Gli ingegneri che sviluppano pacchetti di integrazione eterogenea si trovano spesso di fronte a un collo di bottiglia critico: l'approvvigionamento di prototipi di schede di interconnessione EMIB a basso volume senza impegnarsi in quantità di produzione di massa. A differenza dei PCB standard, i substrati Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) richiedono una formazione precisa delle cavità, un controllo estremo della planarità e una gestione avanzata dei materiali per supportare il ponte di silicio che collega più die.
Presso APTPCB (APTPCB PCB Factory), comprendiamo che la transizione dalla simulazione all'hardware fisico richiede capacità di produzione flessibili. Questa guida copre le specifiche essenziali, i passaggi del processo e i protocolli di risoluzione dei problemi per la fabbricazione di successo di substrati pronti per EMIB in piccoli lotti. Sia che stiate convalidando un'architettura chiplet o testando un nuovo design di calcolo ad alte prestazioni (HPC), queste regole vi aiuteranno a navigare nelle complessità dei substrati di packaging avanzati.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume: risposta rapida (30 secondi)
Per gli ingegneri che necessitano di un rapido controllo di fattibilità, ecco le realtà fondamentali della produzione di schede di interconnessione EMIB a basso volume:
- La precisione della cavità non è negoziabile: Il substrato deve presentare una cavità per il ponte di silicio con tolleranze di profondità tipicamente comprese tra ±10µm e ±15µm per garantire un posizionamento planare del die.
- La selezione dei materiali incide sui costi: Materiali a bassa perdita come ABF (Ajinomoto Build-up Film) o BT di alta qualità (Bismaleimide Triazine) sono standard; il FR4 standard è raramente sufficiente per l'integrità del segnale richiesta dall'interfaccia bridge.
- I costi NRE sono più elevati rispetto all'HDI standard: Anche per bassi volumi, i costi di ingegneria non ricorrenti (NRE) sono significativi a causa della programmazione laser per le cavità e degli speciali dispositivi di laminazione.
- I segni di allineamento sono critici: È necessario includere fiducial specifici attorno alla cavità del bridge per consentire all'attrezzatura di assemblaggio (e ai sistemi di imaging del produttore di PCB) di allineare gli strati con una precisione inferiore a 5µm.
- Controllo della deformazione: Il substrato deve mantenere una planarità (coplanarità) inferiore allo 0,1% su tutta l'area del package per prevenire la rottura del bridge durante il reflow.
- Tempi di consegna: Prevedere da 4 a 6 settimane per i prototipi di schede di interconnessione EMIB a basso volume a causa dei passaggi sequenziali di laminazione e verifica richiesti.
Quando si applica (e quando no)Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume
Comprendere quando utilizzare un'architettura bridge integrata rispetto a un interposer standard o un substrato organico è vitale per il successo del progetto.
Quando utilizzare la scheda di interconnessione EMIB a basso volume
- Prototipazione di integrazione eterogenea: Quando si combinano die da diversi nodi di processo (ad esempio, una CPU a 5nm con un die I/O a 14nm) e si ha la necessità di convalidare fisicamente le prestazioni dell'interconnessione.
- Test di memoria ad alta larghezza di banda (HBM): Quando il vostro progetto richiede un instradamento estremamente denso tra un processore e stack HBM che supera le capacità della tecnologia PCB HDI standard.
- Alte prestazioni sensibili al costo: Quando un interposer in silicio completo (2.5D) è troppo costoso per l'applicazione e si desidera testare l'efficacia in termini di costi dell'approccio a ponte su piccola scala.
- Vincoli di fattore di forma: Quando l'altezza Z deve essere minimizzata e l'incorporamento del ponte di interconnessione nel substrato aiuta a ridurre il profilo complessivo del pacchetto.
Quando NON usarlo
- Comunicazione semplice Die-to-Die: Se l'instradamento standard su substrato organico (RDL) può gestire le velocità dei dati, EMIB aggiunge costi e complessità inutili.
- Beni di consumo a bassissimo costo: I passaggi di produzione per la creazione di cavità e l'incorporamento del ponte sono generalmente troppo costosi per l'elettronica di consumo usa e getta.
- Tempi di consegna rapidi di 24 ore: La complessità della fabbricazione di schede di interconnessione EMIB a basso volume impedisce le velocità di "turnaround rapido" tipiche delle schede rigide standard.
- Progetti a tolleranza ampia: Se il vostro progetto non può tollerare regole di progettazione rigorose riguardo alle zone di esclusione e ai rapporti di aspetto dei microvia, la resa sarà prossima allo zero.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume (parametri chiave e limiti)
Per garantire la producibilità, i dati di progettazione devono aderire a parametri rigorosi. La seguente tabella illustra le regole critiche per la fabbricazione di schede di interconnessione EMIB a basso volume.
| Categoria regola | Valore/Intervallo consigliato | Perché è importante | Come verificare | Se ignorato |
|---|---|---|---|---|
| Tolleranza profondità cavità | ±10µm a ±15µm | Assicura che il ponte di silicio si trovi a filo con la superficie del substrato per un fissaggio riuscito del die. | Profilometria laser o analisi in sezione trasversale. | Il ponte sporge o affonda, causando connessioni aperte o crepe nel die. |
| Tolleranza X/Y cavità | ±30µm | Assicura che il ponte si adatti allo slot senza spostamenti o stress. | AOI (Ispezione Ottica Automatica) e CMM (Macchina di Misura a Coordinate). | Il ponte non può essere inserito o galleggia eccessivamente durante l'assemblaggio. |
| Materiale dielettrico | Basso Dk/Df (es. ABF, Megtron 6/7) | Minimizza la perdita di segnale per i segnali ad alta velocità che attraversano il ponte. | Scheda tecnica del materiale e test di impedenza. | Guasto dell'integrità del segnale ad alte frequenze (25 Gbps+). |
| Larghezza/Spazio linea (L/S) | 15µm/15µm (RDL del substrato) | Necessario per sventagliare i bump ad alta densità dal ponte. | SEM (Microscopio Elettronico a Scansione) o AOI ad alta risoluzione. | Cortocircuiti o incapacità di instradare tutti i segnali. |
| Rapporto d'aspetto microvia | 0.8:1 a 1:1 | Garantisce una placcatura affidabile in piccoli microvia ciechi. | Sezionamento di coupon. | Placcatura incompleta che porta a circuiti aperti intermittenti. |
| Finitura superficiale | ENEPIG o SOP (Solder on Pad) | Fornisce una superficie piana, saldabile a filo e saldabile per l'assemblaggio a passo fine. | Fluorescenza a raggi X (XRF) per lo spessore. | Scarsa affidabilità del giunto o difetti di "black pad". |
| Deformazione (Incurvamento/Torsione) | < 0,1 % (Temperatura ambiente e Reflow) | Critico per l'assemblaggio di grandi die e ponti. | Interferometria Moiré a ombra. | Guasto di assemblaggio; i die non faranno contatto con tutti i bump. |
| Precisione di registrazione | < 10µm (Strato a strato) | Assicura che i via si connettano ai pad dello strato interno corretti in progetti densi. | Verifica dell'allineamento della foratura a raggi X. | Cortocircuiti interni o interruzioni; scheda di scarto. |
| Apertura della maschera di saldatura | 1:1 o leggermente più grande del pad (NSMD) | Definisce l'area di saldatura per i bump flip-chip. | AOI. | Ponti di saldatura o volume di saldatura insufficiente. |
| Spessore del rame | 12µm a 18µm (Base) | Il rame più sottile consente un'incisione più fine delle linee dense. | Sezione trasversale. | Sovra-incisione o sotto-incisione delle linee sottili. |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) (punti di controllo del processo)
La fabbricazione di queste schede richiede un flusso modificato rispetto ai PCB standard. Ecco il processo passo-passo per l'esecuzione di schede di interconnessione EMIB a basso volume.
- Definizione dello stackup e dei materiali:
- Azione: Selezionare un materiale di base con un CTE (Coefficiente di Espansione Termica) strettamente corrispondente al silicio (circa 3-5 ppm/°C) se possibile, o utilizzare materiali organici ad alto modulo.
- Controllo: Verificare la disponibilità del materiale per piccoli lotti.
- Circuitazione dello strato interno:
- Azione: Lavorare gli strati interni utilizzando processi semi-additivi (SAP) o processi semi-additivi modificati (mSAP) per ottenere larghezze di linea sottili.
- Controllo: Ispezione AOI per cortocircuiti/aperture prima della laminazione.
- Formazione della cavità:
- Azione: Creare la cavità per il ponte utilizzando l'ablazione laser CO2/UV o la fresatura meccanica a profondità controllata. Questo è il passaggio più critico nella produzione di schede di interconnessione EMIB a basso volume.
- Controllo: Misurare la profondità della cavità in 5 punti (angoli + centro) per garantire l'uniformità.
- Ciclo di laminazione:
- Azione: Laminare gli strati di accumulo. Se il ponte è incorporato durante la laminazione (raro per substrati semplici, comune per quelli avanzati), assicurarsi che il flusso di resina non riempia i pad di contatto.
- Controllo: Ispezione a raggi X per verificare l'allineamento degli strati dopo la pressatura.
- Foratura laser e placcatura:
- Azione: Forare microvias per collegare i pad di atterraggio del ponte al resto del substrato.
- Controllo: Controllo qualità del desmear per garantire una connettività del rame pulita.
- Finitura superficiale:
- Azione: Applicare ENEPIG (Nichel chimico, Palladio chimico, Oro per immersione) per un'interfaccia robusta.
- Controllo: Verificare lo spessore di oro e palladio utilizzando XRF.
- Test elettrici:
- Azione: Eseguire test con sonda volante adattati per passi fini.
- Verifica: Verifica al 100% della net list rispetto ai dati IPC-356D.
- Controllo Qualità Finale (FQC):
- Azione: Ispezionare per difetti estetici, deformazioni e pulizia della cavità.
- Verifica: Generare un rapporto di ispezione del primo articolo (FAI).
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume (modalità di guasto e correzioni)
Anche con un'attenta pianificazione, possono verificarsi difetti. Utilizzare questa guida per risolvere i problemi comuni nelle produzioni di schede di interconnessione EMIB a basso volume.
1. Variazione della profondità della cavità
- Sintomo: Il ponte di silicio si trova troppo in alto (interferendo con il die superiore) o troppo in basso (guasto di connessione).
- Causa: Potenza laser incoerente o variazioni nello spessore del dielettrico.
- Correzione: Calibrare la profondità del laser utilizzando un coupon sacrificale dallo stesso pannello di produzione.
- Prevenzione: Utilizzare materiali con tolleranze di spessore strette e implementare il rilevamento della profondità in tempo reale durante il routing.
2. Deformazione del substrato
- Sintomo: La scheda si incurva durante il reflow, causando disallineamento del ponte o del die.
- Causa: Distribuzione asimmetrica del rame o CTE (coefficiente di dilatazione termica) non corrispondente tra le strati del nucleo e quelle di accumulo.
- Correzione: Utilizzare un modello di bilanciamento in rame pesante su strati inutilizzati (thieving) per equalizzare lo stress.
- Prevenzione: Simulare lo stress dello stackup durante la fase di progettazione; utilizzare materiali del nucleo a basso CTE.
3. Crepatura dei Microvia
- Sintomo: Guasto intermittente del segnale dopo cicli termici.
- Causa: L'espansione sull'asse Z del dielettrico sollecita la placcatura in rame.
- Soluzione: Aumentare la duttilità della placcatura o passare a un materiale con un CTE sull'asse Z inferiore.
- Prevenzione: Rispettare rigorose regole di rapporto d'aspetto (0,8:1) per garantire una placcatura robusta.
4. Ossidazione del pad / Scarsa saldabilità
- Sintomo: I bump di saldatura non bagnano i pad all'interno della cavità o sulla superficie.
- Causa: Contaminazione residua dal processo di formazione della cavità o scarsa deposizione della finitura superficiale.
- Soluzione: Pulizia al plasma prima dell'applicazione della finitura superficiale.
- Prevenzione: Implementare cicli di pulizia rigorosi e limiti di tempo tra le fasi del processo.
5. Errori di registrazione
- Sintomo: I via vengono forati leggermente fuori centro, rompendo l'anello anulare.
- Causa: Scalatura del materiale (ritiro/espansione) durante la laminazione.
- Soluzione: Applicare fattori di scala ai dati di foratura basati sul comportamento storico del materiale.
- Prevenzione: Utilizzare l'ottimizzazione a raggi X per l'allineamento della foratura su ogni pannello.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume (decisioni di progettazione e compromessi)
Quando si specifica un progetto di scheda di interconnessione EMIB a basso volume, si sceglie spesso tra diverse tecnologie di packaging avanzate. Ecco come fare la scelta giusta.
Substrato EMIB vs. Interposer in silicio (2.5D)
- Costo: I substrati EMIB sono generalmente meno costosi degli interposer in silicio completi perché il silicio viene utilizzato solo per il piccolo ponte, non per l'intera base.
- Prestazioni: Gli interposer in silicio offrono una densità leggermente superiore, ma l'EMIB fornisce migliori prestazioni elettriche per l'erogazione di potenza (poiché il die si collega direttamente al substrato organico per l'alimentazione).
- Disponibilità per bassi volumi: Gli interposer in silicio richiedono spesso una lavorazione a livello di wafer che ha minimi elevati. I substrati EMIB possono essere fabbricati in forma di pannello, rendendo le produzioni di schede di interconnessione EMIB a basso volume più accessibili presso i produttori di PCB come APTPCB.
Selezione dei materiali: ABF vs. BT vs. FR4 ad alto Tg
- ABF (Film di accumulo Ajinomoto): Lo standard d'oro per l'informatica ad alte prestazioni. Eccellente planarità e capacità di linee sottili, ma costoso e fragile.
- BT (Bismaleimide Triazina): Buon equilibrio tra costo e stabilità meccanica. Spesso utilizzato per i package di memoria.
- FR4 ad alto Tg: Generalmente non raccomandato per EMIB a causa della rugosità superficiale e del disallineamento del CTE, a meno che la densità di interconnessione del ponte non sia molto bassa.
Capacità del fornitore
Scegliete un partner in grado di produzione di PCB in piccoli lotti NPI che elenchi specificamente le capacità di PCB con cavità o componenti incorporati. I negozi di PCB standard non dispongono delle apparecchiature di metrologia per verificare le profondità delle cavità di ±10µm.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume (costo, tempi di consegna, difetti comuni, criteri di accettazione, file DFM)
D: Qual è il tipico fattore di costo per le schede di interconnessione EMIB a basso volume? A: I principali fattori di costo sono il materiale (ABF/prepreg specializzato), il tempo di lavorazione laser per le cavità e la perdita di resa associata alla lavorazione a passo fine. Anche i costi NRE per l'attrezzatura e i dispositivi di test sono superiori rispetto ai PCB standard.
Q: Qual è il tempo di consegna standard per questi prototipi? A: Una produzione tipica di scheda di interconnessione EMIB a basso volume richiede da 4 a 6 settimane. Ciò include domande di ingegneria (EQ), cicli di laminazione e test complessi. I servizi accelerati sono raramente disponibili a causa della fisica del processo.
Q: Posso usare file Gerber standard per i design EMIB? A: Sebbene Gerber X2 sia accettabile, ODB++ o IPC-2581 sono preferiti. Questi formati contengono dati intelligenti riguardanti lo stackup dei layer e la connettività di rete, il che è cruciale per verificare il posizionamento e la profondità della cavità.
Q: Come testate le connessioni al ponte integrato? A: Poiché il ponte viene spesso assemblato in seguito, il substrato viene testato per la continuità fino ai pad di atterraggio. Utilizziamo tester a sonda volante specializzati in grado di colpire pad piccoli fino a 50 µm.
Q: Quali sono i criteri di accettazione per la cavità? A: L'accettazione si basa sulla profondità (asse Z), sulle dimensioni X/Y e sulla planarità del fondo. Il fondo della cavità deve essere privo di residui di resina e avere pad esposti (se progettati) che siano puliti e saldabili.
Q: APTPCB gestisce l'assemblaggio del ponte in silicio? A: APTPCB si concentra sulla fabbricazione della scheda di interconnessione ad alta precisione (substrato). Il posizionamento effettivo del ponte di silicio e dei die è tipicamente gestito da un fornitore OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test), sebbene possiamo assistere con il DFM per garantire che le nostre schede si adattino alle loro linee di assemblaggio.
Q: Qual è il volume minimo per un ordine? A: Per le schede di interconnessione EMIB a basso volume, possiamo elaborare un minimo di 5-10 pannelli. Ciò consente una resa da diverse decine a poche centinaia di unità a seconda delle dimensioni del package.
Q: In che modo il DFM differisce per le schede EMIB? A: Le linee guida DFM per EMIB si concentrano pesantemente sul movimento del materiale (scalatura), sui rapporti d'aspetto delle cavità e sull'equilibrio del rame. I controlli DFM standard per PCB sono insufficienti; è necessaria una revisione che consideri le caratteristiche 3D.
Q: Potete produrre varianti di "schede di interconnessione EMIB a bassa perdita"? A: Sì. Utilizziamo materiali a bassa perdita come Panasonic Megtron 6/7 o Isola Tachyon per garantire che il substrato non diventi il collo di bottiglia per i segnali ad alta velocità che entrano o escono dal ponte.
Q: Cosa succede se la cavità è troppo profonda? A: Se la cavità è troppo profonda, il ponte si posizionerà troppo in basso. Ciò richiede che il processo di assemblaggio utilizzi saldatura o underfill eccessivi, il che può portare a prestazioni RF imprevedibili o a guasti meccanici.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume (pagine e strumenti correlati)
- Produzione avanzata di PCB: Esplora le nostre capacità per substrati complessi e costruzioni non standard.
- Tecnologia PCB HDI: Comprendi le tecnologie microvia e a linee sottili che costituiscono la base dei substrati EMIB.
- Produzione NPI in piccoli lotti: Scopri come gestiamo ordini a basso volume e alta complessità senza impegni di produzione di massa.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume
| Termine | Definizione |
|---|---|
| EMIB | Embedded Multi-die Interconnect Bridge. Una tecnologia che utilizza un ponte di silicio incorporato in un substrato per collegare i die. |
| PCB con cavità | Un PCB con un'area incassata (cavità) creata tramite laser o fresatura meccanica per alloggiare un componente. |
| RDL (Strato di ridistribuzione) | Strati metallici su un die o substrato che instradano i pad I/O ad altre posizioni. |
| UBM (Metallizzazione sotto bump) | L'interfaccia dello strato metallico tra il pad di rame e il bump di saldatura. |
| Passo del bump | La distanza centro-centro tra bump di saldatura adiacenti. |
| CTE (Coefficiente di dilatazione termica) | Una misura di quanto un materiale si espande quando riscaldato. La disomogeneità causa deformazione. |
| ABF | Ajinomoto Build-up Film. Un materiale isolante dominante per substrati IC di fascia alta. |
| Zona di esclusione (KOZ) | Un'area attorno alla cavità o al ponte dove non possono essere posizionati altri componenti o tracce. |
| Riferimento fiduciale | Un segno di allineamento ottico utilizzato dalle macchine per allineare gli strati o posizionare i componenti. |
| Planarità | Il grado di piattezza di una superficie. Critico per il fondo della cavità. |
| mSAP | Processo Semi-Additivo Modificato. Un metodo di fabbricazione per creare tracce di rame molto sottili (<25µm). |
| Interposer | Un'interfaccia elettrica che instrada tra un socket o una connessione e un'altra (spesso in silicio o vetro). |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume
Pronto a convalidare il tuo design di package avanzato? APTPCB fornisce revisioni DFM specializzate per progetti di schede di interconnessione EMIB a basso volume per identificare potenziali rischi di resa prima dell'inizio della fabbricazione.
Per ottenere un preventivo accurato, si prega di fornire:
- File Gerber/ODB++: Incluse le specifiche degli strati che definiscono l'area della cavità.
- Disegno dello stackup: Specificando i materiali (es. ABF, BT) e gli spessori dielettrici.
- Disegno della cavità: Dimensioni X, Y e Z dettagliate con tolleranze.
- Quantità: Il numero di pezzi o pannelli richiesti per la tua produzione NPI.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) a basso volume
L'esecuzione riuscita di una produzione in piccolo volume di schede di interconnessione EMIB richiede un partner di produzione che tratti il vostro prototipo con il rigore di un prodotto aerospaziale. Controllando la profondità delle cavità, gestendo la deformazione del materiale e aderendo a rigorose regole DFM, è possibile ottenere le prestazioni di interconnessione ad alta densità dei ponti in silicio prodotti in serie in un ambiente a basso volume. Assicuratevi che il vostro pacchetto dati sia completo, convalidate le vostre scelte di materiali e procedete con un piano di fabbricazione progettato per l'integrazione eterogenea avanzata.