IC Alt Katman PCB'leri: Gelişmiş Elektronikteki Temel İşlevler ve Ana Uygulamalar

IC substrat PCB'ler, entegre devreler (ICS) ve geleneksel baskılı devre kartları arasında kritik bir köprüyü temsil ederek günümüz elektroniklerinde gereken minyatürleştirmeyi ve yüksek performansını sağlar. Standart PCB'lerin aksine, bu özel substratlar, modern yongaların ultra-ince perde bağlantılarını işlemek için tasarlanmıştır, 112Gbps'ye kadar veri hızlarını ve geleneksel devre kartlarını ezecek güç yoğunluklarını desteklemektedir. Akıllı telefonlardan veri merkezi sunucularına kadar IC substrat PCB'ler, yeni nesil teknolojiyi sağlayan unung kahramanlarıdır.

Bu kılavuz, IC substrat PCB'lerin benzersiz işlevlerini, üretim karmaşıklıklarını, geleneksel PCB'lerden nasıl farklı olduklarını ve kilit endüstrilerdeki vazgeçilmez rollerini araştırıyor. İster 5G modem ister yüksek performanslı bir GPU tasarlar olun, bu substratları anlamak, en yeni performansın kilidini açmak için çok önemlidir.

Kilit çıkarımlar
1.IC substrat PCB'ler, ICS ve PCB'ler arasında “interposer” görevi görür, bu da standart PCB'lerin daha kaba perdesine (≥100μm) cips aralığını (≤50μm) tercüme eder.
2. Modern işlemciler ve 5G alıcıları için kritik olan, çip başına 10.000'e kadar bağlantıya sahip geleneksel PCB'lerden 3-5x daha yüksek G/Ç yoğunluğunu desteklerler.
3. BT reçinesi (Bismaleimid triazin) ve ABF (Ajinomoto oluşturma filmi) gibi gelişmiş malzemeler, düşük sinyal kaybı ile yüksek frekanslı performans (112Gbps'ye kadar) etkinleştirir.
4.Key uygulamaları arasında akıllı telefonlar (AP/BB yongaları), veri merkezi sunucuları (CPUS/GPU'lar) ve otomotiv elektroniği (ADAS yongaları) bulunur ve küresel pazarın 2026 yılına kadar 35 milyar dolara ulaşması öngörülmektedir.

IC substrat PCB'ler nelerdir?
IC substrat PCB'ler, entegre devreleri (CPU'lar, GPU'lar ve RF yongaları gibi) fiziksel ve elektriksel olarak daha büyük PCB'lere bağlamak için tasarlanmış yüksek yoğunluklu ara bağlantı (HDI) yapılarıdır. Bir IC'nin küçük, yakın aralıklı pimlerini (genellikle <50μm perde) standart bir PCB (tipik olarak 100μm+ zift) üzerindeki daha büyük, daha geniş aralıklı pedlere dönüştüren bir “çeviri katmanı” olarak hareket ederler.

Çekirdek bileşenler
A.Base malzemesi: yüksek termal stabilite ve düşük dielektrik kayıp için BT reçinesi (Bismaaleimid triazin) veya ABF (Ajinomoto oluşturma filmi).
B.Copper Katmanlar: İnce (12-18μm) Bakır, 10/10μm kadar sıkı çizgi/boşluk (l/s) ile izler ve yoğun yönlendirme sağlar.
C.Vias: 1: 1'e kadar olan en boy oranları olan mikrovialar (50-100μm çap), katmanları çok fazla yer kaplamadan bağlar ..
D.Surface Finish: IC darbeli güvenilir lehim derzleri için elektroles nikel daldırma altın (Enig) veya nikel palladyum altın (enepig).

IC substrat PCB'ler nasıl çalışır?
Bir IC substratı PCB'nin birincil işlevi, ICS ve PCB'ler arasındaki “perde uyuşmazlığı” nı çözmektir:
1. Çekme Ek: IC (örneğin, bir akıllı telefonun uygulama işlemcisi), her bir yumru substrat üzerindeki bir ped'e bağlanırken, lehim yumruları yoluyla alt tabaka bağlanır.
2.Signal Yönlendirme: Substratın ince-perdesi, IC'nin çarpmalarından substratın alt tarafındaki daha büyük pedlere yönlendirir.
3.PCB Bağlantısı: Substrat daha sonra, IC'nin yüksek yoğunluklu bağlantılarını PCB'nin düşük yoğunluklu yönlendirmesine çevirerek lehim bilyaları (BGA) yoluyla standart bir PCB'ye monte edilir.
Bu işlem, yüksek güçlü çipler tarafından üretilen ısıyı yönetirken, 100Gbps'yi aşan hızlarda bile sinyallerin minimum kayıpla seyahat etmesini sağlar.

IC substrat PCB'lere karşı geleneksel PCB'ler: Temel Farklılıklar
IC substrat PCB'ler, IC entegrasyonuna göre özelliğe sahip spesifikasyonlarla standart PCB'lerden çok daha karmaşıktır:

IC substrat PCB'lerin çekirdek fonksiyonları
IC substrat PCB'ler, gelişmiş elektronikleri sağlayan dört kritik rol gerçekleştirir:
1. Yüksek yoğunluklu sinyal yönlendirme
Modern IC'ler (örneğin, 7nm işlemciler) küçük ayak izlerine (örn. 15mm × 15mm) paketlenmiş binlerce G/Ç pimine sahiptir. IC substratları, bu sinyalleri ultra ince izler (10/10μm L/s) kullanarak yönlendirerek, karışma ve sinyal kaybından kaçınır. Örneğin, bir 5G modeminin IC substratı, her biri 28GHz performansı korumak için hassas empedans kontrolü (50Ω) gerektiren 2.000+ RF ve dijital sinyalleri işler.

2. Termal Yönetim
Yüksek güçlü yongalar (örn. GPU), kısalmayı önlemek için dağıtılması gereken 100W+ ısı üretir. IC substratları kullanımı:
A.Termali iletken malzemeler: Seramik dolgu maddeleri ile BT reçinesi ısı lavabolarına ısı transferini geliştirir.
B. Gözetleme Isı Yayanlar: Substrattaki kalın (70μm) bakır tabakalar ısıyı eşit olarak dağıtın.
Veri: Bakır ısı yayıcıya sahip bir IC substratı, çip kavşak sıcaklığını standart bir substrata kıyasla 15 ° C azaltır ve güvenilirliği%30 artırır.

3. Güç Dağıtım
ICS, minimum gürültü ile kararlı güç (örn., CPU'lar için 0.8V) gerektirir. IC substratları bunu şu şekilde elde eder:
A. Güç düzlemleri: Tüm IC pimlerine güç sağlayan ince, sürekli bakır katmanlar.
B. Kondansatör Entegrasyonu: Gömülü kapasitörler (01005 boyutu) Voltaj dalgalanmasını azaltın.
Sonuç: IC'deki voltaj değişimi%2'nin altında tutulur ve yüksek yük işlemleri sırasında bile kararlı performans sağlar (örn. Bir akıllı telefonda oyun).

4. Mekanik destek
IC'ler kırılgandır, termal veya mekanik stres altında çatlamaya eğilimli lehim yumruları ile. IC substratları:
A.Match CTE (termal genleşme katsayısı): BT reçinesi (12-16 ppm/° C) silikon (2.6 ppm/° C) ile yakından eşleşir ve sıcaklık döngüleri sırasında stresi azaltır.
B. Sertlik: Akıllı telefonlar gibi düşüşe dayanıklı cihazlar için kritik olan IC çarpmalarına zarar verebilecek bükmeyi önleyin.

IC substrat PCB'lerin üretim süreci
IC substratlarının üretmek, standart PCB işlemlerinin ötesinde hassas üretim gerektirir:
1.Base Malzeme Hazırlığı: BT reçinesi veya ABF tabakaları boyuta kesilir, bakır folyo bir veya her iki tarafa lamine edilir.
2.Build-Up Katmanlar: Fotolitografi kullanarak katmanlar sırayla eklenir:
A.Patterning: UV Light, bir maske boyunca fotorezisti ortaya çıkarır ve iz desenleri tanımlar.
B.etching: Korunmasız bakır çıkarılır ve ince adım izleri bırakır.
C.Microvia Sondaj: Lazer Delme, katmanlar arasında 50-100μm vias oluşturur.
3.Plating: Vias, katmanları bağlamak için bakır ile kaplanır ve iletkenlik sağlar.
4.Surface Finish: IC darbeleri ile güvenilir lehim yapıştırmayı sağlamak için pedlere Enig veya Enepig uygulanır.
5.Sinpeksiyon: AOI (otomatik optik inceleme) ve X-ışını iz doğruluğunu ve kalite yoluyla, 10.000 iz başına <1 kusur toleransı ile doğrulayın.

IC substrat PCB'lerin temel uygulamaları
IC substrat PCB'ler, yüksek performanslı, minyatür elektronikler gerektiren endüstrilerde gereklidir:
1. Mobil cihazlar
Akıllı telefonlar ve tabletler:
Uygulama işlemcileri (APS): IC substratları 7nm/5nm cipsleri (örneğin, Qualcomm Snapdragon, Apple A serisi) ana PCB'ye bağlar ve CPU, GPU ve AI çekirdeği için 1.000+ sinyal kullanır.
5G Modemler: Düşük kayıplı ABF malzemesine sahip substratlar, 28GHz/39GHz MMWAVE sinyallerini destekleyerek çoklu gigabit veri hızlarını mümkün kılar.
Örnek: En son amiral gemisi akıllı telefon, 5NM AP'sini bağlamak için 20/20μm L/s ile 6 katlı bir IC substratı kullanıyor ve önceki tasarımlara kıyasla genel cihaz kalınlığını 0,5 mm azaltır.

2. Veri Merkezleri ve Hesaplama
Sunucular ve iş istasyonları:
CPUS/GPU'lar: Yüksek güçlü yongalar (örneğin, Intel Xeon, NVIDIA H100) 400W+ güç ve 100Gbps+ çipler arası sinyalleri işlemek için gömülü ısı yaymalarına sahip IC substratları kullanın.
Bellek Modülleri: DDR5 ve HBM (yüksek bant genişliği bellek) için substratlar, sıkı zamanlama marjlarıyla 8400Mbps veri hızlarını etkinleştirir.
Trend: 3D IC substratları (yığılmış katmanlar), çoklu buklu modülleri (MCMS) bağlamak için ortaya çıkmakta ve yongalar arasındaki sinyal gecikmesini%40 oranında azaltır.

3. Otomotiv Elektroniği
Gelişmiş Sürücü Yardım Sistemleri (ADAS):
RADAR/LIDAR CHIPS: Yüksek sıcaklıklı BT reçinesi olan IC substratları (-40 ° C ila 125 ° C) ADAS işlemcilerini (örn. Nvidia orin) sensörlere bağlayarak sert ortamlarda güvenilir çalışma sağlar.
Infotainment Sistemleri: Substratlar, titreşime dirençli tasarımlarla (20G+) 4K ekran arayüzlerini ve 5G bağlantısını destekler.
Uyumluluk: Otomotiv sınıfı IC substratları, güvenlik açısından kritik sistemler için sıfır kusur gereksinimleri ile IATF 16949 standartlarını karşılamaktadır.

4. Tüketici elektroniği
A. Göze kapabilirler: Akıllı saatler ve AR bardakları, küçük yongalar (örn. Kalp atış hızı monitörleri) kompakt PCB'lere bağlamak için ultra ince (0.2mm) IC substratları kullanır ve kavisli tasarımlar için esnek seçenekler vardır.
B. Gaming konsolları: Konsollardaki yüksek performanslı GPU'lar (örn. PlayStation 5, Xbox Serisi X), 4K/120FPS grafik işlemeyi işlemek için 15/15μm L/s ile IC substratlarına güvenir.

IC substrat PCB'lerde ortaya çıkan eğilimler
Elektronikler daha yüksek performans ve minyatürleştirmeye doğru ilerledikçe, IC substratları gelişmektedir:
A.3D Entegrasyon: İstiflenmiş IC substratları (3D ICS) Yongalar arasındaki sinyal yollarını%50 azaltarak AI hızlandırıcılarında daha hızlı veri aktarımını sağlar.
B.Embeded Bileşenler: Substratlara gömülü kapasitörler ve dirençler yerden tasarruf edin ve 112Gbps+ sinyalleri için kritik olan parazitik endüktansı azaltın.
C.Sustainable: Geri dönüştürülebilir BT reçinesi ve kurşunsuz kaplama (ENEPIG) ROHS ve AB EcoDesign direktifleriyle hizalanarak çevresel etkiyi azaltır.

SSS
S: Geleneksel PCB'ler neden IC substrat PCB'lerini değiştiremiyor?
C: Geleneksel PCB'ler, modern IC'leri bağlamak için gereken ince perdeli yönlendirme (≤50μm L/s) ve malzeme performansı (düşük DK/DF) yoktur. Standart bir PCB kullanmak sinyal kaybına, karışma ve termal sorunlara neden olur.

S: Bir IC substratı için maksimum G/Ç sayımı nedir?
A: Önde gelen substratlar, GPU'lar gibi yüksek performanslı yongalar için 10.000 I/OS'yi, bağlantılar arasında 50μm perde ile destekler.

S: IC substratları yüksek frekansları nasıl ele alıyor (örn. 100Gbps)?
A: Düşük kayıplı malzemeler (ABF, DK = 3.0) ve kontrollü empedans izleri (50Ω) sinyal zayıflamasını en aza indirirken, zemin düzlemleri EMI'yi azaltır.

S: IC substratları pahalı mı?
C: Evet-İnce adım üretimi ve yüksek dereceli malzemeler nedeniyle geleneksel PCB'lerden 5-10x daha fazladır. Bununla birlikte, yüksek performanslı cihazların sağlanmasındaki rolleri, onları premium elektronikler için uygun maliyetli hale getirir.

S: IC substrat teknolojisinin geleceği nedir?
A: 3D istiflenmiş substratlar ve fotonik entegrasyonu (optik sinyaller için), 200Gbps+ veri hızlarını ve 100b+ transistörlerle AI yongalarını destekleyerek yeni nesil substratları yönlendirecektir.

Çözüm
IC substrat PCB'ler, ICS'in sürekli parlayan dünyası ile daha büyük PCB ekosistemi arasındaki kritik bağlantıdır, bu da modern elektronikleri tanımlayan performans ve minyatürleştirmeyi mümkün kılar. 5G akıllı telefonlardan Veri Merkezi GPU'larına kadar, bu özel substratlar genellikle hak ettikleri tanınmayı almadan en zorlu sinyal, güç ve termal gereksinimleri işler.
Cips ilerlemeye devam ettikçe - daha küçük düğümlerle, daha yüksek G/Ç sayımları ve daha hızlı hızlar - IC substrat PCB'leri, ortaya çıkan ihtiyaçları karşılamak için 3D entegrasyonu, gömülü bileşenleri ve yeni malzemeleri benimseyerek kilidi olarak gelişecektir. Mühendisler ve üreticiler için, bu substratları anlamak artık isteğe bağlı değildir - performans ve boyutun her şey olduğu bir pazarda rekabetçi kalmak önemlidir.
Sonunda, IC substratı PCB'ler görüşten gizlenebilir, ancak bunların etkileri günlük olarak güvendiğimiz her yüksek hızlı, yüksek performanslı cihazda görülebilir.