IC-substraat on õhuke, kihiline kandja kiibi pakendis. See ühendab räni kiibi põhitrükkplaadiga, hajutades väikseid kiipiplaatide plaate jootepalli pitch'i, suunates signaale ja toite, lisades jäikust voolu ajal ning aidates soojust levitada. See artikkel annab teavet alusmaterjalide tüüpide, struktuuri, materjalide, marsruutimise, protsesside, viimistluste, disainireeglite ja töökindluse kontrollide kohta.
IC substraadi ülevaade
IC-substraat, mida nimetatakse ka IC-pakendi substraadiks, on õhuke, kihiline kandja kiibipakendi sees. See asub räniplaadi ja peamise trükkplaadi (PCB) vahel. Selle peamine ülesanne on ühendada kiibi väga väikesed kontaktpadjad jootepallidega, mis on üksteisest kaugemal, et pakend saaks plaadile kinnitada. See aitab ka kiibi paigal hoida, hoiab pakendi liigse paindumise eest kuumutamise ajal ning annab soojusele laiema tee ülejäänud pakendisse ja plaadile.
IC substraadi ja PCB võrdlus
| Funktsioon | IC substraat | Standardne PCB |
|---|---|---|
| Peamine töö | Ühendab pakendi sees oleva räni kiibi plaadiga läbi pakendikontaktide | Ühendab osi ja ühendusi kogu trükkplaadil |
| Marsruutimise tihedus | Väga kõrge marsruutidus, väga peened jooned ja vahe | Madalam marsruutitihedus, laiemad jooned ja vahe kui substraat |
| Vias | Mikroviad on tavalised lühikeste, tihedate vertikaalsete ühenduste puhul kihtide vahel | Mikroviasid võib kasutada HDI plaatides, kuid paljud plaadid kasutavad suuremaid VIA-sid |
| Tüüpiline kasutus | Kasutatud kiibipakettides nagu BGA, CSP ja flip-chip paketid | Kasutatud peamise süsteemiplaadina toodetes nagu telefonid, ruuterid ja arvutid |
Signaali suunamine IC aluspinna kaudu
Pakendi sees tagab substraat lühikesi, kontrollitud signaalide ja võimsuse teid kiibi ja jootepallide vahel.
• Kiibi padjad ühenduvad substraadiga traadisidemete, muhkude (flip-chip) või TAB-i kaudu.
• Sisemised kihid suunavad signaale väljapoole, hoides takistuse sihtmärgid ühtlasena.
• Toite- ja maapinnapinnad jaotavad voolu ja vähendavad toite põrget.
• Jootepallid alumisel küljel ühendavad pakendi põhitrükkplaadiga.
Südamik ja ülesehitatud substraadi struktuur
• Tuum: struktuurne selgroo; paksem dielektriline; toetab mehaanilist jäikust ja laiemat marsruutimist, kus kasutatakse
• Kogunemiskihid: õhuke dielektriline + peen vaskmarsruut tiheda ventilaatori jaoks
• Mikroviad: lühikesed vertikaalsed ühendused lähedal asuvate kogunemiskihtide vahel
Levinumad IC substraadi materjalid ja valikutegurid
| Materiaalne perekond | Näited | Tüüpilised tugevused |
|---|---|---|
| Jäik orgaaniline | ABF, BT, epoksiidisüsteemid | Toetab peent ülesehituse marsruutimist, skaleerub hästi mahutootmiseks ning tasakaalustab elektrilisi ja mehaanilisi vajadusi |
| Flex orgaaniline | Polüiimidel põhinev | Võimaldab marsruutimisel painduda, jäädes samal ajal õhukeseks, mis aitab paigutustes, mis vajavad paindlikke ühendusi |
| Keraamika | Al₂O₃, AlN | Madal soojuspaisumine parema mõõtmestabiilsuse ja tugeva soojustaluvuse tagamiseks võrreldes paljude orgaaniliste materjalidega |
IC substraadi tüübid pakendi stiili järgi
| Substraadi tüüp | Parim sobivus |
|---|---|
| BGA substraat | Toetab kõrget I/O arvu ja tugevat pakettide jõudlust |
| CSP substraat | Ehitatud õhukestele pakenditele kompaktse jalajäljega |
| Flip-chip substraat | Võimaldab lühikesi ühendusi ja väga tihedat marsruutimist kiibi ja substraadi vahel |
| MCM substraat | Toetab mitut kiibi paigutamist ja ühendamist ühes paketis |
Die-to-Substrat ühendusmeetodid
• Ühendusmeetod mõjutab padja paigutust, kõrguse piire ja kokkupanekunõudeid.
• Traadiside: õhukesed juhtmed ühendavad kiirplaadid aluspinnal olevate sõrmedega.
• Kiip: väikesed muhud ühendavad kiipi otse aluspinnal olevate padjadega, luues lühikesed elektriteed.
• TAB: lindipõhine liimimine, mis kasutab õhukest kilet juhtmete kandmiseks ja ühendamiseks, sageli kasutusel, kui on vaja lindiformaati.
Peenjooneline IC alusmaterjali valmistamise protsessid
| Protsess | Põhiidee | Eesmärk |
|---|---|---|
| Lahutamine | Alustab vaskkihist ja eemaldab soovimatu vask, söövitades | Laialdaselt kasutatav ja hästi mõistetav, paljude substraadi kihtide puhul korraliku korduvusega |
| Additiivne | Ehitab vaske ainult seal, kus on vaja jälgi ja padju, kasutades selektiivset plaatimist | Aitab moodustada väga peeneid jooni ja kontrollib tihedamalt väikseid kujundeid |
| MSAP/mSAP | Kasutab õhukest seemnekihti, seejärel taldrikuid ja söövitab kergelt kontrollitult | Toetab väiksemaid joon- ja ruumisihtmärke, säilitades samal ajal hea paksuse kontrolli |
Mikrovia moodustumine ja ehituskvaliteet
Mikrovia'd ühendavad kogunemiskihte tihedates virnades. Kuna need on väikesed, mõjutavad nende geomeetria ja vaskkvaliteet tugevalt pikaajalist järjepidevust ja takistuse stabiilsust.
Laserpuurimine moodustab lähedal asuvate kihtide vahele väikeseid, madalaid kanaleid. Vaskkate katab läbi seinu, luues pideva juhtiva teekonna. Via täidab struktuuri, vähendades tühimikke ja toetavaid patju, mis aitab, kui via asub padja all.
IC aluspindade pinnaviimistlused
| Lõpetamine | Mida see aitab |
|---|---|
| ENIG | Tagab sujuva ja joodetava pinna ning aitab kaitsta vaske korrosiooni eest. |
| ENEPIG | Toetab rohkem liimimisvõimalusi ja aitab moodustada tugevaid, usaldusväärseid jooteliideid. |
| Kuldsed variandid | Kasutatakse siis, kui pind vajab stabiilset kontakti või kullakihti, mis sobib teatud liimimismeetoditeks. |
Substraadi disainireeglid, mis mõjutavad saagikust
Joon/ruumi sihtmärgid
Lukusta varakult minimaalne joone laius ja vahe ning hoia sihtmärgid joondatuna sellega, mida protsess suudab järjepidevalt kõigis marsruutimiskihtides korrata.
Läbi strateegia
Määrake mikrovia kihipaarid ja sügavuspiirid varakult. Kehtesta selged reeglid padi kaudu, täida kutsed ja kõik keep-out tsoonid, mis kaitsevad peent marsruutimist.
Stack-up
Paranda tuum- ja ülesehituskihtide arv varakult ning määra marsruutimisrollid iga kihi kohta, et marsruutimismuudatused ei sunniks hiljem suuri stack-up'i ümbertegemist.
Warpage'i eelarve
Määratle deformatsiooni piirid reflow' ja kokkupaneku etappides ning hoia vase tasakaal ja kihisümmeetria kontrolli all, et substraat jääks piiridesse.
Testistrateegia
Planeeri testi ligipääsu järjepidevuse ja lühiste kontrolli jaoks. Reserveeri piisavalt padjasid ja marsruutimisteid, et katvus ei väheneks tiheduse suurenedes.
Kokkuvõte
IC substraatid toetavad kiibipakette, pakkudes tihedat marsruutimist, toite- ja maandustasandeid ning lühikesi vertikaalseid ühendusi mikroviade kaudu. Nende põhi- ja ülesehituskihid loovad ventileerimisvõime ja pakendi jäikuse. Materjalide valik, peenejoonelised protsessid, mikrovia ehituskvaliteet ja pinnaviimistlused mõjutavad tulemusi. Saakust sõltub veebipõhistest ja kosmose sihtmärkidest, strateegiast, kuhjamisest, kõverdumise kontrollist ja testide planeerimisest, mida toetavad AOI, elektrilised testid, ristlõiked ja röntgen.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Kui lai ja kaugus võivad IC substraadid ulatuda?
IC substraatid võivad kasutada alla 10 μm joone/ruumi ülesehituskihtidel, täpsemate protsesside puhul on kitsamad sihtmärgid.
Kui paks on IC substraat?
Paksus sõltub pakendi stiilist ja kihtide arvust, ulatudes alla 0,3 mm õhukese CSP puhul kuni üle 1,0 mm kõrge kihilise BGA puhul.
Millised materjali elektrilised omadused on kõige olulisemad?
Dielektriline konstant (Dk), hajumisfaktor (Df) ja isolatsioonitakistus. Stabiilne DK toetab takistuse kontrolli; Madal Df vähendab signaalikadu.
Millised on levinud IC substraadi rikke režiimid?
Mikrovia praod, vase väsimus, kihi delaminatsioon ja jooteliite väsimus kuulliidese juures.
Millised lisadisainivajadused kaasnevad kiirete signaalidega?
Täpsem takistuse kontroll, lühikesed tagasivooluteed, madalam ristkõne ja hoolikas jäljevahe tahkete referents-tasanditega.
Kuidas muutuvad IC-substraatid AI ja HPC pakettide jaoks?
Suurem kihtide arv, peenem joon/ruum, tugevam võimsuse edastamine, suuremad kere suurused ja parem tugi mitme kiibi või kiibleti paigutustele.
