실리콘 회로 기판:이점 및 설계 방법

실리콘 칩 및 회로 기판

출처:Wikimedia Commons

왜 실리콘 회로 기판을 사용해야 합니까? Simple, Si 또는 Silicon은 고유한 기능을 가진 단순한 요소입니다. 또한 절연체 역할을 하며 어떤 조건에서는 전기를 전도합니다.

따라서 스마트폰 전자레인지에서 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급할 수 있습니다.

또한 실리콘은 전기적 특성을 수정하는 도핑 과정을 거칩니다. 따라서 실리콘을 사용하여 전기 신호를 증폭하는 트랜지스터를 만들 수 있습니다.

이 문서에서는 보드, 기능, 혜택 등에 대해 자세히 설명합니다.

자, 시작하겠습니다!

실리콘 회로 기판이란 무엇입니까?

SiCB 또는 실리콘 회로 기판은 표준 PCB처럼 보입니다. 그러나 두 보드의 차이점은 전자는 실리콘 기판을 사용하고 후자는 FR4를 사용한다는 것입니다.

또한 모든 실리콘 웨이퍼 파운드리에서 실리콘 회로 기판을 만들 수 있습니다. 파운드리를 기반으로 하는 전공정 또는 후공정 처리를 사용하기만 하면 됩니다.

또한 SiCB의 크기는 인쇄 회로 기판과 집적 회로 요소 사이에 있습니다. 따라서 PCB의 치수가 10 x 10인치이므로 표준 SiCB는 2 x 3인치이고 IC는 양쪽이 0.5인치입니다.

또한 표준 FR4 PCB의 설계를 소형 SiCB(PCB 크기의 1/4 미만)로 변경할 수 있습니다. 패키지의 주사위를 제거하고 트레이스 크기를 줄이기만 하면 됩니다.

SiCB에 HPC(고성능 컴퓨팅) 설계를 추가할 수 있습니까? 그래 넌 할수있어. 그러나 다음 구성 요소를 추가해야 합니다.

• 클록 드라이버/칩 스케일 패키지 발진기

칩 스케일 발진기

출처:Researchgate

• I/O 커넥터

I/O 커넥터

출처:Wikiwand

• 메모리 주사위(8)

메모리 다이

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• CPU 다이

CPU 다이

출처:Wikipedia

• 대형 FPGA 다이스(4)

FPGA

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• 바이패스 커패시터

바이패스 커패시터

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회로 설계는 이러한 구성 요소를 사용하여 60mm x 70mm 치수와 3mm 미만의 두께를 가져야 합니다. 그러나 방열판에 밀리미터를 더 추가할 수 있습니다.

실리콘 회로 기판의 기능 및 이점

실리콘 회로 기판에는 다음과 같은 기능과 이점이 있습니다.

시그널링

표준 PCB에 비해 SiCB의 거리가 짧기 때문에 신호 속도가 더 빠릅니다. 따라서 회로 기판의 패키지를 제거하면 커패시턴스와 기생 인덕턴스를 줄이는 데 도움이 됩니다.

또한 이러한 회로 기판은 약 2 x 8 미크론의 비교적 작은 전선을 사용합니다.

따라서 신호 환경에 완벽한 저항성을 가질 수 있습니다. 결과적으로 전송선을 종료할 필요가 없어 방사 에너지와 EMI를 줄일 수 있습니다.

또한 TSV를 통해 고속 시그널링을 수행할 수 있습니다. 그러나 신호 무결성에 많은 비용이 들 수 있으므로 100미크론을 초과하지 않도록 하십시오.

저전력

표준 PCB를 SiCB와 비교하면 후자가 냉각 요구 사항이 감소했음을 알 수 있습니다. I/O 전력 요구 사항이 크게 감소했기 때문입니다.

흥미롭게도 I/O 전력이 패키지된 부품 I/O 전력의 10% 미만인 회로 기판을 볼 수 있습니다. 또한 SiCB 전기 연결을 위한 맞춤형 I/O를 설계하면 I/O 전력이 더 많이 감소하는 것을 알 수 있습니다.

신뢰성

이 장치는 실리콘 회로 기판과 베어 실리콘 다이스의 온도 계수가 일치하므로 신뢰성이 향상되었습니다. 따라서 시스템 장애에 대한 걱정 없이 이 회로 패턴을 HPC에 사용할 수 있습니다.

SiCB 기반 시스템을 사용하는 또 다른 이점은 부품 수가 적다는 것입니다. 따라서 FR4 기반 시스템에 비해 빠르게 수리하거나 재작업할 수 있습니다.

공급망 연결

의심할 여지 없이 SiCB 설계, 재작업, 테스트, 부품 및 제조에는 사용 가능한 공급망 링크가 있습니다. 그러나 체인은 연결되어 있지 않기 때문에 작동하지 않습니다. 그러나 이러한 링크는 기술이 발전함에 따라 결합될 것입니다.

SiCB 설계 및 구축 방법

다음은 실리콘 회로 기판을 만드는 데 필요한 단계입니다.

1단계 – 디자인 시작

SiCB 설계를 시작하기 위해 IC 레이아웃 도구 또는 PCB 레이아웃 도구를 선택할 수 있습니다. 또한 이러한 도구 중 어느 것도 적절하지 않지만 완벽하게 작동한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

어떻게? PCB 도구는 미크론 미만의 치수가 아닌 라우팅에 이상적입니다.

그리고 IC 출력 파일(GDSII)을 생성하지 않습니다.

반면에 IC 설계 도구는 이 영역에 더 중점을 둡니다. 그러나 사용 편의성과 라우팅 성능이 모두 부족합니다.

2단계 – 테스트된 부품 가져오기

공장이나 온라인에서 베어 다이스 데이터시트를 빠르게 얻을 수 있습니다. 그러나 부품이 다이 형태로 완전한 테스트를 거쳤는지 확인하는 것이 중요합니다.

3단계 – SiCB 구축

반도체 IC 제조 기술로 SiCB를 구축할 수 있습니다. 그러나 문제는 주조소에 레티클 제한이 있을 수 있다는 것입니다. 그리고 결국 작은 SiCB 또는 실리콘 인터포저만 남게 될 수 있습니다.

따라서 거대한 실리콘 회로 기판을 원한다면 레티클 스티칭을 선택하십시오. 또는 실리콘 웨이퍼 마스킹을 완료하기 때문에 오래된 팹을 고려할 수 있습니다.

인터포저를 제작하는 경우 약 2미크론 두께의 구리 두께 금속화를 수행할 수 있습니다. 그러나 이 프로세스는 SiCB의 최소 적절한 크기가 약 5마이크론이므로 이상적이지 않습니다.

또한 유리, 유기물 및 세라믹 기질과 같은 다양한 기질 재료를 추가할 수 있습니다.

4단계 – 회로 기판 조립

고급 PCB 어셈블리 하우스를 사용하여 SiCB를 조립합니다.

그렇게 하면 탁월한 ESD 제어 기능을 갖춘 자동 픽 앤 플레이스 기계가 필요합니다.

그런 다음 부품 조립에 대한 표면 실장 설계 규칙을 따르고 약 30~40의 패드 피치로 작업합니다.

또한 SiCB와 다이 사이에 유사한 온도가 있기 때문에 베어 다이 언더필이 필요하지 않습니다. 기계적 응력/열 응력이 감소했기 때문입니다.

5단계 – 테스트 및 재작업

이 단계에서는 웨이퍼 프로빙 테스트 픽스처, 자체 테스트, 수정된 패키지 및 플라잉 프로브 테스트를 결합하여 조립된 SiCB를 테스트할 수 있습니다. 또한 부품을 교체해야 하는 경우 PCB Rework 방법을 사용하십시오.

반올림

실리콘 회로 기판은 표준 PCB와 유사하지만 실리콘 기판이 있습니다. 또한 약 30~40미크론의 패드 피치를 허용합니다.

또한 이 장치는 적층형 3D 다이 및 베어 다이와 같은 의도된 구성 요소와 함께 제공됩니다. 그리고 파운드리를 기반으로 특정 가공으로 만들 수 있습니다. 또한 이 장치의 고유한 기능으로 인해 HPC 설계에 통과할 수 있습니다. 실리콘 PCB를 만들 계획이 있습니까? 아니면 프로젝트에 가장 적합한 것을 원하십니까? 언제든지 저희에게 연락해 주십시오.