PCB สับสราท IC: ฟังก์ชันหลักและการใช้งานหลักในอิเล็กทรอนิกส์ที่ก้าวหน้า

PCB สับสราท IC เป็นสะพานที่สําคัญระหว่างวงจรบูรณาการ (ICs) และบอร์ดวงจรพิมพ์ประจําทําให้การลดขนาดและความสามารถสูงที่ต้องการในอิเล็กทรอนิกส์ในวันนี้ไม่เหมือนกับ PCB แบบปกติ สับสราตพิเศษเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการกับการเชื่อมต่อความละเอียดของชิปที่ทันสมัยรองรับอัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 112Gbps และความหนาแน่นของพลังงานที่จะบดบดบอร์ดวงจรทั่วไปจากสมาร์ทโฟนไปยังเซอร์เวอร์ศูนย์ข้อมูล PCB สับสราต IC เป็นฮีโร่ที่ไม่เป็นที่รู้จัก

คู่มือนี้ศึกษาฟังก์ชันพิเศษของ PCB สับสราต IC ความซับซ้อนของการผลิตของมัน วิธีที่มันแตกต่างจาก PCB แบบดั้งเดิม และบทบาทที่จําเป็นของพวกเขาในอุตสาหกรรมสําคัญไม่ว่าคุณจะออกแบบโมเดม 5G หรือ GPU ที่ทํางานได้ดีการเข้าใจพื้นฐานเหล่านี้เป็นสิ่งสําคัญในการเปิดให้เห็นผลงานด้านขั้นสูง

ประเด็นสําคัญ
1PCB สับสราท IC ทําหน้าที่เป็น “แอนเตอร์โพเซอร์” ระหว่าง IC และ PCB โดยการแปลความละเอียดของชิป (≤ 50μm) เป็นความละเอียดที่หยาบ (≥ 100μm) ของ PCB มาตรฐาน
2.มันรองรับความหนาแน่น I/O มากกว่า PCB แบบดั้งเดิม 3×5 เท่า มีการเชื่อมต่อต่อกันถึง 10,000 ครั้งต่อชิป ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับโปรเซสเซอร์และตัวรับ 5G ที่ทันสมัย
3วัสดุที่ก้าวหน้า เช่น ธ อร์ BT (bismaleimide triazine) และ ABF (Ajinomoto Build-up Film) ทําให้สามารถทํางานความถี่สูง (สูงสุด 112Gbps) ด้วยการสูญเสียสัญญาณน้อย
4การใช้งานหลักประกอบด้วยสมาร์ทโฟน (ชิป AP / BB) เซอร์เวอร์ศูนย์ข้อมูล (CPU / GPU) และอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์ (ชิป ADAS) โดยมีการคาดการณ์ว่าตลาดโลกจะถึง 35 พันล้านดอลลาร์ในปี 2026

PCB สับสราท IC คืออะไร?
PCB สับสราท IC เป็นโครงสร้างเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง (HDI) ที่ออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อวงจรบูรณาการ (เช่น CPUs, GPUs และชิป RF) ด้วยทางกายภาพและไฟฟ้ากับ PCB ที่ใหญ่กว่าพวกเขาทําหน้าที่เป็นชั้นการแปล,?? การแปลงปินเล็ก ๆ ที่ห่างกันใกล้ชิดของ IC (มัก < 50μm pitch) เป็นพัดขนาดใหญ่และห่างกันไกลกว่าบน PCB มาตรฐาน (มัก 100μm + pitch)

ส่วนประกอบหลัก
a.วัสดุพื้นฐาน: ธ อร์ BT (bismaleimide triazine) หรือ ABF (Ajinomoto Build-up Film) เพื่อความมั่นคงทางความร้อนสูงและการสูญเสียไฟฟ้าต่ํา
b.ชั้นทองแดง: เส้นรอยทองแดงบาง (12-18μm) กับเส้น/ระยะ (L/S) ที่แน่นมากถึง 10/10μm ทําให้สามารถนําทางได้อย่างหนาแน่น
c. Vias: Microvias (50 ‰ 100μm กว้าง) ที่มีสัดส่วนขนาดสูงถึง 1:1การเชื่อมโยงชั้นต่างๆ โดยไม่ใช้พื้นที่มากเกินไป
d. การปิดผิว: เงินทองลึกลง nickel แบบไม่มีไฟฟ้า (ENIG) หรือ nickel palladium gold (ENEPIG) สําหรับสับเชื่อมที่น่าเชื่อถือได้กับ IC bumps

วิธีการทํางานของ PCB สับสราท IC
ฟังก์ชันหลักของ PCB สับสราท IC คือการแก้ไขความไม่ตรงกันระหว่าง IC และ PCB:
1การติดตั้งชิป: IC (ตัวอย่างเช่น เครื่องประมวลผลแอปพลิเคชั่นของสมาร์ทโฟน) เป็นชิปที่ติดต่อกับพื้นฐานผ่านกระแทก solder โดยแต่ละกระแทกเชื่อมต่อกับพัดบนพื้นฐาน
2การนําสัญญาณไปทาง: สับสราทที่มีความละเอียดจะติดตามสัญญาณทางจาก ICs bumps ไปยังพัดขนาดใหญ่บนด้านล่างของสับสราท
3การเชื่อมต่อ PCB: สารสับสราทจะติดตั้งกับ PCB มาตรฐานผ่านลูกผสม (BGA) โดยแปลการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูงของ IC กลายเป็นการนํา PCB หนาแน่นต่ํา
กระบวนการนี้ทําให้สัญญาณเคลื่อนไหวด้วยการสูญเสียอย่างน้อย แม้ในความเร็วที่เกิน 100Gbps ในขณะที่จัดการความร้อนที่เกิดจากชิปพลังงานสูง

PCB สับสราท IC VS PCB แบบดั้งเดิม: ความแตกต่างหลัก
PCB สับสราท IC ซับซ้อนกว่า PCB มาตรฐานมาก โดยมีรายละเอียดที่ปรับปรุงเพื่อการบูรณาการ IC:

ฟังก์ชันหลักของ PCB สับสราต IC
PCB สับสราท IC ทําหน้าที่สําคัญ 4 อย่างที่ทําให้อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยสามารถใช้ได้
1. การนําสัญญาณความหนาแน่นสูง
IC ที่ทันสมัย (ตัวประมวลผล 7nm) มีพิน I/O หลายพันพินที่บรรจุไว้ในรอยเท้าเล็ก ๆ น้อย ๆ (ตัวอย่างเช่น 15mm × 15mm) สับสราต IC ส่งสัญญาณเหล่านี้โดยใช้รอย ultra-fine (10/10μm L / S)การหลีกเลี่ยงเสียงข้ามสายและการสูญเสียสัญญาณตัวอย่างเช่น โมเดม 5G หน่วย IC จัดการ 2,000 + RF และสัญญาณดิจิตอล แต่ละตัวต้องการการควบคุมอิเมพานซ์ที่แม่นยํา (50Ω) เพื่อรักษาผลงาน 28GHz

2การจัดการความร้อน
ชิปประสิทธิภาพสูง (เช่น GPU) สร้างความร้อน 100W+ ซึ่งต้องถูกระบายเพื่อป้องกันการบด
a.วัสดุที่นําความร้อน: ธ อร์บีทีที่มีสารเติมเซรามิคช่วยปรับปรุงการถ่ายทอดความร้อนไปยังระบายความร้อน
b. เครื่องกระจายความร้อนจากทองแดง: ชั้นทองแดงหนา (70μm) ในพื้นฐานกระจายความร้อนอย่างเท่าเทียมกัน
ข้อมูล: สับสราท IC ที่มีเครื่องกระจายความร้อนทองแดงลดอุณหภูมิการเชื่อมชิปลง 15 °C เมื่อเทียบกับสับสราทมาตรฐาน ทําให้ความน่าเชื่อถือดีขึ้น 30%

3การกระจายพลังงาน
IC ต้องการพลังงานที่มั่นคง (เช่น 0.8V สําหรับ CPU) ด้วยความรบกวนอย่างน้อย สับสราท IC จะสามารถทําสิ่งนี้ได้โดย:
a. ระดับพลังงาน: ชั้นทองแดงบางต่อเนื่องที่ให้พลังงานกับปิน IC ทั้งหมด
b. การบูรณาการตัวประกอบความเข้มข้นที่แยกออก: เครื่องประกอบความเข้มข้นที่ฝังไว้ (ขนาด 01005) ลดความกระชับกระชับกระชับกระชับ
ผลลัพธ์: ความแตกต่างของแรงดันใน IC ถูกเก็บไว้ต่ํากว่า 2% เพื่อให้การทํางานคงที่ แม้กระทั่งในระหว่างการทํางานที่มีภาระสูง (เช่น การเล่นเกมส์บนสมาร์ทโฟน)

4การสนับสนุนทางกล
ICs ง่ายต่อการผสมผสาน มีความคืบหน้าในการผสมผสานที่คล่องตัวต่อการแตกภายใต้ความเครียดทางอุณหภูมิหรือกลไก
a.Match CTE (Coefficient of Thermal Expansion): ธ อร์ BT (1216 ppm/°C) ตรงกับซิลิคอน (2.6 ppm/°C) ลดความเครียดระหว่างวงจรอุณหภูมิ
b. ให้ความแข็งแกร่ง: ป้องกันการบิดที่อาจทําลายกระแทกของ IC ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับอุปกรณ์ที่ทนการตก เช่น สมาร์ทโฟน

กระบวนการผลิต PCB สับสราต IC
การผลิตสับสราต IC ต้องการการผลิตความแม่นยําเหนือกระบวนการ PCB มาตรฐาน
1การเตรียมวัสดุพื้นฐาน: ผนังชี้นํา BT หรือ ABF ถูกตัดตามขนาด, โดยมีแผ่นทองแดงผสมอยู่ด้านหนึ่งหรือทั้งสองข้าง
2.Build-Up Layers: โดยใช้การถ่ายภาพลิตโอกราฟี จะเพิ่มชั้นให้เรียงตามลําดับ
a.Patterning: แสง UV เปิดเผย photoresist ผ่านหน้ากาก, การกําหนดรูปแบบรอย.
b.การกวาด: ถอนทองแดงที่ไม่ได้รับการป้องกันทิ้งร่องรอยที่ละเอียด
c. การเจาะไมโครวีอา: การเจาะด้วยเลเซอร์สร้างช่อง 50-100μm ระหว่างชั้น
3การเคลือบ: ช่องทางถูกเคลือบด้วยทองแดงเพื่อเชื่อมต่อชั้น, รับประกันความสามารถในการนํา
4.การสรุปพื้นผิว: ENIG หรือ ENEPIG ถูกนําไปใช้กับพัดเพื่อให้แน่ใจว่าการผสมผสาน solder ที่น่าเชื่อถือกับ IC bumps
5.การตรวจสอบ: AOI (Automated Optical Inspection) และ X-ray ตรวจสอบความแม่นยําของรอยและผ่านคุณภาพ โดยความอดทนต่อความบกพร่อง < 1 ต่อ 10,000 ร่องรอย

การใช้งานหลักของ PCB สับสราต IC
PCB สับสราท IC เป็นสิ่งจําเป็นในอุตสาหกรรมที่ต้องการอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูง
1. อุปกรณ์มือถือ
สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต
แอปพลิเคชั่นโปรเซสเซอร์ (APs): สับสราต IC เชื่อมต่อชิป 7nm / 5nm (เช่น Qualcomm Snapdragon, Apple A-series) กับ PCB หลัก, จัดการสัญญาณ 1,000+ สําหรับ CPU, GPU และ AI core.
โมเดม 5G: สับสราทที่มีวัสดุ ABF ความสูญเสียต่ํารองรับสัญญาณ mmWave 28GHz / 39GHz ทําให้สามารถใช้อัตราการส่งข้อมูลหลายกิโลกิบาทได้
ตัวอย่าง: สมาร์ทโฟนตัวนําล่าสุดใช้สับสราต IC 6 ชั้นที่มี 20/20μm L/S เพื่อเชื่อมต่อ AP 5nm ของมัน, ลดความหนาของอุปกรณ์โดยรวม 0.5mm เมื่อเทียบกับการออกแบบก่อนหน้านี้

2. ศูนย์ข้อมูลและคอมพิวเตอร์
เซอร์เวอร์และสถานที่ทํางาน:
CPU / GPU: ชิปพลังงานสูง (เช่น Intel Xeon, NVIDIA H100) ใช้สับสราต IC ที่มีเครื่องกระจายความร้อนที่ฝังไว้ในการจัดการพลังงาน 400W + และสัญญาณระหว่างชิป 100Gbps +
โมดูลความจํา: สับสราตสําหรับ DDR5 และ HBM (ความจําความถี่ระยะยาวสูง) ทําให้อัตราการส่งข้อมูล 8400Mbps มีช่วงเวลาที่คับคับ
แนวโน้ม: สับสราต 3 มิติ IC (ชั้นที่สะสม) กําลังปรากฏขึ้นเพื่อเชื่อมต่อโมดูลหลายชิป (MCMs) ลดการช้าของสัญญาณระหว่างชิปถึง 40%

3อิเล็กทรอนิกส์รถยนต์
ระบบช่วยขับขี่ที่ทันสมัย (ADAS):
ชิปราดาร์ / ลีดาร์: สับสราต IC ที่มีธาตุ BT อุณหภูมิสูง (-40 ° C ถึง 125 ° C) เชื่อมต่อโปรเซสเซอร์ ADAS (เช่น NVIDIA Orin) กับเซนเซอร์, รับประกันการทํางานที่น่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ระบบข้อมูลบันเทิง: สับสราทรองรับอินเตอร์เฟซจอ 4K และการเชื่อมต่อ 5G ด้วยการออกแบบที่ทนต่อการสั่น (20G +)
ความสอดคล้อง: สับสราต IC ระดับรถยนต์ตอบสนองมาตรฐาน IATF 16949 โดยมีความต้องการที่ไม่มีความบกพร่องสําหรับระบบที่มีความสําคัญต่อความปลอดภัย

4อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค
a.Wearables: นาฬิกาสมาร์ทและแว่นตา AR ใช้พื้นฐาน IC ที่บางมาก (0.2 มิลลิเมตร) เพื่อเชื่อมชิปขนาดเล็ก (เช่น เครื่องตรวจวัดอัตราการเต้นของหัวใจ) เข้ากับ PCBs compact โดยมีตัวเลือกยืดหยุ่นสําหรับการออกแบบโค้ง
b.เกมคอนโซล: GPU ที่ทํางานได้ดีในคอนโซล (เช่น PlayStation 5, Xbox Series X) ใช้สับสราต IC ที่มีความยาว 15/15μm L/S เพื่อจัดการกับการประมวลภาพกราฟฟิก 4K/120fps

แนวโน้มใหม่ใน PCB สับสราท IC
ในขณะที่อิเล็กทรอนิกส์ผลักดันไปสู่การทํางานที่สูงขึ้นและการลดขนาดเล็ก สับสราต IC กําลังพัฒนา:
a.3D Integration: สับสราต IC ที่ค้อนกัน (3D ICs) ลดเส้นทางสัญญาณระหว่างชิป 50% ทําให้การถ่ายทอดข้อมูลใน AI accelerator รวดเร็วขึ้น
b.ส่วนประกอบที่ติดตั้ง: เครื่องประปาและเครื่องต้านทานที่ติดตั้งในพื้นฐาน ช่วยประหยัดพื้นที่และลดความสามารถในการผลักดันของปรสิต ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับสัญญาณ 112Gbps+
c.ความยั่งยืน: ธ อร์บีทีที่สามารถนํากลับไปใช้ได้และการเคลือบที่ไม่มีหมู (ENEPIG) ติดตามแนวทาง RoHS และ EU EcoDesign ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

FAQs
คําถาม: ทําไม PCB แบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถแทน PCB แบบ IC substrate ได้?
A: PCB แบบดั้งเดิมขาดการเคลื่อนไหวความละเอียด (≤50μm L/S) และผลงานของวัสดุ (ต่ํา Dk/Df) ที่จําเป็นในการเชื่อมต่อ IC ใหม่ๆ การใช้ PCB แบบมาตรฐานจะทําให้สัญญาณสูญเสียและปัญหาทางความร้อน.

คําถาม: จํานวน I/O ที่สูงสุดสําหรับ IC substrate คือเท่าไหร่?
ตอบ: สับสราตที่นําหน้ารองรับถึง 10,000 I / O สําหรับชิปที่มีประสิทธิภาพสูงเช่น GPUs, ด้วย 50μm pitch ระหว่างการเชื่อมต่อ

คําถาม: สับสราต IC รับมือความถี่สูง (เช่น 100Gbps) ได้อย่างไร?
A: วัสดุที่ขาดทุนน้อย (ABF, Dk = 3.0) และร่องรอยอุปสรรคที่ควบคุมได้ (50Ω) ลดการอ่อนแอสัญญาณให้น้อยที่สุด ขณะที่ระดับพื้นดินลด EMI

ถาม: สับสราต IC ราคาแพงไหม?
ตอบ: ครับ ราคาแพงกว่า PCB แบบดั้งเดิมถึง 5 ถึง 10 เท่า เพราะการผลิตที่ละเอียดและวัสดุที่มีคุณภาพสูงบทบาทของพวกเขาในการทําให้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงทําให้พวกเขามีประสิทธิภาพต่อค่าใช้จ่ายสําหรับอิเล็กทรอนิกส์ระดับสูง.

ถาม: อนาคตของเทคโนโลยีสับสราท IC เป็นอย่างไร?
ตอบ: สับสราตที่คึกคัก 3 มิติและการบูรณาการโฟตอนิกส์ (สําหรับสัญญาณออปติก) จะขับเคลื่อนสับสราตรุ่นต่อไป, รองรับอัตราการส่งข้อมูล 200Gbps+ และชิป AI ด้วยทรานซิสเตอร์ 100B+

สรุป
PCB สับสราท IC เป็นเส้นเชื่อมสําคัญระหว่างโลกของ IC ที่กําลังลดลงเรื่อยๆ และระบบนิเวศ PCB ที่ใหญ่กว่า ทําให้สามารถทํางานได้และลดขนาดเล็กที่นิยามอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยจากสมาร์ทโฟน 5G ไปยัง GPU ศูนย์ข้อมูล, สับสราทเชี่ยวชาญเหล่านี้จัดการกับสัญญาณที่ต้องการมากที่สุด, พลังงาน, และความต้องการความร้อน, มักไม่ได้รับการยอมรับที่พวกเขาสมควร.
ในขณะที่ชิปยังคงพัฒนาต่อไป ผ่านหน่วยที่เล็กกว่า, จํานวน I / O ที่สูงขึ้น, และความเร็วที่เร็วกว่า ผนัง PCB สับสราต IC จะพัฒนาใน lockstep, การรับรองการบูรณาการ 3 มิติ, ส่วนประกอบที่ฝังและวัสดุใหม่เพื่อตอบสนองความต้องการที่กําลังเกิดสําหรับวิศวกรและผู้ผลิต การเข้าใจพื้นฐานเหล่านี้ไม่ได้เป็นเรื่องเลือกแล้ว มันเป็นสิ่งจําเป็นที่จะยังคงมีศักยภาพในการแข่งขันในตลาดที่ผลงานและขนาดเป็นทุกอย่าง
ในที่สุด PCB สับสราต IC อาจซ่อนอยู่จากสายตา แต่ผลของมันจะเห็นได้ในอุปกรณ์ความเร็วสูงและประสิทธิภาพสูงทุกครั้งที่เราใช้ทุกวัน