Schede interconnect EMIB: piano di validazione, test e criteri di accettazione

Le tecnologie di packaging avanzate stanno rimodellando il panorama del calcolo ad alte prestazioni, e al centro di questa evoluzione c'è il ponte incorporato. Mentre i progetti di chip si muovono verso l'integrazione eterogenea, la validazione della scheda di interconnessione EMIB è diventata un passo critico per garantire affidabilità e resa. A differenza dei tradizionali die monolitici, i sistemi che utilizzano ponti di interconnessione multi-die incorporati (EMIB) richiedono un approccio specializzato alla produzione e al test del substrato.

Per ingegneri e responsabili degli acquisti, comprendere come validare queste complesse interconnessioni è essenziale. Questa guida copre l'intero spettro del processo, dai parametri di progettazione iniziali ai controlli di produzione finali. Sia che stiate sviluppando acceleratori AI di prossima generazione o apparecchiature di rete ad alta velocità, APTPCB (APTPCB PCB Factory) fornisce l'esperienza necessaria per affrontare queste complessità.

Punti chiave

Definizione: La validazione della scheda di interconnessione EMIB conferma l'integrità elettrica e meccanica del ponte di silicio incorporato all'interno del substrato organico.
Metrica Critica: Il controllo della deformazione è il fattore più importante; una deformazione eccessiva porta alla rottura del ponte o a giunti aperti.
Focus sulla Progettazione: Dimensionamento corretto della cavità e gestione delle tolleranze sono vitali per un'efficace incorporazione del ponte.
Idea Sbagliata: Molti presumono che si applichino i metodi di test PCB standard, ma EMIB richiede test di passo molto più stretti e la validazione dei micro-bump.
Migliore Pratica: La simulazione precoce della disomogeneità del Coefficiente di Espansione Termica (CTE) previene i guasti durante la rifusione.
Ambito di Validazione: Il processo include la verifica degli strati del substrato, l'accuratezza del posizionamento del ponte e la connettività dell'assemblaggio finale.
Partnership: Lavorare con un produttore competente come APTPCB assicura che le linee guida DFM siano rispettate fin dal primo giorno.

i sistemi che utilizzano ponti di interconnessione multi-die incorporati (EMIB) (ambito e confini)

Basandosi sui punti chiave, è importante definire esattamente cosa stiamo validando. La validazione della scheda di interconnessione EMIB non riguarda solo il test di una scheda a circuito stampato nuda. È un processo di garanzia a più livelli che verifica il substrato del package organico, il ponte di silicio incorporato e l'interfaccia tra di essi.

In una PCB standard, la validazione potrebbe fermarsi alla continuità elettrica e al test di impedenza. Tuttavia, una scheda di interconnessione EMIB funge da condotto ad alta densità tra die eterogenei (come una CPU e una memoria HBM). L'ambito di validazione si espande per includere le dimensioni fisiche della cavità in cui si trova il ponte, la planarità degli strati di accumulo e l'accuratezza dell'allineamento dei micro-vias. Il confine di questa validazione si estende dalla selezione delle materie prime alla prontezza per l'assemblaggio finale. Comporta il controllo della stabilità dei materiali dielettrici sotto calore e la garanzia che la placcatura in rame all'interno delle interconnessioni a ponte soddisfi rigorose specifiche di resistenza. Se il processo di validazione non riesce a rilevare un disallineamento a livello di micron, l'intero sistema multi-die può fallire. Pertanto, questo processo è il custode tra un design teorico e un prodotto funzionale ad alte prestazioni.

Metriche importanti (come valutare la qualità)

Comprendere l'ambito della validazione ci porta direttamente ai punti dati specifici che definiscono il successo. Per eseguire una validazione efficace della scheda di interconnessione EMIB, è necessario monitorare metriche specifiche che quantificano la salute fisica ed elettrica della scheda.

Metrica	Perché è importante	Intervallo tipico o fattori influenzanti	Come misurare
Deformazione del substrato	Un'elevata deformazione impedisce il corretto fissaggio del die e causa stress al ponte.	< 50 µm (temperatura ambiente) a < 100 µm (temperatura di rifusione). Dipende dallo spessore del nucleo.	Interferometria Shadow Moiré.
Tolleranza dimensionale della cavità	Il ponte deve adattarsi perfettamente; troppo largo causa spostamento, troppo stretto causa stress.	± 5 µm a ± 10 µm a seconda della dimensione del ponte.	Macchina di Misura a Coordinate Ottica (CMM).
Uniformità dello spessore dielettrico	Garantisce impedenza e integrità del segnale costanti attraverso il ponte.	Variazione < 5% tra gli strati di accumulo.	Analisi della sezione trasversale (SEM).
Allineamento dei micro-via	I via disallineati portano a circuiti aperti o alta resistenza nell'interconnessione.	Precisione di registrazione < 5 µm.	Ispezione a raggi X o AOI (Ispezione Ottica Automatica).
Perdita di inserzione	Misura la degradazione del segnale attraverso le interconnessioni del ponte.	< -2 dB @ 28 GHz (varia in base alla lunghezza/materiale della traccia).	Analizzatore di rete vettoriale (VNA).
Resistenza al taglio del die	Verifica il legame meccanico del ponte al substrato.	> 1 kgf (dipende dalle dimensioni del die e dall'adesivo).	Tester di taglio.
Rugosità superficiale (Ra)	Influisce sull'adesione delle linee sottili e sulla perdita di segnale ad alte frequenze.	< 0,3 µm per linee ad alta velocità.	Microscopia a forza atomica (AFM).
Disallineamento CTE	Grandi differenze causano delaminazione durante il ciclo termico.	Obiettivo < 3 ppm/°C di differenza tra materiali adiacenti.	TMA (Analisi Termomeccanica).

Guida alla selezione per scenario (compromessi)

Una volta stabiliti i parametri, il passo successivo è scegliere la giusta strategia di validazione e architettura della scheda per la vostra applicazione specifica. Diverse industrie danno priorità a diversi aspetti della progettazione e validazione delle schede di interconnessione EMIB.

Scenario 1: High-Performance Computing (HPC) e AI

Priorità: Massima larghezza di banda e bassa latenza.
Compromesso: Sacrificherai il costo per materiali a perdita ultra-bassa e una validazione del passo estremamente rigorosa.
Focus della validazione: L'integrità del segnale (perdita di inserzione) e la gestione termica sono fondamentali. Sono necessari test estesi su coppie differenziali ad alta velocità.

Scenario 2: Elettronica mobile e di consumo

Priorità: Fattore di forma (altezza Z) e durata della batteria.
Compromesso: I substrati più sottili sono più soggetti a deformazioni.
Focus della validazione: Affidabilità meccanica e test di caduta. Il controllo della deformazione durante il processo di assottigliamento è il passaggio di validazione critico qui.

Scenario 3: Sistemi ADAS automobilistici

Priorità: Affidabilità a lungo termine e sopravvivenza in ambienti difficili.
Compromesso: Vengono utilizzate regole di progettazione conservative rispetto alla densità all'avanguardia per garantire la durabilità.
Focus della validazione: Cicli termici (da -40°C a 125°C) e test di vibrazione. La validazione deve dimostrare che le interconnessioni non si creperanno dopo anni di utilizzo su strada.

Scenario 4: Infrastruttura 5G

Priorità: Integrità del segnale alle frequenze mmWave.
Compromesso: Richiede materiali specializzati a basso Dk/Df che sono più difficili da lavorare.
Focus della validazione: Controllo dell'impedenza e test di intermodulazione passiva (PIM). La validazione delle proprietà del materiale del substrato è importante quanto il circuito stesso.

Scenario 5: Prototipazione e R&S

Priorità: Velocità di iterazione.
Compromesso: Accettazione di una resa inferiore per ottenere unità funzionali più velocemente.
Focus della Validazione: Test di continuità di base e di cortocircuito. I test avanzati di affidabilità vengono spesso saltati per risparmiare tempo, concentrandosi solo sul "si accende?".

Scenario 6: Produzione di Massa

Priorità: Resa e efficienza dei costi.
Compromesso: Le regole di progettazione sono leggermente allentate per massimizzare le finestre di produzione.
Focus della Validazione: Controllo Statistico di Processo (SPC). L'obiettivo è convalidare che il processo sia stabile, piuttosto che testare ogni singolo parametro su ogni scheda all'estremo.

Dalla progettazione alla produzione (punti di controllo dell'implementazione)

La selezione dello scenario giusto informa il flusso di produzione, ma l'esecuzione richiede una rigorosa lista di controllo. I seguenti punti di controllo ti guidano dalla progettazione iniziale della scheda di interconnessione EMIB fino al prodotto finale, assicurando che ogni fase sia convalidata.

1. Selezione dei Materiali e Definizione dello Stackup

Raccomandazione: Scegliere materiali con valori CTE strettamente corrispondenti al silicio. Utilizzare materiali ad alta frequenza se la velocità del segnale è critica.
Rischio: La scelta sbagliata del materiale porta a problemi immediati di deformazione.
Accettazione: Risultati di simulazione che mostrano livelli di stress gestibili.

2. Formazione della Cavità

Raccomandazione: Utilizzare l'ablazione laser ad alta precisione o il routing a profondità controllata.
Rischio: Una profondità irregolare della cavità fa sì che il ponte si inclini, rovinando la connettività.
Accettazione: Scansione di profilometria 3D del fondo della cavità. 3. Posizionamento e incorporamento del bridge
Raccomandazione: Utilizzare macchine pick-and-place ad alta precisione con allineamento attivo.
Rischio: Uno spostamento di posizione > 5µm può causare un disallineamento con gli strati di build-up.
Accettazione: Verifica a raggi X della posizione del bridge rispetto ai riferimenti (fiducial).

4. Laminazione degli strati di build-up

Raccomandazione: Applicare la laminazione sotto vuoto con profili di pressione ottimizzati per riempire gli spazi intorno al bridge.
Rischio: Vuoti o intrappolamento d'aria intorno al bridge portano a "popcorning" durante il reflow.
Accettazione: C-SAM (Microscopia Acustica a Scansione) per rilevare delaminazioni o vuoti.

5. Foratura laser (Micro-vias)

Raccomandazione: Utilizzare laser UV per l'ablazione precisa del dielettrico sopra i pad del bridge.
Rischio: Foratura attraverso il pad del bridge o mancata esposizione completa.
Accettazione: Analisi della sezione trasversale dei coupon di prova.

6. Desmear e Placcatura

Raccomandazione: Delicato desmear chimico seguito da placcatura con processo semi-additivo (SAP).
Rischio: La chimica aggressiva può danneggiare la superficie del bridge in silicio.
Accettazione: Test del nastro adesivo e misurazione dello spessore del rame.

7. Applicazione della finitura superficiale

Raccomandazione: ENEPIG è spesso preferito per la versatilità di wire bonding e saldatura.
Rischio: Sindrome del pad nero o scarsa bagnabilità se la finitura è contaminata.
Accettazione: Test di saldabilità e ispezione visiva.

8. Test Elettrico (E-Test)

Raccomandazione: Utilizzare tester a sonda volante in grado di raggiungere pad a passo fine.
Rischio: I dispositivi standard a letto d'aghi possono danneggiare il substrato delicato.
Accettazione: Verifica al 100% della net list (aperture/cortocircuiti).

9. Ispezione finale della deformazione (Warpage)

Raccomandazione: Misurare la deformazione a temperatura ambiente e a temperatura di rifusione simulata.
Rischio: La scheda supera il test a temperatura ambiente ma si deforma durante l'assemblaggio, causando una perdita di resa.
Accettazione: Superato/Non superato in base agli standard JEDEC.

10. Imballaggio e spedizione

Raccomandazione: Sigillare sottovuoto con essiccante per prevenire l'assorbimento di umidità.
Rischio: L'assorbimento di umidità porta alla delaminazione durante il processo di assemblaggio del cliente.
Accettazione: Controllo della carta indicatrice di umidità (HIC).

Errori comuni (e l'approccio corretto)

Anche con una checklist, possono verificarsi errori se i principi sottostanti delle migliori pratiche per le schede di interconnessione EMIB vengono ignorati. Ecco le insidie più frequenti e come evitarle.

Errore 1: Ignorare la disomogeneità localizzata del CTE

L'errore: I progettisti si concentrano sul CTE globale della scheda ma ignorano la disomogeneità locale tra il ponte di silicio e il materiale organico circostante.
La conseguenza: Si sviluppano micro-crepe all'interfaccia del ponte dopo i cicli termici.
Approccio corretto: Eseguire la modellazione dello stress localizzato e utilizzare strati di underfill o di buffer di stress attorno al ponte.

Errore 2: Tolleranza della cavità inadeguata

L'errore: Specificare tolleranze di instradamento meccanico standard (±100µm) per la cavità del ponte.
La conseguenza: Il ponte galleggia o si inclina, rendendo impossibile allineare gli strati via successivi.
Approccio corretto: Utilizzare la formazione di cavità assistita da laser o l'instradamento a profondità controllata con tolleranze più strette di ±10µm.

Errore 3: Trascurare l'accessibilità dei pad di test

L'errore: Progettare interconnessioni ad alta densità senza lasciare spazio per le sonde di test.
La conseguenza: Non è possibile eseguire la validazione della scheda di interconnessione EMIB elettricamente perché le sonde non possono atterrare senza cortocircuitare.
Approccio corretto: Progettare specifici coupon di test sulle guide del pannello o includere pad di test sacrificali che vengono rimossi o coperti in seguito.

Errore 4: Utilizzare FR4 standard per ponti ad alta velocità

L'errore: Utilizzare materiali standard con perdite per risparmiare sui costi pur utilizzando un costoso ponte EMIB.
La conseguenza: Il ponte funziona, ma il segnale si degrada immediatamente all'ingresso nelle tracce del substrato.
Approccio corretto: Utilizzare materiali a bassa perdita come Isola PCB o laminati ad alta velocità simili per gli strati di build-up.

Errore 5: Trascurare la sensibilità all'umidità

L'errore: Trattare il substrato finito come un PCB rigido standard per quanto riguarda lo stoccaggio.
La conseguenza: L'umidità intrappolata negli strati organici si trasforma in vapore durante il reflow, facendo esplodere il package (popcorning).
Approccio Corretto: Seguire rigorosamente le linee guida di gestione MSL (Moisture Sensitivity Level) e cuocere le schede prima dell'assemblaggio.

Errore 6: Scarsa comunicazione con il produttore

L'Errore: Invio di file Gerber senza un documento dettagliato di stack-up o requisiti di impedenza.
La Conseguenza: La fabbrica utilizza processi standard incompatibili con i requisiti dei die incorporati.
Approccio Corretto: Coinvolgere APTPCB in una revisione DFM (Design for Manufacturability) nelle prime fasi della progettazione.

FAQ

D1: In che modo la convalida della scheda di interconnessione EMIB differisce dal test PCB standard? R: Il test PCB standard si concentra sulla connettività e sull'impedenza di base. La convalida EMIB aggiunge controlli rigorosi per la profondità della cavità, l'allineamento del ponte, la deformazione localizzata e la precisione di registrazione dei micro-via, che sono ordini di grandezza più stringenti rispetto ai PCB standard.

D2: Qual è la sfida più grande nella produzione di substrati EMIB? R: Il controllo della deformazione. Poiché si mescola silicio (rigido) con laminati organici (flessibili) e li si sottopone a calore, mantenere la scheda sufficientemente piatta per l'assemblaggio è la sfida principale.

D3: Posso utilizzare materiali FR4 standard per i progetti EMIB? R: Generalmente, no. L'FR4 standard ha un CTE elevato e un'elevata perdita di segnale. Sono necessari film di build-up e materiali di base specializzati per eguagliare le prestazioni e le caratteristiche termiche del ponte di silicio.

D4: Quali dati devo fornire per un preventivo? A: È necessario fornire le dimensioni del ponte, l'intera stratificazione dei layer, i requisiti dei materiali, le strutture via cieche/interrate e i requisiti di tolleranza specifici per la cavità.

D5: L'ispezione a raggi X è obbligatoria per le schede EMIB? R: Sì. Poiché il ponte è incorporato e le connessioni sono spesso interrate, i raggi X o la microscopia acustica ad alta risoluzione sono l'unico modo per convalidare l'allineamento e verificare la presenza di vuoti in modo non distruttivo.

D6: Come gestisce APTPCB la catena di fornitura per i ponti in silicio? R: In genere, il cliente fornisce i ponti in silicio o ne specifica la fonte. APTPCB si concentra sulla produzione del substrato, sulla creazione della cavità e sul processo di incorporamento.

D7: Qual è la resa tipica per questi tipi di schede? R: Le rese sono inferiori rispetto ai PCB standard a causa della complessità. Tuttavia, con un'adeguata implementazione della checklist per schede di interconnessione EMIB e DFM, è possibile ottenere rese di produzione elevate.

D8: Una scheda EMIB difettosa può essere rilavorata? R: Raramente. Una volta che il ponte è incorporato e laminato, non può essere rimosso. Ciò rende la convalida della scheda nuda prima dell'incorporamento e il collaudo durante il processo cruciali per evitare di sprecare silicio costoso.

D9: Quali finiture superficiali sono le migliori per i substrati EMIB? R: L'ENEPIG (Nichel Chimico Palladio Chimico Oro ad Immersione) è popolare perché supporta sia la saldatura che il wire bonding, spesso necessari in package complessi.

D10: Quanto tempo richiede il processo di convalida? A: Per un nuovo design, la convalida (inclusi sezioni trasversali e test di affidabilità) può richiedere 2-4 settimane in aggiunta al tempo di fabbricazione standard.

Pagine e strumenti correlati

Per assistervi ulteriormente con le vostre esigenze di progettazione e produzione, utilizzate queste risorse di APTPCB:

Capacità di produzione: Esplorate la nostra gamma completa di servizi di produzione PCB per comprendere la nostra capacità per realizzazioni complesse.
Linee guida di progettazione: Esaminate le nostre linee guida DFM per assicurarvi che il vostro design EMIB sia pronto per la produzione.
Opzioni materiali: Scoprite di più sui materiali ad alta velocità adatti per l'imballaggio avanzato nella nostra sezione PCB Megtron.

Glossario (termini chiave)

Termine	Definizione
EMIB	Embedded Multi-die Interconnect Bridge. Una tecnologia che utilizza un piccolo ponte di silicio incorporato nel substrato per collegare i die.
Substrato	Il materiale organico della scheda (spesso ABF o nucleo specializzato) che ospita il ponte e fornisce il routing.
RDL	Strato di Ridistribuzione (Redistribution Layer). Strati metallici creati sopra il die o il ponte per instradare le connessioni a un passo più ampio.
TSV	Via Passante in Silicio (Through-Silicon Via). Una connessione elettrica verticale che attraversa completamente un wafer o un die di silicio.
Microbump	Micro-saldature molto piccole utilizzate per collegare il die al ponte o al substrato, tipicamente con passo < 50µm.
C4 Bump	Controlled Collapse Chip Connection. Urti flip-chip standard, più grandi dei micro-urti.
CTE	Coefficiente di Dilatazione Termica. Una misura di quanto un materiale si espande quando riscaldato. La disomogeneità causa stress.
Underfill	Un materiale epossidico iniettato tra il die e il substrato per distribuire lo stress e proteggere gli urti.
Warpage	La deviazione dalla planarità del substrato, critica per un assemblaggio di successo.
Interposer	Un grande strato intermedio (silicio o organico) usato per connettere i die. EMIB è un'alternativa ai grandi interposer.
SerDes	Serializzatore/Deserializzatore. Blocchi funzionali ad alta velocità usati nelle comunicazioni che richiedono interconnessioni di alta qualità.
Integrazione Eterogenea	L'incapsulamento di componenti (die) fabbricati separatamente in un assemblaggio di livello superiore.
SAP	Processo Semi-Additivo. Un metodo per formare tracce a linea sottile placcando rame su un sottile strato di semina.
ABF	Ajinomoto Build-up Film. Un materiale isolante dominante usato nei substrati IC di fascia alta.

Conclusione (prossimi passi)

La convalida delle schede di interconnessione EMIB è il perno dell'imballaggio eterogeneo moderno. Colma il divario tra la progettazione dei semiconduttori e la realtà fisica, garantendo che i segnali ad alta velocità attraversino il confine tra i die senza perdite o guasti. Concentrandosi su metriche critiche come la deformazione (warpage), l'allineamento e la stabilità del materiale, è possibile mitigare i rischi associati a queste complesse costruzioni.

Il successo in questo campo richiede più di un semplice file di progettazione; richiede un partner di produzione che comprenda le complessità dell'incorporamento del silicio in substrati organici. Quando siete pronti a passare dal concetto alla produzione, assicuratevi di avere pronti i vostri file Gerber, lo stack-up dei layer e le specifiche del bridge.

Contattate APTPCB oggi stesso per avviare una revisione DFM per il vostro prossimo progetto di interconnessione avanzata. Siamo pronti ad aiutarvi a convalidare e produrre il futuro dell'elettronica.