Высокотехнологичные микросхемы памяти компании 3D Plus

В настоящее время на рынке модулей памяти сложилась непростая ситуация с новыми высокотехнологичными моделями. В частности трудности с поставкой NAND флэш-памяти высокой емкости от именитых производителей испытывают практически все российские поставщики. Тяжело найти и другие новые модели, особенно это касается микросхем производства Samsung, которые заложены во многих перспективных разработках. В этих условиях актуальным становится поиск всевозможных замен, изучение альтернативной элементной базы других, часто ранее малоизвестных компаний производителей. О продукции одной из таких компаний и пойдет речь в данной статье.

Общие сведения

В данной статье мы хотим представить российским разработчикам одну из малоизвестных на нашем рынке фирм, которая производит высокотехнологичные модули памяти, используемые корпорациями с мировым именем, военными заказчиками различных стран, космическими холдингами и агентствами, включая NASA и многими другими именитыми производителями.

Компания 3D Plus была основана в 1996 году изобретателями, запатентовавшими весьма оригинальный способ внутренней комплектации элементов в создаваемой микросхеме. Впервые такая техника была применена еще в 1989 году, однако именно создатели 3D Plus - Пьер Марис (Pierre Maurice) и Кристиан Вал (Christian Val) применили данную технологию в массовом производстве и, в настоящее время, являются единственным производителем в Европе, освоившим эту технологию. В 2001 году, стремясь представить свою уникальную продукцию на главных рынках, 3D Plus открывает филиал в Техасе, а в 2002 строит производство средней мощности уже во Франции. Все свои 7 лет существования, компания ежегодно объявляет о 100% росте продаж, что весьма похоже на действительность, поскольку объем продаж за это время составил по официальным данным около 400 млн. евро.

В настоящий момент ассортимент производимой компанией 3D Plus продукции включает в себя микросхемы памяти, модульные процессоры, сенсоры миниатюрных видеокамер, преобразователи мощности. Также компания предлагает разработку на заказ любого элемента с использованием запатентованной технологии. При этом возможно как простое производство, так и полная разработка с «нуля».

Этапы развития 3D Plus, связанные с выпуском новых продуктов и основными сертификационными мероприятиями компания разместила на оригинальном рекламном буклете (рис. 1).

Рис. 1. Этапы развития компании 3D Plus

О технологии 3D

Оригинальная 3D технология, используемая компанией, основана на наложении электронных компонентов (чипов, микросхем в пластиковых корпусах, датчиков) на пленку (в основном шириной 35 мм). Такого рода решение позволяет монтировать пластиковые элементы или чипы на пленку и тестировать их перед наложением друг на друга и формированием конечного модуля. Разработка 3D модулей очень похожа на широко используемую технологию MCM (Multi Chip Module) создание многочиповых модулей. Поэтому при разработке модулей на основе 3D технологии используется обычный инструментарий и программное обеспечение. Фактически, готовый 3D модуль представляет собой совокупность нескольких простейших печатных плат (PCB).

Основное отличие от технологии MCM в методике разработки 3D модулей. В основу этой методики положено разделение функций между несколькими слоями модуля. При этом рассматривается много различных критериев:

• размеры компонентов модуля;
• окончательные требуемые размеры самого модуля;
• число сигналов в модуле;
• полное распределение мощности по компонентам;
• критические сигналы их максимальные и минимальные уровни;
• возможности по тестированию полученного модуля;

Основной козырь 3D технологии как раз и состоит в умении компании при разработке учесть все эти критерии. Для этого сначала производится анализ всех перечисленных выше критериев, далее наступает этап создания схемы всего модуля, после чего производится компоновка трассировки на каждом слое.

На этом этапе получаются окончательные размеры всего модуля. Схематично весь описанный процесс представлен ниже (рис. 2).

Рис. 2. Основные этапы производства модулей 3D Plus

Технология, используемая компанией 3D Plus, позволяет использовать в модуле компоненты практически любого типа (диэлектрические, в керамическом или пластиковом корпусе). Кроме того, поскольку каждый слой изготавливается отдельно, разработчики могут применять различные технологии в двух различных слоях (например, пластиковые элемент в одном слое и керамический в другом), что при использовании технологии MCM довольно проблематично. В качестве примера такой реализации можно привести модуль, выпускаемый компанией 3D Plus, который состоит из слоев, содержащих процессор, генератор, конденсаторы и резисторы (рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид слоев модуля, выполненного по технологии 3D

Все слои модуля закреплены друг относительно друга с помощью специальных отверстий. Расстояние между слоями калибруется при помощи специального распорного устройства. В конечном варианте эти полости заполняются специальной эпоксидной смолой Dexter (HYSOL FP4450).

После застывания смолы получается модуль, содержащий различные изолированные друг от друга слои. В соответствии с разработанной схемой слои соединяются и модуль подвергают «металлизации» - напылению никеля, и лазерной обработке (проточке соединений). В итоге модуль готов для тестирования и представляет собой полноценный высокотехнологичный электронный компонент (рис. 4)

Рис. 4. Внешний вид модулей производства 3D Plus

Таким образом, основные преимущества при использовании запатентованной технологии в компании 3D Plus представлены в ниже (табл. 1).

Таблица 1. Отличия и преимущества технологии 3D

Микросхемы памяти

В настоящее время, компания 3D Plus производит следующие типы памяти: на основе своей запатентованной технологии (табл. 2).

Таблица 2. Микросхемы памяти производства 3D Plus

При всем многообразии продуктов, компания делит их на несколько глобальных областей применения: аэрокосмическое и военное приборостроение (space&military memory products) и индустриальное применение (industrial memory products), к которому относит использование микросхем в медицинском оборудование, автомобильных системах, высокопроизводительной компьютерной технике и т.п.

Компания делит свои продукты на 3 различных уровня, которые называет уровнями качества исполнения (quality grades), получившие соответствующие обозначения: N – уровень качества для коммерческого применения, B – уровень качества для индустриального применения, S – уровень качества для аэрокосмического применения. В зависимости от установленного уровня производятся различные испытания и контроль качества выпускаемой продукции. Полный перечень тестов, которым может подвергаться продукция 3D Plus (и подвергается в случае уровня качества S) приведен ниже (табл. 3).

Таблица 3. Тесты, используемые для испытаний продукции 3D Plus

В большинстве своем, отбраковочные испытания проводятся по наиболее отработанной в настоящее время методике, предусмотренной военным стандартом США MIL-STD-883. Требования по отбраковочным испытаниям классифицируются по трем уровням качества и надёжности:

• класс А - включает только схемы повышенной надёжности, предназначенные для работы в жёстких режимах внешних воздействий;
• класс В - включает надёжные для промышленного применения схемы (и некоторые типы схем для военной аппаратуры), предназначенные для работы в менее жёстких условиях, когда главным требованием является стабильность параметров в течение длительного времени;
• класс С - включает схемы для условий работы, когда воздействующие факторы не являются определяющими и на первое место ставится минимальная стоимость.

Военный стандарт MIL-STD-883 явился основой для разработки большого числа программ обеспечения надежности РЭА, изготовляемой различными фирмами США и других стран. Компания также применяет и ряд других, не менее серьезных, стандартов (MIL-STD-202, JEDEC standarts, ESA PSS standarts).

Микросхемы памяти для применения в аэрокосмическом приборостроении

Основным преимуществом компании при завоевании рынка в аэрокосмическом приборостроении стали небольшой вес и маленькие размеры по длине и ширине компонента, устанавливаемого на плату. Некоторые модули, произведенные компанией для этих целей, занимали на плате 20% от того места, которое заняли бы аналоги. При этом высота модуля, как правило не играла большого значения в связи с достаточным расстоянием между платами, обусловленном условиями температурного режима. Кроме того, модули обладали рядом других немаловажных преимуществ (высокой плотностью элементов, надежностью, сертифицированной технологией производства и жестких испытаний, радиационной стойкостью, большим сроком службы). Для применения в аэрокосмическом приборостроении компания производит следующие типы памяти: DDR, SDRAM, SRAM, , FLASH NAND, FLASH NOR, DPRAM и одну микросхему специального назначения. Основные характеристики этих микросхем приведены ниже (табл. 4).

Таблица 4. Основные характеристики микросхем памяти 3D Plus для аэрокосмического приборостроения

В данной таблице мы применили такие же обозначения, какие применяет компания для описания своих продуктов. Под понятием стойкость имеется в виду радиационная стойкость модулей, при этом их делят на два типа: RT (Radiation Tolerant) – невосприимчивые к радиации или выдерживающие уровень излучения от 25 до 100 кРад и RH (Radiation Hardened) – защищенные от радиации или выдерживающие уровень излучения от 100 до 300 кРад. В вариантах исполнения кроме привычного типа корпуса впереди компания часто указывает число слоев в этом Модуле, так обозначение 4L/SOP-66 (4 c / SOP-66) означает, что в 66 контактном SOP содержится 4 слоя, сделанных по описанной выше технологии. В температурном диапазоне, кроме С – коммерческого (от 0 до +70°С) и I – индустриального (от -40 до +85°С), используется еще и M – военный (от -55 до +125°С).

Микросхемы памяти для индустриального применения

Основным преимуществом продуктов компании 3D Plus на коммерческом рынке микросхем индустриального применения является относительно невысокая стоимость при высокой технологичности изделий. Большинство производителей линеек памяти для ПК, компьютерных плат, цифровых АТС, коммутаторов, маршрутизаторов и прочих сложных электронных устройства используют микросхемы памяти производства 3D Plus. Преимущества этой продукции также являются следствием из применяемой технологии, как и в случае с аэрокосмическим приборостроением.

Для применения в индустриальной сфере компания производит следующие типы микросхем памяти: DDR, DDR 2, DDR SODIMM, SDRAM, SRAM, FLASH HT (High Temperature), FLASH NAND, FLASH NOR, . Основные характеристики этих микросхем приведены ниже (табл. 5).

Таблица 5. Основные характеристики микросхем памяти 3D Plus для индустриального применения

Понятно, что в данной группе продуктов речь о какой-либо радиационной стойкости не идет. Зато применены более разнообразные варианты исполнения, призванные максимально облегчить замену продуктов конкурирующих фирм на продукцию 3 D Plus. Для высокотемпературной флэш-памяти также добавился четвертый температурный диапазон (HT) - до +155°С.

Принципы формирования обозначений микросхем памяти

Все описанные выше особенности и даже немного больше, компания 3D Plus закладывает в обозначение продукции (рис. 5).

Рис. 5. Структура обозначения микросхем памяти компании 3D Plus

Рассмотрим возможные варианты обозначений для всех описанных выше модулей памяти.

1. Семейство:

   MM – модуль памяти.

2. Тип модуля:

   DD – DDR,

   FN – FLASH NAND,

   DE – DRAM E.D.O.,

   FO – FLASH NOR,

   DF – DRAM F.P.M.,

   FR – FRAM,

   DP – DPRAM,

   SD – SDRAM,

   EE – EEPROM,

   SF – StrataFlash,

   FL – FLASH,

   SR – Static RAM,

   FA – FLASH AND,

   D2 – DDR 2.

3. Разрядность модуля:

   04 – x4 бит,

   40 – х40 бит,

   08 – х8 бит,

   48 – х48 бит,

   16 – х16 бит,

   64 – х64 бит,

   32 – х32 бит,

   NN – xNN бит.

4. Емкость элементов:

   080 – 8 Кб, 001 – 1 Мб, 256 – 256 Мб,

   160 – 16 Кб, 002 – 2 Мб, 328 – 320 Мб,

   240 – 24 Кб, 004 – 4 Мб, 512 – 512 Мб,

   480 – 48 Кб, 008 – 8 Мб, 102 – 1 Гб,

   640 – 64 Кб, 016 – 16 Мб, 204 – 2 Гб,

   960 - 96 Кб, 032 – 32 Мб, 408 – 4 Гб,

   120 – 128 Кб, 048 – 48 Мб, 816 – 8 Гб,

   250 – 256 Кб, 064 – 64 Мб, 163 – 16 Гб,

   510 – 512 Кб, 128 – 128 Мб, 327 – 32 Гб.

   650 - 640 Кб, 164 – 160 Мб,

5. Разрядность компонента:

   4 – х4 бит, 2 – х32 бит,

   8 – х8 бит, А – х8/16 бит.

   6 – х16 бит,

6. Установленные компоненты:

   02 – 2 компонента, 08 – 8 компонентов,

   04 – 4 компонента, NN – NN компонентов.

7. Вариант исполнения:

   B – BGA, Q – QFP,

   C – коннекторы, S – SOP,

   J – QFJ, W – проволочное.

   P – PGA,

8. Рабочее напряжение.

   С – 5 В,

   T – 2.5 В,

   ­– – 3.3 В,

   U – 1.8 В.

   S – 2.8 В,

9. Спецификация модуля. Специфическая дополнительная информация об архитектуре компонента. В данной статье не рассматривается.
10. Опции модуля. Специфическая дополнительная информация об особенностях компонента. В данной статье не рассматривается.
11. Температурный диапазон:

    С – от 0 до +70°С,

    M – от -55 до +125°С,

    I – от -40 до +85°С,

    S – Специальный диапазон.

12. Уровень качества:

    N – коммерческий,

    S – аэрокосмический,

    B – индустриальный,

    C – специальный.

13. Емкость модуля:

    A – 128 Кб,

    B – 256 Кб,

    С – 512 Кб,

    D – 1 Мб,

    E – 4 Мб,

    8 – 8 Мб,

    F – 16 Мб,

    3 – 32 Мб,

    G – 64 Мб,

    H -128 Мб,

    J – 256 Мб,

    K – 512 Мб,

    L – 1 Гб,

    M – 2 Гб,

    N – 4 Гб.

14. Скорость модуля:

    000 – неопределенна, 005 – 50 нс, 100 – 100 МГц/10 нс,

    020 – 200 нс, 004 – 40 нс, 125 – 125 МГц/8 нс,

    015 – 150 нс, 003 – 35 нс, 133 –133 МГц/7.5 нс,

    010 – 100 нс, 002 – 20 нс, 145 – 145 МГц,

    008 – 80 нс, 001 – 15 нс, 153 – 153 МГц,

    007 – 70 нс, 00A – 12 нс, 200 – 200 МГц,

    006 – 60 нс, 00B – 30 нс, 266 – 266 МГц.

15. Энергопотребление:

    – – стандартное,

    L – пониженное.

16. Производитель:

    AM – AMD,

    IF – Infineon,

    AT – Atmel,

    IT – Intel,

    CY – Cypress,

    MC – Microchip,

    FA – Fairchild,

    SA – Samsung,

    FU – Fujitsu,

    TO – Toshiba,

    HY – Hyundai,

    BA- BAE,

    EL – Elpida,

    IB – IBM.

Заключение

В настоящее время компания 3D Plus показывает удивительные темпы в освоении новейших типов продуктов и демонстрирует весьма незаурядные темпы роста. К сожалению, значительная часть продукции компании предназначена для военного применения и получить эти продукты в РФ крайне сложно. Однако, спектр коммерческой и индустриальной продукции также весьма широк, особенно перспективным на наш взгляд является линейка микросхем памяти, которая может составить серьезную конкуренцию гораздо более именитым производителям.

К сожалению, единичные экземпляры продукции компании в настоящее время поставлять в РФ экономически нецелесообразно, однако учитывая среднюю стоимость микросхем памяти, даже мелкооптовые партии уже интересны по цене и как альтернатива труднодоступных компонентов других производителей и как основная комплектация современных электронных приборов.

Список использованных ресурсов

1. www.3d-plus.com – сайт компании 3D Plus.
2. www.vital-ic.com – сайт компании-поставщика «Витал Электроникс».

Михаил Федоров

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы