Silizium-Leiterplatte:Vorteile und Design einer

Siliziumchip und Leiterplatte

Quelle:Wikimedia Commons

Warum sollten Sie eine Silizium-Leiterplatte verwenden? Einfach, Si oder Silizium ist ein einfaches Element mit einzigartigen Eigenschaften. Außerdem wirkt es als Isolator und leitet unter bestimmten Bedingungen Strom.

Es kann also alles mit Strom versorgen, von Smartphones über Mikrowellenherde bis hin zu Supercomputern.

Außerdem wird Silizium dotiert – ein Prozess zur Modifizierung der elektrischen Eigenschaften. Folglich können Sie aus Silizium Transistoren zur Verstärkung elektrischer Signale herstellen.

Dieser Artikel erklärt mehr über das Board, die Funktionen, Vorteile und mehr.

Fangen wir also an!

Was ist eine Siliziumplatine?

SiCBs oder Silizium-Leiterplatten sehen aus wie Standard-Leiterplatten. Der Unterschied zwischen beiden Boards besteht jedoch darin, dass ersteres ein Siliziumsubstrat verwendet, während letzteres FR4 verwendet.

Außerdem können Sie Silizium-Leiterplatten in jeder Silizium-Wafer-Gießerei herstellen. Alles, was Sie tun müssen, ist die Front-End-of-the-Line- oder Back-End-of-the-Line-Verarbeitung zu verwenden – je nach Foundry.

Ferner liegen die Größen von SiCBs zwischen gedruckten Schaltungsplatinen und integrierten Schaltungselementen. Da die PCB also eine Abmessung von 10 x 10 Zoll hat, ist ein Standard-SiCB 2 x 3 Zoll groß und ICs haben eine Seitenlänge von einem halben Zoll.

Darüber hinaus können Sie das Design einer Standard-FR4-Leiterplatte in ein kleines SiCB (weniger als ein Viertel der Größe der Leiterplatte) ändern. Alles, was Sie tun müssen, ist, die Würfel des Pakets zu entfernen und die Spurgrößen zu verringern.

Können Sie dem SiCB ein HPC-Design (High Performance Computing) hinzufügen? Ja, du kannst. Aber Sie müssen die folgenden Komponenten hinzufügen:

• Takttreiber/Chip-Scale-Package-Oszillator

Chip-Scale-Oszillator

Quelle:Researchgate

• E/A-Anschlüsse

E/A-Anschlüsse

Quelle:Wikiwand

• Erinnerungswürfel (8)

Erinnerungswürfel

Quelle:Wikipedia Commons

• CPU stirbt

CPU-Die

Quelle:Wikipedia

• Große FPGA-Würfel (4)

FPGA

Quelle:Wikipedia Commons

• Bypass-Kondensatoren

Bypass-Kondensator

Quelle:Wikimedia Commons

Ihr Schaltungsdesign sollte mit diesen Komponenten eine Abmessung von 60 mm x 70 mm und eine Dicke von weniger als 3 mm haben. Aber Sie können mehr Millimeter für einen Kühlkörper hinzufügen.

Merkmale und Vorteile der Siliziumplatine

Die Silizium-Leiterplatte hat die folgenden Merkmale und Vorteile:

Signalisierung

Aufgrund der kürzeren Entfernung auf SiCBs im Vergleich zu einer Standard-Leiterplatte hat es eine schnellere Signalisierungsgeschwindigkeit. Das Entfernen des Gehäuses der Leiterplatte hilft also, ihre Kapazität und parasitäre Induktivität zu reduzieren.

Außerdem weisen diese Leiterplatten relativ kleine Drähte von etwa 2 x 8 Mikrometer auf.

Daher können sie resistiv sein, perfekt für eine Signalisierungsumgebung. Folglich müssen Sie möglicherweise keine Übertragungsleitungen terminieren, wodurch Strahlungsenergie und EMI verringert werden.

Darüber hinaus können Sie über einen TSV eine Hochgeschwindigkeitssignalisierung durchführen. Stellen Sie jedoch sicher, dass 100 Mikrometer nicht überschritten werden, da dies viel Signalintegrität kosten kann.

Niedriger Stromverbrauch

Wenn Sie das Standard-PCB mit dem SiCB vergleichen, werden Sie feststellen, dass letzteres einen geringeren Kühlbedarf hat. Und das liegt daran, dass der E/A-Strombedarf erheblich reduziert wird.

Interessanterweise sehen Sie möglicherweise eine Leiterplatte mit einer E/A-Leistung von weniger als 10 % der E/A-Leistung des verpackten Teils. Außerdem stellen Sie möglicherweise eine stärkere Abnahme der E/A-Leistung fest, wenn Sie einen benutzerdefinierten E/A für die elektrischen SiCB-Verbindungen entwerfen.

Zuverlässigkeit

Diese Vorrichtung hat eine verbesserte Zuverlässigkeit, da die Temperaturkoeffizienten auf der Silizium-Leiterplatte und den bloßen Silizium-Chips übereinstimmen. Sie können dieses Schaltungsmuster also für HPC verwenden, ohne sich Gedanken über Systemausfälle machen zu müssen.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines SiCB-basierten Systems sind seine wenigen Teile. Daher können Sie es im Vergleich zum FR4-basierten System schnell reparieren oder überarbeiten.

Glieder der Lieferkette

Zweifellos haben SiCB-Design, -Nachbearbeitung, -Test, -Teile und -Fertigung verfügbare Lieferkettenglieder. Aber die Kette ist nicht funktionsfähig, weil sie nicht verbunden sind. Aber diese Verbindungen werden mit fortschreitender Technologie zusammenkommen.

Wie man einen SiCB entwirft und baut

Hier sind die Schritte, die Sie zum Bau einer Silizium-Leiterplatte benötigen:

Schritt 1 – Beginnen Sie mit dem Design

Um mit dem SiCB-Design zu beginnen, können Sie sich entweder für ein IC-Layout-Tool oder ein PCB-Layout-Tool entscheiden. Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass keines dieser Tools angemessen ist, aber sie werden perfekt funktionieren.

Wie? PCB-Werkzeuge sind ideal für das Routing, nicht für Abmessungen unter einem Mikrometer.

Und sie erzeugen keine IC-Ausgabedateien (GDSII).

Andererseits konzentrieren sich IC-Design-Tools mehr auf den Bereich. Aber es mangelt an Benutzerfreundlichkeit und Routing-Leistung.

Schritt 2 – Holen Sie sich die getesteten Teile

Sie können Datenblätter für bloße Würfel schnell von Fabriken oder online erhalten. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass die Teile in Form einer vollständigen Prüfung unterzogen werden.

Schritt 3 – Erstellen Sie das SiCB

Sie können die SiCBs mit Halbleiter-IC-Fertigungstechnologie bauen. Das Problem ist jedoch, dass die Gießereien Retikelbeschränkungen haben können. Und am Ende haben Sie möglicherweise nur kleine SiCBs oder Silizium-Interposer.

Wenn Sie also eine riesige Silizium-Leiterplatte wünschen, entscheiden Sie sich für Fadenkreuz-Stitching. Alternativ können Sie ältere Fabs in Betracht ziehen, da sie die Siliziumwafermaskierung vervollständigen.

Wenn Sie einen Interposer herstellen, können Sie eine Kupfermetallisierung mit einer Dicke von etwa 2 Mikrometern vornehmen. Dieser Prozess ist jedoch nicht ideal für SiCBs, da ihre minimale geeignete Größe etwa 5 Mikrometer beträgt.

Darüber hinaus können Sie verschiedene Substratmaterialien wie Glas, organische Materialien und Keramiksubstrate hinzufügen.

Schritt 4 – Leiterplatte zusammenbauen

Montieren Sie die SiCBs mithilfe von High-End-PCB-Montagehäusern.

Dazu benötigen Sie eine automatisierte Bestückungsmaschine mit ausgezeichneter ESD-Kontrolle.

Befolgen Sie dann die Designregeln für die Oberflächenmontage für die Teilemontage und arbeiten Sie mit Pad-Abständen von etwa 30 bis 40.

Da zwischen dem SiCB und dem Chip eine ähnliche Temperatur herrscht, benötigen Sie außerdem kein Bare-Die-Underfill. Aufgrund der geringeren mechanischen Belastung/thermischen Belastung.

Schritt 5 – Testen und Nacharbeiten

In diesem Schritt können Sie Ihre zusammengebauten SiCBs testen, indem Sie Wafer-Probing-Testvorrichtungen, Selbsttest, modifiziertes Gehäuse und Flying-Probe-Test kombinieren. Wenn Sie Komponenten ersetzen müssen, verwenden Sie außerdem PCB-Nachbearbeitungsmethoden.

Aufrundung

Silizium-Leiterplatten ähneln den Standard-PCBs, jedoch mit einem Siliziumsubstrat. Außerdem ermöglichen sie einen Padabstand von etwa 30 bis 40 Mikron.

Außerdem wird dieses Gerät mit vorgesehenen Komponenten wie dem gestapelten 3D-Die und dem Bare-Die geliefert. Und Sie können sie mit einer spezifischen Verarbeitung basierend auf der Gießerei herstellen. Aufgrund der einzigartigen Merkmale dieses Geräts kann es außerdem als HPC-Design durchgehen. Planen Sie den Bau einer Silizium-Leiterplatte? Oder möchten Sie das Beste für Ihr Projekt bekommen? Bitte zögern Sie nicht uns zu kontaktieren.