Les ingénieurs développant des boîtiers d'intégration hétérogène sont souvent confrontés à un goulot d'étranglement critique : l'approvisionnement de prototypes de cartes d'interconnexion EMIB en faible volume sans s'engager sur des quantités de production de masse. Contrairement aux PCB standard, les substrats Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) nécessitent une formation précise des cavités, un contrôle extrême de la planéité et une manipulation avancée des matériaux pour supporter le pont en silicium qui connecte plusieurs puces.
Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous comprenons que la transition de la simulation au matériel physique exige des capacités de fabrication flexibles. Ce guide couvre les spécifications essentielles, les étapes du processus et les protocoles de dépannage pour la fabrication réussie de substrats prêts pour EMIB en petites séries. Que vous validiez une architecture de chiplet ou testiez une nouvelle conception de calcul haute performance (HPC), ces règles vous aideront à naviguer dans les complexités des substrats d'emballage avancés.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) en faible volume : réponse rapide (30 secondes)
Pour les ingénieurs ayant besoin d'une vérification rapide de faisabilité, voici les réalités fondamentales de la fabrication de cartes d'interconnexion EMIB en faible volume :
- La précision de la cavité est non négociable : Le substrat doit présenter une cavité pour le pont en silicium avec des tolérances de profondeur typiquement comprises entre ±10µm et ±15µm pour assurer un placement planaire des puces.
- Le choix des matériaux détermine le coût : Les matériaux à faible perte comme l'ABF (Ajinomoto Build-up Film) ou le BT de haute qualité (Bismaleimide Triazine) sont standard ; le FR4 standard est rarement suffisant pour l'intégrité du signal requise par l'interface de pont.
- Les NRE sont plus élevés que pour le HDI standard : Même pour de faibles volumes, les coûts d'ingénierie non récurrents (NRE) sont importants en raison de la programmation laser pour les cavités et des gabarits de laminage spécialisés.
- Les marques d'alignement sont critiques : Vous devez inclure des repères spécifiques autour de la cavité du pont pour permettre à l'équipement d'assemblage (et aux systèmes d'imagerie de la fabrication de PCB) d'aligner les couches avec une précision inférieure à 5µm.
- Contrôle du gauchissement : Le substrat doit maintenir une planéité (coplanarité) inférieure à 0,1 % sur toute la surface du boîtier pour éviter la fissuration du pont pendant le refusion.
- Délai de livraison : Prévoyez 4 à 6 semaines pour les prototypes de cartes d'interconnexion EMIB à faible volume en raison des étapes de laminage séquentiel et de vérification requises.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) à faible volume s'appliquent (et quand elles ne s'appliquent pas)
Comprendre quand utiliser une architecture de pont intégrée par rapport à un interposeur standard ou un substrat organique est vital pour le succès du projet.
Quand utiliser les cartes d'interconnexion EMIB à faible volume
- Prototypage d'intégration hétérogène : Lors de la combinaison de puces provenant de différents nœuds de processus (par exemple, un CPU 5nm avec une puce E/S 14nm) et que vous devez valider physiquement les performances de l'interconnexion.
- Test de mémoire à haute bande passante (HBM) : Lorsque votre conception nécessite un routage extrêmement dense entre un processeur et des piles HBM qui dépasse les capacités de la technologie PCB HDI standard.
- Haute performance sensible au coût : Lorsqu'un interposeur en silicium complet (2.5D) est trop cher pour l'application, et que vous souhaitez tester la rentabilité de l'approche par pont à petite échelle.
- Contraintes de facteur de forme : Lorsque la hauteur Z doit être minimisée, et que l'intégration du pont d'interconnexion dans le substrat aide à réduire le profil global du boîtier.
Quand NE PAS l'utiliser
- Communication simple de puce à puce : Si le routage standard sur substrat organique (RDL) peut gérer les débits de données, l'EMIB ajoute des coûts et une complexité inutiles.
- Biens de consommation à très faible coût : Les étapes de fabrication pour la création de cavités et l'intégration du pont sont généralement trop coûteuses pour l'électronique grand public jetable.
- Délai d'exécution rapide de 24 heures : La complexité de la fabrication de cartes d'interconnexion EMIB à faible volume empêche les vitesses de "rotation rapide" typiques des cartes rigides standard.
- Conceptions à tolérance lâche : Si votre conception ne peut pas tolérer des règles de conception strictes concernant les zones d'exclusion et les rapports d'aspect des microvias, le rendement sera proche de zéro.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) à faible volume (paramètres clés et limites)
Pour garantir la fabricabilité, vos données de conception doivent respecter des paramètres stricts. Le tableau suivant présente les règles critiques pour la fabrication de cartes d'interconnexion EMIB en faible volume.
| Catégorie de règle | Valeur/Plage recommandée | Pourquoi c'est important | Comment vérifier | Si ignoré |
|---|---|---|---|---|
| Tolérance de profondeur de cavité | ±10µm à ±15µm | Garantit que le pont en silicium affleure la surface du substrat pour une fixation réussie de la puce. | Profilométrie laser ou analyse en coupe transversale. | Le pont dépasse ou s'enfonce, provoquant des connexions ouvertes ou des fissures de la puce. |
| Tolérance X/Y de cavité | ±30µm | Garantit que le pont s'insère dans la fente sans déplacement ni contrainte. | AOI (Inspection Optique Automatisée) et CMM (Machine à Mesurer Tridimensionnelle). | Le pont ne peut pas être inséré ou flotte excessivement pendant l'assemblage. |
| Matériau diélectrique | Faible Dk/Df (par exemple, ABF, Megtron 6/7) | Minimise la perte de signal pour les signaux haute vitesse traversant le pont. | Fiche technique du matériau et test d'impédance. | Défaillance de l'intégrité du signal à hautes fréquences (25 Gbit/s et plus). |
| Largeur/Espacement de ligne (L/S) | 15µm/15µm (RDL du substrat) | Nécessaire pour étaler les bosses haute densité du pont. | MEB (Microscope Électronique à Balayage) ou AOI haute résolution. | Courts-circuits ou incapacité à acheminer tous les signaux. |
| Rapport d'aspect des microvias | 0.8:1 à 1:1 | Assure un placage fiable dans les petits microvias borgnes. | Découpe en coupe transversale des coupons. | Placage incomplet entraînant des circuits ouverts intermittents. |
| Finition de surface | ENEPIG ou SOP (Solder on Pad) | Fournit une surface plane, soudable par fil et soudable pour l'assemblage à pas fin. | Fluorescence X (XRF) pour l'épaisseur. | Fiabilité des joints médiocre ou défauts de "black pad". |
| Déformation (Gauchissement/Torsion) | < 0,1 % (Température ambiante et Refusion) | Critique pour l'assemblage de grands dies et de ponts. | Interférométrie de Moiré par ombre. | Défaillance d'assemblage ; les dies ne feront pas contact avec toutes les bosses. |
| Précision d'enregistrement | < 10µm (Couche à couche) | Assure que les vias se connectent aux bonnes pastilles de couche interne dans les conceptions denses. | Vérification de l'alignement de perçage par rayons X. | Courts-circuits internes ou ouvertures ; carte de rebut. |
| Ouverture du masque de soudure | 1:1 ou légèrement plus grande que la pastille (NSMD) | Définit la zone de soudure pour les bosses de flip-chip. | AOI. | Ponts de soudure ou volume de soudure insuffisant. |
| Épaisseur du cuivre | 12µm à 18µm (Base) | Le cuivre plus fin permet une gravure plus fine des lignes denses. | Coupe transversale. | Sur-gravure ou sous-gravure des lignes fines. |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) (points de contrôle du processus)
La fabrication de ces cartes nécessite un flux modifié par rapport aux PCB standard. Voici le processus étape par étape pour l'exécution de cartes d'interconnexion EMIB à faible volume.
- Définition de l'empilement et des matériaux :
- Action : Sélectionnez un matériau de base avec un CTE (Coefficient de Dilatation Thermique) étroitement adapté au silicium (environ 3-5 ppm/°C) si possible, ou utilisez des matériaux organiques à haut module.
- Vérification : Vérifier la disponibilité des matériaux pour les petits lots.
- Circuitisation des couches internes :
- Action : Traiter les couches internes en utilisant des procédés semi-additifs (SAP) ou des procédés semi-additifs modifiés (mSAP) pour obtenir des largeurs de ligne fines.
- Vérification : Inspection AOI pour les courts-circuits/ouvertures avant la stratification.
- Formation de la cavité :
- Action : Créer la cavité pour le pont en utilisant l'ablation laser CO2/UV ou le routage mécanique à profondeur contrôlée. C'est l'étape la plus critique dans la production de cartes d'interconnexion EMIB en faible volume.
- Vérification : Mesurer la profondeur de la cavité en 5 points (coins + centre) pour assurer l'uniformité.
- Cycle de stratification :
- Action : Stratifier les couches d'empilement. Si le pont est intégré pendant la stratification (rare pour les substrats simples, courant pour les avancés), s'assurer que le flux de résine ne remplit pas les plages de contact.
- Vérification : Inspection aux rayons X pour vérifier l'alignement des couches après pressage.
- Perçage laser et placage :
- Action : Percer des microvias pour connecter les plages d'atterrissage du pont au reste du substrat.
- Vérification : Contrôle qualité du décapage pour assurer une connectivité cuivre propre.
- Finition de surface :
- Action : Appliquer ENEPIG (Nickel autocatalytique, Palladium autocatalytique, Or par immersion) pour une interface robuste.
- Vérification : Vérifier l'épaisseur de l'or et du palladium à l'aide de la XRF.
- Tests électriques :
- Action : Effectuer des tests par sondes mobiles adaptés aux pas fins.
- Vérification: Vérification à 100 % de la liste de réseau par rapport aux données IPC-356D.
- Contrôle Qualité Final (FQC):
- Action: Inspecter les défauts cosmétiques, le gauchissement et la propreté de la cavité.
- Vérification: Générer un rapport d'inspection du premier article (FAI).
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) en faible volume (modes de défaillance et corrections)
Même avec une planification minutieuse, des défauts peuvent survenir. Utilisez ce guide pour dépanner les problèmes courants dans les productions de cartes d'interconnexion EMIB en faible volume.
1. Variation de la profondeur de la cavité
- Symptôme: Le pont en silicium est trop haut (interférant avec la puce supérieure) ou trop bas (défaillance de connexion).
- Cause: Puissance laser incohérente ou variations de l'épaisseur diélectrique.
- Correction: Calibrer la profondeur du laser à l'aide d'un coupon sacrificiel provenant du même panneau de production.
- Prévention: Utiliser des matériaux avec des tolérances d'épaisseur strictes et mettre en œuvre une détection de profondeur en temps réel pendant le routage.
2. Gauchissement du substrat
- Symptôme: La carte se courbe pendant le refusion, provoquant un désalignement du pont ou de la puce.
- Cause: Distribution asymétrique du cuivre ou CTE (coefficient de dilatation thermique) non concordant entre les couches du noyau et les couches d'accumulation.
- Correction: Utiliser un motif d'équilibrage en cuivre épais sur les couches inutilisées (thieving) pour égaliser les contraintes.
- Prévention: Simuler les contraintes d'empilement pendant la phase de conception ; utiliser des matériaux de noyau à faible CTE.
3. Fissuration des microvias
- Symptôme: Défaillance intermittente du signal après cyclage thermique.
- Cause: L'expansion de l'axe Z du diélectrique sollicite le placage de cuivre.
- Correction : Augmenter la ductilité du placage ou passer à un matériau avec un CTE d'axe Z plus faible.
- Prévention : Respecter des règles strictes de rapport d'aspect (0,8:1) pour assurer un placage robuste.
4. Oxydation des plots / Mauvaise soudabilité
- Symptôme : Les billes de soudure ne mouillent pas les plots à l'intérieur de la cavité ou sur la surface.
- Cause : Contamination résiduelle du processus de formation de la cavité ou dépôt de finition de surface de mauvaise qualité.
- Correction : Nettoyage au plasma avant l'application de la finition de surface.
- Prévention : Mettre en œuvre des cycles de nettoyage stricts et des délais entre les étapes du processus.
5. Erreurs d'enregistrement
- Symptôme : Les vias sont percés légèrement décentrés, brisant l'anneau annulaire.
- Cause : Mise à l'échelle du matériau (retrait/expansion) pendant la stratification.
- Correction : Appliquer des facteurs de mise à l'échelle aux données de perçage basés sur le comportement historique du matériau.
- Prévention : Utiliser l'optimisation par rayons X pour l'alignement du perçage sur chaque panneau.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) à faible volume (décisions de conception et compromis)
Lors de la spécification d'un projet de carte d'interconnexion EMIB à faible volume, vous choisissez souvent entre différentes technologies d'encapsulation avancées. Voici comment faire le bon choix.
Substrat EMIB vs. Interposeur en silicium (2.5D)
- Coût : Les substrats EMIB sont généralement moins chers que les interposeurs en silicium complets, car le silicium n'est utilisé que pour le petit pont, et non pour la base entière.
- Performance : Les interposeurs en silicium offrent une densité légèrement plus élevée, mais l'EMIB offre de meilleures performances électriques pour l'alimentation (car la puce se connecte directement au substrat organique pour l'alimentation).
- Disponibilité pour les petits volumes : Les interposeurs en silicium nécessitent souvent un traitement au niveau de la tranche, ce qui implique des minimums élevés. Les substrats EMIB peuvent être fabriqués sous forme de panneaux, ce qui rend les séries de cartes d'interconnexion EMIB à faible volume plus accessibles chez les fabricants de PCB comme APTPCB.
Sélection des matériaux : ABF vs. BT vs. FR4 à Tg élevée
- ABF (Film de construction Ajinomoto) : La référence pour l'informatique haute performance. Excellente planéité et capacité de lignes fines, mais coûteux et fragile.
- BT (Bismaléimide Triazine) : Bon équilibre entre coût et stabilité mécanique. Souvent utilisé pour les boîtiers de mémoire.
- FR4 à Tg élevée : Généralement non recommandé pour l'EMIB en raison de la rugosité de surface et du désalignement du CTE, à moins que la densité d'interconnexion du pont ne soit très faible.
Capacité du fournisseur
Choisissez un partenaire capable de fabrication de PCB en petites séries NPI qui liste spécifiquement les capacités de PCB à cavité ou de composants intégrés. Les ateliers de PCB standard n'ont pas l'équipement de métrologie pour vérifier les profondeurs de cavité de ±10µm.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) à faible volume (coût, délai, défauts courants, critères d'acceptation, fichiers DFM)
Q : Quel est le principal facteur de coût typique pour les cartes d'interconnexion EMIB à faible volume ? A: Les principaux facteurs de coût sont le matériau (ABF/préimprégné spécialisé), le temps de traitement laser pour les cavités et la perte de rendement associée au traitement à pas fin. Les frais NRE pour l'outillage et les bancs d'essai sont également plus élevés que pour les PCB standard.
Q: Quel est le délai standard pour ces prototypes ? A: Une production typique de carte d'interconnexion EMIB à faible volume prend 4 à 6 semaines. Cela inclut les questions d'ingénierie (EQ), les cycles de laminage et les tests complexes. Les services accélérés sont rarement disponibles en raison de la physique du processus.
Q: Puis-je utiliser des fichiers Gerber standard pour les conceptions EMIB ? A: Bien que Gerber X2 soit acceptable, ODB++ ou IPC-2581 sont préférés. Ces formats contiennent des données intelligentes concernant l'empilement des couches et la connectivité du réseau, ce qui est crucial pour vérifier le placement et la profondeur de la cavité.
Q: Comment testez-vous les connexions au pont intégré ? A: Étant donné que le pont est souvent assemblé plus tard, le substrat est testé pour la continuité jusqu'aux plages de contact. Nous utilisons des testeurs à sondes volantes spécialisés capables de toucher des plages aussi petites que 50 µm.
Q: Quels sont les critères d'acceptation pour la cavité ? A: L'acceptation est basée sur la profondeur (axe Z), les dimensions X/Y et la planéité du fond. Le fond de la cavité doit être exempt de résidus de résine et présenter des plages exposées (si conçues) qui sont propres et soudables.
Q: APTPCB gère-t-il l'assemblage du pont en silicium ? A: APTPCB se concentre sur la fabrication de la carte d'interconnexion de haute précision (substrat). Le placement réel du pont en silicium et des puces est généralement géré par un fournisseur OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test), bien que nous puissions aider avec le DFM pour garantir que nos cartes s'adaptent à leurs lignes d'assemblage.
Q: Quel est le volume minimum pour une commande ? A: Pour les cartes d'interconnexion EMIB à faible volume, nous pouvons traiter aussi peu que 5 à 10 panneaux. Cela permet un rendement de plusieurs dizaines à quelques centaines d'unités selon la taille du boîtier.
Q: En quoi le DFM diffère-t-il pour les cartes EMIB ? A: Les directives DFM pour EMIB se concentrent fortement sur le mouvement des matériaux (mise à l'échelle), les rapports d'aspect des cavités et l'équilibre du cuivre. Les vérifications DFM standard des PCB sont insuffisantes ; vous avez besoin d'un examen qui prend en compte les caractéristiques 3D.
Q: Pouvez-vous fabriquer des variantes de "cartes d'interconnexion EMIB à faible perte" ? A: Oui. Nous utilisons des matériaux à faible perte comme Panasonic Megtron 6/7 ou Isola Tachyon pour garantir que le substrat ne devienne pas le goulot d'étranglement pour les signaux haute vitesse entrant ou sortant du pont.
Q: Que se passe-t-il si la cavité est trop profonde ? A: Si la cavité est trop profonde, le pont sera trop bas. Cela nécessite que le processus d'assemblage utilise un excès de soudure ou d'underfill, ce qui peut entraîner des performances RF imprévisibles ou une défaillance mécanique.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) à faible volume (pages et outils connexes)
- Fabrication avancée de PCB: Découvrez nos capacités pour les substrats complexes et les constructions non standard.
- Technologie de PCB HDI: Comprenez les technologies de microvias et de lignes fines qui constituent la base des substrats EMIB.
- Fabrication de petites séries NPI: Découvrez comment nous gérons les commandes à faible volume et haute complexité sans engagements de production de masse.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) en faible volume
| Terme | Définition |
|---|---|
| EMIB | Embedded Multi-die Interconnect Bridge. Une technologie utilisant un pont en silicium intégré dans un substrat pour connecter des puces (dies). |
| PCB à cavité | Un PCB avec une zone évidée (cavité) créée par laser ou routage mécanique pour loger un composant. |
| RDL (Couche de redistribution) | Couches métalliques sur une puce ou un substrat qui acheminent les pads d'E/S vers d'autres emplacements. |
| UBM (Métallisation sous bosse) | L'interface de couche métallique entre le pad de cuivre et la bosse de soudure. |
| Pas des bosses | La distance centre à centre entre les bosses de soudure adjacentes. |
| CTE (Coefficient de dilatation thermique) | Une mesure de la dilatation d'un matériau lorsqu'il est chauffé. Un désaccord provoque le gauchissement. |
| ABF | Ajinomoto Build-up Film. Un matériau isolant dominant pour les substrats de CI haut de gamme. |
| Zone d'exclusion (KOZ) | Une zone autour de la cavité ou du pont où aucun autre composant ou trace ne peut être placé. |
| Repère fiduciel | Une marque d'alignement optique utilisée par les machines pour aligner les couches ou placer les composants. |
| Planéité | Le degré de platitude d'une surface. Critique pour le fond de la cavité. |
| mSAP | Procédé semi-additif modifié. Une méthode de fabrication pour créer des pistes de cuivre très fines (<25µm). |
| Interposeur | Une interface électrique acheminant entre une prise ou une connexion et une autre (souvent en silicium ou en verre). |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) en faible volume
Prêt à valider votre conception de boîtier avancée ? APTPCB propose des revues DFM spécialisées pour les projets de cartes d'interconnexion EMIB en faible volume afin d'identifier les risques potentiels de rendement avant le début de la fabrication.
Pour obtenir un devis précis, veuillez fournir :
- Fichiers Gerber/ODB++ : Y compris les couches spécifiques définissant la zone de la cavité.
- Dessin d'empilement : Spécifiant les matériaux (par exemple, ABF, BT) et les épaisseurs diélectriques.
- Dessin de cavité : Dimensions X, Y et Z détaillées avec tolérances.
- Quantité : Le nombre de pièces ou de panneaux requis pour votre série NPI.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) en faible volume
L'exécution réussie d'une fabrication en petit volume de cartes d'interconnexion EMIB nécessite un partenaire de fabrication qui traite votre prototype avec la rigueur d'un produit aérospatial. En contrôlant la profondeur des cavités, en gérant le gauchissement des matériaux et en respectant des règles DFM strictes, vous pouvez atteindre les performances d'interconnexion haute densité des ponts en silicium produits en série dans un environnement de faible volume. Assurez-vous que votre dossier de données est complet, validez vos choix de matériaux et procédez avec un plan de fabrication conçu pour l'intégration hétérogène avancée.