Проектирование межсоединительной платы EMIB: Спецификации, правила и контрольный список DFM

Проектирование межсоединительной платы EMIB: краткий ответ (30 секунд)

Проектирование межсоединительной платы для приложений EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) требует строгого соблюдения стандартов высокоплотной интеграции (HDI) и протоколов терморегулирования.

Ширина/зазор трассы: Должна поддерживать сверхтонкую трассировку, обычно требуя ширину/зазор линии (L/S) менее 10/10 мкм для подложек или 40/40 мкм для основного интерфейса печатной платы.
Выбор материала: Используйте материалы со сверхнизкими потерями (например, Megtron 7 или специализированные пленки ABF) для минимизации затухания сигнала на высоких скоростях.
Контроль коробления: Поддерживайте плоскостность платы в пределах <0,1% (по диагонали), чтобы предотвратить растрескивание моста или отсоединения контактов во время оплавления.
Надежность микропереходов: Соотношения сторон не должны превышать 0,8:1 для глухих переходных отверстий, чтобы обеспечить полное покрытие металлизацией и структурную целостность.
Терморегулирование: Включайте плотные массивы тепловых переходных отверстий или медные монеты, так как корпуса EMIB генерируют значительное локализованное тепло.
Контроль импеданса: Требуется строгий допуск ±5% для дифференциальных пар, проходящих через интерфейс моста.

Когда применяется (и когда не применяется) проектирование межсоединительной платы EMIB

Понимание того, когда использовать архитектуру межсоединений в стиле EMIB по сравнению со стандартной упаковкой, имеет решающее значение для оптимизации затрат и производительности.

Когда следует использовать проектирование межсоединительной платы EMIB:

Гетерогенная интеграция: При объединении кристаллов из разных технологических узлов (например, 10-нм ЦП + 28-нм SerDes) в одном корпусе.
Память с высокой пропускной способностью (HBM): Когда приложения требуют массивной пропускной способности данных между процессором и стеками памяти.
Ограничения по пространству: Когда высота по оси Z должна быть минимизирована, поскольку EMIB устраняет необходимость в полном кремниевом интерпозере.
Требования к целостности сигнала: При маршрутизации сигналов на короткие расстояния с меньшей задержкой, чем могут обеспечить стандартные органические подложки.

Когда НЕ следует использовать:

Недорогая бытовая электроника: Стоимость изготовления и сложность превышают бюджет для стандартных устройств IoT или мобильных устройств.
Низкое количество входов/выходов: Если стандартное проволочное соединение или флип-чип BGA могут справиться с количеством контактов, EMIB является избыточным.
Чрезвычайно высокая мощность: Хотя EMIB хорошо справляется с отводом тепла, для мощных ASIC все еще могут потребоваться полные кремниевые интерпозеры или решения для жидкостного охлаждения, не присущие самой конструкции платы.
Быстрое прототипирование: Время выполнения заказа на EMIB-совместимые подложки и оснастку значительно дольше, чем для стандартных жестких печатных плат.

Правила и спецификации проектирования межсоединительных плат EMIB (ключевые параметры и ограничения)

Успешное проектирование межсоединительных плат EMIB основано на точных спецификациях. Отклонение от этих значений часто приводит к потере выхода годных изделий во время сборки.

Категория правила	Рекомендуемое значение/диапазон	Почему это важно	Как проверить	Если проигнорировано
Ширина/Зазор дорожки (L/S)	5µm/5µm (Подложка) 40µm/40µm (Печатная плата)	Необходимо для трассировки высокоплотных входов/выходов от моста.	AOI (Автоматический оптический контроль)	Короткие замыкания или невозможность трассировки всех сигналов.
Диаметр микроперехода	50µm - 75µm	Позволяет создавать вертикальные межсоединения высокой плотности (HDI).	Анализ поперечного сечения	Усталость переходных отверстий или обрывы цепей при термоциклировании.
Диэлектрическая проницаемость (Dk)	< 3.0 @ 10GHz	Уменьшает задержку распространения сигнала и перекрестные помехи.	TDR (Рефлектометрия во временной области)	Деградация целостности сигнала и ошибки синхронизации.
Коэффициент рассеяния (Df)	< 0.002 @ 10GHz	Минимизирует потери сигнала (вносимые потери) на расстоянии.	VNA (Векторный анализатор цепей)	Чрезмерное затухание; сбой передачи данных.
Толщина меди	12µm - 18µm (0.3oz - 0.5oz)	Балансирует токонесущую способность с возможностью травления тонких линий.	Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА)	Перетравливание (обрывы дорожек) или недотравливание (короткие замыкания).
Открытие паяльной маски	1:1 с контактной площадкой или NSMD	Обеспечивает правильную посадку шариков и растекание подзаливки.	AOI / Микроскоп	Паяльные мосты или низкая надежность соединения.
Коробление / Плоскостность	< 0.1% (По диагонали)	Критично для выравнивания моста и кристаллов во время сборки.	Теневая муаровая интерферометрия	Несоосность компонентов, холодные паяные соединения или растрескивание кристалла.
Допуск импеданса	85Ω / 100Ω ± 5%	Соответствует импедансу драйвера/приемника для предотвращения отражений.	Тест импедансного купона	Отражение сигнала, джиттер и повреждение данных.
Покрытие контактных площадок	ENEPIG или SOP	Обеспечивает плоскую, пригодную для бондинга поверхность для выводов с малым шагом.	XRF / SEM	Плохое смачивание или дефекты "черной площадки".
Шаг тепловых переходных отверстий	0.3mm - 0.5mm	Максимизирует отвод тепла от встроенного моста.	Проверка файла сверления	Перегрев, троттлинг или отказ устройства.

Этапы реализации проекта межсоединительной платы EMIB (контрольные точки процесса)

Реализация проекта межсоединительной платы EMIB включает строгий рабочий процесс для обеспечения того, чтобы органический субстрат или печатная плата могли поддерживать технологию встроенного моста.

Определение архитектуры и стека слоев:
- Действие: Определите количество слоев и стек материалов.
- Параметр: Выберите высокоскоростные материалы (например, материалы Megtron), совместимые с несколькими циклами ламинирования.
- Проверка: Проверьте соответствие КТР (коэффициента теплового расширения) между слоями.
Планирование полости моста:
- Действие: Разработайте полость или углубление, куда будет встроен кремниевый мост (если применимо), или определите посадочный шаблон для корпуса EMIB.
- Параметр: Допуск глубины полости ±10µm.
- Проверка: Обеспечьте зазор для адгезива для крепления кристалла.
Стратегия разводки Fan-Out:

Action: Маршрутизировать сигналы от выступов моста с малым шагом к более грубым слоям печатной платы.
- Parameter: Использовать смещенные микропереходы для экономии места.
- Check: Подтвердить отсутствие острых углов в высокоскоростных трассах.

Анализ целостности питания (PI):
- Action: Моделировать падение напряжения (IR-падение) в сети распределения питания.
- Parameter: Цель: падение постоянного напряжения < 5% на нагрузке.
- Check: Проверить достаточность размещения развязывающих конденсаторов рядом с интерфейсом моста.
Моделирование целостности сигнала (SI):
- Action: Моделировать вносимые потери и обратные потери для критических высокоскоростных линий.
- Parameter: Обратные потери < -10 дБ до частоты Найквиста.
- Check: Отрегулировать геометрию трассы, если целевые значения импеданса не достигнуты.
Моделирование теплового напряжения:
- Action: Моделировать путь рассеивания тепла через плату.
- Parameter: Максимальная температура перехода (Tj) < 105°C (или специфический предел кристалла).
- Check: Добавить медные монеты или массивы тепловых переходных отверстий, если существуют горячие точки.
Обзор DFM (проектирование для производства):
- Action: Отправить файлы Gerber в APTPCB для проверки технологичности.
- Parameter: Мин. ширина трассы/зазор, соотношения сторон и осколки маски.
- Check: Устранить все флаги DFM до выпуска в производство.
Изготовление и тестирование:
- Action: Изготовить голую плату с использованием передовых методов производства печатных плат.

Параметр: 100% электрическое тестирование (летающий пробник).
Проверка: Валидация импедансных купонов и физических размеров.

Устранение неполадок при проектировании межсоединительных плат EMIB (режимы отказов и исправления)

Даже при надежной конструкции проблемы могут возникнуть во время изготовления или сборки. Вот как устранять распространенные отказы межсоединительных плат EMIB.

1. Симптом: Обрывы цепи в микропереходах (Microvias)

Причина: Неполное покрытие из-за высокого соотношения сторон или застрявших частиц; несоответствие теплового расширения, вызывающее трещины в бочке.
Проверка: Анализ поперечного сечения (SEM) неисправного переходного отверстия.
Исправление: Уменьшить соотношение сторон до <0,8:1; перейти на медные заполненные стекированные переходные отверстия.
Предотвращение: Использовать материалы с более низким коэффициентом теплового расширения (КТР) по оси Z.

2. Симптом: Деформация платы во время оплавления

Причина: Несбалансированное распределение меди или асимметричная структура слоев; неправильная температура стеклования (Tg) материала.
Проверка: Измерение методом теневого муара при комнатной температуре по сравнению с температурой оплавления.
Исправление: Сбалансировать площадь меди на верхних/нижних слоях; использовать фиктивную медную сетку (thieving).
Предотвращение: Моделировать изгиб структуры слоев перед трассировкой; использовать материалы с высоким Tg.

3. Симптом: Потеря целостности сигнала (высокий BER)

Причина: Несоответствие импеданса на переходе мост-печатная плата; эффект плетения волокон.
Проверка: Измерение TDR; осмотр типа стекловолокна.
Исправление: Обратное сверление заглушек (back-drill stubs); использовать "расширенное стекло" (spread glass) или повернуть трассировку на 10 градусов.
Предотвращение: Указать ткань из расширенного стекла (например, 1067/1086) в производственных примечаниях. 4. Симптом: Пайка мостиком под компонентами с малым шагом
Причина: Ошибка регистрации паяльной маски или чрезмерная апертура трафарета.
Проверка: Осмотреть выравнивание паяльной маски; проверить толщину трафарета.
Исправление: Усилить перемычки паяльной маски; уменьшить площадь апертуры трафарета на 10-15%.
Предотвращение: Использовать прямое лазерное изображение (LDI) для нанесения паяльной маски.

5. Симптом: Расслоение слоев

Причина: Поглощение влаги или плохое сцепление между смолой и медью.
Проверка: C-SAM (сканирующая акустическая микроскопия) для обнаружения пустот.
Исправление: Пропекать платы перед сборкой; улучшить обработку оксида на внутренних слоях.
Предотвращение: Хранить платы в вакуумных пакетах с осушителем; выбрать высоконадежный бондплей.

6. Симптом: "Черная площадка" или несмачивание

Причина: Коррозия никелевого слоя в покрытиях ENIG/ENEPIG.
Проверка: SEM/EDX анализ поверхности контактной площадки.
Исправление: Строго контролировать химию иммерсионной золотой ванны.
Предотвращение: Проводить аудит процесса финишной обработки поверхности; рассмотреть OSP, если позволяет срок годности.

Как выбрать дизайн платы межсоединений EMIB (проектные решения и компромиссы)

Выбор правильной стратегии межсоединений включает сравнение дизайна платы межсоединений EMIB с альтернативными технологиями упаковки, такими как кремниевые интерпозеры (2.5D) или стандартная упаковка на уровне пластины с разводкой (FOWLP).

EMIB против кремниевого интерпозера

Стоимость: EMIB обычно дешевле, поскольку использует небольшой кремниевый мост только там, где это необходимо, а не большой, дорогой кремниевый интерпозерный ретикул.
Производительность: Кремниевые интерпозеры предлагают немного более высокую плотность для массивной трассировки, но EMIB обеспечивает лучшую электрическую производительность для конкретных высокоскоростных соединений благодаря более коротким путям.
Сложность: EMIB требует сложного производства органических подложек. Если ваш производитель не может обрабатывать элементы размером <10 мкм, кремниевый интерпозер может быть более безопасным (хотя и более дорогим) вариантом.

EMIB vs. Standard HDI PCB:

Плотность: Стандартная технология HDI PCB обычно ограничивает L/S до ~40 мкм. Подложки EMIB снижают это значение до <10 мкм локально.
Применение: Используйте стандартные HDI для основной платы. Используйте EMIB-совместимые подложки для самого корпуса.
Тепловые характеристики: Структуры EMIB концентрируют тепло. Стандартные HDI распределяют его более равномерно, но не могут поддерживать такую пропускную способность.

Рамки принятия решений:

Требования к пропускной способности: Если >500 Гбит/с между кристаллами, выберите EMIB или интерпозер.
Чувствительность к стоимости: Если бюджет ограничен, но производительность является ключевой, EMIB — это победитель "золотой середины".
Цепочка поставок: Убедитесь, что ваш поставщик печатных плат/подложек (например, APTPCB) имеет современное оборудование для тонколинейной литографии и лазерного сверления.

Часто задаваемые вопросы по проектированию межсоединительных плат EMIB (стоимость, сроки выполнения, распространенные дефекты, критерии приемки, файлы DFM)

1. Что является типичным фактором стоимости при проектировании плат межсоединений EMIB? Основными факторами стоимости являются количество слоев (часто 10+ слоев), использование передовых материалов с низкими потерями (таких как ABF или Megtron) и потери выхода, связанные с травлением ультратонких линий. Ожидайте, что затраты будут в 3-5 раз выше, чем для стандартных плат FR4 HDI.

2. Каково время выполнения заказа на производство EMIB-совместимых подложек? Из-за сложности последовательного ламинирования и точного формирования изображения, время выполнения заказа обычно составляет от 4 до 8 недель для прототипов. Стандартные печатные платы могут занимать 1-2 недели, но высокая плотность EMIB-подложек требует дополнительного времени на обработку.

3. Какие материалы лучше всего подходят для проектирования плат межсоединений EMIB? Пленка Ajinomoto Build-up Film (ABF) является отраслевым стандартом для слоев наращивания благодаря своей плоскостности и возможности формирования тонких линий. Для ядра рекомендуются материалы с высоким Tg, такие как Megtron 7 или Tachyon 100G, чтобы соответствовать требованиям к электрическим характеристикам.

4. Как тестировать плату межсоединений EMIB? Тестирование требует специализированного оборудования. Стандартное тестирование на ложе из игл часто невозможно из-за плотности шага. Тестирование летающим зондом используется для прототипов, в то время как специализированная автоматизированная оптическая инспекция (АОИ) и бесконтактное тестирование непрерывности используются для серийного производства.

5. Каковы критерии приемки плоскостности плат EMIB? Промышленный стандарт (JEDEC) обычно требует, чтобы деформация была менее 0,1% от диагонального размера при комнатной температуре и во время профиля оплавления. Превышение этого значения приводит к дефектам типа "голова в подушке" или растрескиванию моста.

6. Какие файлы необходимы для анализа DFM дизайна EMIB? Вы должны предоставить файлы ODB++ или Gerber X2, подробный чертеж стека, указывающий типы материалов и толщины диэлектриков, нетлист (IPC-356) для проверки электрическим тестированием и чертеж сверления, определяющий структуры глухих/скрытых переходных отверстий.

7. Может ли APTPCB производить сам кремниевый мост? Нет, APTPCB (APTPCB PCB Factory) специализируется на органических подложках высокой плотности и основной печатной плате, на которой размещается корпус. Кремниевый мост производится полупроводниковыми фабриками. Мы занимаемся интеграцией на уровне платы и изготовлением подложки.

8. Как дизайн EMIB влияет на терморегулирование? Локализованный кремниевый мост создает высокую плотность теплового потока. Дизайн платы должен включать оптимизированные тепловые пути, такие как переходные отверстия, заполненные медью, непосредственно под областью моста, для передачи тепла системному радиатору или внутренним земляным плоскостям.

9. Каков минимальный шаг микропереходных отверстий для этих дизайнов? Для органической подложки, поддерживающей EMIB, шаг микропереходных отверстий может составлять всего 80-100 мкм. На интерфейсе основной печатной платы для разводки BGA обычно используется шаг 0,4 мм или 0,35 мм.

10. Как предотвратить неоднородности импеданса на интерфейсе моста? Поддерживайте непрерывную опорную плоскость (землю) под высокоскоростными сигналами, входящими в область моста. Избегайте пересечения разделенных плоскостей и убедитесь, что переход от трассы печатной платы к контактной площадке корпуса смоделирован в 3D-полевых решателях.

Ресурсы для проектирования межсоединительных плат EMIB (связанные страницы и инструменты)

Возможности HDI PCB: Изучите технологии межсоединений высокой плотности, необходимые для поддержки EMIB.
Передовое производство печатных плат: Узнайте о процессах тонкопленочного травления и лазерного сверления.
Материалы для печатных плат Megtron: Спецификации для материалов с низкими потерями, используемых в высокоскоростных конструкциях.
Калькулятор импеданса: Проверьте ширину и расстояние между трассами для контролируемого импеданса.
Рекомендации DFM: Общие правила проектирования для обеспечения технологичности.

Глоссарий по проектированию межсоединительных плат EMIB (ключевые термины)

Термин	Определение
EMIB	Embedded Multi-die Interconnect Bridge; технология упаковки 2.5D, использующая кремниевый мост.
Подложка	Органическая плата (часто на основе ABF), которая обеспечивает интерфейс между кремниевыми кристаллами и основной печатной платой.
Микропереход	Отверстие, просверленное лазером (обычно <150 мкм), соединяющее соседние слои в платах HDI.
RDL	Слой перераспределения; металлические слои, которые направляют сигналы от контактных площадок кристалла к контактным площадкам подложки.
TSV	Сквозное кремниевое отверстие; вертикальное соединение, полностью проходящее через кремниевую пластину (используется в интерпозерах, реже в EMIB).
CTE	Коэффициент теплового расширения; скорость, с которой материал расширяется при нагревании. Несоответствие вызывает коробление.
Underfill	Заполнение под кристаллом; эпоксидный материал, вводимый под кристалл/мост для распределения механических напряжений и защиты контактных площадок.
Bump Pitch	Шаг контактных площадок; расстояние от центра до центра между соседними паяными контактными площадками или пэдами.
L/S	Линия/Промежуток; ширина трассы и зазор до следующей трассы (например, 5/5 мкм).
SerDes	Сериализатор/Десериализатор; высокоскоростные функциональные блоки, часто соединяемые через мосты EMIB.
Interposer	Интерпозер; электрический интерфейс, маршрутизирующий между одним разъемом или соединением и другим (кремниевым или органическим).
Warpage	Коробление; искажение плоскостности платы, критичное при сборке больших корпусов.

Запросить коммерческое предложение на проектирование межсоединительной платы EMIB

Готовы перевести ваш высокоплотный дизайн из концепции в производство? APTPCB предоставляет комплексные обзоры DFM и прецизионное производство для передовых межсоединительных плат.

Чтобы получить точное коммерческое предложение и анализ DFM, пожалуйста, подготовьте:

Файлы Gerber RS-274X или ODB++: Полные данные слоев.
Чертеж стека: Укажите материал (например, Megtron 7, ABF), вес меди и толщину диэлектрика.
Файлы сверления: Определите глухие, скрытые и сквозные переходные отверстия.
Требования к импедансу: Перечислите целевой импеданс и опорные слои.
Объем и сроки выполнения: Количество прототипов по сравнению с целями массового производства.

Получите обзор DFM и коммерческое предложение сейчас

Заключение: Следующие шаги в проектировании межсоединительных плат EMIB

Освоение проектирования межсоединительных плат EMIB требует перехода от стандартных правил печатных плат к точности, подобной полупроводниковой. Строго контролируя геометрию трасс, выбирая материалы со сверхнизкими потерями и управляя термической деформацией, вы сможете успешно развертывать высокопроизводительные гетерогенные корпуса. Независимо от того, прототипируете ли вы новый ускоритель ИИ или высокоскоростной сетевой модуль, соблюдение этих спецификаций гарантирует, что ваш дизайн будет технологичным и надежным.