IC-alusta on ohut, kerroksittainen kantaja sirukotelon sisällä. Se yhdistää piisirutuksen pääpiirilevyyn levittämällä pieniä muotityynyjä juotospallon kulmaan, ohjaamalla signaaleja ja tehoa, lisäämällä jäykkyyttä virtauksen aikana ja auttamalla lämmön leviämisessä. Tämä artikkeli tarjoaa tietoa alustatyypeistä, rakenteesta, materiaaleista, reitityksestä, prosesseista, viimeistelyistä, suunnittelusäännöistä ja luotettavuustarkistuksista.
IC-alustan yleiskatsaus
IC-substraatti, jota kutsutaan myös IC-pakettialustaksi, on ohut, kerroksittainen kantaja sirupakkauksen sisällä. Se sijaitsee piisirujen ja pääpiirilevyn (PCB) välissä. Sen päätehtävä on liittää muotin hyvin pienet kosketuspadit juotospalloihin, jotka ovat kauempana toisistaan, jotta paketti voidaan kiinnittää levyyn. Se myös auttaa pitämään muotin paikallaan, estää pakkauksen taipumisen liikaa lämmityksen aikana ja antaa lämmölle laajemman reitin levitä muuhun pakettiin ja levyyn.
IC-substraattien ja piirilevyjen vertailu
| Ominaisuus | IC-alusta | Standardipiirilevy |
|---|---|---|
| Ensisijainen työ | Yhdistää piisirutuksen paketin sisällä piirilevyyn pakettikontaktien kautta | Yhdistää osat ja liittimet koko piirilevylle |
| Reititystiheys | Erittäin korkea reititystiheys, hyvin hienot linjat ja etäisyys | Alhaisempi reititystiheys, leveämmät linjat ja etäisyys kuin alustalla |
| Vias | Mikroviat ovat yleisiä lyhyille, tiheille pystysuorille yhteyksille kerrosten välillä | Microvia-kortteja voidaan käyttää HDI-korteissa, mutta monet kortit käyttävät suurempia via-levyjä |
| Tyypillinen käyttö | Käytetty sirupaketeissa, kuten BGA, CSP ja flip-chip -paketeissa | Käytetty pääjärjestelmäkorttina tuotteissa kuten puhelimissa, reitittimissä ja PC:issä |
Signaalin reititys IC-alustan läpi
Kotelon sisällä alusta tarjoaa lyhyet, hallitut reitit signaaleille ja teholle muotin ja juotospallojen välillä.
• Muotityynyt yhdistyvät alustaan johdinliitoksilla, kohoumilla (flip-chip) tai TAB:lla.
• Sisäiset kerrokset ohjaavat signaalit ulospäin pitäen impedanssikohteet johdonmukaisina.
• Virta- ja maatasot jakavat virtaa ja vähentävät virtalähteen kimpoamista.
• Juotospallot alapuolella yhdistävät paketin pääpiirilevyyn.
Ydin- ja rakennepohjan rakenne
• Ydin: rakenteellinen selkäranka; paksumpi dielektrinen; tukee mekaanista jäykkyyttä ja laajempaa reititystä siellä, missä niitä käytetään
• Kertymäkerrokset: ohut dielektrinen + hieno kuparireititys tiheään fanaattiin
• Microvias: lyhyet pystysuorat yhteydet läheisten kerrosten välillä
Yleiset IC-alustamateriaalit ja valintatekijät
| Materiaaliperhe | Esimerkkejä | Tyypilliset vahvuudet |
|---|---|---|
| Jäykkä orgaaninen | ABF, BT, epoksijärjestelmät | Tukee hienoa kertymäreititystä, skaalautuu hyvin volyymituotantoon ja tasapainottaa sähkö- ja mekaanisia tarpeita |
| Flex orgaaninen | Polyimidipohjainen | Mahdollistaa reitityksen taipumisen samalla kun pysyy ohuena, mikä auttaa layouteissa, joissa tarvitaan joustavia liitoksia |
| Keramiikka | Al₂O₃, AlN | Matala lämpölaajeneminen paremman mittavakauden ja vahvan lämmönkestävyyden saavuttamiseksi verrattuna moniin orgaanisiin materiaaleihin |
IC-alustatyypit pakkaustyylin mukaan
| Alustatyyppi | Paras istuvuus |
|---|---|
| BGA-alusta | Tukee suuria I/O-määriä ja vahvaa kokonaisohjelmiston suorituskykyä |
| CSP-alusta | Rakennettu ohuille paketeille, joissa on pieni jalanjälki |
| Flip-chip-alusta | Mahdollistaa lyhyet yhteydet ja erittäin tiheän reitityksen sirun ja alustan välillä |
| MCM-alusta | Tukee useiden muottien sijoittamista ja liittämistä yhteen pakettiin |
Die-to-substraattiliitäntämenetelmät
• Liitostapa vaikuttaa padin asetteluun, sävelkorkeuden rajoituksiin ja kokoonpanovaatimuksiin.
• Johtoliitos: ohuet langat yhdistävät muotityynyt alustan kiinnityssormiin.
• Flip-chip: pienet kyhmyt yhdistävät muotin suoraan alustan tyynyihin, luoden lyhyitä sähköisiä polkuja.
• TAB: nauhapohjainen liitos, jossa käytetään ohutta kalvoa johtojen kantamiseen ja yhdistämiseen, usein käytössä, kun nauhamuoto on tarpeen.
Hienolinjaiset IC-alustan valmistusprosessit
| Prosessi | Ydinidea | Tarkoitus |
|---|---|---|
| Vähennyslähde | Aloitetaan kuparikerroksesta ja poistetaan ei-toivottu kupari etsaamalla. Laajasti käytetty ja hyvin ymmärretty, ja monilla alustakerroksilla on vankka toistettavuus | |
| Additiivinen | Rakentaa kuparia vain silloin, kun jäljet ja tyynyt ovat tarpeen, käyttäen valikoivaa pinnoitusta | Auttaa muodostamaan erittäin hienoja piirteitä ja hallitsee tiukemmin pieniä muotoja |
| MSAP/mSAP | Käyttää ohutta siemenkerrosta, sitten levyt ja kevyesti etsiä hallitusti | Tukee pienempiä linja- ja tilakohteita, mutta säilyttää hyvän paksuushallinnan |
Mikrovian muodostuminen ja rakenteen laatu
Mikroviat yhdistävät kerroksia tiheissä pinoissa. Koska ne ovat pieniä, niiden geometria ja kuparin laatu vaikuttavat voimakkaasti pitkäaikaiseen jatkuvuuteen ja resistanssin stabiilisuuteen.
Laserporaus muodostaa pieniä, matalia vioja läheisten kerrosten väliin. Kuparipinnoite peittää läpiseinämät muodostaen jatkuvan johtavan reitin. Via-täyttö täydentää rakenteen vähentämällä onteloita ja tukialustoja, mikä auttaa, kun via on tyynyn alla.
IC-alustojen pintaviimeistelyt
| Viimeistely | Mihin se auttaa |
|---|---|
| ENIG | Tarjoaa sileän, juotettavan pinnan ja auttaa suojaamaan kuparia korroosiolta. |
| ENEPIG | Se tukee enemmän kiinnitysvaihtoehtoja ja auttaa muodostamaan vahvoja, luotettavia juotosliitoksia. |
| Kultaversiot | Käytetään, kun pinta tarvitsee vakaan kosketuskyvyn tai kultakerroksen, joka sopii tiettyihin liitosmenetelmiin. |
Alustan suunnittelusäännöt, jotka vaikuttavat sadontuotantoon
Linja-/avaruuskohteet
Lukitse minimiviivan leveys ja väli varhaisessa vaiheessa, ja pidä kohteet linjassa sen kanssa, mitä prosessi voi toistaa johdonmukaisesti kaikilla reitityskerroksilla.
Via Strategy
Määrittele mikrovia-kerrosparit ja syvyysrajat varhaisessa vaiheessa. Aseta selkeät säännöt via-in-padille, täytä kutsut ja kaikki pois -alueet, jotka suojaavat tarkkaa reititystä.
Stack-Up
Korjaa ydin- ja rakennekerrosmäärä ajoissa ja määritä reititysroolit kerroksittain, jotta reititysmuutokset eivät pakota suuria stackup-uudistuksia myöhemmin.
Warpage-budjetti
Määrittele vääntymisrajat reflow- ja kokoonpanovaiheiden välillä sekä pidä kuparin tasapaino ja kerrossymmetria hallinnassa, jotta alusta pysyy rajassa.
Testistrategia
Suunnittele pääsyn testaus jatkuvuuden ja oikosulun hallinnan varmistamiseksi. Varaa tarpeeksi alustoja ja reititysreittejä, jotta peitto ei pienene tiheyden kasvaessa.
Johtopäätös
IC-substraatit tukevat sirupaketteja tarjoamalla tiheän reitityksen, virta- ja maatasot sekä lyhyet pystysuorat yhteydet mikrovioiden kautta. Niiden ydin- ja rakennuskerrokset luovat fan-out-kyvyn ja pakkauksen jäykkyyden. Materiaalivalinta, hienot prosessit, mikroputkien rakennus ja pintaviimeistely vaikuttavat lopputulokseen. Saanto riippuu verkko- ja avaruuskohteista strategian, pinon, warpage-hallinnan ja testisuunnittelun kautta, joita tukevat AOI, sähkötestit, poikkileikkaukset ja röntgen.
Usein kysytyt kysymykset [UKK]
Minkä viivan leveyden ja etäisyyden IC-alustat voivat yltää?
IC-alustat voivat käyttää alle 10 μm linja/tilaa kerroksissa, ja tarkempia kohteita edistyneissä prosesseissa.
Kuinka paksu IC-alusta on?
Paksuus riippuu pakkauksen tyylistä ja kerrosmäärästä, vaihdellen alle 0,3 mm:stä ohuelle CSP:lle yli 1,0 mm:iin korkeakerroksisessa BGA:ssa.
Mitkä materiaalin sähköiset ominaisuudet ovat tärkeimpiä?
Dielektrinen vakio (Dk), dissipaatiokerroin (Df) ja eristysvastus. Stable DK tukee impedanssin hallintaa; matala Df vähentää signaalihäviötä.
Mitkä ovat yleisiä IC-alustan vikaantumistapoja?
Mikrovia-halkeamat, kuparin väsyminen, kerrosten irtoaminen ja juotosliitosten väsyminen pallon rajapinnassa.
Mitä lisäsuunnittelutarpeita nopeiden signaalien mukana tulee?
Tiukempi impedanssin hallinta, lyhyet paluureitit, matalampi ristikkäisyys ja tarkka jälkietäisyys kiinteillä referenssitasoilla.
Miten IC-alustat muuttuvat tekoäly- ja HPC-paketeissa?
Suurempi kerrosmäärä, hienompi linja/tila, vahvempi virransyöttö, suuremmat rungon koot ja parempi tuki monisiru- tai piiriasetteluille.
