Инженеры, разрабатывающие пакеты гетерогенной интеграции, часто сталкиваются с критическим узким местом: поиском прототипов соединительных плат EMIB малого объема без обязательств по массовому производству. В отличие от стандартных печатных плат, подложки Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) требуют точного формирования полостей, экстремального контроля плоскостности и передовой обработки материалов для поддержки кремниевого моста, соединяющего несколько кристаллов.
В APTPCB (APTPCB PCB Factory) мы понимаем, что переход от моделирования к физическому оборудованию требует гибких производственных возможностей. Это руководство охватывает основные спецификации, этапы процесса и протоколы устранения неполадок для успешного изготовления EMIB-совместимых подложек небольшими партиями. Независимо от того, проверяете ли вы архитектуру чиплета или тестируете новую высокопроизводительную вычислительную (HPC) конструкцию, эти правила помогут вам разобраться в сложностях современных упаковочных подложек.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) малого объема: краткий ответ (30 секунд)
Для инженеров, которым нужна быстрая проверка осуществимости, вот основные реалии производства соединительных плат EMIB малого объема:
- Точность полости не подлежит обсуждению: Подложка должна иметь полость для кремниевого моста с допусками по глубине, обычно в пределах ±10 мкм до ±15 мкм, для обеспечения планарного размещения кристалла.
- Выбор материалов определяет стоимость: Низкопотерные материалы, такие как ABF (Ajinomoto Build-up Film) или высококачественный BT (Bismaleimide Triazine), являются стандартом; стандартный FR4 редко достаточен для обеспечения целостности сигнала, требуемой мостовым интерфейсом.
- НИОКР выше, чем для стандартного HDI: Даже для малых объемов затраты на невозвратные инженерные работы (NRE) значительны из-за лазерного программирования полостей и специализированных приспособлений для ламинирования.
- Маркеры выравнивания критически важны: Вы должны включить специальные реперные точки вокруг полости моста, чтобы оборудование для сборки (и системы визуализации производителя печатных плат) могли выравнивать слои с точностью менее 5 мкм.
- Контроль коробления: Подложка должна сохранять плоскостность (копланарность) менее 0,1% по всей площади корпуса, чтобы предотвратить растрескивание моста во время оплавления.
- Срок выполнения: Ожидайте от 4 до 6 недель для прототипов соединительных плат EMIB малого объема из-за требуемых последовательных этапов ламинирования и проверки.
Когда применяется (и когда не применяется)Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) малого объема
Понимание того, когда использовать архитектуру встроенного моста по сравнению со стандартным интерпозером или органической подложкой, имеет решающее значение для успеха проекта.
Когда использовать соединительную плату EMIB малого объема
- Прототипирование гетерогенной интеграции: При объединении кристаллов из разных технологических узлов (например, 5-нм ЦП с 14-нм кристаллом ввода-вывода) и необходимости физической проверки производительности межсоединений.
- Тестирование памяти с высокой пропускной способностью (HBM): Когда ваш дизайн требует чрезвычайно плотной трассировки между процессором и стеками HBM, которая превышает возможности стандартной технологии HDI PCB.
- Высокая производительность с учетом стоимости: Когда полный кремниевый интерпозер (2.5D) слишком дорог для применения, и вы хотите проверить экономическую эффективность мостового подхода в малом масштабе.
- Ограничения форм-фактора: Когда высота по оси Z должна быть минимизирована, и встраивание межсоединительного моста в подложку помогает уменьшить общий профиль корпуса.
Когда НЕ следует использовать
- Простая связь между кристаллами: Если стандартная трассировка на органической подложке (RDL) может обрабатывать скорости передачи данных, EMIB добавляет ненужные затраты и сложность.
- Сверхбюджетные потребительские товары: Этапы производства для создания полостей и встраивания моста, как правило, слишком дороги для одноразовой бытовой электроники.
- Быстрое выполнение за 24 часа: Сложность изготовления межсоединительных плат EMIB малого объема препятствует достижению "быстрых" скоростей, типичных для стандартных жестких плат.
- Конструкции с большими допусками: Если ваш дизайн не может выдерживать строгие правила проектирования относительно запретных зон и соотношений сторон микропереходов, выход годных изделий будет близок к нулю.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) малого объема (ключевые параметры и ограничения)
Для обеспечения технологичности ваши проектные данные должны соответствовать строгим параметрам. В следующей таблице изложены критические правила для изготовления соединительных плат EMIB малого объема.
| Категория правила | Рекомендуемое значение/диапазон | Почему это важно | Как проверить | В случае игнорирования |
|---|---|---|---|---|
| Допуск глубины полости | ±10µm до ±15µm | Гарантирует, что кремниевый мост плотно прилегает к поверхности подложки для успешного крепления кристалла. | Лазерная профилометрия или анализ поперечного сечения. | Мост выступает или проваливается, вызывая обрывы соединений или растрескивание кристалла. |
| Допуск полости по X/Y | ±30µm | Гарантирует, что мост входит в паз без смещения или напряжения. | АОИ (Автоматическая оптическая инспекция) и КИМ (Координатно-измерительная машина). | Мост не может быть вставлен или чрезмерно плавает во время сборки. |
| Диэлектрический материал | Низкий Dk/Df (например, ABF, Megtron 6/7) | Минимизирует потери сигнала для высокоскоростных сигналов, проходящих через мост. | Технический паспорт материала и тестирование импеданса. | Нарушение целостности сигнала на высоких частотах (25 Гбит/с+). |
| Ширина/зазор линии (L/S) | 15µm/15µm (RDL подложки) | Требуется для разводки выводов высокой плотности от моста. | РЭМ (Растровый электронный микроскоп) или АОИ высокого разрешения. | Короткие замыкания или невозможность развести все сигналы. |
| Соотношение сторон микроперехода | 0.8:1 до 1:1 | Обеспечивает надежное покрытие в малых глухих переходных отверстиях. | Анализ поперечного сечения образцов. | Неполное покрытие, приводящее к прерывистым обрывам цепи. |
| Отделка поверхности | ENEPIG или SOP (Solder on Pad) | Обеспечивает плоскую, пригодную для проволочного монтажа и пайки поверхность для сборки с малым шагом. | Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) для измерения толщины. | Низкая надежность соединения или дефекты "черной площадки". |
| Деформация (изгиб/скручивание) | < 0,1 % (Комнатная температура и оплавление) | Критично для сборки больших кристаллов и мостов. | Теневая муаровая интерферометрия. | Отказ сборки; кристаллы не будут контактировать со всеми выступами. |
| Точность совмещения | < 10µm (Слой к слою) | Обеспечивает соединение переходных отверстий с правильными контактными площадками внутренних слоев в плотных конструкциях. | Рентгеновская проверка выравнивания сверления. | Внутренние короткие замыкания или обрывы; бракованная плата. |
| Открытие паяльной маски | 1:1 или немного больше контактной площадки (NSMD) | Определяет область пайки для флип-чип выводов. | AOI. | Паяльные мосты или недостаточный объем припоя. |
| Толщина меди | 12µm до 18µm (Основа) | Более тонкая медь позволяет более тонко травить плотные линии. | Поперечное сечение. | Перетравливание или недотравливание тонких линий. |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) в малых объемах (контрольные точки процесса)
Изготовление этих плат требует модифицированного процесса по сравнению со стандартными печатными платами. Вот пошаговый процесс выполнения межсоединительной платы EMIB в малых объемах.
- Определение стека и материалов:
- Действие: Выберите основной материал с КТР (коэффициентом теплового расширения), максимально соответствующим кремнию (прибл. 3-5 ppm/°C), если возможно, или используйте высокомодульные органические материалы.
- Проверка: Проверить наличие материалов для небольших партий.
- Формирование внутренних слоев:
- Действие: Обработать внутренние слои с использованием полуаддитивных процессов (SAP) или модифицированных полуаддитивных процессов (mSAP) для достижения тонких ширин линий.
- Проверка: AOI-инспекция на наличие коротких замыканий/обрывов перед ламинированием.
- Формирование полости:
- Действие: Создать полость для моста с использованием CO2/УФ лазерной абляции или механической маршрутизации с контролируемой глубиной. Это самый критический шаг в производстве соединительных плат EMIB малого объема.
- Проверка: Измерить глубину полости в 5 точках (углы + центр) для обеспечения однородности.
- Цикл ламинирования:
- Действие: Ламинировать слои наращивания. Если мост встраивается во время ламинирования (редко для простых подложек, обычно для продвинутых), убедиться, что поток смолы не заполняет контактные площадки.
- Проверка: Рентгеновская инспекция для проверки выравнивания слоев после прессования.
- Лазерное сверление и покрытие:
- Действие: Просверлить микропереходы для соединения контактных площадок моста с остальной частью подложки.
- Проверка: Проверка качества десмира для обеспечения чистого медного соединения.
- Отделка поверхности:
- Действие: Нанести ENEPIG (химическое никелирование, химическое палладирование, иммерсионное золочение) для создания надежного интерфейса.
- Проверка: Проверить толщину золота и палладия с помощью РФА.
- Электрическое тестирование:
- Действие: Выполнить тестирование летающим зондом, адаптированное для мелкого шага.
- Проверка: 100% верификация списка цепей по данным IPC-356D.
- Окончательный контроль качества (FQC):
- Действие: Проверка на наличие косметических дефектов, коробления и чистоты полости.
- Проверка: Создание отчета о проверке первого образца (FAI).
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) в малых объемах (режимы отказов и исправления)
Даже при тщательном планировании могут возникнуть дефекты. Используйте это руководство для устранения распространенных проблем при производстве межсоединительных плат EMIB в малых объемах.
1. Изменение глубины полости
- Симптом: Кремниевый мост расположен слишком высоко (мешает верхнему кристаллу) или слишком низко (отказ соединения).
- Причина: Непостоянная мощность лазера или вариации толщины диэлектрика.
- Исправление: Откалибруйте глубину лазера, используя жертвенный купон с той же производственной панели.
- Предотвращение: Используйте материалы с жесткими допусками по толщине и внедрите измерение глубины в реальном времени во время трассировки.
2. Коробление подложки
- Симптом: Плата изгибается во время оплавления, вызывая смещение моста или кристалла.
- Причина: Асимметричное распределение меди или несоответствие КТР (коэффициента теплового расширения) между слоями ядра и наращивания.
- Исправление: Используйте узор из толстой меди для балансировки на неиспользуемых слоях (thieving) для выравнивания напряжений.
- Предотвращение: Моделируйте напряжения в стеке во время фазы проектирования; используйте материалы ядра с низким КТР.
3. Растрескивание микроотверстий
- Симптом: Прерывистый сбой сигнала после термоциклирования.
- Причина: Расширение диэлектрика по оси Z создает напряжение в медном покрытии.
- Исправление: Увеличьте пластичность покрытия или перейдите на материал с более низким КТР по оси Z.
- Предотвращение: Соблюдайте строгие правила соотношения сторон (0,8:1) для обеспечения надежного покрытия.
4. Окисление контактных площадок / Плохая паяемость
- Симптом: Паяльные шарики не смачивают контактные площадки внутри полости или на поверхности.
- Причина: Загрязнение, оставшееся от процесса формирования полости, или плохое нанесение финишного покрытия.
- Исправление: Плазменная очистка перед нанесением финишного покрытия.
- Предотвращение: Внедрение строгих циклов очистки и временных ограничений между этапами процесса.
5. Ошибки совмещения
- Симптом: Отверстия просверлены немного не по центру, нарушая кольцевую площадку.
- Причина: Масштабирование материала (усадка/расширение) во время ламинирования.
- Исправление: Применение масштабных коэффициентов к данным сверления на основе исторического поведения материала.
- Предотвращение: Использование рентгеновской оптимизации для выравнивания сверления на каждой панели.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) для малых объемов (проектные решения и компромиссы)
При выборе проекта межсоединительной платы EMIB для малых объемов вы часто выбираете между различными передовыми технологиями упаковки. Вот как сделать правильный выбор.
Подложка EMIB против кремниевого интерпозера (2.5D)
- Стоимость: Подложки EMIB, как правило, дешевле полноразмерных кремниевых интерпозеров, поскольку кремний используется только для небольшого моста, а не для всей основы.
- Производительность: Кремниевые интерпозеры обеспечивают немного более высокую плотность, но EMIB обеспечивает лучшую электрическую производительность для подачи питания (поскольку кристалл напрямую подключается к органическому субстрату для питания).
- Доступность для малых объемов: Кремниевые интерпозеры часто требуют обработки на уровне пластин, что имеет высокие минимальные объемы. Субстраты EMIB могут быть изготовлены в виде панелей, что делает производство интерконнектных плат EMIB малого объема более доступным на заводах по производству печатных плат, таких как APTPCB.
Выбор материала: ABF против BT против High-Tg FR4
- ABF (пленка Ajinomoto Build-up): Золотой стандарт для высокопроизводительных вычислений. Отличная плоскостность и возможность создания тонких линий, но дорогой и хрупкий.
- BT (бисмалеимид-триазин): Хороший баланс стоимости и механической стабильности. Часто используется для корпусов памяти.
- High-Tg FR4: Обычно не рекомендуется для EMIB из-за шероховатости поверхности и несоответствия КТР, если только плотность межсоединений моста не очень низка.
Возможности поставщика
Выберите партнера, способного к мелкосерийному производству печатных плат NPI, который специально указывает возможности печатных плат с полостями или встроенными компонентами. Стандартные цеха по производству печатных плат не имеют метрологического оборудования для проверки глубины полостей ±10 мкм.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) малого объема (стоимость, время выполнения, распространенные дефекты, критерии приемки, файлы DFM)
В: Каков типичный фактор стоимости для интерконнектных плат EMIB малого объема? A: Основными факторами стоимости являются материал (ABF/специализированный препрег), время лазерной обработки полостей и потери выхода, связанные с обработкой с мелким шагом. Затраты на НИОКР для оснастки и тестовых приспособлений также выше, чем для стандартных печатных плат.
Q: Каков стандартный срок выполнения для этих прототипов? A: Типичный запуск низкообъемной партии межсоединительной платы EMIB занимает от 4 до 6 недель. Это включает инженерные вопросы (EQ), циклы ламинирования и комплексное тестирование. Ускоренные услуги редко доступны из-за физики процесса.
Q: Могу ли я использовать стандартные файлы Gerber для проектов EMIB? A: Хотя Gerber X2 приемлем, ODB++ или IPC-2581 предпочтительнее. Эти форматы содержат интеллектуальные данные относительно стека слоев и сетевого соединения, что крайне важно для проверки размещения и глубины полости.
Q: Как вы тестируете соединения с встроенным мостом? A: Поскольку мост часто собирается позже, подложка тестируется на непрерывность до контактных площадок. Мы используем специализированные летающие зондовые тестеры, способные попадать на площадки размером до 50 мкм.
Q: Каковы критерии приемки для полости? A: Приемка основана на глубине (ось Z), размерах X/Y и плоскостности дна. Дно полости должно быть свободно от остатков смолы и иметь открытые контактные площадки (если предусмотрено), которые чисты и пригодны для пайки.
Q: Занимается ли APTPCB сборкой кремниевого моста? A: APTPCB специализируется на изготовлении высокоточных межсоединительных плат (подложек). Фактическое размещение кремниевого моста и кристаллов обычно осуществляется поставщиком OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test), хотя мы можем помочь с DFM, чтобы наши платы соответствовали их сборочным линиям.
Q: Каков минимальный объем заказа? A: Для малосерийных межсоединительных плат EMIB мы можем обрабатывать от 5-10 панелей. Это обеспечивает выход от нескольких десятков до нескольких сотен единиц в зависимости от размера корпуса.
Q: Чем DFM отличается для плат EMIB? A: Рекомендации по DFM для EMIB в значительной степени сосредоточены на движении материала (масштабировании), соотношении сторон полостей и балансе меди. Стандартные проверки DFM для печатных плат недостаточны; требуется анализ, учитывающий 3D-особенности.
Q: Можете ли вы производить варианты "малопотерьных межсоединительных плат EMIB"? A: Да. Мы используем малопотерьные материалы, такие как Panasonic Megtron 6/7 или Isola Tachyon, чтобы подложка не стала узким местом для высокоскоростных сигналов, входящих или выходящих из моста.
Q: Что произойдет, если полость будет слишком глубокой? A: Если полость слишком глубока, мост будет расположен слишком низко. Это потребует от процесса сборки использования чрезмерного количества припоя или компаунда (underfill), что может привести к непредсказуемой радиочастотной производительности или механическому отказу.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) (связанные страницы и инструменты)
- Передовое производство печатных плат: Изучите наши возможности по производству сложных подложек и нестандартных конструкций.
- Технология печатных плат HDI: Ознакомьтесь с технологиями микропереходов и тонких линий, которые составляют основу подложек EMIB.
- Мелкосерийное производство NPI: Узнайте, как мы обрабатываем мелкосерийные, высокосложные заказы без обязательств по массовому производству.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB) для малых объемов (ключевые термины)
| Термин | Определение |
|---|---|
| EMIB | Embedded Multi-die Interconnect Bridge (Встроенный многокристальный межсоединительный мост). Технология, использующая кремниевый мост, встроенный в подложку, для соединения кристаллов. |
| Печатная плата с полостью | Печатная плата с углубленной областью (полосой), созданной лазерной или механической фрезеровкой для размещения компонента. |
| RDL (Слой перераспределения) | Металлические слои на кристалле или подложке, которые маршрутизируют контактные площадки ввода/вывода в другие места. |
| UBM (Металлизация под бампом) | Интерфейсный металлический слой между медной площадкой и паяльным бампом. |
| Шаг бампов | Расстояние от центра до центра между соседними паяльными бампами. |
| КТР (Коэффициент теплового расширения) | Мера того, насколько материал расширяется при нагревании. Несоответствие вызывает коробление. |
| ABF | Ajinomoto Build-up Film. Доминирующий изоляционный материал для высококачественных подложек ИС. |
| Запретная зона (KOZ) | Область вокруг полости или моста, где нельзя размещать другие компоненты или трассы. |
| Реперная метка | Оптическая метка выравнивания, используемая машинами для выравнивания слоев или размещения компонентов. |
| Плоскостность | Степень ровности поверхности. Критически важна для дна полости. |
| mSAP | Модифицированный полуаддитивный процесс. Метод производства для создания очень тонких медных дорожек (<25µm). |
| Интерпозер | Электрический интерфейс, обеспечивающий маршрутизацию между одним разъемом или соединением и другим (часто кремниевым или стеклянным). |
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB)
Готовы проверить свой усовершенствованный дизайн корпуса? APTPCB предоставляет специализированные DFM-обзоры для проектов малосерийных плат межсоединений EMIB для выявления потенциальных рисков выхода годных изделий до начала производства.
Для получения точного коммерческого предложения, пожалуйста, предоставьте:
- Файлы Gerber/ODB++: Включая специфические слои, определяющие область полости.
- Чертеж стека: Указывающий материалы (например, ABF, BT) и толщины диэлектрика.
- Чертеж полости: Подробные размеры X, Y и Z с допусками.
- Количество: Количество деталей или панелей, необходимых для вашего NPI-запуска.
Embedded Multi-die Interconnect Bridge (EMIB)
Успешное выполнение сборки малосерийной платы межсоединений EMIB требует производственного партнера, который относится к вашему прототипу со всей строгостью аэрокосмического продукта. Контролируя глубину полостей, управляя короблением материала и соблюдая строгие правила DFM, вы можете достичь высокой плотности межсоединений, характерной для массово производимых кремниевых мостов, в условиях мелкосерийного производства. Убедитесь, что ваш пакет данных полон, подтвердите выбор материалов и приступайте к плану изготовления, разработанному для передовой гетерогенной интеграции.