Conception de carte d'interconnexion EMIB : Spécifications, règles et liste de contrôle DFM

Conception de carte d'interconnexion EMIB : réponse rapide (30 secondes)

La conception d'une carte d'interconnexion pour les applications EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) exige une adhésion stricte aux normes d'intégration haute densité (HDI) et aux protocoles de gestion thermique.

Largeur/Espacement des pistes : Doit prendre en charge un routage ultra-fin, nécessitant généralement une largeur/espacement de ligne (L/S) inférieure à 10/10 µm pour les substrats ou 40/40 µm pour l'interface PCB principale.
Sélection des matériaux : Utilisez des matériaux à très faible perte (par exemple, Megtron 7 ou des films ABF spécialisés) pour minimiser l'atténuation du signal à haute vitesse.
Contrôle du gauchissement : Maintenez la planéité de la carte à moins de <0,1 % (diagonale) pour éviter la fissuration du pont ou les déconnexions des billes pendant la refusion.
Fiabilité des microvias : Les rapports d'aspect ne doivent pas dépasser 0,8:1 pour les vias borgnes afin d'assurer une couverture de placage complète et une intégrité structurelle.
Gestion thermique : Incorporez des réseaux denses de vias thermiques ou des pièces de cuivre, car les boîtiers EMIB génèrent une chaleur localisée significative.
Contrôle d'impédance : Une tolérance stricte de ±5 % est requise pour les paires différentielles acheminées via l'interface du pont.

Quand la conception de carte d'interconnexion EMIB s'applique (et quand elle ne s'applique pas)

Comprendre quand utiliser l'architecture d'interconnexion de style EMIB par rapport à un boîtier standard est essentiel pour l'optimisation des coûts et des performances.

Quand utiliser la conception de carte d'interconnexion EMIB :

Intégration hétérogène : Lors de la combinaison de puces provenant de nœuds de processus différents (par exemple, CPU 10 nm + SerDes 28 nm) dans un seul boîtier.
Mémoire à large bande passante (HBM) : Lorsque les applications nécessitent un débit de données massif entre le processeur et les piles de mémoire.
Contraintes d'espace : Lorsque la hauteur Z doit être minimisée, car l'EMIB élimine le besoin d'un interposeur en silicium complet.
Exigences d'intégrité du signal : Lors du routage de signaux sur de courtes distances avec une latence inférieure à celle que peuvent offrir les substrats organiques standard.

Quand NE PAS l'utiliser :

Électronique grand public à faible coût : Le coût de fabrication et la complexité dépassent le budget des appareils IoT ou mobiles standard.
Faible nombre d'E/S : Si le wire-bonding standard ou le flip-chip BGA peuvent gérer le nombre de broches, l'EMIB est excessif.
Puissance extrêmement élevée : Bien que l'EMIB gère bien la chaleur, les ASIC à très forte puissance pourraient toujours nécessiter des interposeurs en silicium complets ou des solutions de refroidissement liquide non inhérentes à la conception de la carte elle-même.
Prototypage rapide : Le délai de livraison pour les substrats et l'outillage compatibles EMIB est significativement plus long que pour les PCB rigides standard.

Règles et spécifications de conception de carte d'interconnexion EMIB (paramètres clés et limites)

La conception réussie d'une carte d'interconnexion EMIB repose sur des spécifications précises. S'écarter de ces valeurs entraîne souvent une perte de rendement lors de l'assemblage.

Catégorie de règle	Valeur/Plage recommandée	Pourquoi c'est important	Comment vérifier	Si ignoré
Largeur/Espacement des pistes (L/S)	5µm/5µm (Substrat) 40µm/40µm (PCB)	Essentiel pour le routage des E/S haute densité depuis le pont.	AOI (Inspection Optique Automatisée)	Courts-circuits ou incapacité à router tous les signaux.
Diamètre des microvias	50µm - 75µm	Permet des interconnexions verticales haute densité (HDI).	Analyse en coupe transversale	Fatigue des vias ou circuits ouverts sous cyclage thermique.
Constante diélectrique (Dk)	< 3.0 @ 10GHz	Réduit le délai de propagation du signal et la diaphonie.	TDR (Réflectométrie dans le domaine temporel)	Dégradation de l'intégrité du signal et erreurs de synchronisation.
Facteur de dissipation (Df)	< 0.002 @ 10GHz	Minimise la perte de signal (perte d'insertion) sur la distance.	VNA (Analyseur de réseau vectoriel)	Atténuation excessive ; échec de la transmission de données.
Épaisseur du cuivre	12µm - 18µm (0.3oz - 0.5oz)	Équilibre la capacité de transport de courant avec la capacité de gravure de lignes fines.	Fluorescence X (XRF)	Sur-gravure (pistes ouvertes) ou sous-gravure (courts-circuits).
Ouverture du masque de soudure	1:1 avec pad ou NSMD	Assure un bon positionnement des billes et un bon écoulement du sous-remplissage.	AOI / Microscope	Ponts de soudure ou faible fiabilité des joints.
Déformation / Planéité	< 0.1% (Diagonale)	Critique pour l'alignement du pont et des puces lors de l'assemblage.	Interférométrie de Moiré par ombres	Désalignement des composants, joints de soudure froids ou fissuration des puces.
Tolérance d'impédance	85Ω / 100Ω ± 5%	Adapte l'impédance du pilote/récepteur pour éviter les réflexions.	Test de coupon d'impédance	Réflexion du signal, gigue et corruption des données.
Finition de surface des pastilles	ENEPIG ou SOP	Fournit une surface plane et bondable pour les billes à pas fin.	XRF / SEM	Mauvaise mouillabilité ou défauts de "black pad".
Pas des vias thermiques	0.3mm - 0.5mm	Maximise le transfert de chaleur loin du pont intégré.	Vérification du fichier de perçage	Surchauffe, étranglement ou défaillance de l'appareil.

Étapes de mise en œuvre de la conception de la carte d'interconnexion EMIB (points de contrôle du processus)

La mise en œuvre d'une conception de carte d'interconnexion EMIB implique un flux de travail rigoureux pour garantir que le substrat organique ou le PCB peut prendre en charge la technologie de pont intégré.

Définition de l'architecture et de l'empilement :
- Action : Définir le nombre de couches et l'empilement des matériaux.
- Paramètre : Sélectionner des matériaux haute vitesse (par exemple, matériaux Megtron) compatibles avec plusieurs cycles de stratification.
- Vérification : Vérifier la correspondance du CTE (Coefficient de Dilatation Thermique) entre les couches.
Planification de la cavité du pont :
- Action : Concevoir la cavité ou la zone d'évidement où le pont en silicium sera intégré (le cas échéant) ou définir le motif d'atterrissage pour le boîtier EMIB.
- Paramètre : Tolérance de profondeur de cavité ±10µm.
- Vérification : Assurer le dégagement pour l'adhésif de fixation de la puce.
Stratégie de routage Fan-Out :

Action: Acheminer les signaux des bosses de pont à pas fin vers les couches de PCB plus grossières.
- Parameter: Utiliser des microvias décalées pour économiser de l'espace.
- Check: Confirmer l'absence d'angles aigus dans les pistes haute vitesse.

Analyse d'intégrité de l'alimentation (PI) :
- Action: Simuler la chute de tension (chute IR) à travers le réseau de distribution d'énergie.
- Parameter: Cible : chute de tension continue < 5% à la charge.
- Check: Vérifier le placement suffisant des condensateurs de découplage près de l'interface du pont.
Simulation d'intégrité du signal (SI) :
- Action: Simuler la perte d'insertion et la perte de retour pour les voies critiques à haute vitesse.
- Parameter: Perte de retour < -10dB jusqu'à la fréquence de Nyquist.
- Check: Ajuster la géométrie des pistes si les objectifs d'impédance ne sont pas atteints.
Simulation de contrainte thermique :
- Action: Modéliser le chemin de dissipation thermique à travers la carte.
- Parameter: Température de jonction maximale (Tj) < 105°C (ou limite de puce spécifique).
- Check: Ajouter des pièces de cuivre ou des réseaux de vias thermiques si des points chauds existent.
Examen DFM (Conception pour la Fabrication) :
- Action: Soumettre les fichiers Gerber à APTPCB pour une vérification de la fabricabilité.
- Parameter: Espacement/largeur de piste min., rapports d'aspect et éclats de masque.
- Check: Résoudre tous les drapeaux DFM avant la libération de fabrication.
Fabrication et Test :
- Action: Fabriquer la carte nue en utilisant des techniques de fabrication de PCB avancées.

Paramètre : Test électrique à 100 % (sonde volante).
Vérification : Validation des coupons d'impédance et des dimensions physiques.

Dépannage de la conception des cartes d'interconnexion EMIB (modes de défaillance et corrections)

Même avec une conception robuste, des problèmes peuvent survenir lors de la fabrication ou de l'assemblage. Voici comment dépanner les défaillances courantes des cartes d'interconnexion EMIB.

1. Symptôme : Circuits ouverts au niveau des microvias

Cause : Placage incomplet dû à un rapport d'aspect élevé ou à des débris piégés ; désadaptation de la dilatation thermique provoquant des fissures dans le barillet.
Vérification : Analyse en coupe transversale (MEB) de la via défaillante.
Correction : Réduire le rapport d'aspect à <0,8:1 ; passer aux vias empilées remplies de cuivre.
Prévention : Utiliser des matériaux avec un CTE plus faible sur l'axe Z.

2. Symptôme : Déformation de la carte pendant le refusion

Cause : Distribution de cuivre déséquilibrée ou empilement asymétrique ; Tg de matériau incorrect.
Vérification : Mesure par moiré d'ombre à température ambiante vs. température de refusion.
Correction : Équilibrer la surface de cuivre sur les couches supérieures/inférieures ; utiliser un maillage de cuivre factice (thieving).
Prévention : Simuler la courbure de l'empilement avant le routage ; utiliser des matériaux à Tg élevé.

3. Symptôme : Perte d'intégrité du signal (BER élevé)

Cause : Désadaptation d'impédance à la transition pont-PCB ; effet de tissage de fibre.
Vérification : Mesure TDR ; inspecter le type de tissage de verre.
Correction : Back-drill des stubs ; utiliser du "verre étalé" ou faire pivoter le routage de 10 degrés.
Prévention : Spécifier un tissu de verre étalé (par exemple, 1067/1086) dans les notes de fabrication. 4. Symptôme : Pont de soudure sous les composants à pas fin
Cause : Erreur d'enregistrement du masque de soudure ou ouverture excessive du pochoir.
Vérification : Inspecter l'alignement du masque de soudure ; revoir l'épaisseur du pochoir.
Solution : Resserrer les barrages du masque de soudure ; réduire la zone d'ouverture du pochoir de 10 à 15 %.
Prévention : Utiliser l'imagerie directe par laser (LDI) pour l'application du masque de soudure.

5. Symptôme : Délaminage des couches

Cause : Absorption d'humidité ou mauvaise adhérence entre la résine et le cuivre.
Vérification : C-SAM (Microscopie acoustique à balayage) pour localiser les vides.
Solution : Cuire les cartes avant l'assemblage ; améliorer le traitement d'oxyde sur les couches internes.
Prévention : Stocker les cartes dans des sacs scellés sous vide avec dessicant ; sélectionner un bondply haute fiabilité.

6. Symptôme : "Black Pad" ou non-mouillage

Cause : Corrosion de la couche de nickel dans les finitions ENIG/ENEPIG.
Vérification : Analyse SEM/EDX de la surface du pad.
Solution : Contrôler strictement la chimie du bain d'immersion d'or.
Prévention : Auditer le processus de finition de surface ; envisager l'OSP si la durée de conservation le permet.

Comment choisir la conception de carte d'interconnexion EMIB (décisions de conception et compromis)

Le choix de la bonne stratégie d'interconnexion implique de comparer la conception de carte d'interconnexion EMIB avec des technologies d'encapsulation alternatives comme les interposeurs en silicium (2.5D) ou le packaging de niveau de tranche à sortie étendue standard (FOWLP).

EMIB vs. Interposeur en silicium

Coût : L'EMIB est généralement moins coûteux car il utilise un petit pont en silicium uniquement là où c'est nécessaire, plutôt qu'un grand réticule d'interposeur en silicium coûteux.
Performance : Les interposeurs en silicium offrent une densité légèrement supérieure pour un routage massif, mais l'EMIB offre de meilleures performances électriques pour des liaisons haute vitesse spécifiques grâce à des chemins plus courts.
Complexité : L'EMIB nécessite une fabrication complexe de substrats organiques. Si votre fabricant ne peut pas gérer des caractéristiques <10µm, un interposeur en silicium pourrait être un pari plus sûr (bien que plus coûteux).

EMIB vs. Standard HDI PCB :

Densité : La technologie de PCB HDI standard limite généralement L/S à ~40µm. Les substrats EMIB réduisent cela à <10µm localement.
Application : Utilisez le HDI standard pour la carte mère. Utilisez des substrats compatibles EMIB pour le boîtier lui-même.
Thermique : Les structures EMIB concentrent la chaleur. Le HDI standard la répartit plus uniformément mais ne peut pas supporter la bande passante.

Cadre de décision :

Exigence de bande passante : Si >500 Gbit/s entre les puces, choisissez EMIB ou Interposeur.
Sensibilité au coût : Si le budget est serré mais que la performance est essentielle, l'EMIB est le gagnant du "juste milieu".
Chaîne d'approvisionnement : Assurez-vous que votre fournisseur de PCB/substrats (comme APTPCB) dispose de l'équipement avancé pour la lithographie fine et le perçage laser.

FAQ sur la conception de cartes d'interconnexion EMIB (coût, délai, défauts courants, critères d'acceptation, fichiers DFM)

1. Quel est le principal facteur de coût pour la conception de cartes d'interconnexion EMIB ? Les principaux facteurs de coût sont le nombre de couches (souvent plus de 10), l'utilisation de matériaux avancés à faible perte (comme l'ABF ou le Megtron) et la perte de rendement associée à la gravure de lignes ultra-fines. Attendez-vous à des coûts 3 à 5 fois plus élevés que pour les cartes HDI FR4 standard.

2. Quel est le délai de fabrication des substrats compatibles EMIB ? En raison de la complexité de la stratification séquentielle et de l'imagerie précise, les délais varient généralement de 4 à 8 semaines pour les prototypes. Les PCB standard peuvent prendre 1 à 2 semaines, mais la nature haute densité des substrats EMIB nécessite un temps de traitement supplémentaire.

3. Quels sont les meilleurs matériaux pour la conception de cartes d'interconnexion EMIB ? Le film Ajinomoto Build-up (ABF) est la norme industrielle pour les couches d'empilement en raison de sa planéité et de sa capacité à former des lignes fines. Pour le cœur, des matériaux à Tg élevé comme le Megtron 7 ou le Tachyon 100G sont recommandés pour répondre aux exigences de performance électrique.

4. Comment tester une carte d'interconnexion EMIB ? Les tests nécessitent un équipement spécialisé. Les tests standard sur lit d'aiguilles sont souvent impossibles en raison de la densité de pas. Les tests par sonde volante sont utilisés pour les prototypes, tandis que l'inspection optique automatisée (AOI) spécialisée et les tests de continuité sans contact sont utilisés pour la production en volume.

5. Quels sont les critères d'acceptation pour la planéité des cartes EMIB ? La norme industrielle (JEDEC) exige généralement que la déformation soit inférieure à 0,1 % de la dimension diagonale à température ambiante et pendant le profil de refusion. Le dépassement de cette limite entraîne des défauts de type "tête dans l'oreiller" ou des fissures de pont.

6. Quels fichiers sont nécessaires pour un examen DFM d'une conception EMIB ? Vous devez fournir des fichiers ODB++ ou Gerber X2, un plan d'empilement détaillé spécifiant les types de matériaux et les épaisseurs diélectriques, une netlist (IPC-356) pour la vérification par test électrique, et un plan de perçage définissant les structures de vias borgnes/enterrés.

7. APTPCB peut-elle fabriquer le pont en silicium lui-même ? Non, APTPCB (APTPCB PCB Factory) est spécialisée dans le substrat organique haute densité et la carte PCB principale qui abrite le boîtier. Le pont en silicium est fabriqué par des fonderies de semi-conducteurs. Nous gérons l'intégration au niveau de la carte et la fabrication du substrat.

8. Comment la conception EMIB impacte-t-elle la gestion thermique ? Le pont en silicium localisé crée une densité de flux thermique élevée. La conception de la carte doit inclure des chemins thermiques optimisés, tels que des vias remplis de cuivre directement sous la zone du pont, pour transférer la chaleur vers le dissipateur thermique du système ou les plans de masse internes.

9. Quel est le pas minimum des microvias pour ces conceptions ? Pour le substrat organique supportant l'EMIB, le pas des microvias peut descendre jusqu'à 80µm-100µm. Sur l'interface de la carte PCB principale, un pas de 0,4 mm ou 0,35 mm est courant pour le fan-out BGA.

10. Comment prévenir les discontinuités d'impédance à l'interface du pont ? Maintenez un plan de référence continu (masse) sous les signaux haute vitesse entrant dans la région du pont. Évitez de traverser des plans divisés et assurez-vous que la transition de la piste PCB à la bosse du boîtier est modélisée dans des solveurs de champ 3D.

Ressources pour la conception de cartes d'interconnexion EMIB (pages et outils connexes)

Capacités de PCB HDI: Explorez les technologies d'interconnexion haute densité essentielles au support EMIB.
Fabrication avancée de PCB: Découvrez les processus de gravure fine et de perçage laser.
Matériaux PCB Megtron: Spécifications pour les matériaux à faible perte utilisés dans les conceptions haute vitesse.
Calculateur d'impédance: Vérifiez la largeur et l'espacement de vos pistes pour une impédance contrôlée.
Directives DFM: Règles de conception générales pour assurer la fabricabilité.

Glossaire de conception de cartes d'interconnexion EMIB (termes clés)

Terme	Définition
EMIB	Embedded Multi-die Interconnect Bridge ; une technologie d'encapsulation 2.5D utilisant un pont en silicium.
Substrat	La carte organique (souvent à base d'ABF) qui assure l'interface entre les puces de silicium et le PCB principal.
Microvia	Un trou percé au laser (généralement <150µm) connectant des couches adjacentes dans les cartes HDI.
RDL	Couche de redistribution; couches métalliques qui acheminent les signaux des pads de la puce aux bosses du substrat.
TSV	Via traversant le silicium; une connexion verticale traversant complètement une tranche de silicium (utilisée dans les interposeurs, moins dans l'EMIB).
CTE	Coefficient de dilatation thermique; le taux auquel un matériau se dilate avec la chaleur. Un désaccord provoque le gauchissement.
Underfill	Sous-remplissage; matériau époxy injecté sous la puce/le pont pour répartir les contraintes mécaniques et protéger les bosses.
Bump Pitch	Pas des billes; la distance centre à centre entre les billes de soudure ou les pads adjacents.
L/S	Ligne/Espace; la largeur d'une trace et l'écart par rapport à la trace suivante (par exemple, 5/5 µm).
SerDes	Sérialiseur/Désérialiseur; blocs fonctionnels haute vitesse souvent connectés via des ponts EMIB.
Interposer	Interposeur; une interface électrique acheminant entre une prise ou une connexion et une autre (silicium ou organique).
Warpage	Gauchissement; la déformation de la planéité de la carte, critique dans l'assemblage de grands boîtiers.

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Pour obtenir un devis précis et une analyse DFM, veuillez préparer :

Fichiers Gerber RS-274X ou ODB++ : Données complètes des couches.
Dessin d'empilement : Spécifiez le matériau (par exemple, Megtron 7, ABF), le poids du cuivre et l'épaisseur diélectrique.
Fichiers de perçage : Définissez les vias borgnes, enterrés et traversants.
Exigences d'impédance : Listez l'impédance cible et les couches de référence.
Volume et délai de livraison : Quantité de prototypes vs. objectifs de production de masse.

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Conclusion : Prochaines étapes pour la conception de cartes d'interconnexion EMIB

Maîtriser la conception de cartes d'interconnexion EMIB exige un passage des règles standard des PCB à une précision de type semi-conducteur. En contrôlant strictement les géométries des pistes, en sélectionnant des matériaux à très faible perte et en gérant la déformation thermique, vous pouvez déployer avec succès des boîtiers hétérogènes haute performance. Que vous prototypiez un nouvel accélérateur d'IA ou un module de réseau haute vitesse, le respect de ces spécifications garantit que votre conception est fabricable et fiable.