Circuits Imprimés en Silicium : Avantages et Conseils de Conception pour une Électronique Fiable

Puce en silicium et circuit imprimé

Source : Wikimedia Commons

Pourquoi devriez-vous utiliser un circuit imprimé en silicium ? Simple, le Si, ou silicium est un élément simple avec des caractéristiques uniques. Aussi, il agit comme un isolant et conduit l'électricité sous certaines conditions.

Donc, il peut alimenter n'importe quoi, des smartphones fours à micro-ondes, aux supercalculateurs.

Aussi, le silicium subit un dopage — un processus de modification des propriétés électriques. Par conséquent, vous pouvez utiliser le silicium pour fabriquer des transistors pour amplifier les signaux électriques.

Cet article explique plus sur la carte, les caractéristiques, avantages, et plus.

Alors, commençons !

Qu'est-ce qu'un Circuit Imprimé en Silicium ?

Les SiCB ou circuits imprimés en silicium ressemblent aux PCB standards. Mais la différence entre les deux cartes est que le premier utilise un substrat en silicium tandis que le second utilise du FR4.

Aussi, vous pouvez créer des circuits imprimés en silicium dans n'importe quelle fonderie de wafer en silicium. Tout ce que vous avez à faire est d'utiliser le traitement front-end-of-the-line ou back-end-of-the-line — basé sur votre fonderie.

De plus, les tailles des SiCB se situent entre les circuits imprimés et les éléments de circuits intégrés. Donc, puisque le PCB a une dimension de 10 x 10 pouces, un SiCB standard est de 2 x 3 pouces, et les CI font un demi-pouce de chaque côté.

En outre, vous pouvez changer la conception d'un PCB FR4 standard en un petit SiCB (moins d'un quart de la taille du PCB). Tout ce que vous avez à faire est de retirer les dés du boîtier et de diminuer les tailles de pistes.

Pouvez-vous ajouter une conception HPC (calcul haute performance) au SiCB ? Oui, vous pouvez. Mais vous devez ajouter les composants suivants :

• Drivers d'horloge / oscillateur à boîtier puce

Oscillateur à boîtier puce

Source : Researchgate

• Connecteurs I/O

Connecteurs I/O

Source : Wikiwand

• Dés de mémoire (8)

Dés de mémoire

Source : Wikipedia Commons

• Dés CPU

Dés CPU

Source : Wikipedia

• Dés FPGA larges (4)

FPGA

Source : Wikipedia Commons

• Condensateurs de dérivation

Condensateur de dérivation

Source : Wikimedia Commons

Votre conception de circuit doit avoir une dimension de 60mm x 70mm et une épaisseur de moins de 3mm avec ces composants. Mais vous pouvez ajouter plus de millimètres pour un dissipateur thermique.

Caractéristiques et Avantages du Circuit Imprimé en Silicium

Le circuit imprimé en silicium a les caractéristiques et avantages suivants :

Signalisation

En raison de la distance plus courte sur les SiCB par rapport à un PCB standard, il a une vitesse de signalisation plus rapide. Donc, retirer le boîtier de la carte de circuit aide à réduire sa capacité et son inductance parasite.

Aussi, ces circuits comportent des fils relativement petits d'environ 2 x 8 microns.

Par conséquent, ils peuvent être résistifs, parfaits pour un environnement de signalisation. Par conséquent, vous n'avez peut-être pas besoin de terminer les lignes de transmission, diminuant l'énergie rayonnée et les EMI.

En outre, vous pouvez faire de la signalisation haute vitesse via un TSV. Mais assurez-vous qu'il ne dépasse pas 100 microns car cela pourrait coûter beaucoup d'intégrité du signal.

Faible Consommation

Si vous comparez le PCB standard au SiCB, vous remarquerez que ce dernier a des besoins de refroidissement réduits. Et c'est parce qu'il y a une réduction significative des exigences de puissance I/O.

Intéressant, vous pouvez voir un circuit imprimé avec une puissance I/O inférieure à 10% de la puissance I/O de la partie empaquetée. Aussi, vous pouvez remarquer plus de diminution de la puissance I/O si vous concevez un I/O personnalisé pour les connexions électriques SiCB.

Fiabilité

Cet appareil a une fiabilité améliorée car les coefficients de température sur le circuit imprimé en silicium et les dés de silicium nus correspondent. Donc, vous pouvez utiliser ce motif de circuit pour HPC sans vous soucier de la défaillance du système.

Un autre avantage d'utiliser un système basé sur SiCB est ses peu de pièces. Donc, vous pouvez le réparer ou le retravailler rapidement par rapport au système basé sur FR4.

Liens de la Chaîne d'Approvisionnement

Sans aucun doute, la conception SiCB, le retravail, le test, les pièces et la fabrication ont des liens de chaîne d'approvisionnement disponibles. Mais la chaîne n'est pas fonctionnelle car ils ne sont pas connectés. Mais ces liens se joindront à mesure que la technologie progresse.

Comment Concevoir et Construire un SiCB

Voici les étapes dont vous avez besoin pour construire un circuit imprimé en silicium :

Étape 1 – Commencer par la Conception

Pour commencer la conception SiCB, vous pouvez opter soit pour un outil de layout CI ou un outil de layout PCB. De plus, il est vital de noter qu'aucun de ces outils n'est approprié, mais ils fonctionneront parfaitement.

Comment ? Les outils PCB sont idéaux pour le routage, pas pour les dimensions en dessous d'un micron.

Et ils ne produisent pas de fichiers de sortie CI (GDSII).

D'autre part, les outils de conception CI se concentrent plus sur la surface. Mais il manque à la fois la facilité d'utilisation et la performance de routage.

Étape 2 – Obtenir les Pièces Testées

Vous pouvez rapidement obtenir les fiches techniques des dés nus des usines ou en ligne. Mais il est vital de s'assurer que les pièces subissent des tests complets sous forme de dés.

Étape 3 – Construire le SiCB

Vous pouvez construire les SiCB avec la technologie de fabrication CI semi-conducteur. Mais le problème est que les fonderies peuvent avoir des limitations de réticule. Et vous pouvez vous retrouver avec seulement de petits SiCB ou interposeurs en silicium.

Donc, si vous voulez un grand circuit imprimé en silicium, optez pour le stitching de réticule. Alternativement, vous pouvez considérer les fonderies plus anciennes car elles complètent le masquage de wafer en silicium.

Si vous fabriquez un interposeur, vous pouvez faire une métallisation d'épaisseur de cuivre d'environ 2 microns d'épaisseur. Cependant, ce processus n'est pas idéal pour les SiCB car leur taille minimale appropriée est d'environ 5 microns.

En outre, vous pouvez ajouter différents matériaux de substrat comme le verre, les organiques et les substrats céramiques.

Étape 4 – Assembler le Circuit Imprimé

Assemblez les SiCB en utilisant des maisons d'assemblage PCB haut de gamme.

En faisant cela, vous aurez besoin d'une machine pick-and-place automatisée avec un excellent contrôle ESD.

Ensuite, suivez les règles de conception de montage en surface pour l'assemblage des pièces et travaillez avec des pas de pastilles d'environ 30 à 40.

En outre, comme il y a une température similaire entre le SiCB et le dé, vous n'avez pas besoin de sous-remplissage de dé nu. En raison de la contrainte mécanique/thermique diminuée.

Étape 5 – Tester et Retravailler

À cette étape, vous pouvez tester vos SiCB assemblés en combinant des fixtures de test de sondage de wafer, auto-test, package modifié, et test à sonde volante. Aussi, si vous avez besoin de remplacer des composants, utilisez les méthodes de retravail PCB.

En Résumé

Les circuits imprimés en silicium sont similaires aux PCB standards mais avec un substrat en silicium. De plus, ils permettent un pas de pastille d'environ 30 à 40 microns.

Aussi, cet appareil vient avec des composants prévus comme le dé 3D empilé et le dé nu. Et vous pouvez les fabriquer avec un traitement spécifique basé sur la fonderie. De plus, en raison des caractéristiques uniques de cet appareil, il peut passer pour une conception HPC. Prévoyez-vous de construire un PCB en silicium ? Ou voulez-vous obtenir le meilleur pour votre projet ? N'hésitez pas à nous contacter.