Placas interconnect EMIB: plan de validación, pruebas y criterios de aceptación

Las tecnologías de empaquetado avanzadas están redefiniendo el panorama de la computación de alto rendimiento, y en el centro de esta evolución se encuentra el puente embebido. A medida que los diseños de chips avanzan hacia la integración heterogénea, la validación de la placa de interconexión EMIB se ha convertido en un paso crítico para garantizar la fiabilidad y el rendimiento. A diferencia de los troqueles monolíticos tradicionales, los sistemas que utilizan puentes de interconexión multichip embebidos (EMIB) requieren un enfoque especializado para la fabricación y prueba del sustrato.

Para ingenieros y gerentes de adquisiciones, comprender cómo validar estas complejas interconexiones es esencial. Esta guía cubre todo el espectro del proceso, desde los parámetros de diseño iniciales hasta las comprobaciones de producción finales. Ya sea que esté desarrollando aceleradores de IA de próxima generación o equipos de red de alta velocidad, APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB) proporciona la experiencia necesaria para navegar por estas complejidades.

Conclusiones Clave

Definición: La validación de la placa de interconexión EMIB confirma la integridad eléctrica y mecánica del puente de silicio incrustado dentro del sustrato orgánico.
Métrica Crítica: El control de la deformación es el factor más importante; una deformación excesiva provoca el agrietamiento del puente o uniones abiertas.
Enfoque de Diseño: El tamaño adecuado de la cavidad y la gestión de tolerancias son vitales para una incrustación exitosa del puente.
Concepto Erróneo: Muchos asumen que se aplican los métodos de prueba estándar de PCB, pero EMIB requiere pruebas de paso mucho más ajustadas y validación de micro-bumps.
Mejor Práctica: La simulación temprana de la desalineación del Coeficiente de Expansión Térmica (CTE) previene fallas durante el reflujo.
Alcance de la Validación: El proceso incluye la verificación de las capas del sustrato, la precisión de la colocación del puente y la conectividad del ensamblaje final.
Asociación: Trabajar con un fabricante capaz como APTPCB asegura que las directrices de DFM se respeten desde el primer día.

los sistemas que utilizan puentes de interconexión multichip embebidos (EMIB) (alcance y límites)

Basándose en los puntos clave, es importante definir exactamente qué estamos validando. La validación de la placa de interconexión EMIB no se trata solo de probar una placa de circuito impreso desnuda. Es un proceso de aseguramiento multicapa que verifica el sustrato del paquete orgánico, el puente de silicio incrustado y la interfaz entre ellos.

En una PCB estándar, la validación podría detenerse en la continuidad eléctrica y las pruebas de impedancia. Sin embargo, una placa de interconexión EMIB sirve como un conducto de alta densidad entre matrices heterogéneas (como una CPU y memoria HBM). El alcance de la validación se expande para incluir las dimensiones físicas de la cavidad donde se asienta el puente, la planitud de las capas de acumulación y la precisión de alineación de las micro-vías. El alcance de esta validación se extiende desde la selección de la materia prima hasta la preparación para el ensamblaje final. Implica verificar la estabilidad de los materiales dieléctricos bajo calor y asegurar que el chapado de cobre dentro de las interconexiones del puente cumpla con estrictas especificaciones de resistencia. Si el proceso de validación no detecta una desalineación a nivel de micras, todo el sistema multi-chip puede fallar. Por lo tanto, este proceso es el guardián entre un diseño teórico y un producto funcional de alto rendimiento.

Métricas importantes (cómo evaluar la calidad)

Comprender el alcance de la validación nos lleva directamente a los puntos de datos específicos que definen el éxito. Para realizar una validación efectiva de la placa de interconexión EMIB, debe rastrear métricas específicas que cuantifiquen la salud física y eléctrica de la placa.

Métrica	Por qué es importante	Rango típico o factores influyentes	Cómo medir
Alabeo del Sustrato	Un alabeo alto impide la correcta fijación del chip y causa tensión en el puente.	< 50 µm (temperatura ambiente) a < 100 µm (temperatura de reflujo). Depende del grosor del núcleo.	Interferometría de Moiré de Sombra.
Tolerancia Dimensional de la Cavidad	El puente debe encajar perfectamente; demasiado holgado causa desplazamiento, demasiado ajustado causa tensión.	± 5 µm a ± 10 µm dependiendo del tamaño del puente.	Máquina de Medición por Coordenadas Ópticas (CMM).
Uniformidad del espesor dieléctrico	Garantiza una impedancia y una integridad de la señal consistentes en todo el puente.	Variación < 5% en todas las capas de acumulación.	Análisis de sección transversal (SEM).
Alineación de microvías	Las vías desalineadas provocan circuitos abiertos o alta resistencia en la interconexión.	Precisión de registro < 5 µm.	Inspección por rayos X o AOI (Inspección Óptica Automatizada).
Pérdida de inserción	Mide la degradación de la señal a través de las interconexiones del puente.	< -2 dB a 28 GHz (varía según la longitud/material de la traza).	Analizador de Redes Vectorial (VNA).
Resistencia al cizallamiento del chip	Verifica la unión mecánica del puente al sustrato.	> 1 kgf (depende del tamaño del chip y del adhesivo).	Probador de cizallamiento.
Rugosidad superficial (Ra)	Afecta la adhesión de líneas finas y la pérdida de señal a altas frecuencias.	< 0.3 µm para líneas de alta velocidad.	Microscopía de Fuerza Atómica (AFM).
Desajuste de CTE	Grandes diferencias provocan delaminación durante el ciclo térmico.	Objetivo < 3 ppm/°C de diferencia entre materiales adyacentes.	TMA (Análisis Termomecánico).

Guía de selección por escenario (compensaciones)

Una vez que haya establecido las métricas, el siguiente paso es elegir la estrategia de validación y la arquitectura de la placa adecuadas para su aplicación específica. Diferentes industrias priorizan distintos aspectos del diseño y validación de placas de interconexión EMIB.

Escenario 1: Computación de Alto Rendimiento (HPC) e IA

Prioridad: Ancho de banda máximo y baja latencia.
Sacrificio: Se sacrificará el costo por materiales de pérdida ultrabaja y una validación de paso extremadamente ajustada.
Enfoque de validación: La integridad de la señal (pérdida de inserción) y la gestión térmica son primordiales. Se requieren pruebas exhaustivas en pares diferenciales de alta velocidad.

Escenario 2: Electrónica móvil y de consumo

Prioridad: Factor de forma (altura Z) y duración de la batería.
Sacrificio: Los sustratos más delgados son más propensos a la deformación.
Enfoque de validación: Fiabilidad mecánica y pruebas de caída. El control de la deformación durante el proceso de adelgazamiento es el paso de validación crítico aquí.

Escenario 3: Sistemas ADAS automotrices

Prioridad: Fiabilidad a largo plazo y supervivencia en entornos hostiles.
Sacrificio: Se utilizan reglas de diseño conservadoras en lugar de una densidad de vanguardia para garantizar la durabilidad.
Enfoque de validación: Ciclos térmicos (-40°C a 125°C) y pruebas de vibración. La validación debe demostrar que las interconexiones no se agrietarán después de años de uso en carretera.

Escenario 4: Infraestructura 5G

Prioridad: Integridad de la señal en frecuencias de ondas milimétricas (mmWave).
Sacrificio: Requiere materiales especializados de bajo Dk/Df que son más difíciles de procesar.
Enfoque de validación: Control de impedancia y pruebas de intermodulación pasiva (PIM). Validar las propiedades del material del sustrato es tan importante como el propio circuito.

Escenario 5: Prototipos e I+D

Prioridad: Velocidad de iteración.
Sacrificio: Menor aceptación de rendimiento para obtener unidades funcionales más rápido.
Enfoque de validación: Pruebas básicas de continuidad y cortocircuito. Las pruebas avanzadas de fiabilidad a menudo se omiten para ahorrar tiempo, centrándose solo en "¿se enciende?".

Escenario 6: Producción en masa

Prioridad: Rendimiento y eficiencia de costos.
Compromiso: Las reglas de diseño se relajan ligeramente para maximizar las ventanas de fabricación.
Enfoque de validación: Control Estadístico de Procesos (CEP). El objetivo es validar que el proceso sea estable, en lugar de probar cada parámetro individual en cada placa al extremo.

Del diseño a la fabricación (puntos de control de implementación)

Seleccionar el escenario correcto informa el flujo de fabricación, pero la ejecución requiere una lista de verificación rigurosa. Los siguientes puntos de control lo guían desde el diseño inicial de la placa de interconexión EMIB hasta el producto final, asegurando que cada etapa sea validada.

1. Selección de materiales y definición de apilamiento

Recomendación: Elija materiales con valores de CTE que coincidan estrechamente con el silicio. Utilice materiales de alta frecuencia si la velocidad de la señal es crítica.
Riesgo: La elección incorrecta del material conduce a problemas inmediatos de deformación.
Aceptación: Resultados de simulación que muestran niveles de estrés manejables.

2. Formación de cavidades

Recomendación: Utilice ablación láser de alta precisión o enrutamiento con control de profundidad.
Riesgo: La profundidad irregular de la cavidad hace que el puente se asiente inclinado, arruinando la conectividad.
Aceptación: Escaneo de perfilometría 3D del fondo de la cavidad.

3. Colocación e incrustación del puente

Recomendación: Utilizar máquinas de pick-and-place de alta precisión con alineación activa.
Riesgo: Un desplazamiento posicional > 5µm puede provocar una desalineación con las capas de acumulación.
Aceptación: Verificación por rayos X de la posición del puente en relación con las marcas de referencia.

4. Laminación de Capas de Acumulación

Recomendación: Aplicar laminación al vacío con perfiles de presión optimizados para rellenar los huecos alrededor del puente.
Riesgo: Los vacíos o el atrapamiento de aire alrededor del puente provocan el efecto "popcorning" durante el reflujo.
Aceptación: C-SAM (Microscopía Acústica de Barrido) para detectar delaminación o vacíos.

5. Perforación Láser (Microvías)

Recomendación: Utilizar láseres UV para la ablación precisa del dieléctrico sobre las almohadillas del puente.
Riesgo: Perforar a través de la almohadilla del puente o no exponerla completamente.
Aceptación: Análisis de sección transversal de cupones de prueba.

6. Desmanchado y Chapado

Recomendación: Desmanchado químico suave seguido de chapado por proceso semi-aditivo (SAP).
Riesgo: La química agresiva puede dañar la superficie del puente de silicio.
Aceptación: Prueba de cinta de adhesión y medición del espesor del cobre.

7. Aplicación de Acabado Superficial

Recomendación: ENEPIG es a menudo preferido por su versatilidad en la unión de cables y la soldadura.
Riesgo: Síndrome de la almohadilla negra o mala humectación si el acabado está contaminado.
Aceptación: Prueba de soldabilidad e inspección visual.

8. Pruebas Eléctricas (E-Test)

Recomendación: Utilizar probadores de sonda volante capaces de alcanzar almohadillas de paso fino.
Riesgo: Los accesorios estándar de lecho de agujas pueden dañar el sustrato delicado.
Aceptación: Verificación del 100% de la lista de conexiones (circuitos abiertos/cortocircuitos).

9. Inspección Final de Alabeo

Recomendación: Medir el alabeo a temperatura ambiente y a temperatura de reflujo simulada.
Riesgo: La placa pasa a temperatura ambiente pero se curva durante el ensamblaje, causando pérdida de rendimiento.
Aceptación: Aprobado/Rechazado según los estándares JEDEC.

10. Embalaje y Envío

Recomendación: Sellado al vacío con desecante para evitar la absorción de humedad.
Riesgo: La absorción de humedad provoca la delaminación durante el proceso de ensamblaje del cliente.
Aceptación: Verificación de la Tarjeta Indicadora de Humedad (HIC).

Errores comunes (y el enfoque correcto)

Incluso con una lista de verificación, pueden ocurrir errores si se ignoran los principios subyacentes de las mejores prácticas para placas de interconexión EMIB. Aquí están los errores más frecuentes y cómo evitarlos.

Error 1: Ignorar la Desigualdad Localizada del CTE

El Error: Los diseñadores se centran en el CTE global de la placa pero ignoran la desigualdad local entre el puente de silicio y el material orgánico circundante.
La Consecuencia: Se desarrollan microfisuras en la interfaz del puente después del ciclo térmico.
Enfoque Correcto: Realizar modelado de estrés localizado y utilizar capas de subrelleno o amortiguación de estrés alrededor del puente.

Error 2: Tolerancia de Cavidad Inadecuada

El Error: Especificar tolerancias de enrutamiento mecánico estándar (±100µm) para la cavidad del puente.
La Consecuencia: El puente flota o se inclina, lo que imposibilita alinear las capas de vías subsiguientes.
Enfoque Correcto: Utilizar formación de cavidades asistida por láser o enrutamiento con control de profundidad con tolerancias más estrictas que ±10µm.

Error 3: Pasar por alto la accesibilidad de las almohadillas de prueba

El Error: Diseñar interconexiones de alta densidad sin dejar espacio para las sondas de prueba.
La Consecuencia: No se puede realizar la validación eléctrica de la placa de interconexión EMIB porque las sondas no pueden aterrizar sin provocar un cortocircuito.
Enfoque Correcto: Diseñar cupones de prueba específicos en los rieles del panel o incluir almohadillas de prueba sacrificables que se retiran o cubren más tarde.

Error 4: Usar FR4 estándar para puentes de alta velocidad

El Error: Usar materiales estándar con pérdidas para ahorrar costos mientras se utiliza un costoso puente EMIB.
La Consecuencia: El puente funciona, pero la señal se degrada inmediatamente al entrar en las trazas del sustrato.
Enfoque Correcto: Utilizar materiales de baja pérdida como Isola PCB o laminados de alta velocidad similares para las capas de acumulación.

Error 5: Descuidar la sensibilidad a la humedad

El Error: Tratar el sustrato terminado como una PCB rígida estándar en cuanto al almacenamiento.
La Consecuencia: La humedad atrapada en las capas orgánicas se convierte en vapor durante el reflujo, haciendo explotar el encapsulado (efecto palomitas de maíz).
Enfoque Correcto: Siga estrictamente las pautas de manejo de MSL (Nivel de Sensibilidad a la Humedad) y hornee las placas antes del ensamblaje.

Error 6: Mala comunicación con el fabricante

El Error: Enviar archivos Gerber sin un documento detallado de apilamiento o requisitos de impedancia.
La Consecuencia: La fábrica utiliza procesos estándar que son incompatibles con los requisitos de los chips embebidos.
Enfoque Correcto: Participe en una revisión DFM con APTPCB al principio de la fase de diseño.

Preguntas Frecuentes

P1: ¿En qué se diferencia la validación de la placa de interconexión EMIB de las pruebas estándar de PCB? R: Las pruebas estándar de PCB se centran en la conectividad y la impedancia básica. La validación EMIB añade comprobaciones estrictas de la profundidad de la cavidad, la alineación del puente, la deformación localizada y la precisión del registro de las microvías, que son órdenes de magnitud más estrictas que las de las PCB estándar.

P2: ¿Cuál es el mayor desafío en la fabricación de sustratos EMIB? R: Control de la deformación. Debido a que se mezcla silicio (rígido) con laminados orgánicos (flexibles) y se someten a calor, mantener la placa lo suficientemente plana para el ensamblaje es el desafío principal.

P3: ¿Puedo usar materiales FR4 estándar para diseños EMIB? R: Generalmente, no. El FR4 estándar tiene un CTE alto y una alta pérdida de señal. Se requieren películas de acumulación y materiales de núcleo especializados para igualar el rendimiento y las características térmicas del puente de silicio.

P4: ¿Qué datos necesito proporcionar para una cotización? R: Debe proporcionar las dimensiones del puente, la pila completa de capas, los requisitos de materiales, las estructuras de vías ciegas/enterradas y los requisitos de tolerancia específicos para la cavidad.

P5: ¿Es obligatoria la inspección por rayos X para las placas EMIB? R: Sí. Dado que el puente está incrustado y las conexiones a menudo están enterradas, la inspección por rayos X o la microscopía acústica de alta resolución es la única forma de validar la alineación y verificar la ausencia de vacíos de forma no destructiva.

P6: ¿Cómo gestiona APTPCB la cadena de suministro de los puentes de silicio? R: Normalmente, el cliente suministra los puentes de silicio o especifica la fuente. APTPCB se centra en la fabricación del sustrato, la creación de la cavidad y el proceso de incrustación.

P7: ¿Cuál es el rendimiento típico para este tipo de placas? R: Los rendimientos son más bajos que los de las PCB estándar debido a la complejidad. Sin embargo, con una implementación adecuada de la lista de verificación de la placa de interconexión EMIB y DFM, se pueden lograr altos rendimientos de producción.

P8: ¿Se puede retrabajar una placa EMIB fallida? R: Rara vez. Una vez que el puente está incrustado y laminado, no se puede quitar. Esto hace que la validación de la placa desnuda antes de la incrustación y las pruebas durante el proceso sean cruciales para evitar el desperdicio de silicio costoso.

P9: ¿Qué acabados superficiales son los mejores para los sustratos EMIB? R: ENEPIG (Níquel Químico Paladio Químico Oro de Inmersión) es popular porque soporta tanto la soldadura como la unión de cables (wire bonding), lo cual a menudo es necesario en paquetes complejos.

P10: ¿Cuánto tiempo lleva el proceso de validación? A: Para un nuevo diseño, la validación (incluyendo secciones transversales y pruebas de fiabilidad) puede tardar de 2 a 4 semanas además del tiempo de fabricación estándar.

Páginas y herramientas relacionadas

Para ayudarle aún más con sus necesidades de diseño y fabricación, utilice estos recursos de APTPCB:

Capacidades de fabricación: Explore nuestra gama completa de servicios de fabricación de PCB para comprender nuestra capacidad para construcciones complejas.
Pautas de diseño: Revise nuestras pautas de DFM para asegurarse de que su diseño EMIB esté listo para la producción.
Opciones de materiales: Obtenga más información sobre los materiales de alta velocidad adecuados para el encapsulado avanzado en nuestra sección de PCB Megtron.

Glosario (términos clave)

Término	Definición
EMIB	Embedded Multi-die Interconnect Bridge (Puente de interconexión multichip integrado). Una tecnología que utiliza un pequeño puente de silicio incrustado en el sustrato para conectar los chips.
Substrate	El material orgánico de la placa (a menudo ABF o núcleo especializado) que sostiene el puente y proporciona el enrutamiento.
RDL	Redistribution Layer (Capa de redistribución). Capas metálicas creadas sobre el chip o el puente para enrutar las conexiones a un paso más amplio.
TSV	Through-Silicon Via (Vía pasante de silicio). Una conexión eléctrica vertical que atraviesa completamente una oblea o chip de silicio.
Microbump	Protuberancias de soldadura muy pequeñas utilizadas para conectar el chip al puente o al sustrato, típicamente con un paso < 50µm.
C4 Bump	Conexión de Chip de Colapso Controlado. Bumps flip-chip estándar, más grandes que los microbumps.
CTE	Coeficiente de Expansión Térmica. Una medida de cuánto se expande un material al calentarse. La falta de coincidencia causa estrés.
Underfill	Un material epoxi inyectado entre el chip y el sustrato para distribuir el estrés y proteger los bumps.
Warpage	La desviación de la planitud del sustrato, crítica para un ensamblaje exitoso.
Interposer	Una gran capa intermedia (de silicio u orgánica) utilizada para conectar chips. EMIB es una alternativa a los interposers grandes.
SerDes	Serializador/Deserializador. Bloques funcionales de alta velocidad utilizados en comunicaciones que requieren interconexiones de alta calidad.
Heterogeneous Integration	El empaquetado de componentes fabricados por separado (chips) en un ensamblaje de nivel superior.
SAP	Proceso Semi-Aditivo. Un método para formar trazas de línea fina mediante el chapado de cobre sobre una fina capa semilla.
ABF	Película de Acumulación Ajinomoto. Un material aislante dominante utilizado en sustratos de CI de alta gama.

Conclusión (próximos pasos)

La validación de la placa de interconexión EMIB es el pilar fundamental del encapsulado heterogéneo moderno. Cierra la brecha entre el diseño de semiconductores y la realidad física, asegurando que las señales de alta velocidad atraviesen el límite entre los chips sin pérdida ni fallo. Al centrarse en métricas críticas como la deformación, la alineación y la estabilidad del material, puede mitigar los riesgos asociados con estas construcciones complejas.

El éxito en este campo requiere más que un simple archivo de diseño; requiere un socio de fabricación que comprenda las complejidades de incrustar silicio en sustratos orgánicos. Cuando esté listo para pasar del concepto a la producción, asegúrese de tener listos sus archivos Gerber, la configuración de capas y las especificaciones del puente.

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