基于CPS协同的微系统电源信号完整性设计

裸芯片die、硅通孔TSV(Through Silicon Via)硅转接板、高温共烧陶瓷HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)管壳等多材质多基板立体堆叠和高密度集成的微系统封装,因空间极度有限、跨尺度立体转换的失配、电磁效应的耦合,低电压大电流电源的电源分布网络PDN(Power Distribution Network)和GHz高速信号的通道设计成为难题。贴合微系统封装尺度越来越接近芯片尺度的特点,以及微系统模块的系统应用需求,研究了基于芯片、封装、系统CPS(Chip-Package-System)协同设计仿真的方法。针对核心电源PDN的设计,采用芯片功耗模型CPM(Chip Power Model),结合TSV硅基板、HTCC管壳、PCB三级去耦电容网络的布放和协同优化,有效降低了电源纹波,保证了电源完整性。针对高速信号通道设计,基于电磁场和电路结合的仿真,将芯片电特性配置与封装互连的拓扑匹配协同优化,封装与板级应用协同优化,保证了信号完整性,且不对封装版图和工艺提出严苛要求。     

基于硅通孔的信息处理微系统关键技术研究

研究依托硅通孔实现信息处理微系统的技术。概述了传统信息处理系统小型化集成实现方式及新需求下所面临的发展瓶颈,依托"拓展摩尔定律"(More than Moore)战略成为信息处理系统具备高密度、多功能、多工作模式能力的重要实现方式,硅通孔TSV(Through Silicon Vias)为上述需求提供了重要的支撑手段;着重阐述了信息处理类微系统的优势和设计、实现、测试等方面的关键技术,并展示了已实现的多种信息处理微系统产品组成形态,最后对信息处理微系统产品的应用前景进行了展望,阐述了关键技术对信息处理微系统实现支撑的优越性。     

微系统自唤醒技术的研究与发展

微系统技术集信息获取、处理、交换、执行以及供能等功能于一体,已广泛应用于物联网终端,而物联网终端电池续航能力限制了其在各类场景中的应用能力。将自唤醒技术——一种能量管理策略——应用于物联网终端微系统,可实现微系统低功耗休眠与唤醒状态的自动切换。对微系统的自唤醒技术进行归纳与分析,根据微系统休眠时功耗特点的不同,将自唤醒技术分为四类。然后在此基础上,对微系统自唤醒技术主要应用场景中有效工作时长占比小、分布范围广、部署数量多等特点进行了分析。最后对微系统自唤醒技术未来发展与面临挑战的讨论表明,自唤醒技术在未来物联网的构建过程中将发挥重要作用。     

新型星载信息处理与控制微系统设计

研究星载信息处理与控制系统利用微系统技术解决空间装备小型化、高可靠、高性能与高效热管理的问题。首先介绍基于新型星载器件的数据处理与控制系统架构,然后通过以晶圆级处理、芯片堆叠、微凸点制备与微组装等为核心的三维微纳集成技术,将系统核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,从而大幅减少体积、尺寸和重量。利用高导热封装材料,解决空间电子系统高效热管理问题,提出一种新型星载信息处理与控制微系统设计和实现的通用解决方案,并通过半实物仿真验证了在小型化、高可靠、高性能与高效热管理方面的优势。