В полупроводниковой промышленности наблюдается ускоренный переход к передовым архитектурам корпусов, требующим более высокой теплоотдачи и более плотной интеграции межсоединений. По мере роста производительности микросхем и уменьшения форм-факторов граница между традиционными печатными платами и подложками корпусов продолжает стираться.

Печатные платы с медными контактами становятся важнейшей промежуточной технологией, сочетающей в себе технологичность традиционных процессов изготовления печатных плат с требованиями к тепловым и электрическим характеристикам современных корпусов. Такой подход с использованием встроенной подложки отвечает растущей потребности в локальном управлении тепловыми процессами и создании сильноточных каналов в электронных системах следующего поколения.

Получите индивидуальное корпоративное решение

Преодоление разрыва между печатными платами и современными корпусами с помощью технологии медных монет

Традиционное производство печатных плат и производство подложек корпусов исторически функционировали как отдельные области с различными правилами проектирования и системами материалов. Конвергенция этих технологий в настоящее время обусловлена проблемами тепловых режимов, присущими высокопроизводительным вычислениям и силовой электронике. Печатные платы с медными пластинами служат промежуточной платформой, интегрирующей сплошные медные структуры непосредственно в диэлектрические слои, создавая эффективные тепловые и электрические пути, недоступные традиционным металлизированным сквозным отверстиям.

Встроенные тепловые каналы для модулей высокой мощности

Структура из медных пластин выполняет функцию локального теплоотвода, встроенного в структуру печатной платы. В отличие от стандартных переходных отверстий, которые используют медное покрытие с ограниченной площадью поперечного сечения, встроенные медные пластины обеспечивают твердые металлические объемы, которые проводят тепло вертикально от активных компонентов к внешним радиаторам. Такой подход к печатным платам со встроенной подложкой оказывается эффективным в приложениях, где плотность мощности превышает возможности теплоотвода традиционных конструкций плат.

Обеспечение более высокой плотности интеграции

В то время как современные корпусные решения способствуют переходу к более мелким межсоединениям и увеличению числа портов ввода/вывода, печатные платы Copper Coin обеспечивают превосходную токопроводящую способность без ущерба для площади печатной платы. Цельная медная структура снижает электрическое сопротивление и индуктивность по сравнению с традиционными массивами переходных отверстий, отвечая требованиям к целостности высокочастотного сигнала, предъявляемым к современным архитектурам корпусных конструкций.

От силовой электроники до встраиваемых подложек

Развитие технологии медных монет восходит к применению в силовых модулях, где IGBT и SiC-устройства генерируют значительное количество тепла, требующего эффективного отвода. В этих реализациях печатные платы с медными монетами служили прямыми тепловыми интерфейсами между силовыми полупроводниками и системами охлаждения. С тех пор эта технология распространилась на встраиваемые печатные платы с подложкой для интеграции на системном уровне.

Преимущества производительности при проектировании силового модуля

По сравнению с печатными платами с металлическим сердечником или медными подложками с прямым соединением, технология медных дисковых плат предлагает явные преимущества в гибкости производства и структуре затрат. Хотя печатные платы с медными дисковыми платами обеспечивают превосходные тепловые характеристики благодаря сплошному металлическому слою, они ограничивают свободу проектирования в плане трассировки и количества слоев. Печатные платы с медными дисковыми платами обеспечивают целенаправленное управление тепловым режимом в определенных местах, сохраняя при этом возможность многослойной обработки и плотность трассировки, характерные для обычных органических подложек. В современных архитектурах силовых модулей все чаще используются встроенные структуры из медных дисковых плат для создания низкоимпедансных сетей распределения питания и улучшенных тепловых интерфейсов.

Интеграция медных печатных плат в 2.5D и 3D-корпус

Переход технологии медных монет в 2.5D- и 3D-корпуса значительно расширяет область применения этой технологии. В этих передовых архитектурах медные монеты печатных плат выполняют функцию вертикальных тепловых переходов, проводящих тепло через органические подложки, обеспечивая при этом электрическую изоляцию, необходимую для сложной маршрутизации сигналов.

Управление тепловым режимом в корпусах микросхем HBM и AI

Высокопроизводительные стеки памяти и ускорители ИИ создают концентрированные тепловые нагрузки, которые представляют сложность для традиционных конструкций корпусов. Встроенные медные межсоединения, стратегически расположенные под кристаллами памяти или логическими микросхемами, создают прямые тепловые пути к внешним системам охлаждения. Этот подход оказывается ценным в конфигурациях корпусов 2.5D, где кремниевые интерпозеры обеспечивают горизонтальную связь, но ограниченную вертикальную теплопроводность.

Гибридные архитектуры субстратов

Современные корпуса всё чаще сочетают органические подложки со встроенными медными структурами, обеспечивая баланс электрических характеристик, управления температурой и стоимости производства. Печатные платы с медными пластинами легко интегрируются с мелкошаговыми перераспределительными слоями и технологиями микровыступов, позволяя системным архитекторам оптимизировать тепловые интерфейсы независимо от ограничений электрической трассировки. Этот гибридный подход позволяет разработчикам размещать медные пластины точно в местах наибольшего нагрева, сохраняя при этом целостность сигнала по всей подложке.

Поперечное сечение печатной платы из медной монеты

Инновации в области материалов и процессов для интеграции мелкозернистых медных монет

Продвижение печатных плат с медными выводами в области применения с мелкошаговыми подложками требует постоянных инноваций как в материалах, так и в производственных процессах. Обеспечение безпустотной интеграции медных структур в высокопроизводительные диэлектрические материалы представляет собой техническую задачу, которую необходимо решить для соответствия высоким стандартам надежности корпусов.

Разработка процесса заливки без пустот

Качество соединения медных монет напрямую влияет на тепловые и электрические характеристики. Последние разработки направлены на устранение пустот на границе раздела медь-диэлектрик за счёт улучшения состава смолы и параметров ламинирования:

Улучшенные характеристики текучести смолы – Модифицированные эпоксидные системы с контролируемой вязкостью обеспечивают полное смачивание медных конструкций во время циклов ламинирования.
Оптимизированные параметры ламинирования – Точные профили температуры и давления исключают попадание воздуха и летучих веществ в места соединения.
Протоколы подготовки поверхности – Контролируемая оксидная обработка медных поверхностей способствует химической адгезии с окружающими диэлектрическими материалами.

Эти достижения позволяют технологии медных монет поддерживать постоянную теплопроводность при всех объемах производства, обеспечивая при этом допуски размеров, необходимые для конструкций с малым шагом подложек.

Высокий контроль плоскостности и плоскостности поверхности

Современные упаковочные подложки требуют исключительной плоскостности поверхности для обеспечения тонкопленочной литографии и формирования микровыступов. Процессы встраивания медных дисковых печатных плат должны контролировать вариации высоты встроенных структур с точностью до микрометров, что требует применения методов прецизионной шлифовки и полировки, заимствованных из полупроводникового производства . Интеграция систем смол с керамическим наполнителем обеспечивает повышенную теплопроводность при сохранении электроизоляционных свойств, необходимых для изготовления многослойных подложек.

Проблемы надежности и совместного проектирования медных печатных плат

По мере того, как технология медных монет переходит в сферу применения современных упаковочных материалов, вопросы надежности становятся всё более важными. Встроенные медные структуры представляют собой интерфейсы материалов, которые должны выдерживать циклические перепады температур, механические нагрузки и химическое воздействие на протяжении всего жизненного цикла продукта.

Термоциклирование и целостность интерфейса

Несоответствие коэффициентов теплового расширения меди и окружающих органических материалов приводит к возникновению напряжений в местах соединения при резких перепадах температур. Испытания на надежность печатных плат Copper Coin должны подтверждать целостность интерфейса посредством ускоренного термоциклирования, имитирующего условия эксплуатации. Целостность соединения зависит как от качества исходного процесса ламинирования, так и от прочности долговременной адгезии разнородных материалов.

Контроль коробления в конструкциях подложек корпусов

Встроенные медные структуры влияют на общую устойчивость подложек корпусов к короблению из-за их высокой жёсткости по сравнению со слоями органического диэлектрика. Инженеры-конструкторы должны учитывать расположение медных пластин при моделировании деформации подложки во время сборки и термического воздействия. Ключевые моменты включают:

Симметричное распределение медных монет – Сбалансированное размещение по плоскостям подложки минимизирует эффекты дифференциального теплового расширения.
Стратегическое проектирование стека – Чередование слоев медных монет с компенсирующими структурами снижает кумулятивную деформацию.
Оптимизация выбора материала – Соответствие значений КТР медных монет и окружающих диэлектриков снижает концентрацию напряжений на границе раздела.

Успешная реализация требует тесного сотрудничества между разработчиками корпусов и производителями печатных плат для оптимизации размеров медных монет, их размещения и процессов соединения.

Перспективы на будущее: медные печатные платы в системной интеграции

Роль печатных плат Copper Coin продолжает расти, поскольку электронная промышленность стремится к более высокому уровню системной интеграции. Архитектуры «система в корпусе», объединяющие функции логики, памяти, аналоговых компонентов и управления питанием в рамках отдельных модулей, всё чаще используют технологии встраиваемых подложек для решения тепловых и электрических задач.

Разработка встроенной подложки питания

Интеграция цепей подачи питания непосредственно в подложки корпусов открывает значительные возможности для технологии медных монет. Встроенные подложки питания используют толстые медные структуры для распределения больших токов с минимальным падением напряжения и оптимальным тепловыделением. Печатные платы с медными монетами обеспечивают структурную основу для этих современных архитектур распределения питания, позволяя интегрировать модули регуляторов напряжения и силовые каскады на уровне корпусов.

Платформы высокочастотных вычислений и вычислений на основе искусственного интеллекта

По мере перехода вычислительных платформ на более высокие рабочие частоты и большую плотность мощности, возможности управления температурой, предоставляемые технологией медных монет, становятся всё более ценными. Ускорители ИИ и высокопроизводительные вычислительные модули используют локальные тепловые пути, обеспечиваемые встроенными медными структурами, что обеспечивает стабильную производительность при высоких вычислительных нагрузках. Конвергенция технологий производства печатных плат и корпусирования полупроводников делает печатные платы с медными монетами ключевым фактором системной интеграции следующего поколения.

Подать заявку на корпоративные услуги

Заключение: Расширение роли медных печатных плат в современных корпусах

Эволюция печатных плат с медными монетами от применения в силовых модулях до применения в современных корпусах демонстрирует способность этой технологии адаптироваться к всё более высоким требованиям к тепловым и электрическим характеристикам. По мере развития интеграции на уровне корпусов, встраиваемые структуры с медными монетами обеспечивают необходимые возможности терморегулирования, сохраняя при этом совместимость с традиционными процессами производства печатных плат.

Highleap Electronics поддерживает решения в области упаковки нового поколения посредством:

Расширенные возможности встраивания медных монет – Высокоточные процессы ламинирования обеспечивают соединение без пустот и стабильные тепловые характеристики при любых объемах производства.
Экспертиза мелкозернистых субстратов – Производственные возможности, поддерживающие допуски размеров, необходимые для архитектур упаковки 2.5D и 3D.
Услуги по совместной работе над дизайном – Раннее взаимодействие с клиентами для оптимизации размещения медных монет, выбора материала и проверки надежности.
Интегрированные решения по управлению тепловым режимом – Сочетание встроенных медных структур с высокоэффективными диэлектрическими материалами для превосходного рассеивания тепла.

Наш производственный опыт позволяет сочетать традиционные методы изготовления печатных плат с требованиями к точности современных упаковочных подложек. Свяжитесь с Highleap Electronics, чтобы обсудить, как технология медных заготовок может улучшить тепловые характеристики и надежность ваших систем следующего поколения.