硅电路板：优点和设计方法

硅芯片和电路板

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为什么要使用硅电路板？简单、硅或硅是具有独特特征的简单元素。此外，它还起到绝缘体的作用，在某些条件下还能导电。

因此，它可以为从智能手机微波炉到超级计算机的任何设备供电。

此外，硅会经历掺杂——一个改变电气特性的过程。因此，您可以使用硅制造晶体管来放大电信号。

本文详细介绍了该板、功能、优势等。

那么，让我们开始吧！

什么是硅电路板？

碳化硅或硅电路板看起来像标准 PCB。但两者的区别在于前者使用的是硅基板，而后者使用的是FR4。

此外，您可以在任何硅晶圆代工厂中制造硅电路板。您需要做的就是根据您的代工厂使用前端或后端处理。

此外，SiCB 的尺寸介于印刷电路板和集成电路元件之间。因此，由于 PCB 的尺寸为 10 x 10 英寸，标准的 SiCB 为 2 x 3 英寸，而 IC 每边为半英寸。

此外，您可以将标准 FR4 PCB 的设计更改为小型 SiCB（不到 PCB 尺寸的四分之一）。您需要做的就是移除封装的骰子并减小走线尺寸。

您可以为碳化硅添加 HPC（高性能计算）设计吗？是的你可以。但是你必须添加以下组件：

• 时钟驱动器/芯片级封装振荡器

芯片级振荡器

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• I/O 连接器

I/O 连接器

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• 记忆骰子 (8)

记忆死亡

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• CPU 芯片

CPU 芯片

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• 大型 FPGA 骰子 (4)

FPGA

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• 旁路电容

旁路电容

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您的电路设计应具有 60 毫米 x 70 毫米的尺寸和小于 3 毫米的这些组件的厚度。但是您可以为散热器增加更多毫米。

硅电路板的特点和优点

硅电路板具有以下特点和优点：

信令

由于与标准 PCB 相比，SiCB 上的距离更短，因此它具有更快的信号传输速度。因此，去除电路板的封装有助于降低其电容和寄生电感。

此外，这些电路板的电线相对较小，约为 2 x 8 微米。

因此，它们可以是电阻性的，非常适合信号环境。因此，您可能不需要端接传输线，从而降低辐射能量和 EMI。

此外，您可以通过 TSV 进行高速信号传输。但请确保它不超过 100 微米，因为这可能会影响信号完整性。

低功耗

如果将标准 PCB 与 SiCB 进行比较，您会发现后者减少了冷却需求。那是因为 I/O 电源要求显着降低。

有趣的是，您可能会看到电路板的 I/O 功率低于封装部件 I/O 功率的 10%。此外，如果您为 SiCB 电气连接设计自定义 I/O，您可能会注意到 I/O 功率下降更多。

可靠性

由于硅电路板上的温度系数与裸硅管芯匹配，该器件具有增强的可靠性。因此，您可以将这种电路模式用于 HPC，而不必担心系统故障。

使用基于碳化硅的系统的另一个优点是它的部件少。因此，与基于 FR4 的系统相比，您可以快速修复或返工。

供应链环节

毫无疑问，SiCB 的设计、返工、测试、零件和制造都有可用的供应链环节。但是链条不可用，因为它们没有连接。但随着技术的进步，这些链接将会加入。

如何设计和制造碳化硅

以下是构建硅电路板所需的步骤：

第 1 步 - 从设计开始

要开始 SiCB 设计，您可以选择 IC 布局工具或 PCB 布局工具。此外，重要的是要注意这些工具都不是合适的，但它们会完美地工作。

如何？ PCB 工具非常适合布线，而不是小于微米的尺寸。

而且它们不生成 IC 输出文件 (GDSII)。

另一方面，IC 设计工具更侧重于该领域。但它缺乏易用性和路由性能。

第 2 步 - 获取测试部件

您可以从工厂或在线快速获取裸片数据表。但确保零件经过完整的模具测试至关重要。

第 3 步 - 构建碳化硅

您可以使用半导体 IC 制造技术构建碳化硅。但问题是代工厂可能有标线限制。您最终可能只得到小型 SiCB 或硅中介层。

因此，如果您想要一块巨大的硅电路板，请选择十字线缝合。或者，您可以考虑使用较旧的晶圆厂，因为它们可以完成硅晶圆掩膜。

如果您正在制造中介层，您可以进行大约 2 微米厚的铜厚度金属化。但是，这种工艺对于碳化硅来说并不理想，因为它们的最小合适尺寸约为 5 微米。

此外，您可以添加不同的基板材料，如玻璃、有机物和陶瓷基板。

第 4 步 - 组装电路板

使用高端PCB组装厂组装SiCB。

通过这样做，您将需要一台具有出色 ESD 控制的自动拾放机。

然后，按照零件组装的表面贴装设计规则，使用大约 30 到 40 的焊盘间距。

此外，由于 SiCB 和芯片之间的温度相似，因此您不需要裸芯片底部填充。因为机械应力/热应力降低。

第 5 步 - 测试和返工

在此步骤中，您可以通过结合晶圆探测测试夹具、自测、修改封装和飞针测试来测试您组装的碳化硅。另外，如果需要更换元件，请使用PCB返修方法。

四舍五入

硅电路板类似于标准 PCB，但具有硅基板。此外，它们允许大约 30 到 40 微米的焊盘间距。

此外，该设备还配备了预期的组件，例如堆叠的 3D 裸片和裸片。您可以根据代工厂进行特定处理来制造它们。此外，由于该设备的独特功能，它可以通过 HPC 设计。你打算建造一个硅PCB吗？或者你想为你的项目获得最好的？请随时与我们联系。