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3.3 模块、裸芯片和KGD

3.3.1 模块(组件)

1.应用

像计算机那样把由回路构成的具有某种通用功能的标准化的部件单位,如组件、插件或卡片等,在市场上作为一种专用商品流通。这类产品诸如代表存储组件或插件的单列直插式内存组件(SIMM)、双列直插式内存组件(DIMM)、代表盒式磁盘的CPU模块、笔记本电脑使用的扩展插槽(PCMCIA)等,如图3.8所示。

图3.8 模块

2.釆用模块化的优点

这些模块都是安装在PCB和插头座之间的,插头座的形状和信号引脚的编号及电气特性等的规定都是标准化的。因此,用户可以自由地根据自己需要选购相应的模块自己进行安装。例如,当要增加存储器的容量或者要釆用高速的CPU时,只要选购相应型号的功能模块来更新就行。这样不仅简化了设备的升级过程,还有效地提高了系统的柔性。而且对IC供应商和系统供应商来说,在进行系统设时可以更多地考虑如何在电气性能、热特性、安装密度等方面能更好地进行优化,不断创新,生产出更好、更稳定的产品来。

3.3.2 裸芯片和KGD

1.裸芯片的定义和安装

(1)定义

在有些情况下,用户从IC推销商处购入未经封装的芯片状态的IC来组装系统,人们把这种未进行封装的芯片叫作裸芯片。用户利用这种小到极限的IC安装系统,以实现装置的小型化。

(2)裸芯片安装

用户把上述芯片采用焊接或载带自动焊(TAB)等工艺将其安装在基板上,然后再将少数的其他元件也安装在这基板,像MCM的元件那样作为系统的一部分使用,如图3.9所示。

图3.9 芯片和基板的接续方法及芯片面的朝向

目前最流行的裸芯片安装方式可归纳如下:

1)DCA(直接安装方式)

DCA又称COB(板载芯片或板上芯片),是一种将裸芯片直接安装在基板上的无封装安装技术,如图3.10所示。

图3.10 DCA(直接安装方式)

① 优点:

● 节省PCB面积,以最小的空间完成最多的I/O互连,使产品更薄、更小、更轻;

● 缩短I/O引线,改善了高速性能;

● 节省成本,价格低廉,仅为同类芯片的1/3。

② 缺点:

● 在PCB上形成精细间距,如在150μm中心距上实现75μm线宽布线,这对PCB工业是一项挑战。

● 越来越小的间距及越来越小的焊球,带来的是安装韧性变差,对应力更敏感;

● 贴片时对环境要求严格,维修困难。

2)FC(倒装芯片)

● FC的端子可以分布在裸芯片全表面,有互连引线最短、电阻电感串扰小等特点,尤其适合ⅤLSI裸芯片多I/O、电极整齐排列、焊点微形化的高密度发展趋势,是最有发展前途的一种裸芯片安装技术。

● FC已成为MCM的支撑技术,并已广泛应用于BGA、CSP等新型微型化器件和组件中,是芯片技术及高密度安装的优选方向。

2.KGD(通过测试的裸芯片)

IC是一项超微细加工技术的产品,其不良品一般在百分之几到百分之十几,这对IC公司来说,提高良品率是项非常重要的课题。即使是能正常动作的IC其动作特性也是各有差异的。例如,名义上动作速度是1 GHz的IC,实际的动作速度是在800 Hz~1.2 GHz这个范围内。

通常,IC供应商供应的IC的特性全部是在封装状态下测试的,良品率的动作特性均是按800 MHz、1 GHz、1.2 GHz来分级的。可是,没有封装的IC芯片因系薄玻璃材料,非常容易损坏,因此,IC裸芯片不仅是在测试阶段,而且在市场流通和安装阶段也是容易损坏的。故一段时间来裸芯片的应用并不大普遍。

可是,用户在进行三维安装和追求最终的高密度化场合,也有应用IC裸芯片的。这种经测试过的、工作性能得到保证的IC裸芯片叫作KGD,如图3.11所示。

图3.11 IC的工序流程和试验

3.3.3 光模块

1.定义和分类

(1)定义

以光器件为核心增加一些电路部分和结构件等完成相应功能的单元被称为光模块,如图3.12所示。

图3.12 光模块

(2)分类

① 按速率分:155 Mbps模块、622 Mbps模块、1.25 Gbps模块、2.5 Gbps模块、10 Gbps模块;

② 按功能分:发射模块、接收模块和收、发合一模块;

③ 按封装分:1×9/2×9/SFF/GBIC/SFP/ⅩFP/300pin模块等;

④ 按使用条件分:热插拔(GBIC/SFP/ⅩFP)模块和带插针(1×9/2×9/SFF)模块;

⑤ 按应用分:SDH/SONET、Ethcrnet、Channcl、CWDM、DWDM等模块;

⑥ 按工作模式分:连续和突发模块(OLT)、光线路终端(ONU)、光网络单元。

2.光模块的特点及应用

(1)1×9光模块

① 特点。

● 工作速率:155 Mbps~1 Gbps;

● 工作电压:3.3Ⅴ或5Ⅴ;

● 波长:1 310 nm、1 550 nm;

● 宽度温工作范围;

● 传输距离可达80 km。

② 应用。

● 数据通信:快速以太网,千兆以太网;

● 电信:OC-3/STM-1、OC-12/STM-4。

(2)GBIC模块

① 特点。

● 工作速率:155 Mbps~2.5 Gbps;

● 工作电压:3.3Ⅴ或5Ⅴ;

● 波长:850 nm、1310 nm、1550 nm;

● 传输距离可达160 km;

● 带数字诊断功能(部分)。

② 应用。

● 数据通信:千兆以太网、1x/2x光纤通道;

● 电信:OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16。

(3)SFF模块

① 特点。

● 工作速率:155 Mbps~2.5 Gbps;

● 工作电压:3.3Ⅴ;

● 波长:850 nm、1310 nm、1550 nm;

● 宽度温工作范围;

● 传输距离可达80 km;

● 带数字诊断功能(部分)。

② 应用。

● 数据通信:快速以太网、千兆以太网、1x/2x/4x光纤通道;

● 电信:OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16。

(4)SFP模块

① 特点。

● 工作速率:155 Mbps~2.5 Gbps;

● 工作电压:3.3Ⅴ;

● 波长:850 nm,1 310 nm、1 500 nm,WDM;

● 宽温度工作范围;

● 传输距离可达100 km;

● 带数字诊断功能。

② 应用。

● 数据通信:快速以太网、千兆以太网、1x/2x/4x光纤通道;

● 电信:OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16。

(5)PON模块

① 特点。

● 工作速率:155 Mbps~2.5 Gbps;

● 工作电压:3.3Ⅴ;

● 传输距离可达20 km;

● 带数字诊断功能。

② 应用。

● PON接入网。

(6)ⅩFP模块

① 特点。

● 工作速率:10 Gbps;

● 波长:1 310 nm、1 550 nm、DWDM;

● 传输距离可达80 km;

● 带数字诊断功能。

② 应用。

● 数据通信:10 Gbps以太网、10 Gbps光纤通道;

● 电信:OC-192/STM-64。

(7)30-pin Transpondcr模块

① 特点。

● 工作速率:可达10 Gbps;

● 波长:1 550 nm,DWDM;

● 传输距离可达80 km;

● 带数字诊断功能。

② 应用。

● 电信:OC-192/STM-64。

3.3.4 微波IC和微波模块

1.微波IC(MMIC)

(1)微波IC的发展和应用

出现于20世纪70年代的MMIC具有尺寸小、重量轻、性能好及可靠性高等优点,因而一开始就在军工系统,如相控阵雷达、火箭和导弹的制导及电子对抗等系统中获得了广泛的应用,取得了很好的效果。90年代以来,包括数据、图文和图像通信的大发展,如蜂窝式个人通信、低轨道卫星移动通信、无线局域网、环球定位卫星系统、汽车防撞毫米波雷达等商业市场的旺盛需求,促使MMIC在这些领域应用的大发展。MMIC的大批量生产,价格大幅度下降,导致了市场的激烈竞争,又促使MMIC技术的更大发展和提高,又相继出现了异质片混合IC(HMIC)(如图3.13所示)、多层微波IC(MuMIC)和三维微波IC(3D-MMIC),如图3.14所示。

图3.13 无源HMIC结构

图3.14 3D-MMIC结构

(2)MMIC的特性

在射频(RF)、微波(MW)及毫米波领域,由于频率高、功耗大,互连的尺寸公差及焊点尺寸变化对MMIC电气特性的影响非常大。因此,互连和封装变得越来越困难。在安装时对“热”和“电磁兼容”等问题均要妥善处理好。

2.微波模块

(1)微波模块的安装

微波模块的高密度安装技术对于实现微波电子产品小型化、轻量化、高性能和高可靠性有着极为重要的现实意义。例如,一部 Ⅹ 波段机载有源阵列雷达,包含有一、两千个 T/R模块。因此,T/R模块的安装技术不仅对降低模块的成本、质量和体积均很重要,而且对整个雷达的灵敏度、可靠性也是至关重要的。

装联技术是决定微波电路模块可靠性的重要技术之一,特别是微波功率电路具有高频率、高功率的特点,对装联技术提出了更苛刻的要求,因此对微波功率模块的装联技术的研究显得很迫切、很必要。

(2)微波功率模块(MPM)

美国国防部电子器件领导小组于1989年提出的一种新的功率器件,它是在一个器件中同时综合实现了真空电子器件的大功率和高效率;半导体器件的噪声低、体积小的优点,克服了两种器件单独工作时的缺点,故被各发达国家竞相研究和发展。

MPM作为高功率发射机的通用射频组合单元,包含有行波管(TWT)、固态放大器(SSA)以及集成电源(IPC),如图3.15所示。

(3)微波功率模块(MPM)的应用

微波功率模块(MPM)属一种新的微波、毫米波放大器技术,它既可以用作单独的发射源,也可用于多单元功率合成。其军事用途包括雷达、电子战系统、无人侦察机、干扰机、相控阵系统以及卫星通信等;商业用途包括卫星通信、无线通信、大功率射频发射源以及各种微波功率放大器等。目前,美、英、法、意、日等西方发达国家在MPM应用系统领域已形成了2~40 GHz频带范围的全系列产品,在军事领域发挥了重要作用。

图3.15 MPM组成框图 Clda4EnGNnJaud8C38caP7LO4v3PsTkoj/rfZ/FTEDXW4HreXU3qsDguiOFeuRcB

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