Смешиваете упаковочные подложки и печатные платы? Они выглядят похоже, но выполняют совершенно разные функции. Давайте разберемся проще.
Упаковочные подложки соединяют чипы с печатными платами с сверхвысокой плотностью; печатные платы соединяют более крупные компоненты. Они различаются по плотности, вариантам использования и точности изготовления.
Я работал с обоими на заводах — видел, как команды неправильно их использовали. Позвольте мне показать вам их роли, различия и почему это важно. Ошибки здесь стоят времени и денег; учитесь на моих.
Что на самом деле делают упаковочные подложки и печатные платы?
Однажды клиент использовал печатную плату там, где требовалась упаковочная подложка. Она вышла из строя. Их роли не взаимозаменяемы.
Упаковочные подложки соединяют чипы и печатные платы, способствуя миниатюризации и производительности. Печатные платы соединяют более крупные компоненты в функциональные схемы.
Основные функции
Упаковочные подложки располагаются между чипом и печатной платой. Они обрабатывают крошечные контакты чипа, преобразуя их в формат, который могут использовать печатные платы. Я использовал одну в чипе смартфона — она позволяла чипу с 10 000 выводами подключаться к печатной плате с 1 000 выводами.
С другой стороны, печатные платы соединяют более крупные детали: резисторы, конденсаторы и даже упакованные чипы. Материнская плата компьютера — это печатная плата. Она связывает ЦП (в пакете) с памятью и портами.
Где они помещаются в упаковочных слоях
| Уровень | Упаковочные подложки | Печатные платы |
|---|---|---|
| Упаковка 1-2 уровня | Используется здесь (слои 2-3) | Используется редко |
| Упаковка 2-3 уровня | Используется редко | Используется здесь (слои 3-5) |
В умных часах упаковочная подложка соединяет основной чип с небольшой печатной платой. Затем эта печатная плата соединяется с экраном и аккумулятором. Они — команда, но с разными задачами.
Как сравниваются их производственные спецификации?
Однажды я попробовал использовать высококачественную печатную плату для чипа — она не справилась с крошечными соединениями. Характеристики говорят сами за себя.
Упаковочные подложки требуют более тонких линий (≤25 мкм/25 мкм) по сравнению с печатными платами (≥50 мкм/50 мкм). Они требуют большей точности в производстве.
Ширина линии и расстояние
Самый большой разрыв — в ширине линии/расстоянии. Печатная плата высшего уровня может достигать 50 мкм/50 мкм. Но стандартная упаковочная подложка делает 25 мкм/25 мкм. Для телефонных чипов я использовал те, что с 10 мкм/10 мкм — печатные платы не могут достичь этого.
Методы производства
Печатные платы часто используют субтрактивное травление (удаление меди). Для упаковочных подложек требуются полуаддитивные (SAP) или модифицированные полуаддитивные (MSAP) процессы. Они наращивают медь, позволяя получать более мелкие детали.
| Спецификация | Упаковочная подложка | Высококлассная печатная плата |
|---|---|---|
| Ширина линии/пространство | 25 мкм/25 мкм (стандарт) | 50 мкм/50 мкм (стандарт) |
| Процесс | SAP/MSAP | Субтрактивное травление |
| Размер отверстия | Меньше (лазерное сверление) | Больше (механическое сверление) |
В прошлом году мы ради забавы попробовали MSAP на печатной плате. Это сработало, но стоило в 3 раза дороже — доказав, почему печатные платы придерживаются своих методов.
Почему подложки для упаковки отделились от печатных плат?
Они начинались как одно целое — так почему же подложки для упаковки стали чем-то самостоятельным? Ответ кроется в скорости.
Подложки для упаковки отделились от печатных плат в 1980-х годах из-за того, что усовершенствования микросхем опережали рост плотности печатных плат.
Переломный момент 1980-х
Микросхемы начали быстро уменьшаться по закону Мура. К 1980-м годам крупномасштабным ИС требовалось больше выводов в меньших пространствах. Печатные платы не могли за ними угнаться. Их плотность увеличивалась, но не так быстро, как у чипов.
Фактор стоимости
Создание печатных плат такой же плотной, как у подложек для упаковки, было бы слишком дорогим. Дешевле иметь специализированную подложку, соединяющую чип со стандартной печатной платой.
Я разговаривал со старым инженером, который работал в 80-х годах. Он сказал, что сначала они пытались усилить печатные платы, но выход продукции упал. Переход на специализированные подложки сократил расходы и повысил надежность. Это было очевидно.
Сегодня чипы с 10 000 выводами нуждаются в упаковочных подложках. Печатная плата должна быть огромного размера, чтобы соответствовать, а это противоречит «малой» цели электроники.
Что такое упаковочные подложки Core и Coreless?
Вас смущают «core» и «coreless»? Я тоже так думал, пока не попробовал оба. Это два типа с большими компромиссами.
У основных подложек есть центральная плата ядра; у coreless ее нет. Coreless тоньше, но склонны к деформации.
Основные подложки
У них есть основная плата (как у тонкой печатной платы) с наращиваемыми слоями сверху/снизу. Я использовал их для чипа планшета — они стабильны и просты в изготовлении. Но они толще.
Подложки без сердечника
Нет основной платы — только наращиваемые слои и медные столбы. Они тоньше, что отлично подходит для телефонов. Но в моем первом тесте 10% деформировались во время производства.
| Тип | Плюсы | Минусы | Лучше всего подходит для |
|---|---|---|---|
| Ядро | Стабильный, простой в производстве | Более толстый | Более крупные устройства (ноутбуки) |
| Без сердечника | Тонкий, лучшая скорость сигнала | Легко деформируется | Небольшие устройства (телефоны) |
Мы перешли на без сердечника для проекта телефона 5G. Добавили дополнительную поддержку во время отверждения — деформация снизилась до 2%. Это стоило того для более тонкой конструкции.
Где они используются?
Вы когда-нибудь брали устройство и задавались вопросом, какая плата какая? Они есть почти во всем, но в определенных местах.
Упаковочные подложки используются в чипах (телефоны, графические процессоры). Печатные платы используются в материнских платах, объединительных панелях и небольших платах, соединяющих компоненты.
Применение упаковочной подложки
- Микросхемы телефонов: соединяют основной процессор с остальной частью телефона.
- Графические процессоры: обрабатывают высокоскоростные данные от микросхемы к печатной плате.
- Носимые устройства: помещают крошечные микросхемы в небольшие пространства.
Я помогал проектировать фитнес-трекер. Упаковочная подложка здесь была меньше ногтя — соединяла сенсорную микросхему с печатной платой размером с монету.
Применение печатных плат
- Материнские платы: в компьютерах соединяют ЦП, память и порты.
- Объединительные платы: в серверах соединяют несколько печатных плат.
- Автомобильная электроника: соединяют датчики, дисплеи и контроллеры.
Информационно-развлекательная система автомобиля имеет печатную плату, соединяющую сенсорный экран, динамики и GPS. Чип GPS внутри использует упаковочную подложку для соединения с этой печатной платой.
Заключение
Упаковочные подложки и печатные платы работают вместе, но различаются по плотности, функциям и характеристикам. Знайте, что использовать — от этого зависит ваш дизайн.
