EMIB-Verbindungsplatinendesign: Spezifikationen, Regeln und DFM-Checkliste

EMIB-Verbindungsplatinendesign: Kurzantwort (30 Sekunden)

Das Design einer Verbindungsplatine für EMIB-Anwendungen (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) erfordert die strikte Einhaltung von Standards für hochdichte Integration (HDI) und Wärmemanagementprotokollen.

Leiterbahnbreite/-abstand: Muss ultrafeine Verdrahtung unterstützen, typischerweise erfordert dies eine Leiterbahnbreite/-abstand (L/S) unter 10/10 µm für Substrate oder 40/40 µm für die Haupt-Leiterplatten-Schnittstelle.
Materialauswahl: Verwenden Sie Materialien mit extrem geringen Verlusten (z. B. Megtron 7 oder spezielle ABF-Folien), um die Signaldämpfung bei hohen Geschwindigkeiten zu minimieren.
Verzugskontrolle: Halten Sie die Planarität der Platine innerhalb von <0,1 % (diagonal), um Brückenrisse oder Bump-Trennungen während des Reflow-Lötens zu verhindern.
Mikrovia-Zuverlässigkeit: Die Seitenverhältnisse sollten für Sacklöcher 0,8:1 nicht überschreiten, um eine vollständige Beschichtungsabdeckung und strukturelle Integrität zu gewährleisten.
Wärmemanagement: Integrieren Sie dichte thermische Via-Arrays oder Kupfer-Coins, da EMIB-Gehäuse erhebliche lokalisierte Wärme erzeugen.
Impedanzkontrolle: Eine strikte Toleranz von ±5 % ist für differentielle Paare erforderlich, die durch die Brückenschnittstelle geführt werden.

Wann das EMIB-Verbindungsplatinendesign angewendet wird (und wann es nicht angewendet wird)

Es ist entscheidend für die Kosten- und Leistungsoptimierung zu verstehen, wann eine EMIB-artige Verbindungsarchitektur gegenüber einer Standardverpackung zu verwenden ist.

Wann das EMIB-Verbindungsplatinendesign verwendet werden sollte:

Heterogene Integration: Beim Kombinieren von Dies aus verschiedenen Prozessknoten (z.B. 10nm CPU + 28nm SerDes) in einem einzigen Gehäuse.
Hochbandbreiten-Speicher (HBM): Wenn Anwendungen einen massiven Datendurchsatz zwischen Prozessor und Speicher-Stacks erfordern.
Platzbeschränkungen: Wenn die Z-Höhe minimiert werden muss, da EMIB die Notwendigkeit eines vollständigen Silizium-Interposers eliminiert.
Anforderungen an die Signalintegrität: Beim Routen von Signalen über kurze Distanzen mit geringerer Latenz, als Standard-Organik-Substrate bieten können.

Wann man es NICHT verwenden sollte:

Kostengünstige Unterhaltungselektronik: Die Herstellungskosten und Komplexität übersteigen das Budget für Standard-IoT- oder Mobilgeräte.
Geringe E/A-Anzahl: Wenn Standard-Wire-Bonding oder Flip-Chip BGA die Pin-Anzahl bewältigen können, ist EMIB überdimensioniert.
Extrem hohe Leistung: Obwohl EMIB Wärme gut ableitet, könnten massive Leistungs-ASICs immer noch vollständige Silizium-Interposer oder Flüssigkeitskühlungslösungen erfordern, die nicht inherent im Platinendesign selbst liegen.
Schnelles Prototyping: Die Vorlaufzeit für EMIB-kompatible Substrate und Werkzeuge ist deutlich länger als bei Standard-Starre-Leiterplatten.

EMIB-Verbindungsplatinen-Designregeln und -Spezifikationen (Schlüsselparameter und Grenzen)

Ein erfolgreiches EMIB-Verbindungsplatinen-Design basiert auf präzisen Spezifikationen. Abweichungen von diesen Werten führen oft zu Ertragsverlusten während der Montage.

Regelkategorie	Empfohlener Wert/Bereich	Warum es wichtig ist	Wie zu überprüfen	Wenn ignoriert
Leiterbahnbreite/-abstand (L/S)	5µm/5µm (Substrat) 40µm/40µm (Leiterplatte)	Unerlässlich für die Verlegung von hochdichten E/A vom Bridge-Chip.	AOI (Automatisierte Optische Inspektion)	Kurzschlüsse oder Unfähigkeit, alle Signale zu verlegen.
Mikrovia-Durchmesser	50µm - 75µm	Ermöglicht hochdichte vertikale Verbindungen (HDI).	Querschnittsanalyse	Via-Ermüdung oder offene Schaltkreise unter thermischer Zyklisierung.
Dielektrizitätskonstante (Dk)	< 3.0 @ 10GHz	Reduziert Signalverzögerung und Übersprechen.	TDR (Zeitbereichsreflektometrie)	Verschlechterung der Signalintegrität und Timing-Fehler.
Verlustfaktor (Df)	< 0.002 @ 10GHz	Minimiert Signalverlust (Einfügedämpfung) über die Distanz.	VNA (Vektor-Netzwerkanalysator)	Übermäßige Dämpfung; Datenübertragungsfehler.
Kupferdicke	12µm - 18µm (0.3oz - 0.5oz)	Gleicht Strombelastbarkeit mit Feinlinienätzfähigkeit aus.	Röntgenfluoreszenz (RFA)	Überätzung (offene Leiterbahnen) oder Unterätzung (Kurzschlüsse).
Lötstoppmaskenöffnung	1:1 mit Pad oder NSMD	Gewährleistet korrekten Bump-Sitz und Underfill-Fluss.	AOI / Mikroskop	Lötbrücken oder schlechte Verbindungszuverlässigkeit.
Verzug / Ebenheit	< 0.1% (Diagonale)	Entscheidend für die Ausrichtung von Bridge-Chip und Dies während der Montage.	Schatten-Moiré-Interferometrie	Fehlausrichtung von Komponenten, kalte Lötstellen oder Die-Risse.
Impedanztoleranz	85Ω / 100Ω ± 5%	Passt die Treiber-/Empfängerimpedanz an, um Reflexionen zu verhindern.	Impedanz-Coupon-Test	Signalreflexion, Jitter und Datenkorruption.
Oberflächenbeschaffenheit der Pads	ENEPIG oder SOP	Bietet eine flache, bondfähige Oberfläche für Fine-Pitch-Bumps.	XRF / SEM	Schlechte Benetzung oder "Black Pad"-Defekte.
Wärmeleiter-Pitch	0.3mm - 0.5mm	Maximiert die Wärmeableitung von der eingebetteten Brücke.	Bohrdateiprüfung	Überhitzung, Drosselung oder Geräteausfall.

Implementierungsschritte für das EMIB-Interconnect-Board-Design (Prozessprüfpunkte)

Die Implementierung eines EMIB-Interconnect-Board-Designs erfordert einen strengen Arbeitsablauf, um sicherzustellen, dass das organische Substrat oder die Leiterplatte die eingebettete Brückentechnologie unterstützen kann.

Architektur- & Lagenaufbau-Definition:
- Aktion: Definieren Sie die Lagenanzahl und den Materiallagenaufbau.
- Parameter: Wählen Sie Hochgeschwindigkeitsmaterialien (z.B. Megtron-Materialien), die mit mehreren Laminierungszyklen kompatibel sind.
- Prüfung: Überprüfen Sie die CTE-Anpassung (Wärmeausdehnungskoeffizient) zwischen den Lagen.
Planung der Brückenvertiefung:
- Aktion: Entwerfen Sie die Vertiefung oder Aussparung, in die die Siliziumbrücke eingebettet wird (falls zutreffend), oder definieren Sie das Landemuster für das EMIB-Gehäuse.
- Parameter: Toleranz der Vertiefungstiefe ±10µm.
- Prüfung: Stellen Sie den Freiraum für den Die-Attach-Klebstoff sicher.
Fan-Out-Routing-Strategie:

Action: Signale von den Fine-Pitch-Bridge-Bumps zu den gröberen Leiterplattenlagen routen.
- Parameter: Gestaffelte Microvias verwenden, um Platz zu sparen.
- Check: Bestätigen, dass keine spitzen Winkel in Hochgeschwindigkeitsleiterbahnen vorhanden sind.

Stromversorgungsanalyse (PI):
- Action: Spannungsabfall (IR-Abfall) über das Stromversorgungsnetzwerk simulieren.
- Parameter: Ziel: <5% Gleichspannungsabfall an der Last.
- Check: Ausreichende Platzierung von Entkopplungskondensatoren in der Nähe der Brückenschnittstelle überprüfen.
Signalintegritäts-Simulation (SI):
- Action: Einfügedämpfung und Rückflussdämpfung für kritische Hochgeschwindigkeitsspuren simulieren.
- Parameter: Rückflussdämpfung < -10dB bis zur Nyquist-Frequenz.
- Check: Leiterbahngeometrie anpassen, falls Impedanzziele nicht erreicht werden.
Thermische Belastungssimulation:
- Action: Den Wärmeableitungspfad durch die Platine modellieren.
- Parameter: Max. Sperrschichttemperatur (Tj) < 105°C (oder spezifische Chipgrenze).
- Check: Kupfer-Coins oder thermische Via-Felder hinzufügen, falls Hotspots vorhanden sind.
DFM-Überprüfung (Design for Manufacturing):
- Action: Gerber-Dateien zur Herstellbarkeitsprüfung an APTPCB senden.
- Parameter: Min. Leiterbahn-/Abstand, Seitenverhältnisse und Masken-Sliver.
- Check: Alle DFM-Flags vor der Freigabe zur Fertigung beheben.
Fertigung & Test:
- Action: Die Rohplatine unter Verwendung fortschrittlicher Leiterplattenfertigungstechniken herstellen.

Parameter: 100% elektrische Prüfung (Flying Probe).
Prüfung: Validierung von Impedanz-Coupons und physikalischen Abmessungen.

Fehlerbehebung beim EMIB-Interconnect-Board-Design (Fehlermodi und Korrekturen)

Selbst bei robustem Design können während der Fertigung oder Montage Probleme auftreten. Hier erfahren Sie, wie Sie häufige Ausfälle von EMIB-Interconnect-Boards beheben können.

1. Symptom: Unterbrechungen an Microvias

Ursache: Unvollständige Beschichtung aufgrund eines hohen Aspektverhältnisses oder eingeschlossener Verunreinigungen; thermische Ausdehnungsunterschiede, die zu Rissen im Barrel führen.
Prüfung: Querschnittsanalyse (SEM) der fehlerhaften Via.
Behebung: Reduzierung des Aspektverhältnisses auf <0,8:1; Umstellung auf kupfergefüllte gestapelte Vias.
Prävention: Verwendung von Materialien mit niedrigerem Z-Achsen-Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE).

2. Symptom: Platinenverzug während des Reflow-Lötens

Ursache: Ungleichmäßige Kupferverteilung oder asymmetrischer Lagenaufbau; falscher Material-Tg.
Prüfung: Shadow-Moiré-Messung bei Raumtemperatur vs. Reflow-Temperatur.
Behebung: Ausgleich der Kupferfläche auf den oberen/unteren Lagen; Verwendung eines Dummy-Kupfergitters (Thieving).
Prävention: Simulation des Lagenaufbau-Verzugs vor dem Layout; Verwendung von Materialien mit hohem Tg.

3. Symptom: Verlust der Signalintegrität (hohe BER)

Ursache: Impedanzfehlanpassung am Übergang von der Brücke zur Leiterplatte; Fasergeflecht-Effekt.
Prüfung: TDR-Messung; Überprüfung des Glasgewebetyps.
Behebung: Back-Drill-Stubs; Verwendung von "Spread Glass" oder Drehung der Leiterbahnführung um 10 Grad.
Prävention: Angabe von Spread-Glass-Gewebe (z.B. 1067/1086) in den Fertigungsnotizen. 4. Symptom: Lötbrückenbildung unter Feinrasterbauteilen
Ursache: Registrierungsfehler der Lötstoppmaske oder übermäßige Schablonenöffnung.
Überprüfung: Ausrichtung der Lötstoppmaske prüfen; Schablonendicke überprüfen.
Behebung: Lötstoppmaskenstege straffen; Schablonenöffnungsfläche um 10-15% reduzieren.
Prävention: Laser-Direktbelichtung (LDI) für die Lötstoppmaskenanwendung verwenden.

5. Symptom: Delamination von Schichten

Ursache: Feuchtigkeitsaufnahme oder schlechte Haftung zwischen Harz und Kupfer.
Überprüfung: C-SAM (Raster-Akustikmikroskopie) zur Lokalisierung von Hohlräumen.
Behebung: Platinen vor der Bestückung backen; Oxidbehandlung auf inneren Schichten verbessern.
Prävention: Platinen in vakuumversiegelten Beuteln mit Trockenmittel lagern; hochzuverlässiges Bondply auswählen.

6. Symptom: "Black Pad" oder Benetzungsfehler

Ursache: Korrosion der Nickelschicht bei ENIG/ENEPIG-Oberflächen.
Überprüfung: SEM/EDX-Analyse der Pad-Oberfläche.
Behebung: Chemie des Goldtauchbades streng kontrollieren.
Prävention: Den Oberflächenveredelungsprozess auditieren; OSP in Betracht ziehen, falls die Lagerfähigkeit dies zulässt.

Wie man das EMIB-Interconnect-Leiterplattendesign wählt (Designentscheidungen und Kompromisse)

Die Wahl der richtigen Verbindungsstrategie beinhaltet den Vergleich des EMIB-Interconnect-Leiterplattendesigns mit alternativen Gehäusetechnologien wie Silizium-Interposern (2.5D) oder Standard Fan-Out Wafer Level Packaging (FOWLP).

EMIB vs. Silizium-Interposer

Kosten: EMIB ist im Allgemeinen kostengünstiger, da es nur dort eine kleine Siliziumbrücke verwendet, wo sie benötigt wird, anstatt eines großen, teuren Silizium-Interposer-Retikels.
Leistung: Silizium-Interposer bieten eine etwas höhere Dichte für massives Routing, aber EMIB bietet eine bessere elektrische Leistung für spezifische Hochgeschwindigkeitsverbindungen aufgrund kürzerer Pfade.
Komplexität: EMIB erfordert eine komplexe Herstellung organischer Substrate. Wenn Ihr Hersteller keine Merkmale von <10µm verarbeiten kann, könnte ein Silizium-Interposer eine sicherere (wenn auch teurere) Wahl sein.

EMIB vs. Standard HDI PCB:

Dichte: Standard- HDI-Leiterplattentechnologie begrenzt L/S typischerweise auf ~40µm. EMIB-Substrate drücken dies lokal auf <10µm.
Anwendung: Verwenden Sie Standard-HDI für die Hauptplatine. Verwenden Sie EMIB-kompatible Substrate für das Gehäuse selbst.
Thermik: EMIB-Strukturen konzentrieren die Wärme. Standard-HDI verteilt sie gleichmäßiger, kann aber die Bandbreite nicht unterstützen.

Entscheidungsrahmen:

Bandbreitenanforderung: Wenn >500 Gbit/s zwischen den Dies, wählen Sie EMIB oder Interposer.
Kostensensibilität: Wenn das Budget knapp ist, aber die Leistung entscheidend ist, ist EMIB der Gewinner im "Mittelweg".
Lieferkette: Stellen Sie sicher, dass Ihr Leiterplatten-/Substratlieferant (wie APTPCB) über die fortschrittliche Ausrüstung für Feinlinienlithographie und Laserbohren verfügt.

EMIB-Verbindungsplatinendesign FAQ (Kosten, Lieferzeit, häufige Defekte, Abnahmekriterien, DFM-Dateien)

1. Was ist der typische Kostentreiber für das Design von EMIB-Verbindungsplatinen? Die primären Kostentreiber sind die Lagenanzahl (oft 10+ Lagen), die Verwendung fortschrittlicher verlustarmer Materialien (wie ABF oder Megtron) und der Ausbeuteverlust, der mit dem Ätzen von ultrafeinen Leiterbahnen verbunden ist. Rechnen Sie mit Kosten, die 3-5x höher sind als bei Standard-FR4-HDI-Leiterplatten.

2. Wie lange ist die Lieferzeit für die Herstellung von EMIB-kompatiblen Substraten? Aufgrund der Komplexität der sequentiellen Laminierung und präzisen Bildgebung liegen die Lieferzeiten für Prototypen typischerweise zwischen 4 und 8 Wochen. Standard-Leiterplatten können 1-2 Wochen dauern, aber die hochdichte Beschaffenheit von EMIB-Substraten erfordert zusätzliche Bearbeitungszeit.

3. Welche Materialien eignen sich am besten für das Design von EMIB-Verbindungsplatinen? Ajinomoto Build-up Film (ABF) ist der Industriestandard für die Aufbauschichten aufgrund seiner Ebenheit und Feinleiterbahnfähigkeit. Für den Kern werden Hoch-Tg-Materialien wie Megtron 7 oder Tachyon 100G empfohlen, um die Anforderungen an die elektrische Leistung zu erfüllen.

4. Wie teste ich eine EMIB-Verbindungsplatine? Das Testen erfordert spezielle Ausrüstung. Standard-Nadelbettprüfungen sind aufgrund der Rasterdichte oft unmöglich. Für Prototypen wird der Flying-Probe-Test verwendet, während für die Serienproduktion spezialisierte automatisierte optische Inspektion (AOI) und kontaktlose Durchgangsprüfung eingesetzt werden.

5. Was sind die Abnahmekriterien für die Ebenheit von EMIB-Platinen? Der Industriestandard (JEDEC) erfordert typischerweise, dass der Verzug bei Raumtemperatur und während des Reflow-Profils weniger als 0,1 % der diagonalen Abmessung beträgt. Eine Überschreitung führt zu "Head-in-Pillow"-Defekten oder Brückenrissen.

6. Welche Dateien werden für eine DFM-Überprüfung eines EMIB-Designs benötigt? Sie müssen ODB++- oder Gerber X2-Dateien, eine detaillierte Lagenaufbauzeichnung mit Angabe der Materialtypen und Dielektrikumdicken, eine Netzliste (IPC-356) zur Verifizierung des elektrischen Tests und einen Bohrplan, der Blind-/Vergrabene-Via-Strukturen definiert, bereitstellen.

7. Kann APTPCB die Siliziumbrücke selbst herstellen? Nein, APTPCB (APTPCB PCB Factory) ist auf das organische Substrat hoher Dichte und die Haupt-Leiterplatte, die das Gehäuse aufnimmt, spezialisiert. Die Siliziumbrücke wird von Halbleitergießereien hergestellt. Wir kümmern uns um die Integration auf Platinenebene und die Substratherstellung.

8. Wie wirkt sich das EMIB-Design auf das Wärmemanagement aus? Die lokalisierte Siliziumbrücke erzeugt eine hohe Wärmestromdichte. Das Platinendesign muss optimierte Wärmepfade, wie z. B. kupfergefüllte Vias direkt unter dem Brückenbereich, enthalten, um die Wärme zum Systemkühlkörper oder zu internen Masseebenen zu leiten.

9. Was ist der minimale Mikrovia-Raster für diese Designs? Für das organische Substrat, das EMIB unterstützt, kann der Mikrovia-Raster bis zu 80µm-100µm betragen. An der Haupt-Leiterplatten-Schnittstelle ist ein Raster von 0,4 mm oder 0,35 mm für das BGA-Fan-Out üblich.

10. Wie verhindere ich Impedanzdiskontinuitäten an der Brückenschnittstelle? Halten Sie eine durchgehende Referenzebene (Masse) unter den Hochgeschwindigkeitssignalen aufrecht, die in den Brückenbereich eintreten. Vermeiden Sie das Überqueren geteilter Ebenen und stellen Sie sicher, dass der Übergang von der Leiterbahn zum Package-Bump in 3D-Feldsolvern modelliert wird.

Ressourcen für das EMIB-Interconnect-Board-Design (verwandte Seiten und Tools)

HDI-Leiterplattenfähigkeiten: Entdecken Sie Hochdichte-Verbindungstechnologien, die für die EMIB-Unterstützung unerlässlich sind.
Fortschrittliche Leiterplattenfertigung: Erfahren Sie mehr über Feinlinienätzung und Laserbohrverfahren.
Megtron-Leiterplattenmaterialien: Spezifikationen für verlustarme Materialien, die in Hochgeschwindigkeitsdesigns verwendet werden.
Impedanzrechner: Überprüfen Sie Ihre Leiterbahnbreite und -abstände für kontrollierte Impedanz.
DFM-Richtlinien: Allgemeine Designregeln zur Sicherstellung der Herstellbarkeit.

Glossar zum EMIB-Interconnect-Board-Design (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
EMIB	Embedded Multi-die Interconnect Bridge; eine 2.5D-Verpackungstechnologie, die eine Siliziumbrücke verwendet.
Substrat	Die organische Platine (oft ABF-basiert), die die Schnittstelle zwischen den Siliziumchips und der Hauptleiterplatte bildet.
Microvia	Ein lasergebohrtes Loch (typischerweise <150µm), das benachbarte Schichten in HDI-Leiterplatten verbindet.
RDL	Redistribution Layer; Metallschichten, die Signale von den Die-Pads zu den Substrat-Bumps leiten.
TSV	Through-Silicon Via; eine vertikale Verbindung, die vollständig durch einen Siliziumwafer führt (wird in Interposern verwendet, weniger in EMIB).
CTE	Wärmeausdehnungskoeffizient; die Rate, mit der sich ein Material bei Erwärmung ausdehnt. Eine Fehlanpassung verursacht Verzug.
Underfill	Unterfüllung; Epoxidmaterial, das unter den Chip/die Brücke injiziert wird, um mechanische Spannungen zu verteilen und Bumps zu schützen.
Bump Pitch	Bump-Raster; der Mittenabstand zwischen benachbarten Löt-Bumps oder Pads.
L/S	Leiterbahnbreite/Abstand; die Breite einer Leiterbahn und der Abstand zur nächsten Leiterbahn (z.B. 5/5 µm).
SerDes	Serializer/Deserializer; Hochgeschwindigkeits-Funktionsblöcke, die oft über EMIB-Brücken verbunden sind.
Interposer	Interposer; eine elektrische Schnittstelle, die zwischen einer Buchse oder Verbindung zu einer anderen (Silizium oder organisch) leitet.
Warpage	Verzug; die Verformung der Planarität der Platine, kritisch bei der Montage großer Gehäuse.

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Gerber RS-274X oder ODB++ Dateien: Vollständige Lagen-Daten.
Lagenaufbauzeichnung: Geben Sie Material (z.B. Megtron 7, ABF), Kupfergewicht und Dielektrikumsdicke an.
Bohrerdateien: Definieren Sie Sacklöcher, vergrabene Löcher und Durchgangslöcher.
Impedanzanforderungen: Listen Sie die Zielimpedanz und Referenzschichten auf.
Volumen & Lieferzeit: Prototypenmenge vs. Massenproduktionsziele.

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Fazit: Nächste Schritte beim EMIB-Interconnect-Board-Design

Die Beherrschung des EMIB-Interconnect-Board-Designs erfordert eine Abkehr von Standard-Leiterplattenregeln hin zu halbleiterähnlicher Präzision. Durch die strikte Kontrolle der Leiterbahngeometrien, die Auswahl von Materialien mit extrem geringen Verlusten und das Management des thermischen Verzugs können Sie Hochleistungs-Heterogenpakete erfolgreich einsetzen. Egal, ob Sie einen neuen KI-Beschleuniger oder ein Hochgeschwindigkeits-Netzwerkmodul prototypisieren, die Einhaltung dieser Spezifikationen stellt sicher, dass Ihr Design herstellbar und zuverlässig ist.