Placa de circuito de silicio:beneficios y cómo diseñar una

Chip de silicio y placa de circuito

Fuente:Wikimedia Commons

¿Por qué debería usar una placa de circuito de silicio? Simple, Si o silicio es un elemento simple con características únicas. Además, actúa como aislante y conduce la electricidad en determinadas condiciones.

Por lo tanto, puede alimentar cualquier cosa, desde hornos de microondas para teléfonos inteligentes hasta supercomputadoras.

Además, el silicio se dopa, un proceso de modificación de las propiedades eléctricas. En consecuencia, puede usar silicio para fabricar transistores para amplificar señales eléctricas.

Este artículo explica más sobre la placa, las características, los beneficios y más.

Entonces, ¡comencemos!

¿Qué es una placa de circuito de silicio?

Los SiCB o las placas de circuito de silicio se parecen a los PCB estándar. Pero la diferencia entre ambas placas es que la primera utiliza un sustrato de silicona mientras que la segunda utiliza FR4.

Además, puede crear placas de circuito de silicio en cualquier fundición de obleas de silicio. Todo lo que necesita hacer es utilizar el procesamiento de primera línea o final de línea, según su fundición.

Además, los tamaños de los SiCB se encuentran entre las placas de circuito impreso y los elementos de circuito integrado. Entonces, dado que la PCB tiene una dimensión de 10 x 10 pulgadas, un SiCB estándar es de 2 x 3 pulgadas y los circuitos integrados miden media pulgada en cada lado.

Además, puede cambiar el diseño de un PCB FR4 estándar a un SiCB pequeño (menos de una cuarta parte del tamaño del PCB). Todo lo que necesita hacer es quitar los dados del paquete y disminuir los tamaños de los trazos.

¿Puede agregar un diseño HPC (computación de alto rendimiento) al SiCB? Sí tu puedes. Pero tienes que agregar los siguientes componentes:

• Controladores de reloj/oscilador de paquete de escala de chip

Oscilador de escala de chips

Fuente:Researchgate

• Conectores de E/S

Conectores de E/S

Fuente:Wikiwand

• Dados de memoria (8)

Dado de memoria

Fuente:Wikipedia Commons

• CPU morir

Troquel de CPU

Fuente:Wikipedia

• Dados FPGA grandes (4)

FPGA

Fuente:Wikipedia Commons

• Condensadores de derivación

Condensador de derivación

Fuente:Wikimedia Commons

El diseño de su circuito debe tener una dimensión de 60 mm x 70 mm y un grosor de menos de 3 mm con estos componentes. Pero puede agregar más milímetros para un disipador de calor.

Características y ventajas de la placa de circuito de silicio

La placa de circuito de silicio tiene las siguientes características y beneficios:

Señalización

Debido a la distancia más corta en los SiCB en comparación con una placa de circuito impreso estándar, tiene una velocidad de señalización más rápida. Por lo tanto, quitar el paquete de la placa de circuito ayuda a reducir su capacitancia e inductancia parásita.

Además, estas placas de circuito cuentan con cables relativamente pequeños de alrededor de 2 x 8 micras.

Por lo tanto, pueden ser resistivos, perfectos para un entorno de señalización. En consecuencia, es posible que no necesite terminar las líneas de transmisión, lo que reduce la energía radiada y la EMI.

Además, puede realizar señalización de alta velocidad a través de un TSV. Pero asegúrese de que no supere las 100 micras porque puede costar mucho a la integridad de la señal.

Poco consumo

Si compara el PCB estándar con el SiCB, notará que este último tiene necesidades de refrigeración reducidas. Y eso se debe a que hay una reducción significativa en los requisitos de alimentación de E/S.

Curiosamente, es posible que vea una placa de circuito con una potencia de E/S inferior al 10 % de la potencia de E/S de la pieza empaquetada. Además, puede notar una mayor disminución en la potencia de E/S si diseña una E/S personalizada para las conexiones eléctricas de SiCB.

Fiabilidad

Este dispositivo tiene una confiabilidad mejorada porque los coeficientes de temperatura en la placa de circuito de silicio y los dados de silicio desnudo coinciden. Por lo tanto, puede usar este patrón de circuito para HPC sin preocuparse por fallas en el sistema.

Otra ventaja de utilizar un sistema basado en SiCB son sus pocas piezas. Por lo tanto, puede repararlo o modificarlo rápidamente en comparación con el sistema basado en FR4.

Eslabones de la cadena de suministro

Sin duda, el diseño, la revisión, las pruebas, las piezas y la fabricación de SiCB tienen eslabones disponibles en la cadena de suministro. Pero la cadena no funciona porque no están conectados. Pero estos enlaces se unirán a medida que avance la tecnología.

Cómo diseñar y construir un SiCB

Estos son los pasos necesarios para construir una placa de circuito de silicio:

Paso 1:comience con el diseño

Para comenzar el diseño de SiCB, puede optar por una herramienta de diseño de circuitos integrados o una herramienta de diseño de PCB. Además, es vital tener en cuenta que ninguna de estas herramientas es apropiada, pero funcionarán perfectamente.

¿Cómo? Las herramientas de PCB son ideales para enrutamiento, no para dimensiones inferiores a una micra.

Y no producen archivos de salida IC (GDSII).

Por otro lado, las herramientas de diseño de circuitos integrados se enfocan más en el área. Pero carece tanto de facilidad de uso como de rendimiento de enrutamiento.

Paso 2:Obtener las piezas probadas

Puede obtener rápidamente hojas de datos de dados desnudos de fábricas o en línea. Pero es vital asegurarse de que las piezas se sometan a pruebas completas en forma de troquel.

Paso 3:construir el SiCB

Puede construir los SiCB con tecnología de fabricación de circuitos integrados de semiconductores. Pero el problema es que las fundiciones pueden tener limitaciones de retícula. Y puede terminar con solo pequeños SiCB o intercaladores de silicio.

Entonces, si desea una placa de circuito de silicio gigante, opte por la costura de retícula. Alternativamente, puede considerar las fábricas más antiguas porque completan el enmascaramiento de obleas de silicio.

Si está fabricando un intercalador, puede hacer una metalización de espesor de cobre de aproximadamente 2 micrones de espesor. Sin embargo, este proceso no es ideal para los SiCB porque su tamaño mínimo apropiado es de aproximadamente 5 micras.

Además, puede agregar diferentes materiales de sustrato como sustratos de vidrio, orgánicos y cerámicos.

Paso 4:ensamblar la placa de circuito

Ensamble los SiCB utilizando casas de ensamblaje de PCB de alta gama.

Al hacerlo, necesitará una máquina automatizada de recoger y colocar con un excelente control de ESD.

Luego, siga las reglas de diseño de montaje en superficie para el ensamblaje de la pieza y trabaje con pasos de almohadilla de aproximadamente 30 a 40.

Además, dado que hay una temperatura similar entre el SiCB y el troquel, no necesita un relleno de troquel desnudo. Debido a la disminución del estrés mecánico/estrés térmico.

Paso 5:probar y volver a trabajar

En este paso, puede probar sus SiCB ensamblados combinando dispositivos de prueba de sondeo de obleas, autoprueba, paquete modificado y prueba de sonda voladora. Además, si necesita reemplazar componentes, use métodos de reelaboración de PCB.

Redondeando hacia arriba

Las placas de circuito de silicio son similares a las PCB estándar pero con un sustrato de silicio. Además, permiten un paso de almohadilla de aproximadamente 30 a 40 micras.

Además, este dispositivo viene con componentes previstos, como el troquel 3D apilado y el troquel desnudo. Y puede hacerlos con un procesamiento específico basado en la fundición. Además, debido a las características únicas de este dispositivo, puede pasar por un diseño HPC. ¿Planea construir una PCB de silicio? ¿O quieres conseguir el mejor para tu proyecto? No dude en ponerse en contacto con nosotros.