EMIB interconnect платы: план валидации, тесты и критерии приемки

Передовые технологии корпусирования меняют ландшафт высокопроизводительных вычислений, и в центре этой эволюции находится встроенный мост. Поскольку конструкции чипов движутся к гетерогенной интеграции, валидация межсоединительной платы EMIB стала критически важным шагом в обеспечении надежности и выхода годных изделий. В отличие от традиционных монолитных кристаллов, системы, использующие встроенные многокристальные межсоединительные мосты (EMIB), требуют специализированного подхода к производству и тестированию подложек.

Для инженеров и менеджеров по закупкам понимание того, как валидировать эти сложные межсоединения, является крайне важным. Это руководство охватывает весь спектр процесса, от начальных параметров проектирования до окончательных производственных проверок. Независимо от того, разрабатываете ли вы ускорители ИИ следующего поколения или высокоскоростное сетевое оборудование, APTPCB (APTPCB PCB Factory) предоставляет необходимый опыт для решения этих сложностей.

Ключевые выводы

Определение: Валидация межсоединительной платы EMIB подтверждает электрическую и механическую целостность кремниевого моста, встроенного в органическую подложку.
Критический показатель: Контроль коробления является наиболее важным фактором; чрезмерное коробление приводит к растрескиванию моста или разрыву соединений.
Фокус проектирования: Правильный размер полости и управление допусками жизненно важны для успешного встраивания моста.
Заблуждение: Многие предполагают, что применимы стандартные методы тестирования печатных плат, но EMIB требует гораздо более точного тестирования шага и валидации микровыступов.
Лучшая практика: Раннее моделирование несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) предотвращает сбои во время оплавления.
Область валидации: Процесс включает проверку слоев подложки, точности размещения моста и связности конечной сборки.
Партнерство: Работа с компетентным производителем, таким как APTPCB, гарантирует соблюдение рекомендаций DFM с первого дня.

использующие встроенные многокристальные межсоединительные мосты (EMIB) (область и границы)

Основываясь на ключевых выводах, важно точно определить, что мы валидируем. Валидация межсоединительной платы EMIB — это не просто тестирование голой печатной платы. Это многоуровневый процесс обеспечения качества, который проверяет органическую подложку корпуса, встроенный кремниевый мост и интерфейс между ними.

В стандартной печатной плате валидация может ограничиваться проверкой электрической непрерывности и импеданса. Однако межсоединительная плата EMIB служит высокоплотным каналом между гетерогенными кристаллами (такими как ЦП и память HBM). Область валидации расширяется, чтобы включать физические размеры полости, где расположен мост, плоскостность слоев наращивания и точность выравнивания микроотверстий. Граница этой валидации простирается от выбора сырья до готовности к окончательной сборке. Она включает проверку диэлектрических материалов на стабильность при нагреве и обеспечение соответствия медного покрытия внутри мостовых межсоединений строгим спецификациям сопротивления. Если процесс валидации не выявляет смещение на микронном уровне, вся многокристальная система может выйти из строя. Следовательно, этот процесс является привратником между теоретическим дизайном и функциональным высокопроизводительным продуктом.

Важные метрики (как оценивать качество)

Понимание объема валидации приводит нас непосредственно к конкретным данным, определяющим успех. Для проведения эффективной валидации платы межсоединений EMIB необходимо отслеживать конкретные метрики, которые количественно определяют физическое и электрическое состояние платы.

Метрика	Почему это важно	Типичный диапазон или влияющие факторы	Как измерить
Деформация подложки	Сильная деформация препятствует правильному креплению кристалла и вызывает напряжение моста.	< 50 мкм (комнатная температура) до < 100 мкм (температура оплавления). Зависит от толщины ядра.	Интерферометрия теневого муара.
Допуск на размеры полости	Мост должен идеально подходить; слишком свободное крепление вызывает смещение, слишком плотное — напряжение.	± 5 мкм до ± 10 мкм в зависимости от размера моста.	Оптическая координатно-измерительная машина (КИМ).
Однородность толщины диэлектрика	Обеспечивает постоянное сопротивление и целостность сигнала по всему мосту.	Отклонение < 5% по всем слоям наращивания.	Анализ поперечного сечения (SEM).
Выравнивание микроотверстий	Несогласованные переходные отверстия приводят к обрывам цепи или высокому сопротивлению в межсоединении.	Точность регистрации < 5 мкм.	Рентгеновский контроль или AOI (автоматический оптический контроль).
Вносимые потери	Измеряет деградацию сигнала через межсоединения моста.	< -2 дБ при 28 ГГц (зависит от длины/материала трассы).	Векторный анализатор цепей (VNA).
Прочность на сдвиг кристалла	Проверяет механическое соединение моста с подложкой.	> 1 кгс (зависит от размера кристалла и клея).	Тестер на сдвиг.
Шероховатость поверхности (Ra)	Влияет на адгезию тонких линий и потери сигнала на высоких частотах.	< 0,3 мкм для высокоскоростных линий.	Атомно-силовая микроскопия (АСМ).
Несоответствие КТР	Большие различия вызывают расслоение во время термоциклирования.	Цель < 3 ppm/°C разницы между соседними материалами.	ТМА (термомеханический анализ).

Руководство по выбору по сценарию (компромиссы)

После того как вы определили метрики, следующим шагом является выбор правильной стратегии валидации и архитектуры платы для вашего конкретного применения. Различные отрасли промышленности отдают приоритет различным аспектам проектирования и валидации плат с межсоединениями EMIB.

Сценарий 1: Высокопроизводительные вычисления (HPC) и ИИ

Приоритет: Максимальная пропускная способность и низкая задержка.
Компромисс: Вы пожертвуете стоимостью ради материалов со сверхнизкими потерями и чрезвычайно строгой валидации шага.
Фокус валидации: Целостность сигнала (вносимые потери) и тепловое управление имеют первостепенное значение. Требуется обширное тестирование высокоскоростных дифференциальных пар.

Сценарий 2: Мобильная и бытовая электроника

Приоритет: Форм-фактор (высота по оси Z) и срок службы батареи.
Компромисс: Более тонкие подложки более подвержены деформации.
Фокус валидации: Механическая надежность и испытания на падение. Контроль деформации во время процесса утоньшения является здесь критическим этапом валидации.

Сценарий 3: Автомобильные системы ADAS

Приоритет: Долгосрочная надежность и выживание в суровых условиях.
Компромисс: Используются консервативные правила проектирования вместо передовой плотности для обеспечения долговечности.
Фокус валидации: Термоциклирование (от -40°C до 125°C) и вибрационные испытания. Валидация должна доказать, что межсоединения не треснут после многих лет эксплуатации на дороге.

Сценарий 4: Инфраструктура 5G

Приоритет: Целостность сигнала на миллиметровых частотах.
Компромисс: Требуются специализированные материалы с низкими Dk/Df, которые сложнее обрабатывать.
Фокус валидации: Контроль импеданса и тестирование пассивной интермодуляции (PIM). Валидация свойств материала подложки так же важна, как и сама схема.

Сценарий 5: Прототипирование и НИОКР

Приоритет: Скорость итерации.
Компромисс: Более низкий уровень приемлемого выхода годных изделий для более быстрого получения функциональных устройств.
Фокус валидации: Базовые тесты на непрерывность и короткое замыкание. Расширенные тесты на надежность часто пропускаются для экономии времени, сосредоточившись только на вопросе "включается ли?".

Сценарий 6: Массовое производство

Приоритет: Выход годных изделий и экономическая эффективность.
Компромисс: Правила проектирования немного ослаблены для максимизации производственных окон.
Фокус валидации: Статистический контроль процессов (SPC). Цель состоит в том, чтобы подтвердить стабильность процесса, а не тестировать каждый отдельный параметр на каждой плате до предела.

От проектирования к производству (контрольные точки реализации)

Выбор правильного сценария определяет производственный поток, но выполнение требует строгого контрольного списка. Следующие контрольные точки проведут вас от первоначального проектирования межсоединительной платы EMIB до конечного продукта, обеспечивая валидацию каждого этапа.

1. Выбор материала и определение стека

Рекомендация: Выбирайте материалы со значениями КТР, близко соответствующими кремнию. Используйте высокочастотные материалы, если скорость сигнала критична.
Риск: Неправильный выбор материала приводит к немедленным проблемам с короблением.
Приемлемость: Результаты моделирования, показывающие управляемые уровни напряжения.

2. Формирование полости

Рекомендация: Используйте высокоточную лазерную абляцию или маршрутизацию с контролируемой глубиной.
Риск: Неравномерная глубина полости приводит к тому, что мост сидит наклонно, нарушая соединение.
Приемлемость: 3D-сканирование профилометром дна полости. 3. Размещение и встраивание моста
Рекомендация: Использовать высокоточные машины для установки компонентов с активным выравниванием.
Риск: Смещение положения > 5 мкм может привести к несоосности со слоями наращивания.
Приемка: Рентгеновская проверка положения моста относительно реперных точек.

4. Ламинирование слоев наращивания

Рекомендация: Применять вакуумное ламинирование с оптимизированными профилями давления для заполнения зазоров вокруг моста.
Риск: Пустоты или захват воздуха вокруг моста приводят к "попкорнингу" во время оплавления.
Приемка: C-SAM (сканирующая акустическая микроскопия) для обнаружения расслоений или пустот.

5. Лазерное сверление (микропереходы)

Рекомендация: Использовать УФ-лазеры для точного абляции диэлектрика над контактными площадками моста.
Риск: Просверливание контактной площадки моста или неполное ее вскрытие.
Приемка: Анализ поперечного сечения тестовых образцов.

6. Десмир и металлизация

Рекомендация: Мягкий химический десмир с последующей металлизацией по полуаддитивному процессу (SAP).
Риск: Агрессивная химия может повредить поверхность кремниевого моста.
Приемка: Тест на адгезию лентой и измерение толщины меди.

7. Нанесение финишного покрытия

Рекомендация: ENEPIG часто предпочтителен для универсальности проволочного монтажа и пайки.
Риск: Синдром черной контактной площадки или плохое смачивание, если покрытие загрязнено.
Приемка: Тест на паяемость и визуальный осмотр.

8. Электрическое тестирование (E-Test)

Рекомендация: Используйте тестеры с летающими щупами, способные контактировать с площадками с малым шагом.
Риск: Стандартные ложементные приспособления могут повредить деликатный субстрат.
Приемка: 100% верификация списка цепей (обрывы/короткие замыкания).

9. Окончательная проверка на коробление

Рекомендация: Измеряйте коробление при комнатной температуре и имитированной температуре оплавления.
Риск: Плата проходит проверку при комнатной температуре, но коробится во время сборки, что приводит к потере выхода годных изделий.
Приемка: Пройдено/Не пройдено на основе стандартов JEDEC.

10. Упаковка и отгрузка

Рекомендация: Вакуумная упаковка с осушителем для предотвращения поглощения влаги.
Риск: Поглощение влаги приводит к расслоению во время процесса сборки у клиента.
Приемка: Проверка карты-индикатора влажности (HIC).

Распространенные ошибки (и правильный подход)

Даже при наличии контрольного списка ошибки могут возникнуть, если игнорируются основополагающие принципы лучших практик для межсоединительных плат EMIB. Вот наиболее частые ловушки и способы их избежать.

Ошибка 1: Игнорирование локального несоответствия КТР

Ошибка: Разработчики сосредоточены на глобальном КТР платы, но игнорируют локальное несоответствие между кремниевым мостом и окружающим органическим материалом.
Последствие: После термоциклирования на интерфейсе моста развиваются микротрещины.
Правильный подход: Выполните моделирование локальных напряжений и используйте слои андерфилла или буферные слои для снятия напряжений вокруг моста.

Ошибка 2: Недостаточный допуск на полость

Ошибка: Указание стандартных допусков механической трассировки (±100 мкм) для полости моста.
Последствие: Мост плавает или наклоняется, что делает невозможным выравнивание последующих слоев переходных отверстий.
Правильный подход: Использование лазерного формирования полостей или трассировки с контролируемой глубиной с допусками менее ±10 мкм.

Ошибка 3: Игнорирование доступности тестовых площадок

Ошибка: Проектирование межсоединений высокой плотности без оставления места для тестовых щупов.
Последствие: Вы не можете выполнить электрическую валидацию платы межсоединений EMIB, потому что щупы не могут приземлиться без короткого замыкания.
Правильный подход: Разработайте специальные тестовые купоны на направляющих панели или включите жертвенные тестовые площадки, которые будут удалены или закрыты позже.

Ошибка 4: Использование стандартного FR4 для высокоскоростных мостов

Ошибка: Использование стандартных материалов с потерями для экономии средств при использовании дорогого моста EMIB.
Последствие: Мост работает, но сигнал немедленно ухудшается при входе в трассы подложки.
Правильный подход: Используйте материалы с низкими потерями, такие как Isola PCB или аналогичные высокоскоростные ламинаты для слоев наращивания.

Ошибка 5: Пренебрежение чувствительностью к влаге

Ошибка: Обработка готовой подложки как стандартной жесткой печатной платы в отношении хранения.
Последствие: Влага, запертая в органических слоях, превращается в пар во время оплавления, что приводит к взрыву корпуса (эффект "попкорна").
Правильный подход: Строго следуйте рекомендациям по обращению с MSL (уровень чувствительности к влаге) и запекайте платы перед сборкой.

Ошибка 6: Плохая связь с производством

Ошибка: Отправка файлов Gerber без подробного документа по стеку слоев или требованиям к импедансу.
Последствие: Завод использует стандартные процессы, несовместимые с требованиями к встроенным кристаллам.
Правильный подход: Проведите DFM-анализ (проектирование для технологичности) с APTPCB на ранней стадии проектирования.

FAQ

В1: Чем валидация межсоединительных плат EMIB отличается от стандартного тестирования печатных плат? О: Стандартное тестирование печатных плат сосредоточено на связности и базовом импедансе. Валидация EMIB добавляет строгие проверки глубины полости, выравнивания моста, локального коробления и точности регистрации микроотверстий, которые на порядки строже, чем для стандартных печатных плат.

В2: Какова самая большая проблема при производстве подложек EMIB? О: Контроль коробления. Поскольку вы смешиваете кремний (жесткий) с органическими ламинатами (гибкими) и подвергаете их нагреву, поддержание достаточной плоскостности платы для сборки является основной задачей.

В3: Могу ли я использовать стандартные материалы FR4 для конструкций EMIB? О: В целом, нет. Стандартный FR4 имеет высокий КТР и высокие потери сигнала. Требуются специализированные пленки для наращивания и основные материалы, чтобы соответствовать производительности и тепловым характеристикам кремниевого моста.

В4: Какие данные мне нужно предоставить для получения коммерческого предложения? A: Вам необходимо предоставить размеры моста, полную структуру слоев, требования к материалам, структуры глухих/скрытых переходных отверстий и специфические требования к допускам для полости.

В5: Обязательна ли рентгеновская инспекция для плат EMIB? О: Да. Поскольку мост встроен, а соединения часто скрыты, рентгеновская или высокоразрешающая акустическая микроскопия — единственный способ неразрушающего контроля выравнивания и проверки на наличие пустот.

В6: Как APTPCB управляет цепочкой поставок кремниевых мостов? О: Как правило, заказчик поставляет кремниевые мосты или указывает источник. APTPCB сосредоточена на производстве подложек, создании полостей и процессе встраивания.

В7: Какова типичная производительность для этих типов плат? О: Производительность ниже, чем у стандартных печатных плат, из-за сложности. Однако при правильной реализации контрольного списка плат межсоединений EMIB и DFM можно достичь высокой производительности.

В8: Можно ли переработать неисправную плату EMIB? О: Редко. После того как мост встроен и заламинирован, его невозможно удалить. Это делает проверку голой платы перед встраиванием и тестирование в процессе критически важными для предотвращения потери дорогостоящего кремния.

В9: Какие поверхностные покрытия лучше всего подходят для подложек EMIB? О: ENEPIG (химическое никелирование, химическое палладирование, иммерсионное золочение) популярен, поскольку он поддерживает как пайку, так и проволочное соединение, что часто требуется в сложных корпусах.

В10: Сколько времени занимает процесс валидации? A: Для нового дизайна валидация (включая поперечные сечения и тестирование надежности) может занять 2-4 недели в дополнение к стандартному времени изготовления.

Для дальнейшей помощи с вашими потребностями в проектировании и производстве используйте эти ресурсы от APTPCB:

Производственные возможности: Изучите наш полный спектр услуг по производству печатных плат, чтобы понять наши возможности для сложных сборок.
Рекомендации по проектированию: Ознакомьтесь с нашими рекомендациями DFM, чтобы убедиться, что ваш дизайн EMIB готов к производству.
Варианты материалов: Узнайте больше о высокоскоростных материалах, подходящих для передовой упаковки, в нашем разделе Megtron PCB.

Глоссарий (ключевые термины)

Термин	Определение
EMIB	Embedded Multi-die Interconnect Bridge (Встроенный многокристальный межсоединительный мост). Технология, использующая небольшой кремниевый мост, встроенный в подложку, для соединения кристаллов.
Substrate	Органический материал платы (часто ABF или специализированный сердечник), который удерживает мост и обеспечивает маршрутизацию.
RDL	Redistribution Layer (Слой перераспределения). Металлические слои, созданные поверх кристалла или моста для маршрутизации соединений с более широким шагом.
TSV	Through-Silicon Via (Сквозное кремниевое отверстие). Вертикальное электрическое соединение, полностью проходящее через кремниевую пластину или кристалл.
Microbump	Очень маленькие паяные шарики, используемые для соединения кристалла с мостом или подложкой, обычно с шагом < 50 мкм.
C4 Bump	Controlled Collapse Chip Connection. Стандартные флип-чип выводы, крупнее микровыводов.
CTE	Коэффициент теплового расширения. Мера того, насколько материал расширяется при нагревании. Несоответствие вызывает напряжение.
Underfill	Эпоксидный материал, вводимый между кристаллом и подложкой для распределения напряжения и защиты выводов.
Warpage	Отклонение подложки от плоскостности, критически важное для успешной сборки.
Interposer	Большой промежуточный слой (кремниевый или органический), используемый для соединения кристаллов. EMIB является альтернативой большим интерпозерам.
SerDes	Сериализатор/Десериализатор. Высокоскоростные функциональные блоки, используемые в коммуникациях, требующие высококачественных межсоединений.
Heterogeneous Integration	Упаковка отдельно изготовленных компонентов (кристаллов) в сборку более высокого уровня.
SAP	Полуаддитивный процесс. Метод формирования тонких трасс путем нанесения меди на тонкий затравочный слой.
ABF	Ajinomoto Build-up Film. Доминирующий изоляционный материал, используемый в высококачественных подложках ИС.

Заключение (дальнейшие шаги)

Валидация межсоединительных плат EMIB является краеугольным камнем современной гетерогенной упаковки. Она устраняет разрыв между проектированием полупроводников и физической реальностью, гарантируя, что высокоскоростные сигналы проходят границу между кристаллами без потерь или сбоев. Сосредоточившись на критически важных показателях, таких как коробление, выравнивание и стабильность материала, вы можете снизить риски, связанные с этими сложными конструкциями.

Успех в этой области требует не только файла проекта; он требует производственного партнера, который понимает тонкости встраивания кремния в органические подложки. Когда вы будете готовы перейти от концепции к производству, убедитесь, что у вас готовы файлы Gerber, структура слоев и спецификации моста.

Свяжитесь с APTPCB сегодня, чтобы инициировать проверку DFM для вашего следующего проекта по передовым межсоединениям. Мы готовы помочь вам валидировать и производить будущее электроники.