IC substratı, çip paketinin içinde ince, katmanlı bir taşıyıcıdır. Bu yöntem, küçük kalıp pedlerini lehim topu perdesine yayarak, sinyalleri ve gücü yönlendirerek, yeniden akış sırasında sertlik sağlayarak ve ısı yayılmasına yardımcı olarak silikon kalıpı ana PCB'ye bağlar. Bu makale, alt tabaka türleri, yapı, malzemeler, yönlendirme, süreçler, kaplamalar, tasarım kuralları ve güvenilirlik kontrolleri hakkında bilgi verir.
IC Substrat Genel Bakış
IC substratı, aynı zamanda IC paket alt tabakası olarak da adlandırılır, çip paketinin içindeki ince, katmanlı bir taşıyıcıdır. Silikon kalıp ile ana basılı devre kartı (PCB) arasında yer alır. Ana görevi, kalıpın çok küçük temas pedlerini daha aralı lehim toplarına bağlamak, böylece paket karta bağlanabilir. Ayrıca kalıpın yerinde tutulmasına yardımcı olur, ısıtma sırasında paketin çok fazla bükülmesini engeller ve ısının paketin geri kalanına ve kartına daha geniş bir yol açmasını sağlar.
IC Substratı ve PCB Karşılaştırması
| Özellik | IC Substratı | Standart PCB |
|---|---|---|
| Ana iş | Bir paket içindeki silikon kalıpı paket kontakları aracılığıyla kart kartına bağlıyor | Tüm devre kartı boyunca parçaları ve konnektörleri bağlar |
| Rotalama yoğunluğu | Çok yüksek yönlendirme yoğunluğu, çok ince çizgiler ve aralıklar | Daha düşük yönlendirme yoğunluğu, alt tabakadan daha geniş çizgiler ve aralık |
| Yollar | Mikroviaslar, katmanlar arasında kısa, yoğun dikey bağlantılar için yaygındır | Microvias HDI kartlarında kullanılabilir, ancak birçok kart daha büyük via'lar kullanır |
| Tipik kullanım | BGA, CSP ve flip-chip paketleri gibi çip paketlerinde kullanılır | Telefonlar, yönlendiriciler ve PC'ler gibi ürünlerde ana sistem kartı olarak kullanılır. |
 | ||
| Paketin içinde, alt tabaka kalıp ile lehim topları arasında kısa ve kontrollü sinyal ve güç yolları sağlar. | ||
| • Kalıp pedleri, tel bağları, bumps (flip-chip) veya TAB ile substrata bağlanır. | ||
| • İç katmanlar, empedans hedeflerini tutarlı tutarken sinyalleri dışa doğru yönlendirir. | ||
| • Güç ve yer düzlemleri akımı dağıtır ve besleme yansımasını azaltır. | ||
| • Alt taraftaki lehim topları paketi ana PCB'ye bağlar. | ||
 | ||
| • Çekirdek: yapısal omurga; daha kalın dielektrik; kullanılan yerlerde mekanik sertliği ve daha geniş rota desteğini sağlar | ||
| • Birikme katmanları: yoğun fan-out için ince dielektrik + ince bakır yönlendirme | ||
| • Mikrovialar: yakın birikim katmanları arasında kısa dikey bağlantılar | ||
| Materyal ailesi | Örnekler | Tipik güçlü yönler |
| Sıkı organik | ABF, BT, epoksi sistemler | İnce birikme yönlendirmesini destekler, hacimli üretim için iyi ölçeklenir ve elektriksel ile mekanik ihtiyaçları dengeler |
| Flex organik | Poliimid tabanlı | Yönlendirmenin eğilmesine izin verir ve ince kalır, bu da esnek bağlantılara ihtiyaç duyan düzenlerde yardımcı olur |
| Seramik | Al₂O₃, AlN | Daha iyi boyutsal stabiliteler ve birçok organik malzemeye kıyasla güçlü ısı yönetimi için düşük termal genleşme |
Paket Tarzına Göre IC Substrat Tipleri
| Substrat tipi | En iyi uyum |
|---|---|
| BGA altlığı | Yüksek G/O sayısını ve güçlü genel paket performansını destekliyor |
| CSP substratı | Kompakt bir ayak yapısına sahip ince paketler için tasarlandı |
| Flip-chip alt tabakası | Kalıp ile alt tabaka arasında kısa bağlantılar ve çok yoğun yönlendirme sağlar |
| MCM altlığı | Birden fazla kalıpın bir paket içinde yerleştirilmesini ve bağlanmasını destekler |
Kalıp-substrat bağlantı yöntemleri
• Bağlantı yöntemi, pad yerleşimi, pitch limitleri ve montaj gereksinimlerini etkiler.
• Tel bağı: İnce teller, kalıp pedlerini alt tabandaki parmaklara bağlar.
• Flip-chip: küçük çıkıntılar, kalıpı doğrudan alt tabandaki pedlere bağlayır ve kısa elektrik yolları oluşturur.
• TAB: ince bir film kullanılarak kabloları taşıyan ve bağlanan bant tabanlı bağlanma, genellikle bant formatı gerektiğinde kullanılır.
İnce Çizgili IC Substrat Üretim Süreçleri
| Süreç | Temel fikir | Amaç |
|---|---|---|
| Çıkarıcı | Bakır tabaka ile başlar ve istenmeyen bakırı aşındırarak gider | Yaygın olarak kullanılan ve iyi anlaşılan, birçok alt tabaka katmanı için sağlam tekrarlanabilirlik sunuyor |
| Ekleme | Bakır sadece iz ve pad gerektiği yerlerde, seçici kaplama kullanarak yapar | Küçük şekiller üzerinde daha sıkı kontrol sağlayarak çok ince özellikler oluşturmaya yardımcı oluyor |
| MSAP/mSAP | İnce bir tohum tabakası kullanır, ardından kontrollü bir şekilde levhalar ve hafifçe aşındırır | Daha küçük çizgi ve alan hedeflerini desteklerken iyi bir kalınlık kontrolü sağlar |
Mikrovia Oluşumu ve Yapı Kalitesi
Mikroviaslar, birikme katmanlarını yoğun yığınlarda birbirine bağlar. Küçük oldukları için geometrileri ve bakır kalitesi uzun vadeli süreklilik ve direnç kararlılığını güçlü şekilde etkiler.
Lazer sondajı, yakın katmanlar arasında küçük, sığ vialar oluşturur. Bakır kaplama, via duvarları kaplayarak sürekli iletken bir yol oluşturur. Via dolgusu, boşlukları ve destekleyici pedleri azaltarak yapıyı tamamlar; bu da via bir pedin altında olduğunda yardımcı olur.
IC Substratları için Yüzey Kaplamaları
| Bitiriş | Nelere yardımcı oluyor |
|---|---|
| ENIG | Pürüzsüz, lehimlenebilir bir yüzey sağlar ve bakır korozyona karşı korumaya yardımcı olur. |
| ENEPIG | Daha fazla yapıştırma seçeneğini destekler ve güçlü, güvenilir lehim eklemleri oluşmasına yardımcı olur. |
| Altın varyantlar | Bir yüzeyin stabil temas performansına veya belirli yapıştırma yöntemlerine uygun bir altın tabakasına ihtiyaç duyduğunda kullanılır. |
Vermeyi Etkileyen Substrat Tasarım Kuralları
Hat/Uzay Hedefleri
Minimum çizgi genişliğini ve aralığını erken kilitleyin ve hedefleri, sürecin tüm rota katmanlarında tutarlı şekilde tekrarlayabileceği şekilde hizalayın.
Via Strategy
Mikrovia katman çiftlerini ve derinlik sınırlarını erken tanımlayın. Via-in-pad için net kurallar belirleyin, çağrı işaretlerini doldurun ve ince rotayı koruyan tüm yasaklanma bölgeleri için net kurallar belirleyin.
Stack-Up
Çekirdek ve katman sayısını erken düzeltin ve her katman için yönlendirme rollerini atalayın ki yönlendirme değişiklikleri daha sonra büyük bir yığın yeniden çalışmasına zorlamasın.
Warpage Bütçesi
Yeniden akış ve montaj aşamalarında bükülme sınırlarını tanımlayın ve bakır dengesi ile katman simetrisini kontrol ederek substratın sınır içinde kalmasını sağlar.
Test Stratejisi
Süreklilik ve kısa mesafe kontrolü için test erişimini planlayın. Yeterli sayıda pad ve rota yolu ayırın ki kapsama yoğunluğu arttıkça daralmasın.
Sonuç
IC substratları, yoğun yönlendirme, güç ve toprak düzlemleri ile mikroviyalar üzerinden kısa dikey bağlantılar sağlayarak çip paketlerini destekler. Çekirdek ve yapı katmanları, fan-out yeteneğini ve paket sertliğini belirler. Malzeme seçimi, ince çizgi süreçleri, mikrovia yapım kalitesi ve yüzey kaplamaları sonuçları etkiler. Verim, strateji, yığma, warpage kontrolü ve test planlaması yoluyla çevrimiçi/uzay hedeflerine bağlıdır; AOI, elektrik testleri, kesitler ve X-ray ile desteklenir.
Sıkça Sorulan Sorular [SSS]
IC substratları hangi çizgi genişliği ve aralığına ulaşabilir?
IC substratları, birikme katmanlarında 10 μm'in altında çizgi/boşluk kullanabilir, ileri süreçlerde ise daha sıkı hedefler kullanabilir.
IC altlığı ne kadar kalındır?
Kalınlık, paket stili ve katman sayısına bağlıdır; ince CSP için 0,3 mm'den altın, yüksek katmanlı BGA'da ise 1,0 mm'nin üzerine kadar değişir.
Hangi malzemenin elektriksel özellikleri en çok önemlidir?
Dielektrik sabiti (Dk), dağılma faktörü (Df) ve yalıtım direnci. Stabil DK empedans kontrolünü destekler; düşük Df sinyal kaybını azaltır.
Yaygın IC alt tabaka arıza modları nelerdir?
Mikrovia çatlakları, bakır yorgunluğu, katman delaminasyonu ve top arayüzünde lehim eklemi yorgunluğu.
Yüksek hızlı sinyallerle birlikte hangi ekstra tasarım ihtiyaçları var?
Daha sıkı empedans kontrolü, kısa dönüş yolları, daha düşük çapraz iletişim ve katı referans düzlemlerle dikkatli iz aralığı.
IC substratları AI ve HPC paketleri için nasıl değişiyor?
Daha yüksek katman sayıları, daha ince çizgi/alan, daha güçlü güç dağıtımı, daha büyük gövde boyutları ve çoklu kalıp veya yonglet düzenleri için daha iyi bir destek.
