板类型进行分类，分成厚膜m c m 、薄膜m c m 、陶瓷m c m 和 混合m c m 。国际上比较流行的是按基板材料与基扳制作工艺来分类，分成 如图2 3 所示的三个基本类型，即m c m l ( 叠层多芯片组件) 、m c m - c ( 共少 陶瓷多芯片组件) 和m c m d ( 淀积多芯片组件) 。1 4 ) 狐m - c c e t l m t o 嘲狂、j 孕胀礁 内外屡开_ 型多层板 内埋嚣导通孔多屡麟扳 温共烧陶瓷多层撼板( h t 温共烧陶瓷多层撼扳( l t 膜多层募板 d c ( 陶瓷罐板) d s i ( 硅耩板) d m ( 金儡基扳) d s ( 蓝宝石麟扳) 按照i p c ( i n s t jt u t ef o r 按基板类型分类 i n t e r c o n n e c t i n ga n d p a c k a g i n gc i r c u i t ) 分类 图2 3m c m 的类型 2 2 1m c m - l m c m l ( m u l t i c h i pm o d u l el a m i n a t e ) 称为叠层型型多芯片组件，是采用 高密度多层印制电路板构成的m c m ，也包含双面叠层高密度基板。通常认 为使用传统p c b 工艺和材料制造的高密度基板上组装有裸芯片的组件就是 m c m l ，这个定义包含三部分，即传统p c b 技术、高密度叠层基板和组装 的是裸芯片。这种m c m 的优点是成本较低，制造工艺比较成熟，同传统p c b 相比具有性能优势。缺点是散热差，各种材料的热胀系数不匹配。和另两种 m c m 相比其封装效率和性能较低，因此常应用于消费类电子产品和个人计 算机等民用领域。m c m l 典型的机构如图2 4 。 蕊薹! 五进 嵩 电子科技大学微电子与同体电子学院硕士论文 图2 4m c m l 韵典型结构 2 2 2m c n - c m c m c ( m u l l i c h i p m o d u l e c e r a m i c ) 称为c 型( 厚膜陶瓷型) 多芯片组件， 是采用高密度多层厚膜布线和多层陶瓷基板制成的一种先进的m c m ，其特 点是各导体布线层之间夹有陶瓷介质绝缘隔离层，层内含有多个纵向互连通 孔。按陶瓷基板的不同还可分为厚膜多层( t f m ) 基板和共烧陶瓷多层基板两 类，后者又可分为高温共烧陶瓷( h t c c ) n 层基板和低温共烧陶瓷( l t c c ) 多层 基板两种。m c m 。c 的成本适中，具有较高的布线层数、布线密度、封装效 率和优良的可靠性、电性能与热性能。其性能介于m c m l 和m c m d 之问， 广泛应用于中规模和中速产品。m c m c 的典型结构如图2 ，5 所示。【4 p i 低温共烧陶 瓷基板 图2 5m c m c 的典型结构示意图 其制造工艺的一般过程为： 焊区 y 信号层 x n 号层 过渡层( 电阻) 接地、电源 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 i 配科 介i 莲搿 2 i f 逆 穆 几黏桶 5 糕燃印制盎属蝌捧 l 瞄嚣嚣蕾墨蛊盘墨盏墨墨警 蛙羞蠢拦盈意懋嚣翟藏盥 心拦誊拦拦誊茹誊誊l 誊鲎 t 生说将7 。切 3 生畿儿l 打孔 露3 纂辫熬蒸黼蒸黧霪黧 8 ，烧 4 j ；= | 1 焱髑浆料】盛充避孔 隧霜露墨翟盈匿臣墨雹圆 削 税外 曛溺匿闽 虹譬丝毫g g 茎幽墼目崔鲨垫些逝i 犀霸蕊需疆霹网 隧隧剿 坚竖 图2 , 6 共烧陶瓷多层基板的主要工艺步骤 女瑞瞎# w m 8 獬 【。j i 矗栉 l 艇 撇矗i 丑 赢矗 艄文曩柑目埘文浆鞲# 嘲文黔 姻志志竞盅 l 撬屡毒。一 l i 瞅猕 点 l 瑚 低温共烧陶瓷多层基板的“| _ ：艺流程商温共烧陶瓷多层基板的l 。：艺流程 图2 7 共烧陶瓷多层基板的工艺流程 节躯 电子科技大学微电子与固体电子学院硕士论文 22 3m c m - d m c m d ( m u l t i - c h i pm o d u l e d e p o s i t e dt h i nf i l m ) 称之为d 型( 淀积薄膜型) 多芯片组件，它是一类在s i 、陶瓷或金属基板上采用薄膜工艺形成高密度互 连布线而构成的m c m 。按照所用的基体的材料又可分为： m c m d c 陶瓷基体薄膜多层布线m c m ； m c m 。d m 金属基体薄膜多层布线m c m ； m c m s i 硅基体薄膜多层布线m c m 。 m c m d 是多芯片组件中的高级产品，和前述两种相比，它的布线线宽 和线间距都最小，具有很高的布线密度、封装效率和更好的传输特性。但 m c m d 的成本也比较高。这种m c m 适用于要求组装密度高、体积小的高 速信号传输和数据处理系统。其典型结构如图2 6 所示： 图2 6m c m d 的典型例子 这是由美国田纳西洲大学开发的一个数字信号处理多芯片组件，尺寸 3 7 m m x3 7 m m ，包括有3 2 位浮点d s p 、1 2 8 ks r a m 、6 4 kf l a s h 、1 0 kf p g a 和6 通道a d c ，这块组件获得了1 9 9 6 年m e n t o rg r a p h i c sp c b m c m 设计的 一等奖。 表2 2 是前述- - - t 0m c m 的比较f 4 屯子科技大学微电子与同体电子学院硕士论文 表2 2m c m 的分类与比较 m c m c m c m 。dm c m l 烧结陶瓷低烧陶瓷 s i陶瓷金属p c b 布线密度( c n j c m 2 ) 2 0 4 04 0 02 0 0f 0 0 最小线宽( u m ) 12 5 2 0 0 1 2 5 2 0 0 1 0 2 51 5 1 0 05 0 0 一1 0 0 最小间距( ul q 1 1 l2 5 3 7 51 2 5 3 7 51 0 3 03 5 - 7 51 0 0 3 0 0 基板介屯常数 9588 1 63 35 绝缘层介电常数 953 63 63 35 r o ( 端数c m 2 ) 1 5 - 5 01 5 - 6 0g 3 08 4 0】5 3 0 四周i 0 数1 6 0 6 4 0 01 6 0 0 - 6 4 0 08 0 0 - 2 3 0 08 0 0 - 2 3 0 01 6 0 0 3 2 0 0 终端电阻可内藏可内瘢可内藏可内藏或表面安装可内藏或表面安装 电容器表面安装袁面安装可内藏可内藏或表面安装表面安装 按照i p c ( i n s t i t u t ef o ri n t e r c o m a e c t i n ga n dp a c k a g i n gc i r c u i t ) 分类。 23m c m 的优势 m c m 受到各个国家的高度重视并投入了大量财力人力进行研究，主要 还是在于它具有一系列的优点，尤其是它的出现可以极大地缩短研制高难度 集成电路的周期和减少投资。下面具体谈谈m c m 的优势： 1 由于m c m 采用的是高密度互连布线基板和裸芯片组装，有利于实现组 件或系统的高性能化、高速化。圈2 7 为m c m 在布线长度方面的优势。 电子科技大学微屯子与同体电子学院硕士论文 以 1 二 的 柑 线 长 度 图2 7m c m 对布线长度减少的效果示意 2 实现了电子封装的高密度化、小型化和轻量化； 由于m c m 采用多层布线基板，将未封装的i c 安装在同一个基板上，省 去了单个i c 芯片的封装材料和工艺，是组件的体积尺寸、焊点数量、i o 数 都大为减少，组装效率可以高达8 0 9 0 ，和相同功能的s m t 部件相比， 重量可以减轻9 0 。图2 8 为m c m 在减少面积方面的效果。 蒸辩薹蓍 然瓣攀 约需要芯片面积的1 4 倍约需要芯片面积的5 8 倍 图2 8m c m 对基板组装面积的缩小效果。 3 m c m 有利于提高电子产品的可靠性 一般的电子产品出现故障多发生在焊点、互连部分，采用裸芯片的多芯 电子科技太学微电子与固体电子学院硕士论文 片组件使电子整机的组装层次大大减少，即m c m 集l s i 、v l s i 、电容、电 阻等元器件于一体，避免了元件和器件级组装，因为电子产品的失效约9 0 是有封装和电路板互连部分，从而提高了产品的可靠性。和p c b 的s m t 组 件相比，其可靠性更高的原因主要在于：1 4