תת-IC הוא נושא דק ושכבתי בתוך חבילת שבב. הוא מקשר את שבב הסיליקון ללוח המעגל הראשי על ידי פיזור רפידות זעירות לתוך זווית כדור ההלחמה, ניתוב אותות והספק, הוספת קשיחות בזמן הזרימה מחדש וסיוע בפיזור החום. מאמר זה מספק מידע על סוגי המצע, מבנה, חומרים, מסלולים, תהליכים, גימורים, כללי עיצוב ובדיקות אמינות.
סקירה כללית של תת-קרקעי IC
תת-שכבת IC, הנקראת גם מצע חבילת IC, הוא נושא דק ושכבתי בתוך חבילת שבב. הוא ממוקם בין שבב הסיליקון ללוח המעגלים המודפס הראשי (PCB). התפקיד העיקרי שלו הוא לחבר את רפידות המגע הקטנות מאוד של השבב לכדורי הלחמה שמרוחקים זה מזה, כדי שהחבילה תוכל להתחבר ללוח. זה גם עוזר להחזיק את התבנית במקום, מונע מהאריזה להתעקם יותר מדי בזמן החימום, ונותן לחום מסלול רחב יותר להתפשט לשאר האריזה וללוח.
השוואה בין תת-קרקעין (IC) ל-PCB
| מאפיין | תת-קרקע מעגלים משולבים | PCB סטנדרטי |
|---|---|---|
| תפקיד ראשי | מחבר את שבב הסיליקון שבתוך חבילה ללוח דרך מגעי החבילה | מחבר חלקים ומחברים לאורך כל לוח המעגלים |
| צפיפות ניתוב | צפיפות ניתוב גבוהה מאוד עם קווים ורווחים דקים מאוד | צפיפות ניתוב נמוכה יותר עם קווים רחבים יותר ומרווחים מאשר המצע |
| ויאס | מיקרווויות נפוצות לחיבורים אנכיים קצרים וצפופים בין שכבות | מיקרווויות עשויות לשמש בלוחות HDI, אך לוחות רבים משתמשים בוויות גדולות |
| שימוש טיפוסי | בשימוש בתוך חבילות שבב כמו BGA, CSP וחבילות שבב הפוך | משמש כלוח המערכת הראשי במוצרים כמו טלפונים, נתבים ומחשבים אישיים |
ניתוב אותות דרך תת-ה-IC
בתוך האריזה, המצע מספק מסלולים קצרים ומבוקרים לאותות והספק בין הקובייה לכדורי ההלחמה.
• רפידות התבניות מחוברות למצע באמצעות קשרי חוט, בליטות (פליפ-צ'יפ) או TAB.
• שכבות פנימיות מנתבות אותות החוצה תוך שמירה על עקביות מטרות התנגדות.
• מישורי חשמל והארקה מפיצים זרם ומפחיתים את קפיצת האספקה.
• כדורי הלחמה בתחתית מחברים את החבילה ל-PCB הראשי.
מבנה הליבה והמצע הצטברות
• ליבה: עמוד השדרה המבני; דיאלקטרי עבה יותר; תומך בקשיחות מכנית וניתוב רחב יותר כאשר משתמשים בו
• שכבות הצטברות: ניתוב דיאלקטרי דק + נחושת עדינה למימוש צפוף
• מיקרווויות: קישורים אנכיים קצרים בין שכבות הצטברות סמוכות
חומרי מצע נפוצים של IC וגורמי ברירה
| משפחה חומרית | דוגמאות | חוזקות טיפוסיות |
|---|---|---|
| אורגני קשיח | מערכות ABF, BT, אפוקסי | תומך בניתוב הצטברות עדין, מתאים היטב לייצור נפחי, ומאזן בין צרכים חשמליים ומכניים |
| אורגני גמיש | פוליאימיד | מאפשר לניתוב להתכופף תוך שמירה על דק, מה שעוזר בפריסות שדורשות חיבורים גמישים |
| קרמיקה | Al₂O₃, AlN | התפשטות תרמית נמוכה ליציבות ממדית טובה יותר וטיפול חזק בחום בהשוואה לחומרים אורגניים רבים |
סוגי תת-שכבת IC לפי סגנון אריזה
| סוג מצע | ההתאמה הטובה ביותר |
|---|---|
| מצע BGA | תומך בכמות גבוהה של קלט/פלט ובביצועי חבילה חזקים בסך הכל |
| תת-קרקע CSP | נבנה לחבילות דקות עם שטח קומפקטי |
| מצע פליפ-צ'יפ | מאפשר חיבורים קצרים וניתוב צפוף מאוד בין התבנית למצע |
| מצע MCM | תומך במספר שבבים הממוקמים ומחוברים בתוך חבילה אחת |
שיטות חיבור בין התבניות למצע
• שיטת החיבור משפיעה על פריסת הרפידים, מגבלות הגובה ודרישות ההרכבה.
• חיבור חוטים: חוטים דקים מחברים את רפידות התבנית לחיבור האצבעות על המצע.
• פליפ-צ'יפ: בליטות קטנות שמחברות את השבב ישירות לרפידות על המצע, ויוצרות מסלולים חשמליים קצרים.
• TAB: הדבקה מבוססת סרט שמשתמשת בשכבה דקה לנשיאה וחיבור חוטים, לעיתים קרובות כאשר נדרש פורמט סרט.
תהליכי ייצור מצע של IC בקו דק
| תהליך | רעיון מרכזי | מטרה |
|---|---|---|
| חיסור | מתחיל בשכבת נחושת ומסיר נחושת לא רצויה על ידי חריטה | נפוץ ומובן היטב, עם חזרתיות מוצקה עבור שכבות רבות של המצע |
| אדיטיבי | בונה נחושת רק במקומות שבהם יש צורך בעקבות ורפידות, באמצעות ציפוי סלקטיבי | עוזר ליצור תכונות עדינות מאוד עם שליטה הדוקה יותר על צורות קטנות |
| MSAP/mSAP | משתמשים בשכבת זרעים דקה, ואז מצליחים ומחריפים בעדינות בצורה מבוקרת | תומך במטרות קטנות יותר בקו ובמרחק תוך שמירה על שליטה טובה בעובי |
יצירת מיקרוביה ואיכות בנייה
מיקרווויות מחברות שכבות מצטברות בערימות צפופות. מכיוון שהן קטנות, הגיאומטריה ואיכות הנחושת שלהן משפיעות רבות על המשכיות ויציבות ההתנגדות לטווח הארוך.
קידוח בלייזר יוצר ערכים קטנים ורדודים בין שכבות סמוכות. ציפוי נחושת מצפה את קירות המעבר ליצירת מסלול מוליך רציף. מילוי ויה משלים את המבנה על ידי הפחתת חללים ורפידות תומכים, מה שעוזר כאשר ה-via יושב מתחת לכרית.
גימורי שטח למצעי IC
| סיום | במה זה עוזר |
|---|---|
| ENIG | מספק משטח חלק וניתן להלחמה ועוזר להגן על נחושת מפני קורוזיה. |
| ENEPIG | תומך באפשרויות חיבור נוספות ועוזר ליצור חיבורי הלחמה חזקים ואמינים. |
| גרסאות זהב | משמש כאשר משטח זקוק לביצועי מגע יציבים או שכבת זהב המתאימה לשיטות הדבקה מסוימות. |
כללי עיצוב המצע המשפיעים על התפוקה
מטרות קו/חלל
נעול את רוחב הקו המינימלי והמרווח מוקדם, ושמור על היעדים מיושרים למה שהתהליך יכול לחזור עליו בעקביות בכל שכבות הניתוב.
דרך אסטרטגיה
הגדר זוגות שכבות מיקרוביה ומגבלות עומק מוקדם. קבע כללים ברורים למעבר בשטח, מילוי קריאות, וכל אזורי חסימה שמגנים על ניתוב מדויק.
סטאק-אפ
תקן את ספירת הליבה והבנייה של השכבות מוקדם והקצה תפקידי ניתוב לכל שכבה כדי ששינויים בניתוב לא יכריחו שיפוצים משמעותיים בהמשך.
תקציב 11.4 Warpage
הגדר גבולות עיוות בין שלבי הזרימה מחדש והרכבה, ושמור על איזון הנחושת וסימטריית השכבה מבוקרת כדי שהמצע יישאר בתוך הגבול.
אסטרטגיית מבחן
תכנן גישה למבחן לרצף ושליטה בקצרים. שמרו מספיק רפידות ונתיבי מסלול כדי שהכיסוי לא יקטן ככל שהצפיפות עולה.
סיכום
תת-קרקעי IC תומכים בחבילות שבב על ידי מתן ניתוב צפוף, מישורי חשמל וארקע, וקישורים אנכיים קצרים דרך מיקרווויות. השכבות הליבה והבנייה שלהם קובעות את יכולת הפיזור החוצה ואת קשיחות האריזה. בחירת חומרים, תהליכים דקים, איכות הבנייה במיקרוביה וגימורי פני השטח משפיעים על התוצאות. התפוקה תלויה במטרות מקוונות/חלל, באמצעות אסטרטגיה, ערימה, בקרת עיוות, ותכנון ניסויים, מגובה ב-AOI, בדיקות חשמליות, חתכים ו-X-ray.
שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
לאיזה רוחב קו ורווח יכולים מצעי IC להגיע?
תת-קרקעי IC יכולים להשתמש בקו/מרחב מתחת ל-10 מיקרון בשכבות בנייה, עם מטרות צפופות יותר בתהליכים מתקדמים.
כמה עבה מצע IC?
העובי תלוי בסגנון האריזה ומספר השכבות, ונע בין פחות מ-0.3 מ"מ ל-CSP דק ועד מעל 1.0 מ"מ ל-BGA בשכבה גבוהה.
אילו תכונות חשמליות של חומר חשובות ביותר?
קבוע דיאלקטרי (Dk), גורם פיזור (Df), ועמידות בידוד. Dk יציב תומך בבקרת התנגדות; Df נמוך מפחית את אובדן האות.
מהם מצבי כשל נפוצים של תשתית ב-IC?
סדקים במיקרוביה, עייפות נחושת, דלמינציה של שכבות ועייפות חיבור הלחמה בממשק הכדור.
אילו צרכים עיצוביים נוספים מגיעים עם אותות מהירות?
בקרת התנגדות הדוקה יותר, מסלולי חזרה קצרים, חיתוך נמוך יותר, וריווח עקבות מדויק עם מישורי ייחוס מוצקים.
כיצד משתנים מצבי IC עבור חבילות AI ו-HPC?
מספר שכבות גבוה יותר, קווים/מרחב דקים יותר, אספקת כוח חזקה יותר, גדלי גוף גדולים יותר, ותמיכה טובה יותר בפריסת רב-שבבנים או שבבים.
