Silicium Printplaten: Voordelen en Ontwerptips voor Betrouwbare Elektronica

Silicium chip en printplaat

Bron: Wikimedia Commons

Waarom zou je een silicium printplaat gebruiken? Eenvoudig, Si, of silicium is een eenvoudig element met unieke kenmerken. Ook werkt het als een isolator en geleidt elektriciteit onder sommige condities.

Dus kan het van alles sturen van smartphones magnetrons, tot supercomputers.

Ook ondergaat silicium doping—een proces van het wijzigen van de elektrische eigenschappen. Gevolgd kun je silicium gebruiken om transistoren te maken voor het versterken van elektrische signalen.

Dit artikel legt meer uit over de printplaat, de kenmerken, voordelen, en meer.

Dus, laten we beginnen!

Wat Is Een Silicium Printplaat?

SiCBs of silicium printplaten lijken op standaard PCBs. Maar het verschil tussen beide printplaten is dat de eerste een silicium substraat gebruikt terwijl de laatste FR4 gebruikt.

Ook kun je silicium printplaten maken in elke silicium wafer foundry. Al wat je hoeft te doen is de front-end-of-the-line of back-end-of-the-line verwerking gebruiken – gebaseerd op je foundry.

Verder liggen de afmetingen van SiCBs tussen printplaten en geïntegreerde circuit elementen. Dus, aangezien de PCB een afmeting heeft van 10 x 10 inch, is een standaard SiCBs 2 x 3 inch, en ICs zijn een halve inch aan elke kant.

Daarnaast kun je het ontwerp van een standaard FR4 PCB veranderen in een kleine SiCB (minder dan een kwart van de grootte van de PCB). Al wat je hoeft te doen is de package's dice verwijderen en de spoorgrootte verkleinen.

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

• Klokdrivers/ chip-scale-package oscillator

Chip scale oscillator

Bron: Researchgate

• I/O connectors

I/O connectors

Bron: Wikiwand

• Geheugen dice (8)

Geheugen Die

Bron: Wikipedia Commons

• CPU die

CPU Die

Bron: Wikipedia

• Grote FPGA dice (4)

FPGA

Bron: Wikipedia Commons

• Bypass condensatoren

Bypass Condensator

Bron: Wikimedia Commons

Je circuitontwerp zou een 60mm x 70mm afmeting en een dikte van minder dan 3mm moeten hebben met deze componenten. Maar je kunt meer millimeters toevoegen voor een heatsink.

Kenmerken en Voordelen van de Silicium Printplaat

De silicium printplaat heeft de volgende kenmerken en voordelen:

Signaling

Vanwege de kortere afstand op SiCBs vergeleken met een standaard PCB, heeft het een snellere signaleringssnelheid. Dus, het verwijderen van de package van de printplaat helpt om de capaciteit en parasitische inductantie te verminderen.

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

Daarom kunnen ze weerstandend zijn, perfect voor een signaleringsomgeving. Gevolgd hoef je misschien geen transmissielijnen te beëindigen, wat gestraalde energie en EMI vermindert.

Daarnaast kun je hoge-snelheid signalering doen via een TSV. Maar zorg ervoor dat het 100 micron niet overschrijdt omdat het veel signaalintegriteit kan kosten.

Laag Vermogen

Als je de standaard PCB vergelijkt met de SiCB, zul je merken dat de laatste verminderde koelbehoeftes heeft. En dat is omdat er een significante reductie is in de I/O stroomvereisten.

Interessant genoeg, kun je een printplaat zien met I/O vermogen lager dan 10% van de verpakte deel I/O vermogen. Ook kun je meer afname in de I/O stroom zien als je een aangepaste I/O voor de SiCB elektrische verbindingen ontwerpt.

Betrouwbaarheid

Dit apparaat heeft verbeterde betrouwbaarheid omdat de temperatuurcoëfficiënten op de silicium printplaat en blote silicium dice overeenkomen. Dus kun je dit circuitpatroon gebruiken voor HPC zonder je zorgen te maken over systeemfalen.

Een ander voordeel van het gebruik van een SiCB-gebaseerd systeem is de weinig onderdelen. Daarom kun je het snel repareren of herschikken vergeleken met het FR4 gebaseerde systeem.

Ketten Van Leveringsketen

Geen twijfel, het SiCB ontwerp, herschikken, testen, onderdelen, en fabriceren hebben beschikbare leveringsketen links. Maar de keten is niet werkbaar omdat ze niet verbonden zijn. Maar deze links zullen zich voegen naarmate de technologie vordert.

Hoe Een SiCB Te Ontwerpen En Bouwen

Hier zijn de stappen die je nodig hebt om een silicium printplaat te bouwen:

Stap 1 – Begin Met Het Ontwerp

Om het SiCB ontwerp te beginnen, kun je kiezen voor een IC layout tool of een PCB layout tool. Verder is het vitaal om te noteren dat geen van deze tools geschikt zijn, maar ze zullen perfect werken.

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

En ze produceren geen IC output bestanden (GDSII).

Aan de andere kant, richten IC ontwerptools zich meer op het oppervlak. Maar het mist zowel gemak-van-gebruik als routing prestaties.

Stap 2 – Krijg De Geteste Onderdelen

Je kunt snel blote dice datasheets van fabrieken of online krijgen. Maar het is vitaal om ervoor te zorgen dat de onderdelen volledige testen in die vorm ondergaan.

Stap 3 – Bouw De SiCB

Je kunt de SiCBs bouwen met halfgeleider IC fabricatietechnologie. Maar het probleem is dat de foundries reticle beperkingen kunnen hebben. En je kunt eindigen met alleen kleine SiCBs of silicium interposers.

Dus, als je een grote silicium printplaat wilt, kies voor reticle stitching. Als alternatief kun je oudere fabs overwegen omdat ze silicium wafer masking voltooien.

Als je een interposer fabricert, kun je koperdikte metallisatie doen die ongeveer 2 micron dik is. Echter, dit proces is niet ideaal voor SiCBs omdat hun minimum geschikte grootte ongeveer 5 micron is.

Daarnaast kun je verschillende substraatmaterialen toevoegen zoals glas, organische, en keramische substraten.

Stap 4 – Monteer De Printplaat

Monteer de SiCBs door high-end PCB assemblagehuizen te gebruiken.

Door dit te doen, heb je een geautomatiseerde pick-and-place machine met uitstekende ESD controle nodig.

Dan, volg de surface mount ontwerp regels voor de onderdeelassemblage en werk met pad pitches van ongeveer 30 tot 40.

Daarnaast, aangezien er een vergelijkbare temperatuur is tussen de SiCB en de die, heb je geen blote die underfill nodig. Vanwege de verminderde mechanische spanning/thermische spanning.

Stap 5 – Testen En Herschikken

In deze stap kun je je gemonteerde SiCBs testen door wafer proef test fixtures, zelf-test, aangepaste package, en vliegende proef test te combineren. Ook, als je componenten moet vervangen, gebruik PCB herschikmethoden.

Afsluiting

Silicium printplaten zijn vergelijkbaar met de standaard PCBs maar met een silicium substraat. Plus, ze laten een pad pitch van ongeveer 30 tot 40 micron toe.

Ook komt dit apparaat met bedoelde componenten zoals de gestapelde 3D die en blote die. En je kunt ze maken met specifieke verwerking gebaseerd op de foundry. Verder, door de unieke kenmerken van dit apparaat, kan het door gaan voor een HPC ontwerp. Heb je van plan een silicium PCB te bouwen? Of wil je de beste voor je project krijgen? Neem gerust contact met ons op.