Silicium printplaat:voordelen en hoe je er een kunt ontwerpen

Siliciumchip en printplaat

Bron:Wikimedia Commons

Waarom zou je een silicium printplaat gebruiken? Simpel, Si of silicium is een eenvoudig element met unieke eigenschappen. Het werkt ook als een isolator en geleidt onder bepaalde omstandigheden elektriciteit.

Het kan dus alles van stroom voorzien, van magnetrons voor smartphones tot supercomputers.

Ook ondergaat silicium doping - een proces waarbij de elektrische eigenschappen worden gewijzigd. Daarom kun je silicium gebruiken om transistors te maken voor het versterken van elektrische signalen.

In dit artikel wordt meer uitgelegd over het bord, de functies, voordelen en meer.

Dus laten we beginnen!

Wat is een siliciumprintplaat?

SiCB's of siliciumprintplaten zien eruit als standaard PCB's. Maar het verschil tussen beide borden is dat de eerste een siliciumsubstraat gebruikt, terwijl de laatste FR4 gebruikt.

U kunt ook siliciumprintplaten maken in elke siliciumwafelgieterij. Het enige dat u hoeft te doen, is de front-end-of-the-line of back-end-of-the-line verwerking gebruiken, op basis van uw gieterij.

Verder liggen de afmetingen van SiCB's tussen printplaten en geïntegreerde circuitelementen. Dus aangezien de PCB een afmeting heeft van 10 x 10 inch, is een standaard SiCB 2 x 3 inch en zijn IC's aan elke kant een halve inch.

Bovendien kunt u het ontwerp van een standaard FR4-printplaat veranderen in een kleine SiCB (minder dan een kwart van de grootte van de printplaat). Het enige wat u hoeft te doen is de dobbelstenen van het pakket te verwijderen en de sporen te verkleinen.

Kun je een HPC-ontwerp (high-performance computing) aan de SiCB toevoegen? Ja, dat kan. Maar je moet de volgende componenten toevoegen:

• Klokstuurprogramma's / chip-scale-package-oscillator

Chipschaaloscillator

Bron:Researchgate

• I/O-connectoren

I/O-connectoren

Bron:Wikiwand

• Geheugendobbelstenen (8)

Memory Die

Bron:Wikipedia Commons

• CPU sterft

CPU sterft

Bron:Wikipedia

• Grote FPGA-dobbelstenen (4)

FPGA

Bron:Wikipedia Commons

• Overbrug condensatoren

Overbrug condensator

Bron:Wikimedia Commons

Uw circuitontwerp moet een afmeting hebben van 60 mm x 70 mm en een dikte van minder dan 3 mm met deze componenten. Maar je kunt meer millimeters toevoegen voor een koellichaam.

Kenmerken en voordelen van de siliciumprintplaat

De siliciumprintplaat heeft de volgende kenmerken en voordelen:

Signalering

Door de kortere afstand op SiCB's in vergelijking met een standaard PCB, heeft deze een hogere signaalsnelheid. Het verwijderen van de verpakking van de printplaat helpt dus om de capaciteit en parasitaire inductantie te verminderen.

Ook hebben deze printplaten relatief kleine draden van ongeveer 2 x 8 micron.

Daarom kunnen ze resistief zijn, perfect voor een signaleringsomgeving. Het is daarom mogelijk dat u geen transmissielijnen hoeft te beëindigen, waardoor de uitgestraalde energie en EMI afnemen.

Daarnaast kun je high-speed signalering doen via een TSV. Maar zorg ervoor dat deze niet groter is dan 100 micron, omdat dit veel signaalintegriteit kan kosten.

Laag vermogen

Als je de standaardprint vergelijkt met de SiCB, dan merk je dat deze laatste minder koeling nodig heeft. En dat komt omdat er een aanzienlijke reductie is in de I/O-stroomvereisten.

Interessant is dat u mogelijk een printplaat ziet met een I/O-vermogen dat lager is dan 10% van het I/O-vermogen van het verpakte deel. U merkt mogelijk ook meer afname van het I/O-vermogen als u een aangepaste I/O ontwerpt voor de elektrische SiCB-verbindingen.

Betrouwbaarheid

Dit apparaat heeft een verbeterde betrouwbaarheid omdat de temperatuurcoëfficiënten op de siliciumprintplaat en de kale siliciumdobbelstenen overeenkomen. U kunt dit circuitpatroon dus voor HPC gebruiken zonder u zorgen te maken over systeemstoringen.

Een ander voordeel van het gebruik van een op SiCB gebaseerd systeem zijn de weinige onderdelen. Daarom kunt u het snel repareren of herwerken in vergelijking met het op FR4 gebaseerde systeem.

Links van toeleveringsketen

Het ontwerp, de herbewerking, de test, de onderdelen en de fabricage van SiCB hebben ongetwijfeld schakels in de toeleveringsketen. Maar de ketting is niet werkbaar omdat ze niet verbonden zijn. Maar deze links zullen samengaan naarmate de technologie vordert.

Een SiCB ontwerpen en bouwen

Dit zijn de stappen die je nodig hebt om een ​​siliciumprintplaat te bouwen:

Stap 1 – Begin met het ontwerp

Om met het SiCB-ontwerp te beginnen, kunt u kiezen voor een IC-layouttool of een PCB-layouttool. Verder is het van vitaal belang op te merken dat geen van deze tools geschikt is, maar dat ze perfect zullen werken.

Hoe? PCB-tools zijn ideaal voor routering, niet voor afmetingen onder een micron.

En ze produceren geen IC-uitvoerbestanden (GDSII).

Aan de andere kant richten IC-ontwerptools zich meer op het gebied. Maar het mist zowel gebruiksgemak als routeringsprestaties.

Stap 2 – Haal de geteste onderdelen op

U kunt snel kale dobbelstenen-datasheets krijgen van fabrieken of online. Maar het is essentieel om ervoor te zorgen dat de onderdelen volledig worden getest in matrijsvorm.

Stap 3 – Bouw de SiCB

U kunt de SiCB's bouwen met halfgeleider-IC-fabricagetechnologie. Maar het probleem is dat de gieterijen mogelijk beperkingen hebben op het dradenkruis. En het kan zijn dat u alleen kleine SiCB's of silicium-interposers overhoudt.

Dus, als je een gigantische siliconen printplaat wilt, kies dan voor dradenkruissteken. Als alternatief kunt u oudere fabs overwegen omdat ze het maskeren van siliconenwafels voltooien.

Als u een tussenvoegsel fabriceert, kunt u metallisatie van koperdikte uitvoeren die ongeveer 2 micron dik is. Dit proces is echter niet ideaal voor SiCB's, omdat hun minimale geschikte grootte ongeveer 5 micron is.

Daarnaast kunt u verschillende substraatmaterialen toevoegen, zoals glas, organische stoffen en keramische substraten.

Stap 4 – Monteer de printplaat

Monteer de SiCB's met behulp van hoogwaardige PCB-assemblagehuizen.

Hiervoor heeft u een geautomatiseerde pick-and-place machine nodig met uitstekende ESD-controle.

Volg daarna de ontwerpregels voor opbouwmontage voor de montage van onderdelen en werk met padafstanden van ongeveer 30 tot 40.

Bovendien, aangezien er een vergelijkbare temperatuur is tussen de SiCB en de matrijs, hebt u geen kale matrijsondervulling nodig. Vanwege de verminderde mechanische belasting/thermische belasting.

Stap 5 – Test en herwerk

In deze stap kunt u uw geassembleerde SiCB's testen door wafersonde-testopstellingen, zelftest, gemodificeerde verpakking en vliegende sondetest te combineren. Als u componenten moet vervangen, kunt u ook PCB-herbewerkingsmethoden gebruiken.

Afronding

Siliciumprintplaten zijn vergelijkbaar met de standaard PCB's, maar met een siliciumsubstraat. Bovendien laten ze een padafstand van ongeveer 30 tot 40 micron toe.

Dit apparaat wordt ook geleverd met beoogde componenten zoals de gestapelde 3D-matrijs en de kale matrijs. En je kunt ze maken met een specifieke verwerking op basis van de gieterij. Verder kan het vanwege de unieke eigenschappen van dit apparaat doorgaan voor een HPC-ontwerp. Ben je van plan om een ​​silicium PCB te bouwen? Of wilt u de beste voor uw project? Neem gerust contact met ons op.