Placa de circuito de silício:benefícios e como projetar uma

Chip de silício e placa de circuito

Fonte:Wikimedia Commons

Por que você deve usar uma placa de circuito de silício? Simples, Si ou silício é um elemento simples com características únicas. Além disso, atua como isolante e conduz eletricidade sob algumas condições.

Assim, ele pode alimentar qualquer coisa, desde fornos de micro-ondas de smartphones até supercomputadores.

Além disso, o silício sofre dopagem - um processo de modificação das propriedades elétricas. Consequentemente, você pode usar silício para fazer transistores para amplificar sinais elétricos.

Este artigo explica mais sobre a placa, os recursos, benefícios e muito mais.

Então, vamos começar!

O que é uma placa de circuito de silício?

SiCBs ou placas de circuito de silício se parecem com PCBs padrão. Mas a diferença entre as duas placas é que a primeira usa um substrato de silício enquanto a segunda usa FR4.

Além disso, você pode criar placas de circuito de silício em qualquer fundição de pastilhas de silício. Tudo o que você precisa fazer é usar o processamento de front-end-of-the-line ou back-end-of-the-line - com base em sua fundição.

Além disso, os tamanhos dos SiCBs ficam entre as placas de circuito impresso e os elementos de circuito integrado. Portanto, como o PCB tem uma dimensão de 10 x 10 polegadas, um SiCBs padrão tem 2 x 3 polegadas e os ICs são meia polegada de cada lado.

Além disso, você pode alterar o design de um PCB FR4 padrão em um pequeno SiCB (menos de um quarto do tamanho do PCB). Tudo o que você precisa fazer é remover os dados do pacote e diminuir os tamanhos dos traços.

Você pode adicionar um design HPC (computação de alto desempenho) ao SiCB? Sim você pode. Mas você precisa adicionar os seguintes componentes:

• Drivers de relógio/oscilador de pacote de escala de chip

Oscilador de escala de chip

Fonte:Researchgate

• Conectores de E/S

Conectores de E/S

Fonte:Wikiwand

• Dados de memória (8)

Morte de memória

Fonte:Wikipedia Commons

• CPU morre

CPU morre

Fonte:Wikipédia

• Dados FPGA grandes (4)

FPGA

Fonte:Wikipedia Commons

• Capacitores de bypass

Condensador de bypass

Fonte:Wikimedia Commons

Seu projeto de circuito deve ter uma dimensão de 60 mm x 70 mm e uma espessura inferior a 3 mm com esses componentes. Mas você pode adicionar mais milímetros para um dissipador de calor.

Recursos e benefícios da placa de circuito de silício

A placa de circuito de silício tem os seguintes recursos e benefícios:

Sinalização

Devido à distância mais curta em SiCBs em comparação com um PCB padrão, possui uma velocidade de sinalização mais rápida. Assim, remover o pacote da placa de circuito ajuda a reduzir sua capacitância e indutância parasita.

Além disso, essas placas de circuito apresentam fios relativamente pequenos de cerca de 2 x 8 mícrons.

Assim, eles podem ser resistivos, perfeitos para um ambiente de sinalização. Conseqüentemente, você pode não precisar terminar as linhas de transmissão, diminuindo a energia irradiada e EMI.

Além disso, você pode fazer sinalização de alta velocidade por meio de um TSV. Mas certifique-se de que não exceda 100 mícrons, pois pode custar muita integridade do sinal.

Baixa potência

Se você comparar o PCB padrão com o SiCB, notará que este último tem necessidades de refrigeração reduzidas. E isso porque há uma redução significativa nos requisitos de energia de E/S.

Curiosamente, você pode ver uma placa de circuito com potência de E/S inferior a 10% da potência de E/S da peça empacotada. Além disso, você pode notar uma diminuição maior na potência de E/S se você projetar uma E/S personalizada para as conexões elétricas do SiCB.

Confiabilidade

Este dispositivo tem maior confiabilidade porque os coeficientes de temperatura na placa de circuito de silício e os dados de silício nu combinam. Assim, você pode usar este padrão de circuito para HPC sem se preocupar com falha do sistema.

Outra vantagem de usar um sistema baseado em SiCB são suas poucas peças. Assim, você pode rapidamente repará-lo ou retrabalhá-lo em comparação com o sistema baseado em FR4.

Links da cadeia de suprimentos

Sem dúvida, o projeto, retrabalho, teste, peças e fabricação do SiCB têm elos da cadeia de suprimentos disponíveis. Mas a cadeia não é viável porque eles não estão conectados. Mas esses links se juntarão à medida que a tecnologia avançar.

Como projetar e construir um SiCB

Aqui estão os passos que você precisa para construir uma placa de circuito de silício:

Etapa 1 – Comece com o design

Para iniciar o projeto SiCB, você pode optar por uma ferramenta de layout de IC ou uma ferramenta de layout de PCB. Além disso, é vital observar que nenhuma dessas ferramentas é apropriada, mas funcionará perfeitamente.

Como? As ferramentas PCB são ideais para roteamento, não com dimensões abaixo de um mícron.

E eles não produzem arquivos de saída IC (GDSII).

Por outro lado, as ferramentas de projeto de IC se concentram mais na área. Mas falta tanto facilidade de uso quanto desempenho de roteamento.

Etapa 2 – Obtenha as peças testadas

Você pode obter rapidamente folhas de dados de dados simples de fábricas ou online. Mas é vital garantir que as peças sejam submetidas a testes completos em forma de matriz.

Etapa 3 – Construir o SiCB

Você pode construir os SiCBs com tecnologia de fabricação de IC de semicondutores. Mas a questão é que as fundições podem ter limitações de retícula. E você pode acabar com apenas pequenos SiCBs ou interposers de silício.

Então, se você quer uma placa de circuito de silício gigante, opte pela costura reticular. Alternativamente, você pode considerar fábricas mais antigas porque completam o mascaramento de pastilhas de silício.

Se você estiver fabricando um interposer, poderá fazer a metalização da espessura do cobre com cerca de 2 mícrons de espessura. No entanto, esse processo não é ideal para SiCBs porque seu tamanho mínimo apropriado é de aproximadamente 5 mícrons.

Além disso, você pode adicionar diferentes materiais de substrato, como vidro, orgânicos e substratos cerâmicos.

Etapa 4 – Montar a placa de circuito

Monte os SiCBs usando casas de montagem de PCB de ponta.

Ao fazer isso, você precisará de uma máquina de coleta e colocação automatizada com excelente controle de ESD.

Em seguida, siga as regras de projeto de montagem em superfície para a montagem da peça e trabalhe com passos de almofada de cerca de 30 a 40.

Além disso, como há uma temperatura semelhante entre o SiCB e a matriz, você não precisa de um preenchimento insuficiente da matriz. Por causa da diminuição do estresse mecânico/térmico.

Etapa 5 – Teste e retrabalho

Nesta etapa, você pode testar seus SiCBs montados combinando dispositivos de teste de sondagem de wafer, autoteste, pacote modificado e teste de sonda voadora. Além disso, se você precisar substituir componentes, use métodos de retrabalho de PCB.

Arredondando

As placas de circuito de silício são semelhantes aos PCBs padrão, mas com um substrato de silício. Além disso, eles permitem um pitch de cerca de 30 a 40 mícrons.

Além disso, este dispositivo vem com componentes pretendidos, como a matriz 3D empilhada e a matriz nua. E você pode fazê-los com processamento específico baseado na fundição. Além disso, devido aos recursos exclusivos deste dispositivo, ele pode passar por um design HPC. Você planeja construir um PCB de silício? Ou você quer obter o melhor para o seu projeto? Por favor, não hesite em contactar-nos.