Краткий ответ о печатных платах с чиплетным мостом для центров обработки данных (30 секунд)

Проектирование и производство печатной платы с чиплетным мостом для центров обработки данных требует управления экстремальной плотностью гетерогенной интеграции. В отличие от стандартных серверных плат, эти подложки должны поддерживать субмикронную трассировку и встроенные мостовые кристаллы (такие как EMIB или органические мосты) для связи высокопроизводительной логики (CPU/GPU) с высокоскоростной памятью (HBM).

• Критическая плотность: Требует возможностей "линия/пространство" (L/S) часто ниже 10 мкм/10 мкм в области моста, что требует модифицированных полуаддитивных процессов (mSAP).
• Стабильность материала: Материалы с высоким Tg и низким CTE (такие как ABF или специализированный BT) обязательны для предотвращения деформации во время оплавления больших корпусов.
• Контроль плоскостности: Копланарность должна поддерживаться в строгих пределах (часто <50 мкм по всему корпусу) для обеспечения надежного соединения микровыступов.
• Терморегулирование: Высокая плотность мощности (часто >500 Вт на корпус) требует толстых медных слоев или встроенных решений для охлаждения в стеке.
• Целостность сигнала: Тангенсы потерь (Df) должны быть <0.002 @ 28 ГГц для поддержки скоростей сигнализации PCIe Gen 6/7 и PAM4.
• Валидация: APTPCB (APTPCB PCB Factory) рекомендует 100% автоматическую оптическую инспекцию (AOI) и специализированное электрическое тестирование мостовых соединений перед окончательной сборкой.

Когда применяется (и когда не применяется) печатная плата с чиплетным мостом для центров обработки данных

Понимание того, когда следует переходить от монолитного дизайна печатной платы к подложке с поддержкой чиплетов, жизненно важно для эффективности затрат и производительности.

Используйте мостовую печатную плату для чиплетов в центрах обработки данных, когда:

• Превышены пределы ретикулы: Размер вашего кремниевого кристалла приближается или превышает производственный предел ретикулы (приблизительно 850 мм²), что требует разделения дизайна на более мелкие чиплеты.
• Требуется гетерогенная интеграция: Вам необходимо объединить различные технологические узлы (например, логику 3 нм с вводом/выводом 12 нм или аналоговую) на одном интерпозере или подложке.
• Интеграция HBM: В дизайне используются стеки памяти с высокой пропускной способностью (HBM), которые требуют сверхкоротких, высокоплотных параллельных интерфейсов (HBI/AIB), которые не могут поддерживаться стандартными трассами печатных плат.
• Модульная масштабируемость: Вы создаете серверную платформу, где количество ядер масштабируется путем добавления большего количества вычислительных плиток, а не путем перепроектирования массивного монолитного кристалла.

НЕ используйте мостовую печатную плату для чиплетов в центрах обработки данных, когда:

• Стандартные серверные приложения: Серверы общего назначения, использующие готовые процессоры, не требуют пользовательских подложек со встроенным мостом; достаточно стандартной технологии печатных плат для серверов и центров обработки данных.
• Низкоскоростные интерфейсы: Если межсоединения ограничены DDR4/5 или стандартным PCIe Gen 4, стоимость интеграции моста не приносит ROI.
• Проекты, чувствительные к стоимости: Потери выхода и сложность производства подложек чиплетов делают их значительно дороже стандартных плат HDI.
• Низкие тепловые нагрузки: Конструкции, потребляющие <100 Вт, обычно не сталкиваются с проблемами теплового расширения, которые требуют использования передовых подложек для корпусирования чиплетов.

Правила и спецификации печатных плат мостов чиплетов для центров обработки данных (ключевые параметры и ограничения)

В следующей таблице приведены производственные ограничения и рекомендуемые значения для высокопроизводительного производства. Игнорирование этих правил часто приводит к немедленным сбоям непрерывности на уровне микровыступов.

Категория правила	Рекомендуемое значение/диапазон	Почему это важно	Как проверить	Если проигнорировано
Ширина/зазор трассы (область моста)	2µm / 2µm (Подложка) до 9µm / 9µm	Важно для маршрутизации тысяч сигналов ввода-вывода между чиплетами.	Прямое лазерное изображение (LDI) и SEM	Короткие замыкания или недостаточная пропускная способность для HBM.
Диаметр микроотверстия	20µm - 50µm	Соединяет слои высокой плотности, не занимая места для маршрутизации.	Анализ поперечного сечения	Открытые переходные отверстия или высокое сопротивление, вызывающее падение напряжения.
Диэлектрический материал	Df < 0.002 (например, Megtron 8, ABF GL102)	Предотвращает затухание сигнала на высоких частотах (56G/112G PAM4).	Тестирование импеданса TDR	Потеря сигнала, повреждение данных, уменьшенная дальность.
Коробление (комнатная температура)	< 100µm (Общее)	Обеспечивает достаточную плоскостность подложки для размещения чиплетов.	Интерферометрия теневого муара	Растрескивание кристалла или несмачивание выводов (Head-in-Pillow).
Коробление (температура оплавления)	< 50µm	Критично во время фазы жидкофазного припоя для предотвращения образования мостиков.	Термический теневой муар	Мостики припоя или разомкнутые соединения во время сборки.
Толщина меди	12µm - 18µm (Сигнал), >35µm (Питание)	Балансирует возможность травления тонких линий с подачей питания (PDN).	Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА)	Перетравливание тонких линий или падение ИК на шинах питания.
Поверхностная обработка контактных площадок	ENEPIG или SOP (Solder on Pad)	Обеспечивает плоскую, устойчивую к окислению поверхность для микро-выступов.	РФА и визуальный осмотр	Низкая надежность соединения, дефекты "черной площадки".
Допуск на полость моста	± 15µm (X/Y), ± 10µm (Z)	Гарантирует идеальное выравнивание встроенного моста с поверхностными слоями.	3D-профилометр	Выступ/углубление моста, вызывающее сбой соединения.
Несоответствие КТР	< 3 ppm/°C разница по сравнению с кристаллом	Снижает механическое напряжение между кремнием и органической подложкой.	ТМА (Термомеханический анализ)	Расслоение или усталость паяных шариков со временем.
Контроль импеданса	42.5Ω / 85Ω ± 5%	Соответствует требованиям PHY чиплета для минимизации отражений.	TDR (Рефлектометрия во временной области)	Отражения сигнала, закрытие глазковой диаграммы.

Этапы реализации печатных плат с мостовыми чиплетами для центров обработки данных (контрольные точки процесса)

Внедрение мостовой печатной платы Chiplet для центров обработки данных включает сложное взаимодействие между изготовлением подложки и передовой упаковкой. Выполните следующие шаги, чтобы гарантировать сохранение проектного замысла при производстве.

1. Определение стека и материалов

   • Действие: Выберите бескорпусную или тонкослойную структуру наращивания с использованием ABF (Ajinomoto Build-up Film) или высокоскоростных препрегов, таких как материалы Megtron PCB.
   • Параметр: КТР (Коэффициент Теплового Расширения) должен быть настроен в соответствии с кремниевым кристаллом (приблизительно 3-4 ppm/°C).
   • Проверка: Смоделируйте деформацию стека по всему профилю оплавления.

2. Формирование полостей для моста (если встроено)

   • Действие: Создайте полости в материале сердечника для размещения кремниевого моста (например, EMIB) или органического моста.
   • Параметр: Допуск глубины полости ±10µm.
   • Проверка: Лазерное измерение глубины для обеспечения компланарности моста с верхним слоем.

3. Формирование тонкопроводящего рисунка

   • Действие: Используйте полуаддитивный процесс (SAP) или модифицированный SAP (mSAP) для слоев, требующих ширины трассы <15µm.
   • Параметр: Коэффициент травления > 3,0 для вертикальных боковых стенок.
   • Проверка: АОИ (Автоматическая Оптическая Инспекция) с разрешением 1µm для обнаружения коротких замыканий/обрывов.

4. Формирование и металлизация микроотверстий

   • Действие: Лазерное сверление глухих микроотверстий и заполнение их меднением.
   • Параметр: Соотношение сторон < 0,8:1 для надежного заполнения.

• Проверка: Анализ поперечного сечения для проверки отсутствия пустот в заполнении переходных отверстий.

5. Нанесение финишного покрытия

   • Действие: Нанесение ENEPIG или специализированного OSP, разработанного для монтажа флип-чипов с малым шагом.
   • Параметр: Толщина никеля 3-5 мкм, толщина золота 0.05-0.15 мкм.
   • Проверка: Измерение РФА на тестовых купонах.

6. Электрическое тестирование и окончательная проверка

   • Действие: Выполнение тестирования летающим зондом или специализированным приспособлением на непрерывность.
   • Параметр: Сопротивление изоляции > 100 МОм.
   • Проверка: 4-проводной тест Кельвина для критических шин питания для обнаружения переходных отверстий с высоким сопротивлением.

Устранение неполадок печатных плат мостов чиплетов для центров обработки данных (режимы отказов и исправления)

Дефекты в подложках чиплетов дорогостоящи из-за высокой стоимости задействованных компонентов. Используйте это руководство для диагностики и устранения распространенных проблем.

1. Симптом: Дефекты типа "голова-в-подушке" (HiP)

• Причина: Чрезмерная деформация подложки во время оплавления приводит к отделению шарика от контактной площадки, а затем к повторному соединению при охлаждении, без слияния.
• Проверка: Проведите термический теневой муар для картирования деформации при 240°C.
• Исправление: Отрегулируйте стек печатной платы для балансировки плотности меди; используйте более жесткий носитель во время сборки.
• Предотвращение: Используйте материалы сердечника с более низким КТР и балансируйте процентное содержание меди на верхнем/нижнем слоях.

2. Симптом: Потеря целостности сигнала (закрытие глаза)

• Причина: Шероховатая медная поверхность (скин-эффект) или неверное предположение о диэлектрической проницаемости (Dk).
• Проверка: Проверить шероховатость поверхности (Rz) медной фольги; измерить фактические Dk/Df партии.
• Устранение: Переключиться на медную фольгу HVLP (Hyper Very Low Profile).
• Предотвращение: Указать шероховатость фольги < 2 мкм в производственных примечаниях.

3. Симптом: Растрескивание микроотверстий (микровиа)

• Причина: Расширение диэлектрика по оси Z оказывает напряжение на медный цилиндр во время термоциклирования.
• Проверка: Провести испытание на термошок (от -55°C до 125°C) с последующим измерением сопротивления.
• Устранение: Увеличить пластичность медного покрытия или уменьшить КТР диэлектрика.
• Предотвращение: Использовать стекированные переходные отверстия только при необходимости; смещенные переходные отверстия механически более прочные.

4. Симптом: Деламинация мостового кристалла

• Причина: Плохая адгезия между формовочным компаундом/андерфиллом и поверхностью мостового кристалла, или проникновение влаги.
• Проверка: Сканирующая акустическая микроскопия (C-SAM) для визуализации пустот.
• Устранение: Прокаливать подложки для удаления влаги перед сборкой; оптимизировать параметры плазменной очистки.
• Предотвращение: Внедрить строгий контроль уровня чувствительности к влаге (MSL).

5. Симптом: Обрывы цепи в области моста

• Причина: Несоосность слоев литографии из-за масштабирования материала (усадка/расширение) во время обработки.
• Проверка: Измерить точность совмещения с использованием нониусных узоров на краю панели.
• Устранение: Применить динамические коэффициенты масштабирования в данных LDI (Laser Direct Imaging) на основе измерений панели.
• Предотвращение: Используйте LDI для всех слоев с малым шагом для компенсации движения материала.

Как выбрать мостовую печатную плату для чиплета центра обработки данных (проектные решения и компромиссы)

При определении стратегии вашей мостовой печатной платы для чиплета центра обработки данных вы столкнетесь с несколькими компромиссами между производительностью, стоимостью и технологичностью.

Органический субстрат против кремниевого интерпозера

• Кремниевый интерпозер (2.5D): Предлагает самую высокую плотность (L/S < 1µm), но чрезвычайно дорог и ограничен размером фотошаблона. Лучше всего подходит для сверхвысокопроизводительных чипов для обучения ИИ.
• Органический субстрат (с мостом): Предлагает баланс. Субстрат печатной платы обрабатывает питание и низкоскоростные сигналы, в то время как встроенные мосты обрабатывают высокоплотные межкристальные соединения. Это более экономично и позволяет использовать большие размеры корпусов, чем кремниевые интерпозеры.

Встроенный мост против Fan-Out RDL

• Встроенный мост: Обеспечивает локализованную маршрутизацию высокой плотности только там, где это необходимо (например, между ЦП и HBM). Стоимость ниже, чем у полноплощадного интерпозера, но требуется сложное производство полостей.
• Fan-Out RDL: Использует слои перераспределения, построенные непосредственно на формовочной массе. Хорошо подходит для меньшего количества входов/выходов, но может испытывать трудности с термическими и механическими нагрузками больших чипов для центров обработки данных.

Стоимость против сроков выполнения

• Стандартная HDI: Если ваши межсоединения чиплетов могут выдерживать шаг >20µm, стандартные процессы HDI PCB быстрее (3-4 недели) и дешевле.
• Усовершенствованный субстрат (mSAP): Для шага <10 мкм сроки выполнения увеличиваются до 8-12 недель из-за специализированного оборудования и проблем с выходом годных изделий. APTPCB рекомендует рано приступать к DFM-анализу для фиксации стекапов и материалов.

Часто задаваемые вопросы о печатных платах с чиплетными мостами для центров обработки данных (стоимость, сроки выполнения, распространенные дефекты, критерии приемки, DFM-файлы)

1. Каков типичный срок выполнения прототипа печатной платы с чиплетным мостом для центра обработки данных? Из-за сложности обработки mSAP и слоев наращивания сроки выполнения обычно составляют от 6 до 10 недель. Ускоренные услуги могут быть доступны, но зависят от наличия материалов.

2. Как стоимость соотносится со стандартными серверными печатными платами? Ожидайте, что стоимость будет в 5-10 раз выше на единицу площади по сравнению со стандартными 12-слойными серверными платами. Стоимость обусловлена материалами ABF, лазерной обработкой и потерями выхода из-за требований к мелкому шагу.

3. Какие конкретные файлы необходимы для DFM-анализа? Помимо стандартных файлов Gerber, нам требуются данные ODB++ или IPC-2581, подробный чертеж стекапа с требованиями к импедансу и список цепей для тестирования IPC-D-356. Для встроенных мостов критически важны 3D-файлы STEP сборки.

4. Можете ли вы производить подложки со встроенными кремниевыми мостами? Да, но это требует процесса "Cavity PCB" (печатной платы с полостью). Конструкция должна строго определять размеры и допуски полости. Мы рекомендуем ознакомиться с нашими рекомендациями по сборке BGA/Fine Pitch для последующих соображений по сборке. 5. Какой минимальный шаг бампов поддерживается? Для органических подложек мы обычно поддерживаем шаг бампов до 130 мкм на основной плате и более мелкие шаги (до 55 мкм или менее) на специализированных слоях подложки, в зависимости от выбранного технологического узла.

6. Как вы проверяете надежность мостовых межсоединений? Мы используем комбинацию тестирования электрической непрерывности (летающий зонд) и купонов надежности на краю панели, которые подвергаются термошоковым и стрессовым испытаниям для подтверждения качества партии.

7. Какие материалы лучше всего подходят для обеспечения целостности сигнала 112G PAM4? Мы рекомендуем материалы со сверхнизкими потерями, такие как Panasonic Megtron 7 или 8, или AGC Tachyon. Эти материалы обеспечивают стабильный Dk и низкий Df, необходимые для высокоскоростных соединений центров обработки данных.

8. Как контролируется коробление для корпусов больших размеров (например, 100 мм x 100 мм)? Мы используем материалы сердечника с низким CTE и балансируем распределение меди на каждом слое. Мы также применяем усилители в процессе производства для поддержания плоскостности.

9. Каковы критерии приемки для травления тонких линий? Для трасс <15 мкм мы допускаем нулевое количество дефектов обрыва/короткого замыкания. Допуск на ширину линии обычно составляет ±10-15%. Любой надрез или выступ, превышающий 20% ширины трассы, является причиной для отбраковки.

10. Поддерживаете ли вы конструкции Co-Packaged Optics (CPO)? Да, конструкции CPO часто используют аналогичные архитектуры мостов чиплетов. Управление температурным режимом и функции выравнивания оптического волокна должны быть спроектированы совместно с топологией печатной платы.

Ресурсы для мостовых печатных плат чиплетов центров обработки данных (связанные страницы и инструменты)

• Возможности HDI PCB: Изучите технологии микропереходов и тонких линий, которые формируют основу чиплетных подложек.
• Печатные платы для серверов центров обработки данных: Ознакомьтесь с более широкими требованиями к серверным материнским платам, на которых размещаются эти передовые корпуса.
• Материалы для печатных плат Megtron: Подробные характеристики низкопотерьных ламинатов, необходимых для обеспечения целостности высокоскоростного сигнала.
• Монтаж BGA и с малым шагом: Узнайте о проблемах и решениях монтажа компонентов с малым шагом.

Глоссарий по мостовым печатным платам чиплетов центров обработки данных (ключевые термины)

Термин	Определение
Чиплет	Меньший модульный кристалл (интегральная схема), разработанный для объединения с другими чиплетами с целью формирования более крупной сложной системы.
Интерпозер	Электрический интерфейс, обеспечивающий маршрутизацию между одним сокетом или соединением и другим, часто используемый для распределения соединений с малым шагом на более широкий шаг.
mSAP (Модифицированный полуаддитивный процесс)	Метод производства печатных плат, используемый для создания очень тонких дорожек (<20 мкм) путем нанесения меди на тонкий затравочный слой, а не путем ее травления.
ABF (Пленка Ajinomoto Build-up)	Доминирующий изоляционный материал, используемый в высококачественных подложках ИС благодаря его превосходной плоскостности и возможности лазерного сверления.
Bump Pitch	Расстояние от центра до центра между соседними паяными шариками на кристалле или корпусе.
CTE (Коэффициент теплового расширения)	Мера того, насколько материал расширяется при нагревании. Несоответствия в CTE являются основной причиной отказов надежности.
TSV (Through-Silicon Via)	Вертикальное электрическое соединение (переходное отверстие), проходящее полностью через кремниевую пластину или кристалл.
RDL (Redistribution Layer)	Дополнительный металлический слой на чипе или интерпозере, который перенаправляет контактные площадки ввода/вывода в различные места.
UBM (Under Bump Metallization)	Стек металлических слоев, нанесенных на контактные площадки чипа для обеспечения пайки шариков.
LDI (Laser Direct Imaging)	Метод формирования изображений схем непосредственно на фоторезисте печатной платы с использованием лазера, предлагающий более высокую точность, чем традиционная фотолитография.

Запросить коммерческое предложение на мостовые печатные платы для чиплетов центров обработки данных (анализ DFM + ценообразование)

Готовы запустить ваш высокопроизводительный дизайн в производство? APTPCB предоставляет специализированные DFM-анализы для передовых чиплетных подложек и межсоединений центров обработки данных.

Для получения точного коммерческого предложения и инженерной оценки, пожалуйста, предоставьте:

1. Файлы Gerber/ODB++: Полный набор данных, включая все сигнальные и планарные слои.
2. Чертеж стека слоев: Укажите материалы (например, Megtron 7, ABF), количество слоев и целевые значения импеданса.
3. Таблица сверления: Определите глухие, скрытые и сквозные переходные отверстия с соотношением сторон.
4. Сетевой список (Netlist): Для электрической проверки.
5. Объем и сроки: Количество прототипов и целевая дата наращивания производства.

Заключение: следующие шаги для мостовых печатных плат с чиплетами для центров обработки данных

Успешное развертывание мостовой печатной платы с чиплетами для центров обработки данных требует перехода от традиционного проектирования печатных плат к подходу совместного проектирования, включающему кремний, корпус и плату. Соблюдая строгие правила в отношении плоскостности, выбора материалов и трассировки тонких линий, вы можете достичь пропускной способности и тепловых характеристик, необходимых для рабочих нагрузок ИИ и серверов следующего поколения. Убедитесь, что ваш производственный партнер способен выполнять обработку mSAP и расширенные испытания на надежность, чтобы минимизировать риски при таких дорогостоящих развертываниях.

Related links

• печатных плат для серверов и центров обработки данных
• Megtron PCB
• HDI PCB
• сборке BGA/Fine Pitch