Друкована плата зі скляним сердечником для вдосконаленої упаковки

Друкована плата зі скляним сердечником — це вдосконалена підкладка для корпусу, яка використовує тонкий скляний лист замість органічної смоли, що зустрічається у звичайних підкладках BGA з перекидним кристалом. Основною причиною використання скла є не новизна, а продуктивність: скло пропонує коефіцієнт теплового розширення, набагато ближчий до кремнію, набагато меншу деформацію при великих розмірах корпусу та кращу розмірну стабільність для дрібних міжз'єднань. Ці властивості роблять підкладки зі скляним сердечником дедалі актуальнішими для прискорювачів штучного інтелекту, високопродуктивних процесорів, корпусів чіплетів та інших передових напівпровідникових збірок, де органічні підкладки наближаються до своїх механічних та маршрутизаційних меж. Ширший досвід матеріалів та процесів лежить у сфері технології скляних друкованих плат.

Запит цінової пропозиції на друковану плату зі скляним сердечником

Що таке друкована плата зі скляним сердечником?

Друкована плата зі скляним сердечником — це корпусна підкладка, в якій центральний шар серцевини виготовлений зі скла, а не з органічного ламінату, такого як смола BT або модифікований FR-4. У сучасних напівпровідникових корпусах ця серцевина діє як жорстка структурна основа підкладки, визначаючи площинність, стабільність товщини та геометрію вертикальних з'єднань. Замість звичайних перфорованих перехідних отворів, скляна серцевина використовує наскрізні скляні перехідні отвори для маршрутизації сигналів та живлення через товщину підкладки.

Саме скло не є активним електричним шаром. Його роль структурна та розмірна. Шари перерозподілу міді та шари нарощування діелектрика формуються над і під скляним осердям, тоді як скло забезпечує стабільну основу, необхідну для кріплення кристалів з дрібним кроком та створення корпусів великого формату. На практиці, друкована плата зі скляним осердям не є тим самим, що стандартна жорстка скляна плата, що використовується в загальній електроніці; вона спеціально призначена для передових застосувань підкладок для корпусів ІС, де сумісність з кремнієм та контроль деформації є критично важливими.

Ось чому друковані плати зі скляним осердям все частіше обговорюються разом із питаннями корпусування процесорів наступного покоління. Зі зростанням розмірів корпусів та зменшенням кроку між виступами матеріал осердя стає обмежувальним фактором, а скло пропонує інший рівень продуктивності, ніж технологія органічної підкладки.

Чому скляна серцевина друкованої плати замінює органічні підкладки для упаковки

Органічні корпуси-підкладки десятиліттями підтримували корпусування напівпровідників, але передові корпуси штучного інтелекту та високопродуктивних обчислень (HPC) зараз виходять за межі надійності органічних серцевин. Найважливішою проблемою є термомеханічна невідповідність. Органічні серцевини-підкладки зазвичай мають коефіцієнт теплового розширення, що значно перевищує кремнієві, що створює напругу на межі розділу кристал-підкладка під час оплавлення та термоциклування. Зі зменшенням кроку виступів цю напругу стає важче поглинати без втоми припою та проблем з надійністю з'єднання.

Друкована плата зі скляним осердям вирішує цю проблему, наближаючи КТР підкладки до кремнію. Це зменшує відносне зміщення під час зміни температури та допомагає підтримувати надійність паяних з'єднань на великих розмірах кристалів. Другою важливою перевагою є контроль деформації. Великі органічні підкладки мають тенденцію до вигину під час складання через асиметричне теплове розширення по всій площі стеку. При великих розмірах корпусу ця деформація може створювати відкриті з'єднання або нерівномірне прилягання гофрів. Скло має набагато кращу розмірну стабільність, що дозволяє створювати більш плоскі панелі та більш рівномірне формування міжз'єднань.

Третім фактором є щільність міжз'єднань. Органічні осердя залежать від механічно просвердлених структур з більшими мінімальними розмірами, тоді як скляні осердя можуть підтримувати набагато дрібніше формування вертикальних міжз'єднань. Для сучасної інтеграції чіплетів, де щільність трасування та розмір корпусу збільшуються разом, це поєднання меншої деформації, кращого збігу коефіцієнта теплової трансформації (CTE) та можливості створення дрібніших міжз'єднань є основною причиною, чому друковані плати зі скляним осердям набувають комерційного впровадження.

Скляна плата з сердечником проти органічного сердечника проти скляного інтерпозера

Друкована плата зі скляним осердям знаходиться між органічними підкладками та кремнієвими або скляними інтерпозерними рішеннями у співвідношенні продуктивність-вартість. Порівняно з органічною підкладкою, скло пропонує меншу деформацію, менше поглинання вологи, кращу розмірну стабільність та набагато ближчу теплову відповідність до кремнію. Порівняно з кремнієвим інтерпозером, скляні підкладки можуть підтримувати виробництво більших панелей та нижчу загальну вартість, водночас забезпечуючи набагато тоншу проводку та щільність перехідних отворів, ніж органічні матеріали.

Ключова відмінність між друкованою платою зі скляним осердям та скляним інтерпозером полягає у функціональному положенні в корпусі. Підкладка зі скляним осердям – це сама підкладка корпусу, включаючи шари нарощування та інтерфейс з'єднання на рівні плати. Скляний інтерпозер – це пасивний елемент перерозподілу, розміщений між кристалами та підкладкою для надвисокої щільності трасування. Якщо ваша увага зосереджена на архітектурі інтерпозера, а не на конструкції підкладки, роль друкованої плати зі скляним інтерпозером інша.

Структура та дизайн друкованої плати зі скляним осердям

Типова друкована плата зі скляним осердям побудована навколо тонкого скляного листа, зазвичай товщиною від 0.1 мм до 0.3 мм, з скляними переходами, сформованими крізь осердя та заповненими міддю для вертикального з'єднання. З обох боків скла додаються шари діелектрика та перерозподілу міді для створення структури трасування корпусу. Верхня сторона зазвичай підтримує дрібний крок кріплення кристалів, а нижня сторона забезпечує кульку припою або інтерфейс з'єднання на рівні корпусу.

Найважливішим правилом укладання є симетрія. Скло саме по собі є розмірно стабільним, але вся підкладка все одно може деформуватися, якщо верхній і нижній шари нарощування не збалансовані. Щільність міді, товщина діелектрика та кількість шарів повинні бути тісно пов'язані з обох сторін, щоб термічне напруження залишалося збалансованим під час оплавлення та затвердіння під заповненням. З цієї причини проектування підкладки зі скляним осердям полягає не лише у виборі скла як матеріалу; це також у контролі повної архітектури нарощування навколо цього осердя.

Вибір матеріалу також має значення. Боросилікатне скло зазвичай переважне, оскільки воно забезпечує сприятливе поєднання термічної стабільності, механічних властивостей та сумісності з технологічним процесом. Різниця між доступними матеріалами для скляних підкладок друкованих плат має значення при виборі серцевини для розробки корпусу.

Міркування щодо проектування TGV та деформації

Проектування скляних переходних отворів є одним з основних інженерних аспектів розробки друкованих плат зі скляним осердям. Діаметр, крок, співвідношення сторін, якість мідного заповнення, розмір контактної площадки та захист країв TGV безпосередньо впливають на технологічність та надійність. Порівняно зі стандартним проектуванням переходних отворів для друкованих плат, структури TGV вимагають більш жорсткого контролю, оскільки навколишній матеріал - це крихке скло, а не органічний ламінат. Розміщення переходних отворів занадто близько до краю підкладки або надмірна локальна концентрація напружень можуть створити чутливість до тріщин під час обробки або окремого вироблення.

З цієї причини проектування TGV тісно пов'язане з деформацією та управлінням напруженнями. Навіть якщо скло значно зменшує деформацію на рівні осердя порівняно з органічними матеріалами, готова підкладка все ще зазнає напружень від дисбалансу міді, кріплення кристала, недостатнього затвердіння та циклічних змін температури. Таким чином, хороший проектування друкованої плати зі скляним осердям поєднує точне розміщення TGV зі збалансованим розподілом міді, узгодженими шарами нарощування та механічним моделюванням на рівні корпусу.

На практиці, метою проектування є не просто зробити перехідний отвір провідним. Йдеться про те, щоб зробити всю структуру осердя та нарощування достатньо стабільною для дрібного кроку фліп-чіп-скріплення по всій площі корпусу. Деталі процесу формування скляних перехідних отворів безпосередньо впливають на цей результат.

Застосування та поширені запитання щодо друкованих плат зі скляним сердечником

Друковані плати зі скляним осердям використовуються там, де традиційні підкладки для корпусів більше не забезпечують достатньої площинності, теплового узгодження або щільності трасування. Найбільший попит виникає з боку прискорювачів штучного інтелекту, високопродуктивних процесорів та архітектур корпусів на основі чіплетів з великим розміром корпусу та дуже малим кроком виступів. Ці корпуси потребують підкладки, яка залишається плоскою під час складання, підтримуючи при цьому високу щільність вводу/виводу та надійне кріплення кристалів. Скляне осердя також має зростаюче значення у високочастотному та радіочастотному корпусуванні, де діелектрична стабільність та точність розмірів мають значення на високих робочих частотах. У цих випадках електрична поведінка високочастотних скляних структур друкованих плат стає частиною обговорення дизайну корпусу.

Яка головна перевага друкованої плати зі скляним сердечником?

Головною перевагою є поєднання низького коефіцієнта деформації та сумісності з кремнієм за КТР. Це робить скляні підкладки більш придатними, ніж органічні, для великих напівпровідникових корпусів з дрібним кроком.

Чи є друкована плата зі скляним сердечником тим самим, що й скляний інтерпозер?

Ні. Друкована плата зі скляним сердечником – це сама підкладка корпусу, тоді як проміжний шар – це окремий шар перерозподілу, розташований між кристалами та підкладкою.

Чому друкована плата зі скляним осердям важлива для корпусів штучного інтелекту та чіплетів?

Оскільки ці корпуси поєднують великий розмір підкладки, велику кількість вводів/виводів та малий крок між виходами, органічні матеріали мають труднощі зі збереженням площинності та надійності в цих умовах, тоді як скло показує кращі результати.

Чи замінює скляна друкована плата кремнієві інтерпозери?

Не в кожній конструкції. Скляне осердя зазвичай займає золоту середину між дешевшими органічними підкладками та високопродуктивними проміжними рішеннями.

Чи є друкована плата зі скляним сердечником вже виробничою технологією?

Він переходить від стадії розробки до раннього виробництва для передових програм упаковки, особливо там, де потрібні підкладки великого розміру та висока щільність з'єднань. Вимоги до проекту можна надіслати безпосередньо через сторінку цінової пропозиції.