Il substrato IC si è sviluppato con il fiorire di nuovi tipi di circuiti integrati come BGA (ball grid array) e CSP (chip scale package), che richiedono nuovi supporti per il packaging. Come uno dei tipi più avanzati di PCB (Printed Circuit Board), il PCB per substrato IC è esploso sia in popolarità che in applicazioni insieme a qualsiasi stratoPCB HDIePCB flessibile-rigido, ora ampiamente applicato negli aggiornamenti delle telecomunicazioni e dell'elettronica.
Che cos'è il substrato IC?
Il substrato IC è un tipo di scheda di base utilizzata per il packaging del chip IC (circuito integrato) nudo. Collegando il chip e la scheda di circuito, l’IC appartiene a un prodotto intermedio con le seguenti funzioni:
• cattura il chip a circuito integrato a semiconduttore;
• c'è un instradamento interno per collegare il chip e il PCB;
• può proteggere, rinforzare e supportare il chip IC, fornendo un canale di dissipazione termica.
Classificazioni dei substrati IC
a. Classificato per tipi di confezione
• Sottostrato IC BGA. Questo tipo di sottostrato IC offre buone prestazioni in termini di dissipazione termica e prestazioni elettriche e può aumentare notevolmente il numero di pin del chip. Pertanto, è adatto per package IC con un numero di pin superiore a 300.
• Sottostrato IC CSP. Il CSP è un tipo di package a singolo chip, leggero e miniaturizzato, con dimensioni simili a quelle dell’IC. Il sottostrato IC CSP è utilizzato principalmente in prodotti di memoria, prodotti di telecomunicazione e prodotti elettronici con un numero ridotto di pin.
• Sottostrato IC FC. FC (Flip Chip) è un tipo di package che prevede il capovolgimento del chip, caratterizzato da bassa interferenza del segnale, basse perdite del circuito, prestazioni eccellenti ed efficace dissipazione termica.
• Sottostrato IC MCM. MCM è la forma abbreviata di multi-chip module. Questo tipo di sottostrato IC integra chip con funzioni diverse in un unico package. Di conseguenza, il prodotto può rappresentare una soluzione ottimale grazie alle sue caratteristiche di leggerezza, sottigliezza, compattezza e miniaturizzazione. Naturalmente, poiché più chip sono racchiusi in un unico package, questo tipo di sottostrato non offre prestazioni altrettanto buone in termini di interferenza del segnale, dissipazione termica, instradamento fine, ecc.
b. Classificato per attributo del materiale
• Sottostrato IC rigido. È realizzato principalmente in resina epossidica, resina BT o resina ABF. Il suo CTE (coefficiente di dilatazione termica) è approssimativamente da 13 a 17 ppm/°C.
• Sottostrato IC flessibile. È realizzato principalmente in resina PI o PE e presenta un CTE da 13 a 27 ppm/°C
• Sottostrato IC in ceramica. È realizzato principalmente con materiali ceramici come ossido di alluminio, nitruro di alluminio o carburo di silicio. È caratterizzato da un CTE relativamente basso, che è di circa 6–8 ppm/°C
c. Classificato per tecnologia di giunzione
• Wire bonding
• TAB (Tape Automated Bonding)
• Incollaggio FC
Applicazioni del PCB con substrato IC
I circuiti stampati con substrato IC sono principalmente applicati a prodotti elettronici leggeri, sottili e dalle funzioni avanzate, come smartphone, laptop, tablet PC e dispositivi di rete nei settori delle telecomunicazioni, dell’assistenza medica, del controllo industriale, dell’aerospaziale e militare.
I PCB rigidi hanno seguito una serie di innovazioni, dai PCB multistrato, ai PCB HDI tradizionali, agli SLP (substrate-like PCB) fino ai PCB con substrato IC. L’SLP è solo un tipo di PCB rigido con un processo di fabbricazione simile, approssimativamente, alla scala dei semiconduttori.
Difficoltà di produzione dei PCB per substrati IC
Rispetto aPCB standardIl substrato IC deve superare le difficoltà di produzione per la sua implementazione di prestazioni elevate e funzioni avanzate.
a. Produzione di substrati IC
Il substrato IC è sottile e facile da deformare, il che risulta particolarmente evidente quando una scheda ha uno spessore inferiore a 0,2 mm. Per superare questa difficoltà, è necessario ottenere progressi in termini di riduzione della scheda, parametri di laminazione e sistema di posizionamento degli strati, in modo che la deformazione del substrato e lo spessore della laminazione possano essere controllati in modo efficace.
b. Tecnologia di produzione dei microvia
La tecnologia Microvia comprende i seguenti aspetti: maschera conforme, tecnologia di micro fori ciechi realizzati al laser e tecnologia di riempimento in rame elettrodeposto.
• La maschera conforme mira a compensare in modo logico l’apertura dei via ciechi forati al laser e dei via ciechi, e le aperture e le posizioni dei via ciechi possono essere definite direttamente tramite le aperture nel rame.
• La fabbricazione di microvia forati al laser è correlata ai seguenti aspetti tecnologici: forma del via, rapporto d’aspetto, incisione laterale, gel residuo sotto il via, ecc.
• La placcatura in rame dei via ciechi è correlata ai seguenti aspetti tecnologici: capacità di riempimento dei via, apertura dei via ciechi, affondamento, affidabilità della placcatura in rame ecc.
c. Tecnologia di patterning e placcatura del rame
La tecnologia di patterning e di placcatura del rame è correlata ai seguenti aspetti tecnologici: tecnologia e controllo della compensazione dei circuiti, tecnologia di fabbricazione di linee fini, controllo dell’uniformità dello spessore della placcatura in rame.
d.Solder mask
La produzione della solder mask per PCB di substrati IC comprende la tecnologia di riempimento dei via, la tecnologia di stampa della solder mask, ecc. Finora, per i PCB di substrati IC è consentita una differenza di altezza superficiale inferiore a 10 μm e la differenza di altezza tra solder mask e pad non deve superare i 15 μm.
e.Finitura superficiale
La finitura superficiale per PCB di substrati IC dovrebbe enfatizzare l’uniformità dello spessore e, fino ad ora, le finiture superficiali che possono essere accettate per PCB di substrati IC includonoENIG/ENEPIG.
f. Tecnologia di ispezione e di prova dell’affidabilità del prodotto
Il PCB del substrato IC richiede apparecchiature di ispezione diverse da quelle utilizzate per i PCB tradizionali. Inoltre, è necessario disporre di ingegneri in grado di padroneggiare le competenze di ispezione su queste apparecchiature speciali.
Nel complesso, i substrati IC PCB richiedono più requisiti rispetto ai PCB standard e i produttori di PCB devono disporre di capacità produttive avanzate ed essere competenti nel loro pieno utilizzo.
I circuiti stampati con substrato IC sono un componente chiave dell’elettronica moderna, costituendo la base per il packaging IC di fascia alta in smartphone e tablet. Essi favoriscono leggerezza, sottigliezza e funzionalità avanzata. Confezionati in base al tipo, al materiale e alla tecnologia di bonding, i substrati soddisfano diverse esigenze applicative, dalle telecomunicazioni all’aerospazio. La loro produzione, tuttavia, è resa complessa dalla necessità di gestire schede sottili, realizzare microvia e applicare solder mask con elevata precisione. Queste sfide vengono superate utilizzando tecnologie avanzate e competenze di alto livello per mantenere prestazioni, affidabilità e flessibilità in diverse applicazioni avanzate.
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