基于先进工艺技术的机电控制SiP电路的设计与测试
电子技术应用
许文运，张明，郑利华
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 机电控制系统包含多款芯片，其小型化、轻量化的需求日益迫切，系统级封装（System in Package）技术作为一种先进封装手段能够将多款不同类型的芯片集成于更小的空间中。基于系统级封装技术，并结合TSV与FanOUT技术设计了一款机电控制SiP电路，该电路包括顶层DSP信号控制单元和底层FPGA信号处理单元，两者通过PoP（Package on Package）形式堆叠构成SiP电路，相比于常规分立器件所搭建的机电控制系统，该SiP体积缩小70%以上，重量减轻80%以上。针对该款SiP电路设计了相应的测试系统，且对内部的ADC及DAC等芯片提出了一种回环测试的方法，能够提高测试效率。测试结果表明，该电路满足设计要求，在机电控制领域具有一定的应用前景。
中图分类号：TN454 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245167
中文引用格式： 许文运，张明，郑利华. 基于先进工艺技术的机电控制SiP电路的设计与测试[J]. 电子技术应用，2024，50(11)：105-108.
英文引用格式： Xu Wenyun，Zhang Ming，Zheng Lihua. Design and test of SiP circuit of electromechanical control based on advanced technology[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(11)：105-108.
中文引用格式： 许文运，张明，郑利华. 基于先进工艺技术的机电控制SiP电路的设计与测试[J]. 电子技术应用，2024，50(11)：105-108.
英文引用格式： Xu Wenyun，Zhang Ming，Zheng Lihua. Design and test of SiP circuit of electromechanical control based on advanced technology[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(11)：105-108.
Design and test of SiP circuit of electromechanical control based on advanced technology
Xu Wenyun，Zhang Ming，Zheng Lihua
No.58 Research Institute， China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： Electromechanical control system contains many kinds of chips, and its miniaturization and lightweight demand is increasingly urgent. As an advanced packaging method, system level packaging （System in Package）technology can integrate many different types of chips in a smaller space. In this paper, a SiP circuit of electromechanical control is designed based on system-level packaging technology, combined with TSV and FanOUT technology. The circuit includes the DSP signal control unit and the bottom FPGA signal processing unit, which are stacked in the form of PoP to form a SiP circuit. Compared with the electromechanical control system built by conventional discrete devices, the SiP volume is reduced by more than 70% and the weight is reduced by more than 80%. A test system is designed for SiP circuit, and a loopback test method is proposed for ADC and DAC chips, which can improve the test efficiency. The results show that the circuit meets the design requirements and has a certain application prospect in the field of electromechanical control.
Key words : electromechanical control；system level packaging；package on package；high integrate
引言
机电控制领域非常宽泛，包括传统的AC/DC电机控制，以及现代的伺服电机控制、步进电机控制等。应用场景有工业机器人、数控机床、自动化生产线等，其核心技术是各类电机的速度调节和精确定位控制。传统的机电控制系统一般是将DSP、FPGA、ADC、DAC和EEPROM等分立的元器件安装在PCB上，这种形式的控制系统体积较大，在对空间有要求的情况下存在一定限制。
随着集成电路封装技术发展，SiP采用多芯片单封装可以大幅度降低电路占用面积，提高系统可靠性，并降低成本[1-4]。常规的SiP方案一般采用基板形式，将不同芯片平铺在塑封或陶瓷基板上，在基板上实现走线互联，再将需要的信号和电源进行扇出[5-12]。受基板加工工艺限制和封装工艺限制，基板尺寸过大会产生翘曲，故集成芯片数量有限。为此，本文设计了一种基于TSV和FanOUT技术的机电控制SiP电路，采用上下两层堆叠的方式，在同等面积上可集成2倍数量的芯片，能够有效地解决上述问题。
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作者信息：
许文运，张明，郑利华
（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214026）
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