【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及集成電路芯片封裝，具體為一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構。
技術介紹
1、隨著人工智能、大數據處理和云計算領域的快速發展，全球計算需求呈現爆炸式增長。新一代應用程序和服務的復雜性不斷提升，要求底層硬件能夠提供更強大的計算能力、更高的并行處理性能以及更快的數據傳輸速率，因此，對高性能、高集成度芯片和系統的需求正以前所未有的速度增長，在這種背景下，封裝技術作為芯片與外部環境之間的橋梁，對于實現高速信號傳輸、散熱管理、電源分配功能起著至關重要的作用。
2、然而，目前的封裝結構和方法存在以下問題：目前常用的2.5d封裝結構通過連接橋將多個封裝體電連接形成較大尺寸的轉接板，再將轉接板與基板連接，這種封裝方式涉及多個轉接板的制備和電連接，增加了制造的復雜性和成本，此外，該封裝方法在互連結構的控制和管理上存在局限，難以實現對復雜互連結構的精細化管理和優化，特別是在集成所有功能芯片時，制造過程的復雜度進一步增加；另一方面，3d堆疊封裝技術通過設計多層布線和堆疊結構，實現多芯片之間的互聯，雖然這種方法能夠提高集成度，但涉及不同芯片之間復雜的互聯和堆疊結構的優化，增加了設計難度和復雜性，同時，由于不同功能芯片在運行時產生不同的熱量，熱管理變得更加困難，導致封裝內部的過熱問題；此外，還有一種3d封裝方法使用激光刻蝕導電路徑，盡管這種方法能夠實現芯片間的連接，但激光刻蝕對材料產生不利影響，材料的可靠性必須被充分考慮；基于目前的技術而言，現有的2.5d封裝技術和3d封裝技術普遍存在互聯路徑固定、缺乏可編程性、系統設計不夠
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，所述結構包括硅襯底中介層、功能芯片、mcu、開關矩陣、總線結構、tsv、微凸點、c4凸點、封裝基板、封裝球和電路板，其中，硅襯底中介層位于整個多層封裝結構的中間層，在硅襯底中介層上方安裝有不同類型的功能芯片、開關矩陣和mcu，這些芯片通過微凸點與硅襯底電連接；所述總線結構集成在硅襯底中介層中，進行水平方向的功能芯片、mcu和開關矩陣之間的通信；所述tsv貫穿硅襯底中介層，連接功能芯片和封裝基板；所述封裝基板位于硅襯底中介層的下方，通過c4凸點連接到硅襯底中介層，并通過封裝球實現與外部電路板的連接。
3、進一步的，所述硅襯底中介層使用半導體加工技術，包括光刻、蝕刻和金屬沉積步驟，能夠確保硅襯底中介層的結構精度。
4、進一步的，所述芯片空位適用于處理器芯片、存儲芯片、通信芯片、傳感器接口芯片、電源管理芯片、模擬-數字轉換芯片、圖像處理芯片和安全芯片，所述芯片空位個數最小為1，最大為1000，規格最小為0.2mm×0.2mm，最大為10mm×10mm；芯片空位可以通過倒裝焊形式焊接但不限于以下功能的芯片類型：處理器芯片，包括中央處理器cpu、圖形處理器gpu和數字信號處理器dsp；存儲芯片，包括隨機存儲器ram、只讀存儲器rom和閃存存儲器；通信芯片，包括以太網控制器、wi-fi模塊和藍牙模塊；傳感器接口芯片，包括加速度計、陀螺儀和溫度傳感器；電源管理芯片，包括穩壓器、dc-dc轉換器和電池充放電管理；模擬-數字轉換芯片，包括模數轉換器adc和數模轉換器dac；圖像處理芯片，包括攝像頭傳感器和圖像處理器；安全芯片，包括加密解密模塊和安全認證模塊，將上述芯片以面朝下方式安裝在具有微凸點的硅襯底中介層上；所述微凸點用于連接上層堆疊芯片與中介層內的金屬布線層；所述金屬布線層采用與常規2d獨立芯片相同的后端工藝制造；在所述中介層中，tsv將輸入輸出信號路由至c4凸點，硅襯底中介層上預留芯片焊接空位，允許將不同功能模塊直接集成在一片硅片上，從而縮短信號傳輸距離，降低功耗，提升整體性能，利用硅襯底中介層，可以在最終封裝前對各功能模塊分別進行制造和測試，有助于提高生產效率并降低制造風險，硅襯底中介層的設計還提供了更好的散熱和熱管理能力，通過優化互連和散熱結構，減小熱點區域的影響，增強系統的穩定性和可靠性，然而，將所有功能集成在一個封裝內帶來信號干擾和電磁兼容性emc問題，通過優化硅襯底中介層的互連布局和屏蔽設計，可以減少不同模塊間的電磁干擾，提升系統的抗干擾能力，硅襯底中介層的設計也使得各功能模塊可以單獨測試和維護，若需要更新或升級某個模塊，只需替換相關部分，而不需要更換整個封裝。
5、進一步的，所述mcu通過總線結構與功能芯片和開關矩陣連接，傳遞指令；所述開關矩陣根據mcu的指令調整功能芯片之間的信號傳輸路徑。
6、進一步的，利用總線和開關矩陣結構，建立不同功能芯片之間的連接和通信通道，所述總線結構包括系統總線、內部總線和公用線，其中，所述系統總線由控制總線、數據總線和地址總線中的一個或多個線路組合而成；所述仲裁總線起調度和協調作用，幫助管理并發訪問、提供公平性、處理優先級和解決沖突，從而保障系統的正常運行和性能優化；所述內部總線由ahb、apb、axi和atb中的一種或多種線路組合而成；所述公用線包括電源線、地線和通信線；所述開關矩陣個數同芯片個數最小為1，最大為1000，規格最小為4×4，最大為200×200。
7、進一步的，仲裁總線連接系統總線、芯片和mcu，芯片與仲裁總線、開關矩陣、內部總線和公用線連接，形成完整的通信網絡，該網絡支持三種通信模式：直接通信、間接通信和動態配置，所述直接通信：當芯片a和芯片b需要直接通信時，開關矩陣a和開關矩陣b被配置為允許芯片a和芯片b之間的信號直接通過內部總線傳輸，此時，數據流在總線上連續傳輸，不經過其他中間節點；所述間接通信：mcu充當中間節點，通過內部總線接收芯片a的數據，進行mcu處理后再發送給芯片b，開關矩陣配置為允許芯片a與mcu之間的通信，而不是直接芯片a到芯片b的通信；所述動態配置：系統總線和開關矩陣結合使用，根據需求實時調整通信路徑，其中，a和b表示不同的芯片類型，a和b的取值范圍是1-1000，通過仲裁總線的調度和協調，能夠管理并發訪問、提供公平性、處理優先級和解決沖突，從而保障正常運行和性能優化，通過總線和開關矩陣的結合，形成了一個支持直接通信、間接通信和動態配置的完整通信網絡，允許數據在芯片之間傳輸，實現不同功能芯片之間的連接和通信。
8、進一步的，配置電路與mcu之間、電路與電路之間的互聯關系，所述mcu由risc-v、arm?cortex、intel?atom、stmicroelectronics?stm32和microchip?pic中的一種或多種微控制器單元組合構成。
9、進一步的，通過在封裝中采用硅襯底中介層作為中介層，并集成開關矩陣，利用mcu的可編程邏輯控制開關矩陣的配置，以調整電路與mcu之間以及電路與電路之間的連接，避免了固定互連路徑帶來的局限性；同時，mcu固件提供的軟件接口允許本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于，所述結構包括硅襯底中介層、功能芯片、MCU、開關矩陣、總線結構、TSV、微凸點、C4凸點、封裝基板、封裝球和電路板，其中，硅襯底中介層位于整個多層封裝結構的中間層，在硅襯底中介層上方安裝有不同類型的功能芯片、開關矩陣和MCU，這些芯片通過微凸點與硅襯底電連接；所述總線結構集成在硅襯底中介層中，進行水平方向的功能芯片、MCU和開關矩陣之間的通信；所述TSV貫穿硅襯底中介層，連接功能芯片和封裝基板；所述封裝基板位于硅襯底中介層的下方，通過C4凸點連接到硅襯底中介層，并通過封裝球實現與外部電路板的連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述硅襯底中介層使用半導體加工技術，包括光刻、蝕刻和金屬沉積步驟。
3.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述功能芯片包括處理器芯片、存儲芯片、通信芯片、傳感器接口芯片、電源管理芯片、模擬-數字轉換芯片、圖像處理芯片和安全芯片，上述芯片可通過倒裝焊的形式面朝下安裝在具有微凸點的硅襯底中介層
4.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述MCU通過總線結構與功能芯片、開關矩陣連接，傳遞指令；所述開關矩陣根據MCU的指令調整功能芯片之間的信號傳輸路徑。
5.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述總線結構包括系統總線、內部總線和公用線，其中，所述系統總線由控制總線、數據總線和地址總線中的一個或多個線路組合而成；所述內部總線由AHB、APB、AXI和ATB中的一種或多種線路組合而成；所述公用線包括電源線、地線和通信線。
6.根據權利要求5所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：仲裁總線連接系統總線、芯片和MCU，芯片與仲裁總線、開關矩陣、內部總線和公用線連接，形成完整的通信網絡，該網絡支持三種通信模式：直接通信、間接通信和動態配置，所述直接通信：當芯片A和芯片B需要直接通信時，開關矩陣A和開關矩陣B被配置為允許芯片A和芯片B之間的信號直接通過內部總線傳輸，此時，數據流在總線上連續傳輸，不經過其他中間節點；所述間接通信：MCU充當中間節點，通過內部總線接收芯片A的數據，進行MCU處理后再發送給芯片B，開關矩陣配置為允許芯片A與MCU之間的通信，而不是直接芯片A到芯片B的通信；所述動態配置：系統總線和開關矩陣結合使用，根據需求實時調整通信路徑，其中，A和B表示不同的芯片類型，A和B的取值范圍是1-1000。
7.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：配置電路與MCU之間、電路與電路之間的互聯關系，所述MCU由RISC-V、ARM?Cortex、IntelAtom、STMicroelectronics?STM32和Microchip?PIC中的一種或多種微控制器單元組合構成。
8.根據權利要求7所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：通過在封裝中采用硅襯底中介層作為中介層，并集成開關矩陣，利用MCU的可編程邏輯控制開關矩陣的配置，以調整電路與MCU之間以及電路與電路之間的連接；同時，MCU固件提供的軟件接口允許用戶配置和調整芯片之間的通信通道，在啟動時初始化配置，并在運行過程中根據需求實時調整連接關系。
...【技術特征摘要】
1.一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于，所述結構包括硅襯底中介層、功能芯片、mcu、開關矩陣、總線結構、tsv、微凸點、c4凸點、封裝基板、封裝球和電路板，其中，硅襯底中介層位于整個多層封裝結構的中間層，在硅襯底中介層上方安裝有不同類型的功能芯片、開關矩陣和mcu，這些芯片通過微凸點與硅襯底電連接；所述總線結構集成在硅襯底中介層中，進行水平方向的功能芯片、mcu和開關矩陣之間的通信；所述tsv貫穿硅襯底中介層，連接功能芯片和封裝基板；所述封裝基板位于硅襯底中介層的下方，通過c4凸點連接到硅襯底中介層，并通過封裝球實現與外部電路板的連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述硅襯底中介層使用半導體加工技術，包括光刻、蝕刻和金屬沉積步驟。
3.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述功能芯片包括處理器芯片、存儲芯片、通信芯片、傳感器接口芯片、電源管理芯片、模擬-數字轉換芯片、圖像處理芯片和安全芯片，上述芯片可通過倒裝焊的形式面朝下安裝在具有微凸點的硅襯底中介層上。
4.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述mcu通過總線結構與功能芯片、開關矩陣連接，傳遞指令；所述開關矩陣根據mcu的指令調整功能芯片之間的信號傳輸路徑。
5.根據權利要求1所述的一種基于總線和開關矩陣的硅襯底中介層結構，其特征在于：所述總線結構包括系統總線、內部總線和公用線，其中，所述系統總線由控制總線、數據總線和地址總線中的一個或多個線路組合而成；所述內部總線由ahb、apb、axi和atb中的一種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：袁永斌，
申請(專利權)人：上海源斌電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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