Lasiydinpiirilevy edistyneeseen pakkaamiseen

Lasiydinpohjainen piirilevy on edistynyt pakkausalusta, jossa käytetään ohutta lasilevyä perinteisissä flip-chip BGA -alustoissa käytetyn orgaanisen hartsiytimen sijaan. Lasin käytön tärkein syy ei ole uutuus, vaan suorituskyky: lasin lämpölaajenemiskerroin on paljon lähempänä piitä, paljon pienempi vääntyminen suurissa pakkauskoissa ja parempi mittapysyvyys hienojakoisissa liitoksissa. Nämä ominaisuudet tekevät lasiydinpohjaisista alustoista yhä tärkeämpiä tekoälykiihdyttimissä, tehokkaissa suorittimissa, sirupaketeissa ja muissa edistyneissä puolijohdekokoonpanoissa, joissa orgaaniset alustat lähestyvät mekaanisia ja reititysrajojaan. Laajempi materiaali- ja prosessitausta on lasipiirilevyteknologiassa.

Pyydä tarjous lasiytimisestä piirilevystä

Mikä on lasiydinpiirilevy?

Lasiydinpiirilevy on kotelointialusta, jossa keskeinen ydinkerros on valmistettu lasista eikä orgaanisesta laminaatista, kuten BT-hartsista tai modifioidusta FR-4:stä. Edistyneissä puolijohdekoteloissa tämä ydin toimii alustan jäykkänä rakenteellisena selkärankana, joka määrittää tasaisuuden, paksuuden vakauden ja pystysuoran yhteenliitäntägeometrian. Perinteisten porattujen reikien sijaan lasiydin käyttää lasin läpi kulkevia reikiä signaalien ja tehon reitittämiseen alustan paksuuden läpi.

Lasi itsessään ei ole aktiivinen sähköinen kerros. Sen tehtävä on rakenteellinen ja mittasuhteita säätävä. Kuparin uudelleenjakokerrokset ja dielektriset kertymiskerrokset muodostetaan lasiytimen ylä- ja alapuolelle, kun taas lasi tarjoaa vakaan pohjan, jota tarvitaan hienojakoisten piirilevyjen kiinnitykseen ja suurikokoisten koteloiden rakentamiseen. Käytännössä lasiytiminen piirilevy ei ole sama asia kuin tavallinen jäykkä lasipiirilevy, jota käytetään yleisessä elektroniikassa; se on erityisesti suunnattu edistyneille IC-koteloalustasovelluksille, joissa piin yhteensopivuus ja vääntymisen hallinta ovat kriittisiä.

Tästä syystä lasiytimistä piirilevyistä keskustellaan yhä enemmän seuraavan sukupolven prosessoripakkausten ohella. Pakkauskokojen kasvaessa ja kohoumien välisen jaon pienentyessä ydinmateriaalista tulee rajoittava tekijä, ja lasi tarjoaa erilaisen suorituskykyrajan kuin orgaaninen substraattiteknologia.

Miksi lasiydinpiirilevy korvaa orgaaniset pakkausmateriaalit

Orgaaniset kotelosubstraatit ovat tukeneet puolijohdekotelointia vuosikymmeniä, mutta edistyneet tekoäly- ja HPC-kotelot rikkovat nyt orgaanisten ytimien luotettavien käyttäytymisen rajoja. Tärkein ongelma on lämpömekaaninen epäsuhta. Orgaanisten substraattiytimien lämpölaajenemiskerroin on tyypillisesti paljon piitä suurempi, mikä aiheuttaa jännitystä sirun ja substraatin rajapintaan uudelleensulatussulatuksen ja lämpösyklien aikana. Kun kohoumajako hienonee, tätä jännitystä on vaikeampi vaimentaa ilman juotoksen väsymistä ja liitoksen luotettavuusongelmia.

Lasiytiminen piirilevy ratkaisee tämän tuomalla alustan CTE:n paljon lähemmäksi piitä. Tämä vähentää suhteellista siirtymää lämpötilan muutoksen aikana ja auttaa ylläpitämään juotosliitoksen luotettavuutta suurilla piirilevyjen jalanjäljillä. Toinen merkittävä etu on vääntymisen hallinta. Suuret orgaaniset alustat taipuvat kokoonpanon aikana epäsymmetrisen lämpölaajenemisen vuoksi pinon yli. Edistyneissä pakkauskooissa tämä vääntyminen voi aiheuttaa avoimia liitoksia tai epätasaista kohoumien kiinnitystä. Lasilla on paljon parempi mittapysyvyys, mikä mahdollistaa tasaisemmat paneelit ja tasaisemman liitosten muodostumisen.

Kolmas ajuri on yhteenliitäntöjen tiheys. Orgaaniset ytimet perustuvat mekaanisesti porattuihin läpivientirakenteisiin, joilla on suuremmat vähimmäismitat, kun taas lasiytimet voivat tukea paljon hienompaa pystysuoraa yhteenliitäntöjen muodostumista. Nykyaikaisessa siruintegraatiossa, jossa reititystiheys ja kotelon koko kasvavat yhdessä, tämä yhdistelmä pienempää käyristymistä, parempaa CTE-yhteensopivuutta ja hienompia läpivientimahdollisuuksia on tärkein syy lasiytimisten piirilevyjen kaupalliseen käyttöön siirtymiseen.

Lasiydinpiirilevy vs. orgaaninen ydin vs. lasivälilevy

Lasiydinpohjainen piirilevy sijoittuu orgaanisten pakkausalustojen ja pii- tai lasivälilevyratkaisujen väliin suorituskyky-kustannussuhteessa. Orgaaniseen ydinalustaan ​​verrattuna lasi tarjoaa vähemmän vääntymistä, vähemmän kosteuden imeytymistä, paremman mittapysyvyyden ja paljon paremman lämpövastuksen kuin pii. Piivälilevyyn verrattuna lasiydinpohjaiset alustat voivat tukea suurempien paneelien valmistusta ja alhaisempia kokonaiskustannuksia, samalla mahdollistaen paljon hienomman johdotuksen ja läpivientireikien tiheyden kuin orgaanisilla materiaaleilla.

Lasiytimisen piirilevyn ja lasivälilevyn keskeinen ero on niiden toiminnallinen sijainti kotelossa. Lasiytiminen alusta on itse kotelon alusta, mukaan lukien kerrokset ja piirilevytason liitäntäpinta. Lasivälilevy on passiivinen uudelleenjakaja, joka sijoitetaan piirilevyjen ja alustan väliin erittäin tiheää reititystä varten. Jos keskityt välilevyn arkkitehtuuriin alustan rakenteen sijaan, lasivälilevyn piirilevyn rooli on erilainen.

Lasiytimisen piirilevyn rakenne ja kokoonpanosuunnittelu

Tyypillinen lasiytiminen piirilevy rakennetaan ohuen, yleensä 0.1–0.3 mm paksuisen lasilevyn ympärille. Ytimen läpi on muodostettu lasin läpiviennit, jotka on täytetty kuparilla pystysuoraa yhteenliitäntää varten. Lasin molemmille puolille lisätään dielektrisiä ja kuparin uudelleenjakokerroksia kotelon reititysrakenteen luomiseksi. Yläpuoli tukee tyypillisesti hienojakoista sirun kiinnitystä, kun taas alapuoli tarjoaa juotospallon tai kotelotason yhteenliitäntärajapinnan.

Tärkein pinoamissääntö on symmetria. Lasi itsessään on mittapysyvää, mutta koko substraatti voi silti vääntyä, jos ylä- ja alakerrokset eivät ole tasapainossa. Kuparin tiheyden, dielektrisen paksuuden ja kerrosten lukumäärän tulee olla tarkasti samat molemmilla puolilla, jotta lämpöjännitys pysyy tasapainossa uudelleensulatuksen ja täyttökovetuksen aikana. Tästä syystä lasiytimen substraatin suunnittelussa ei ole kyse pelkästään lasin valinnasta materiaaliksi, vaan myös koko ytimen ympärillä olevan rakennusarkkitehtuurin hallinnasta.

Myös materiaalivalinnalla on merkitystä. Borosilikaattilasia suositaan yleisesti, koska se tarjoaa suotuisan yhdistelmän lämpöstabiilisuutta, mekaanisia ominaisuuksia ja prosessiyhteensopivuutta. Saatavilla olevien lasilevypohjaisten materiaalien väliset erot ovat tärkeitä valittaessa ydintä kotelokehitystä varten.

TGV- ja Warpage-suunnittelun näkökohdat

Lasinläpivientien suunnittelu on yksi lasiytimisten piirilevyjen kehityksen keskeisistä suunnittelukysymyksistä. Läpivientien halkaisija, jakoväli, kuvasuhde, kuparitäyttöjen laatu, kiinnitysalustojen koko ja reunojen pysyvyys vaikuttavat kaikki suoraan valmistettavuuteen ja luotettavuuteen. Verrattuna tavanomaiseen piirilevyjen läpivientien suunnitteluun, TGV-rakenteet vaativat tarkempaa hallintaa, koska ympäröivä materiaali on haurasta lasia eikä orgaanista laminaattia. Läpivientien sijoittaminen liian lähelle alustan reunaa tai liiallinen paikallinen jännityspitoisuus voi aiheuttaa halkeamaherkkyyttä prosessoinnin tai erottelun aikana.

Tästä syystä TGV-suunnittelu on läheisesti sidoksissa vääntymiseen ja jännityksenhallintaan. Vaikka lasi vähentää merkittävästi ydintason muodonmuutosta orgaanisiin materiaaleihin verrattuna, valmiiseen alustaan ​​kohdistuu silti jännityksiä kuparin epätasapainosta, sirun kiinnittymisestä, täyttökovetuksesta ja lämpötilavaihteluista johtuen. Hyvä lasiytiminen piirilevysuunnittelu yhdistää siis hienon TGV-asettelun tasapainoiseen kuparin jakautumiseen, yhteensovitettuihin kerrosrakenteisiin ja kotelotason mekaaniseen mallinnukseen.

Käytännössä suunnittelutavoitteena ei ole pelkästään tehdä läpiviennistä johtavaa. Tavoitteena on tehdä koko ydin- ja kasvatusrakenteesta riittävän vakaa hienojakoista flip-chip-liitosta varten koko pakkausalueella. Läpivirtausreikien muodostuksen prosessitiedot vaikuttavat suoraan tähän tulokseen.

Sovellukset ja lasiytimiset piirilevyt – usein kysytyt kysymykset

Lasiytimistä piirilevyä käytetään yhä enemmän siellä, missä perinteiset kotelointialustat eivät enää tarjoa riittävää tasaisuutta, lämpösovitusta tai reititystiheyttä. Voimakkain kysyntä tulee tekoälykiihdyttimistä, tehokkaista suorittimista ja sirupohjaisista koteloarkkitehtuureista, joilla on suuri runkokoko ja erittäin hieno kohoumaväli. Nämä kotelot tarvitsevat alustan, joka pysyy tasaisena koko kokoonpanon ajan ja tukee samalla suurta I/O-tiheyttä ja luotettavaa piirilevyjen kiinnitystä. Lasiytimellä on myös kasvava merkitys korkeataajuus- ja RF-koteloinnissa, joissa dielektrinen stabiilius ja mittatarkkuus ovat tärkeitä edistyneillä toimintataajuuksilla. Näissä tapauksissa korkeataajuisten lasipiirilevyrakenteiden sähköinen käyttäytyminen tulee osaksi kotelointisuunnittelukeskustelua.

Mikä on lasiytimisen piirilevyn tärkein etu?

Tärkein etu on vähäinen vääntyminen ja CTE-yhteensopivuus piin kanssa. Tämä tekee lasiytimisistä alustoista sopivampia kuin orgaanisista ytimistä suurille, hienojakoisille puolijohdepakkauksille.

Onko lasiytiminen piirilevy sama asia kuin lasivälilevy?

Ei. Lasiydinpiirilevy on itse pakkauksen alusta, kun taas välilevy on erillinen uudelleenjakautumiskerros, joka sijaitsee piirien ja alustan välissä.

Miksi lasiytiminen piirilevy on tärkeä tekoäly- ja sirupaketteja varten?

Koska näissä pakkauksissa yhdistyvät suuri alustan koko, suuri I/O-määrä ja hieno kohouman jako, orgaanisilla materiaaleilla on vaikeuksia säilyttää tasaisuus ja luotettavuus näissä olosuhteissa, kun taas lasi toimii paremmin.

Korvaako lasiydinpiirilevy piisirut?

Ei kaikissa malleissa. Lasiydin on yleensä jotain edullisempien orgaanisten alustojen ja tehokkaampien välikappaleratkaisujen väliltä.

Onko lasiytiminen piirilevy jo tuotantoteknologia?

Se on siirtymässä kehitysvaiheesta varhaiseen tuotantoon edistyneitä pakkausohjelmia varten, erityisesti silloin, kun vaaditaan suurta alustakokoa ja tarkkaa yhteenliitäntätiheyttä. Projektivaatimukset voidaan lähettää suoraan tarjoussivun kautta.