Carte de circuit imprimé en silicium :avantages et comment en concevoir une

Puce de silicium et circuit imprimé

Source :Wikimedia Commons

Pourquoi utiliser un circuit imprimé en silicone ? Simple, Si ou silicium est un élément simple avec des caractéristiques uniques. De plus, il agit comme un isolant et conduit l'électricité dans certaines conditions.

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

De plus, 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 en détail la carte, ses fonctionnalités, ses avantages, etc.

Alors, commençons !

Qu'est-ce qu'un circuit imprimé en silicium ?

Les SiCB ou les circuits imprimés en silicium ressemblent à des PCB standard. Mais la différence entre les deux cartes est que la première utilise un substrat en silicium tandis que la seconde utilise du FR4.

En outre, vous pouvez créer des circuits imprimés en silicium dans n'importe quelle fonderie de plaquettes de silicium. Tout ce que vous avez à faire est d'utiliser le traitement en amont ou en aval de la ligne, en fonction de votre fonderie.

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

De plus, vous pouvez modifier 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 paquet et de diminuer la taille des traces.

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

• Pilotes d'horloge/oscillateur à l'échelle de la puce

Oscillateur à puce

Source :Researchgate

• Connecteurs d'E/S

Connecteurs d'E/S

Source :Wikiwand

• Dés de mémoire (8)

Découpe mémoire

Source :Wikipédia Commons

• Matrice CPU

Matrice CPU

Source :Wikipédia

• Grands dés FPGA (4)

FPGA

Source :Wikipédia Commons

• Condensateurs de dérivation

Condensateur de dérivation

Source :Wikimedia Commons

Votre conception de circuit doit avoir une dimension de 60 mm x 70 mm et une épaisseur inférieure à 3 mm 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 présente 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. Ainsi, le retrait du boîtier du circuit imprimé permet de réduire sa capacité et son inductance parasite.

De plus, ces circuits imprimés 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'aurez peut-être pas besoin de terminer les lignes de transmission, ce qui réduira l'énergie rayonnée et les EMI.

De plus, vous pouvez effectuer une signalisation à haut débit via un TSV. Mais assurez-vous qu'il ne dépasse pas 100 microns car cela peut coûter cher à l'intégrité du signal.

Faible puissance

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 besoins en alimentation d'E/S.

Fait intéressant, vous pouvez voir une carte de circuit imprimé avec une puissance d'E/S inférieure à 10 % de la puissance d'E/S de la pièce emballée. De plus, vous remarquerez peut-être une diminution plus importante de la puissance d'E/S si vous concevez une E/S personnalisée pour les connexions électriques SiCB.

Fiabilité

Cet appareil a une fiabilité accrue car les coefficients de température sur la carte de circuit imprimé en silicium et les dés en silicium nu correspondent. Ainsi, vous pouvez utiliser ce modèle de circuit pour HPC sans vous soucier d'une défaillance du système.

Un autre avantage de l'utilisation d'un système à base de SiCB est ses quelques pièces. Par conséquent, vous pouvez rapidement le réparer ou le retravailler par rapport au système basé sur FR4.

Maillons de la chaîne d'approvisionnement

Il ne fait aucun doute que la conception, la reprise, les tests, les pièces et la fabrication du SiCB disposent de maillons de la chaîne d'approvisionnement. Mais la chaîne ne fonctionne pas car ils ne sont pas connectés. Mais ces liens se rejoindront à mesure que la technologie progressera.

Comment concevoir et construire un SiCB

Voici les étapes dont vous avez besoin pour construire une carte de circuit imprimé en silicium :

Étape 1 – Commencer par la conception

Pour commencer la conception SiCB, vous pouvez opter pour un outil de mise en page IC ou un outil de mise en page PCB. De plus, il est essentiel 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 des dimensions inférieures au micron.

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

D'autre part, les outils de conception de circuits intégrés se concentrent davantage sur le domaine. Mais il manque à la fois de facilité d'utilisation et de performances de routage.

Étape 2 – Obtenir les pièces testées

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

Étape 3 - Construire le SiCB

Vous pouvez construire les SiCB avec la technologie de fabrication de circuits intégrés à semi-conducteurs. Mais le problème est que les fonderies peuvent avoir des limites de réticule. Et vous risquez de vous retrouver avec uniquement de petits SiCB ou des interposeurs en silicium.

Donc, si vous voulez un circuit imprimé géant en silicium, optez pour la couture du réticule. Alternativement, vous pouvez envisager des usines plus anciennes car elles complètent le masquage des tranches de 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.

De plus, vous pouvez ajouter différents matériaux de substrat comme le verre, les matières organiques et les substrats en céramique.

Étape 4 - Assembler le circuit imprimé

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

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

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

De plus, comme il y a une température similaire entre le SiCB et la matrice, vous n'avez pas besoin d'un sous-remplissage de matrice nue. En raison de la diminution des contraintes mécaniques/thermiques.

Étape 5 :Tester et retravailler

Dans cette étape, vous pouvez tester vos SiCB assemblés en combinant des montages de test de test de plaquette, un auto-test, un package modifié et un test de sonde volante. De plus, si vous devez remplacer des composants, utilisez des méthodes de retouche de PCB.

Arrondir

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

En outre, cet appareil est livré avec des composants prévus tels que la matrice 3D empilée et la matrice nue. 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 circuit imprimé en silicium ? Ou voulez-vous obtenir le meilleur pour votre projet? N'hésitez pas à nous contacter.