Los ingenieros que desarrollan paquetes de integración heterogénea a menudo se enfrentan a un cuello de botella crítico: la obtención de prototipos de placas de interconexión EMIB de bajo volumen sin comprometerse con cantidades de producción en masa. A diferencia de las PCB estándar, los sustratos Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) requieren una formación precisa de cavidades, un control extremo de la planitud y un manejo avanzado de materiales para soportar el puente de silicio que conecta múltiples chips.
En APTPCB (APTPCB PCB Factory), entendemos que la transición de la simulación al hardware físico requiere capacidades de fabricación flexibles. Esta guía cubre las especificaciones esenciales, los pasos del proceso y los protocolos de resolución de problemas para la fabricación exitosa de sustratos listos para EMIB en pequeños lotes. Ya sea que esté validando una arquitectura de chiplet o probando un nuevo diseño de computación de alto rendimiento (HPC), estas reglas lo ayudarán a navegar por las complejidades de los sustratos de empaquetado avanzados.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen: respuesta rápida (30 segundos)
Para los ingenieros que necesitan una verificación rápida de viabilidad, aquí están las realidades fundamentales de la fabricación de placas de interconexión EMIB de bajo volumen:
- La precisión de la cavidad no es negociable: El sustrato debe presentar una cavidad para el puente de silicio con tolerancias de profundidad típicamente dentro de ±10µm a ±15µm para asegurar una colocación planar del chip.
- La selección de materiales impulsa el costo: Los materiales de baja pérdida como ABF (Ajinomoto Build-up Film) o BT de alta calidad (Bismaleimide Triazine) son estándar; el FR4 estándar rara vez es suficiente para la integridad de la señal requerida por la interfaz del puente.
- El NRE es más alto que el HDI estándar: Incluso para volúmenes bajos, los costos de ingeniería no recurrentes (NRE) son significativos debido a la programación láser para cavidades y los accesorios de laminación especializados.
- Las marcas de alineación son críticas: Debe incluir puntos fiduciales específicos alrededor de la cavidad del puente para permitir que el equipo de ensamblaje (y los sistemas de imagen del fabricante de PCB) alineen las capas con una precisión inferior a 5µm.
- Control de la deformación: El sustrato debe mantener una planitud (coplanaridad) inferior al 0,1% en toda el área del paquete para evitar el agrietamiento del puente durante el reflujo.
- Plazo de entrega: Espere de 4 a 6 semanas para los prototipos de placas de interconexión EMIB de bajo volumen debido a los pasos secuenciales de laminación y verificación requeridos.
Cuándo se aplica (y cuándo no)Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen
Comprender cuándo utilizar una arquitectura de puente incrustado frente a un interposer estándar o un sustrato orgánico es vital para el éxito del proyecto.
Cuándo usar la placa de interconexión EMIB de bajo volumen
- Prototipado de integración heterogénea: Al combinar chips de diferentes nodos de proceso (por ejemplo, una CPU de 5nm con un chip de E/S de 14nm) y cuando necesita validar físicamente el rendimiento de la interconexión.
- Pruebas de memoria de alto ancho de banda (HBM): Cuando su diseño requiere un enrutamiento extremadamente denso entre un procesador y pilas HBM que excede las capacidades de la tecnología PCB HDI estándar.
- Alto rendimiento sensible al costo: Cuando un interposer de silicio completo (2.5D) es demasiado costoso para la aplicación, y desea probar la rentabilidad del enfoque de puente a pequeña escala.
- Restricciones de factor de forma: Cuando la altura Z debe minimizarse, y la incrustación del puente de interconexión en el sustrato ayuda a reducir el perfil general del paquete.
Cuándo NO usarlo
- Comunicación simple de chip a chip: Si el enrutamiento estándar del sustrato orgánico (RDL) puede manejar las tasas de datos, EMIB agrega costos y complejidad innecesarios.
- Bienes de consumo de costo ultrabajo: Los pasos de fabricación para la creación de cavidades y la incrustación del puente son generalmente demasiado costosos para la electrónica de consumo desechable.
- Entrega rápida en 24 horas: La complejidad de la fabricación de placas de interconexión EMIB de bajo volumen impide las velocidades de "respuesta rápida" típicas de las placas rígidas estándar.
- Diseños de tolerancia holgada: Si su diseño no puede tolerar reglas de diseño estrictas con respecto a las zonas de exclusión y las relaciones de aspecto de las microvías, el rendimiento será cercano a cero.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen (parámetros clave y límites)
Para garantizar la fabricabilidad, sus datos de diseño deben cumplir parámetros estrictos. La siguiente tabla describe las reglas críticas para la fabricación de placas de interconexión EMIB de bajo volumen.
| Categoría de regla | Valor/Rango recomendado | Por qué es importante | Cómo verificar | Si se ignora |
|---|---|---|---|---|
| Tolerancia de profundidad de cavidad | ±10µm a ±15µm | Asegura que el puente de silicio quede al ras con la superficie del sustrato para una fijación exitosa del dado. | Perfilometría láser o análisis de sección transversal. | El puente sobresale o se hunde, causando conexiones abiertas o agrietamiento del dado. |
| Tolerancia X/Y de cavidad | ±30µm | Asegura que el puente encaje en la ranura sin desplazamiento ni tensión. | AOI (Inspección Óptica Automatizada) y CMM (Máquina de Medición por Coordenadas). | El puente no se puede insertar o flota excesivamente durante el ensamblaje. |
| Material dieléctrico | Bajo Dk/Df (ej. ABF, Megtron 6/7) | Minimiza la pérdida de señal para señales de alta velocidad que atraviesan el puente. | Hoja de datos del material y pruebas de impedancia. | Fallo de integridad de la señal a altas frecuencias (25 Gbps+). |
| Ancho/Espacio de línea (L/S) | 15µm/15µm (RDL del sustrato) | Necesario para extender los bumps de alta densidad desde el puente. | SEM (Microscopio Electrónico de Barrido) o AOI de alta resolución. | Cortocircuitos o incapacidad para enrutar todas las señales. |
| Relación de aspecto de microvía | 0.8:1 a 1:1 | Asegura un chapado fiable en microvías ciegas pequeñas. | Seccionamiento de cupones. | Chapado incompleto que conduce a circuitos abiertos intermitentes. |
| Acabado superficial | ENEPIG o SOP (Solder on Pad) | Proporciona una superficie plana, apta para unión por hilo y soldable para el ensamblaje de paso fino. | Fluorescencia de rayos X (XRF) para el espesor. | Poca fiabilidad de la unión o defectos de "black pad". |
| Alabeo (Arqueo/Torsión) | < 0,1 % (Temperatura ambiente y Reflujo) | Crítico para el ensamblaje de grandes troqueles y puentes. | Interferometría de Moiré por sombra. | Fallo de ensamblaje; los troqueles no harán contacto con todos los bultos. |
| Precisión de registro | < 10µm (Capa a capa) | Asegura que las vías se conecten a las almohadillas de capa interna correctas en diseños densos. | Verificación de alineación de perforación por rayos X. | Cortocircuitos internos o aperturas; placa de desecho. |
| Apertura de la máscara de soldadura | 1:1 o ligeramente más grande que la almohadilla (NSMD) | Define el área de soldadura para los bultos de flip-chip. | AOI. | Puentes de soldadura o volumen de soldadura insuficiente. |
| Espesor del cobre | 12µm a 18µm (Base) | El cobre más delgado permite un grabado más fino de líneas densas. | Sección transversal. | Sobregrabado o subgrabado de líneas finas. |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) (puntos de control del proceso)
La fabricación de estas placas requiere un flujo modificado en comparación con los PCB estándar. Aquí está el proceso paso a paso para la ejecución de placas de interconexión EMIB de bajo volumen.
- Definición de apilamiento y materiales:
- Acción: Seleccione un material de núcleo con un CTE (Coeficiente de Expansión Térmica) que coincida estrechamente con el silicio (aprox. 3-5 ppm/°C) si es posible, o utilice materiales orgánicos de alto módulo.
- Verificación: Verificar la disponibilidad de material para lotes pequeños.
- Circuitización de capas internas:
- Acción: Procesar las capas internas utilizando procesos semi-aditivos (SAP) o procesos semi-aditivos modificados (mSAP) para lograr anchos de línea finos.
- Verificación: Inspección AOI para cortocircuitos/aberturas antes de la laminación.
- Formación de la cavidad:
- Acción: Crear la cavidad para el puente utilizando ablación láser de CO2/UV o enrutamiento mecánico de profundidad controlada. Este es el paso más crítico en la producción de placas de interconexión EMIB de bajo volumen.
- Verificación: Medir la profundidad de la cavidad en 5 puntos (esquinas + centro) para asegurar la uniformidad.
- Ciclo de laminación:
- Acción: Laminar las capas de acumulación. Si el puente se incrusta durante la laminación (raro para sustratos simples, común para avanzados), asegurar que el flujo de resina no llene las almohadillas de contacto.
- Verificación: Inspección por rayos X para verificar la alineación de las capas después del prensado.
- Perforación láser y chapado:
- Acción: Perforar microvías para conectar las almohadillas de aterrizaje del puente al resto del sustrato.
- Verificación: Control de calidad de desbaste para asegurar una conectividad de cobre limpia.
- Acabado de superficie:
- Acción: Aplicar ENEPIG (Níquel electrolítico, Paladio electrolítico, Oro por inmersión) para una interfaz robusta.
- Verificación: Verificar el espesor de oro y paladio utilizando XRF.
- Pruebas eléctricas:
- Acción: Realizar pruebas de sonda volante adaptadas para paso fino.
- Verificación: Verificación del 100% de la lista de red contra los datos IPC-356D.
- Control de Calidad Final (FQC):
- Acción: Inspeccionar defectos cosméticos, deformaciones y limpieza de la cavidad.
- Verificación: Generar un informe de Inspección del Primer Artículo (FAI).
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen (modos de falla y soluciones)
Incluso con una planificación cuidadosa, pueden ocurrir defectos. Utilice esta guía para solucionar problemas comunes en las tiradas de placas de interconexión EMIB de bajo volumen.
1. Variación de la profundidad de la cavidad
- Síntoma: El puente de silicio se asienta demasiado alto (interfiriendo con el dado superior) o demasiado bajo (falla de conexión).
- Causa: Potencia láser inconsistente o variaciones en el espesor dieléctrico.
- Solución: Calibrar la profundidad del láser utilizando un cupón de sacrificio del mismo panel de producción.
- Prevención: Utilizar materiales con tolerancias de espesor estrictas e implementar la detección de profundidad en tiempo real durante el enrutamiento.
2. Deformación del sustrato
- Síntoma: La placa se curva durante el reflujo, causando desalineación del puente o del dado.
- Causa: Distribución asimétrica del cobre o CTE (coeficiente de expansión térmica) no coincidente entre las capas del núcleo y las de acumulación.
- Solución: Utilizar un patrón de equilibrio de cobre pesado en capas no utilizadas (thieving) para igualar el estrés.
- Prevención: Simular el estrés del apilamiento durante la fase de diseño; utilizar materiales de núcleo de bajo CTE.
3. Agrietamiento de microvías
- Síntoma: Falla intermitente de la señal después del ciclo térmico.
- Causa: La expansión del dieléctrico en el eje Z estresa el revestimiento de cobre.
- Solución: Aumentar la ductilidad del chapado o cambiar a un material con un CTE del eje Z más bajo.
- Prevención: Adherirse a reglas estrictas de relación de aspecto (0,8:1) para asegurar un chapado robusto.
4. Oxidación de la almohadilla / Mala soldabilidad
- Síntoma: Las protuberancias de soldadura no mojan las almohadillas dentro de la cavidad o en la superficie.
- Causa: Contaminación residual del proceso de formación de la cavidad o mala deposición del acabado superficial.
- Solución: Limpieza con plasma antes de la aplicación del acabado superficial.
- Prevención: Implementar ciclos de limpieza estrictos y límites de tiempo entre los pasos del proceso.
5. Errores de registro
- Síntoma: Las vías se perforan ligeramente descentradas, rompiendo el anillo anular.
- Causa: Escalado del material (contracción/expansión) durante la laminación.
- Solución: Aplicar factores de escala a los datos de perforación basándose en el comportamiento histórico del material.
- Prevención: Utilizar optimización por rayos X para la alineación de la perforación en cada panel.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen (decisiones de diseño y compensaciones)
Al especificar un proyecto de placa de interconexión EMIB de bajo volumen, a menudo se elige entre diferentes tecnologías de encapsulado avanzadas. Aquí le explicamos cómo tomar la decisión correcta.
Sustrato EMIB vs. Interposer de silicio (2.5D)
- Costo: Los sustratos EMIB son generalmente de menor costo que los interposers de silicio completos porque el silicio solo se usa para el pequeño puente, no para toda la base.
- Rendimiento: Los interponedores de silicio ofrecen una densidad ligeramente mayor, pero EMIB proporciona un mejor rendimiento eléctrico para la entrega de energía (ya que el dado se conecta directamente al sustrato orgánico para la energía).
- Disponibilidad para bajo volumen: Los interponedores de silicio a menudo requieren procesamiento a nivel de oblea, lo que tiene mínimos altos. Los sustratos EMIB se pueden fabricar en forma de panel, lo que hace que las tiradas de placas de interconexión EMIB de bajo volumen sean más accesibles en fábricas de PCB como APTPCB.
Selección de materiales: ABF vs. BT vs. FR4 de alta Tg
- ABF (Película de acumulación Ajinomoto): El estándar de oro para la computación de alto rendimiento. Excelente planitud y capacidad de líneas finas, pero costoso y frágil.
- BT (Bismaleimida Triazina): Buen equilibrio entre costo y estabilidad mecánica. A menudo se utiliza para encapsulados de memoria.
- FR4 de alta Tg: Generalmente no recomendado para EMIB debido a la rugosidad de la superficie y la desalineación del CTE, a menos que la densidad de interconexión del puente sea muy baja.
Capacidad del proveedor
Elija un socio capaz de fabricación de PCB en pequeños lotes NPI que enumere específicamente las capacidades de PCB con cavidades o componentes incrustados. Los talleres de PCB estándar carecen del equipo de metrología para verificar profundidades de cavidad de ±10µm.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen (costo, tiempo de entrega, defectos comunes, criterios de aceptación, archivos DFM)
P: ¿Cuál es el factor de costo típico para las placas de interconexión EMIB de bajo volumen? A: Los principales impulsores de costos son el material (ABF/preimpregnado especializado), el tiempo de procesamiento láser para las cavidades y la pérdida de rendimiento asociada con el procesamiento de paso fino. Los cargos NRE por herramientas y accesorios de prueba también son más altos que en las PCB estándar.
Q: ¿Cuál es el plazo de entrega estándar para estos prototipos? A: Una tirada típica de placa de interconexión EMIB de bajo volumen tarda de 4 a 6 semanas. Esto incluye preguntas de ingeniería (EQ), ciclos de laminación y pruebas complejas. Los servicios acelerados rara vez están disponibles debido a la física del proceso.
Q: ¿Puedo usar archivos Gerber estándar para diseños EMIB? A: Si bien Gerber X2 es aceptable, se prefiere ODB++ o IPC-2581. Estos formatos contienen datos inteligentes sobre el apilamiento de capas y la conectividad de la red, lo cual es crucial para verificar la ubicación y profundidad de la cavidad.
Q: ¿Cómo prueban las conexiones al puente incrustado? A: Dado que el puente a menudo se ensambla más tarde, el sustrato se prueba para verificar la continuidad hasta las almohadillas de aterrizaje. Utilizamos probadores de sonda volante especializados capaces de alcanzar almohadillas tan pequeñas como 50 µm.
Q: ¿Cuáles son los criterios de aceptación para la cavidad? A: La aceptación se basa en la profundidad (eje Z), las dimensiones X/Y y la planitud del fondo. El fondo de la cavidad debe estar libre de residuos de resina y tener almohadillas expuestas (si están diseñadas) que estén limpias y soldables.
Q: ¿APTPCB maneja el ensamblaje del puente de silicio? A: APTPCB se enfoca en la fabricación de la placa de interconexión de alta precisión (sustrato). La colocación real del puente de silicio y los troqueles es típicamente manejada por un proveedor OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test), aunque podemos ayudar con el DFM para asegurar que nuestras placas se ajusten a sus líneas de ensamblaje.
Q: ¿Cuál es el volumen mínimo para un pedido? A: Para placas de interconexión EMIB de bajo volumen, podemos procesar tan solo 5-10 paneles. Esto permite un rendimiento de varias docenas a unos pocos cientos de unidades, dependiendo del tamaño del paquete.
Q: ¿En qué se diferencia el DFM para las placas EMIB? A: Las directrices DFM para EMIB se centran en gran medida en el movimiento del material (escalado), las relaciones de aspecto de la cavidad y el equilibrio del cobre. Las comprobaciones DFM estándar de PCB son insuficientes; se necesita una revisión que considere las características 3D.
Q: ¿Pueden fabricar variantes de "placas de interconexión EMIB de baja pérdida"? A: Sí. Utilizamos materiales de baja pérdida como Panasonic Megtron 6/7 o Isola Tachyon para asegurar que el sustrato no se convierta en el cuello de botella para las señales de alta velocidad que entran o salen del puente.
Q: ¿Qué sucede si la cavidad es demasiado profunda? A: Si la cavidad es demasiado profunda, el puente quedará demasiado bajo. Esto requiere que el proceso de ensamblaje utilice un exceso de soldadura o underfill, lo que puede llevar a un rendimiento de RF impredecible o a una falla mecánica.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen (páginas y herramientas relacionadas)
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Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen
| Término | Definición |
|---|---|
| EMIB | Embedded Multi-die Interconnect Bridge. Una tecnología que utiliza un puente de silicio incrustado en un sustrato para conectar chips (dies). |
| PCB con cavidad | Un PCB con un área empotrada (cavidad) creada por láser o enrutamiento mecánico para alojar un componente. |
| RDL (Capa de redistribución) | Capas metálicas en un chip o sustrato que enrutan las almohadillas de E/S a otras ubicaciones. |
| UBM (Metalización bajo bump) | La interfaz de la capa metálica entre la almohadilla de cobre y el bump de soldadura. |
| Paso del bump | La distancia centro a centro entre bumps de soldadura adyacentes. |
| CTE (Coeficiente de expansión térmica) | Una medida de cuánto se expande un material cuando se calienta. La falta de coincidencia causa deformación. |
| ABF | Ajinomoto Build-up Film. Un material aislante dominante para sustratos de CI de alta gama. |
| Zona de exclusión (KOZ) | Un área alrededor de la cavidad o el puente donde no se pueden colocar otros componentes o trazas. |
| Marca fiducial | Una marca de alineación óptica utilizada por las máquinas para alinear capas o colocar componentes. |
| Planaridad | El grado de planitud de una superficie. Crítico para el fondo de la cavidad. |
| mSAP | Proceso Semi-Aditivo Modificado. Un método de fabricación para crear trazas de cobre muy finas (<25µm). |
| Interposer | Una interfaz eléctrica que enruta entre un zócalo o una conexión y otra (a menudo de silicio o vidrio). |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen
¿Listo para validar su diseño de paquete avanzado? APTPCB ofrece revisiones DFM especializadas para proyectos de placas de interconexión EMIB de bajo volumen para identificar posibles riesgos de rendimiento antes de que comience la fabricación.
Para obtener un presupuesto preciso, por favor proporcione:
- Archivos Gerber/ODB++: Incluyendo capas específicas que definen el área de la cavidad.
- Dibujo de apilamiento: Especificando materiales (por ejemplo, ABF, BT) y espesores dieléctricos.
- Dibujo de cavidad: Dimensiones X, Y y Z detalladas con tolerancias.
- Cantidad: El número de piezas o paneles requeridos para su ejecución NPI.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) de bajo volumen
La ejecución exitosa de una fabricación de placas de interconexión EMIB de bajo volumen requiere un socio de fabricación que trate su prototipo con el rigor de un producto aeroespacial. Al controlar la profundidad de la cavidad, gestionar la deformación del material y adherirse a estrictas reglas DFM, puede lograr el rendimiento de interconexión de alta densidad de los puentes de silicio producidos en masa en un entorno de bajo volumen. Asegúrese de que su paquete de datos esté completo, valide sus elecciones de materiales y proceda con un plan de fabricación diseñado para una integración heterogénea avanzada.