一种带光接口的高性能处理器多芯片组件芯片设计方法

摘要

本发明公开了一种带光接口的高性能处理器多芯片组件芯片设计方法，目的是解决基于MT定位针的光接口管脚与高性能微处理器的高速电接口球栅阵列BGA管脚混合集成、高速数字电路与模拟电路混合集成问题。技术方案是先制造光电转换芯片基板与微处理器芯片基板PCB，进行基板测试后集成光电转换裸芯片与光电转换芯片基板PCB，然后进行多芯片装配，将装配有多芯片的微处理器芯片基板PCB进行封装，得到MCM芯片；最后测试MCM芯片。采用本发明解决了光、电管脚、器件、电路的混合集成问题，可设计带光接口的高性能处理器多芯片组件芯片，且芯片抗电磁干扰能力强，信号传输特性好。

主权项

一种带光接口的高性能处理器多芯片组件芯片设计方法，包括基板制造、基板测试、封装、最终测试这些步骤，其特征在于在基板测试和封装之间还有集成、多芯片装配步骤，具体方法为：第一步，制造光电转换芯片基板PCB(1)与微处理器芯片基板PCB(7)，方法是：首先制造光电转换芯片基板PCB(1)：1.1 选择能支持5GHZ以上信号的高速印制电路板板材，按照光电转换芯片基板掩模布局数据、Gerber钻孔数据、MT定位针区域、热通孔的要求，采用标准印制电路板工艺，制造光电转换芯片基板PCB(1)；1.2 在光电转换芯片基板PCB(1)上表面设计丝焊焊盘(3)、球栅阵列BGA焊盘(2)和无源器件焊盘，无源器件焊盘包括电阻焊盘(16)、电容焊盘(17)、电感焊盘(18)，丝焊焊盘(3)执行《MCM设计手册》中的设计标准，球栅阵列BGA采用1.27～1.50mm的标准阵列间距，选用表贴型封装的无源器件；1.3 光电转换芯片基板PCB(1)上预留热通孔(4)和MT定位针安装孔(5)；1.4 采用无铅焊球(10)进行球栅阵列BGA植球操作，得到光电转换芯片基板PCB(1)；接下来，设计制造微处理器芯片基板PCB(7)，方法是：1.5 选择能支持5GHZ以上信号的高速印制电路板板材，按照微处理器芯片基板掩模布局数据、Gerber钻孔数据、MT定位针区域、热通孔(4)的要求，采用标准印制电路板工艺，制作微处理器芯片基板PCB(7)；1.6 进行多芯片组装布局布线规划，在微处理器芯片基板PCB(7)上，对应于光电转换芯片基板MT定位针安装位置的正下方(19)，铣出矩形通孔(6)，预留为光接口管脚MT连接器的装配位置；1.7 在微处理器芯片基板PCB(7)上表面设计球栅阵列BGA焊盘(2)和无源器件焊盘，无源器件焊盘包括电阻焊盘(16)、电容焊盘(17)、电感焊盘(18)，选用表贴型封装的无源器件；1.8 在微处理器芯片基板PCB(7)下表面设计球栅阵列BGA焊盘(2)，作为MCM芯片到下一级封装的电气连接接口；1.9 在微处理器芯片基板PCB(7)表面进行球栅阵列BGA植球操作，上表面采用无铅焊球(10)，下表面采用有铅焊球(21)；第二步，依据基板测试数据进行基板测试，测试光电转换芯片基板(1)与微处理器芯片基板PCB(7)的电特性、机械特性、热特性是否符合要求；第三步，集成光电转换裸芯片(22)与光电转换芯片基板PCB(1)，方法是：3.1 用环氧树脂胶将光电转换裸芯片(22)粘接在光电转换芯片基板PCB(1)上；3.2 采用丝焊方法将光电转换裸芯片(22)输入输出管脚与光电转换芯片基板PCB(1)上丝焊焊盘(3)电气连接；3.3 采用表贴方式将电阻(15)、电感(12)和电容(14)焊接在光电转换芯片基板PCB(1)的电阻焊盘(16)、电感焊盘(18)、电容焊盘(17)上，将MT定位针成对地插入光电转换芯片基板PCB(1)上MT定位针安装孔(5)中，沿孔壁渗入环氧树脂胶，将MT定位针(13)与光电转换芯片基板PCB(1)粘接在一起；第四步，多芯片装配，方法是：4.1 采用倒装焊工艺，通过球栅阵列BGA焊接方式，将光电转换芯片基板PCB(1)与微处理器芯片基板PCB(7)进行电气连接，确保光电转换芯片基板PCB(1)上MT定位针安装孔(5)中粘接的MT定位针(13)插入矩形通孔(6)中；4.2 采用球栅阵列BGA焊接的方式将微处理器芯片(20)和微处理器芯片基板PCB(7)电气连接；4.3 在矩形通孔(6)区域，用环氧树脂胶把MT定位针(13)和MT连接器粘接起来，得到装配有多芯片即含微处理器芯片(20)和光电转换芯片基板PCB(1)的微处理器芯片基板PCB(7)，用表贴方式将电阻(15)、电感(12)和电容(14)焊接在微处理器芯片基板PCB(7)的电阻焊盘(16)、电感焊盘(18)、电容焊盘(17)上；第五步，将装配有多芯片的微处理器芯片基板PCB(7)进行封装，方法是：首先设计封装外壳(9)：5.1 采用合金金属材质，设计MCM芯片封装外壳(9)；5.2 封装外壳(9)内腔长度与宽度与微处理器芯片基板PCB(7)长宽一致，内腔高度比被封装芯片高1mm；外壳壁厚度小于1mm，采用整块金属铣削成型；5.3 封装外壳(9)壁设计成台阶状，构成卡槽(8)，卡槽(8)为封装外壳(9)内腔壁上的台阶状机械结构；接下来，集成装配有多芯片的微处理器芯片基板PCB(7)与封装外壳(9)，方法是：5.4 在微处理器芯片(20)上表面和光电转换芯片基板PCB(1)上表面涂上导热硅胶(11)，导热硅胶(11)填充在微处理器芯片上表面和光电转换芯片基板PCB(1)上表面与封装外壳(9)内腔壁封闭形成的空间中；5.5 将微处理器芯片基板PCB(7)紧密嵌在封装外壳(9)的卡槽内，连接处使用环氧树脂胶粘接，得到MCM芯片；第六步，采用业内标准规范，测试MCM芯片的电气性能、光通道性能、封装的稳定性和可靠性。