Spoločnosť OKI Circuit Technology predstavila 124-vrstvovú dosku s plošnými spojmi (PCB), čo je doteraz najvyššia známa komerčná výška stohu pre aplikácie na testovanie polovodičov. Tento pokrok presahuje dlhoročný strop 108 vrstiev a mohol by znamenať novú éru v navrhovaní substrátov pre umelú inteligenciu, obranu, letectvo a pokročilé komunikačné technológie.

Skok zo 108 na 124 vrstiev sa na papieri môže zdať zanedbateľný, ale vo svete presnej výroby PCB znamená zásadný posun v možnostiach. Zvýšenie počtu signálnych vrstiev o 15 % sa dosiahlo bez zvýšenia štandardnej hrúbky dosky 7,6 mm, čo je obmedzenie vyplývajúce z existujúcich obmedzení týkajúcich sa tvarového faktora v testovacích zariadeniach na úrovni waferov.

To nebol malý výkon. Tradičné návrhy PCB dosahujú mechanické a tepelné limity oveľa skôr ako 100 vrstiev v dôsledku toku živice, kolapsu priechodiek a problémov s medzivrstvovou registráciou. Doteraz spoľahlivé prekročenie 108 vrstiev často znamenalo akceptovanie hrubších dosiek alebo zníženú spoľahlivosť - kompromisy, ktoré spoločnosť OKI účinne obišla.

Riešenie umožňuje bezprecedentnú hustotu signálu a vertikálne prepojenie, čo je obzvlášť cenné pri skúšaní waferov s vysokoširokopásmovou pamäťou (HBM) novej generácie, ktorá sa používa v akcelerátoroch umelej inteligencie. Každá pridaná vrstva umožňuje konštruktérom viesť viac signálov v tesnej blízkosti, integrovať ďalšie uzemňovacie roviny a lepšie spravovať vysokorýchlostné diferenciálne páry potrebné pre protokoly, ako sú PCIe Gen6 a CXL 3.0.

Vysoké dôsledky 124-vrstvovej dosky plošných spojov

Zvyšovanie počtu vrstiev PCB bolo dlho obmedzované presnosťou zarovnania, spoľahlivosťou priechodiek a tepelnou integritou. Prelomový objav spoločnosti OKI vychádza skôr zo súboru vylepšení než z jediného objavu. Kľúčom k návrhu je použitie ultratenkých dielektrických materiálov s hrúbkou len 25 µm na vrstvu s nízkou stratovosťou vhodnou pre frekvencie presahujúce 112 GHz. Tieto materiály, pravdepodobne vysoko výkonné lamináty ako Megtron 7, umožňujú prísnu kontrolu impedancie (±5 %) a zároveň podporujú tepelnú vodivosť, ktorá je pre vysokovýkonné čipy umelej inteligencie kritická.

Príklad rozloženia viacvrstvovej dosky plošných spojov.

Táto 124-vrstvová konfigurácia by mohla otvárať nové dvere v oblasti testovania polovodičov s umelou inteligenciou, kde si kontrola stohovaných modulov HBM na úrovni plátkov vyžaduje presnú a vysokorýchlostnú integritu signálu. Každá ďalšia vrstva zvyšuje kapacitu smerovania a potenciál tienenia. V serveroch umelej inteligencie podporujú vysokovrstvové dosky OKI integrované uzemňovacie roviny a polia mikrosveta, ktoré minimalizujú presluchy a straty signálu a zároveň zlepšujú tepelný rozptyl. Vďaka takýmto schopnostiam by sa táto technológia hodila aj pre aplikácie v leteckom a obrannom priemysle. Vďaka symetrickému usporiadaniu a spoľahlivosti podľa normy MIL-STD-883G pri viac ako 1 000 tepelných cykloch sú tieto dosky plošných spojov teoreticky navrhnuté tak, aby odolali extrémnym vplyvom prostredia a zároveň si zachovali elektrickú integritu.

Obmedzenia rozsahu a nákladov

Obrovská zložitosť so sebou prirodzene prináša aj obrovské náklady. Každý štvorcový meter 124-vrstvovej dosky plošných spojov od spoločnosti OKI si vyžiada účet za materiál vo výške 4 800 USD, pričom výrobný čas sa predlžuje až na 16 týždňov a miera výťažnosti sa pohybuje okolo 65 %. To je oveľa menej ako 85 %, ktoré sú typické pre 108-vrstvové zostavy.

Mechanické napätie vyvolané tepelným cyklovaním, najmä na hraniciach medzi meďou a FR-4, presahuje 80 MPa, čo niekedy vedie k praskaniu podložiek alebo degradácii signálu v balíkoch BGA s jemnou roztečou. Odstraňovanie takýchto porúch v stredných vrstvách zásobníka si často vyžaduje deštruktívne priečne rezy, čím sa diagnostika stáva hazardom.

Tak ako pri väčšine špičkových technológií, aj tu sú okamžité aplikácie obmedzené na úzko špecializované, vysoko výkonné oblasti, ale základné inovácie by sa mohli časom rozšíriť. Pokroky v aditívnej výrobe a nástroje EDA riadené umelou inteligenciou môžu nakoniec umožniť podobný výkon s menším počtom vrstiev alebo pri nižších nákladoch.

Hoci 124-vrstvová doska plošných spojov od spoločnosti OKI neprekonáva svetový rekord 129 vrstiev, ktorý v roku 2012 vytvorila spoločnosť Denso, vyniká skôr praktickou využiteľnosťou než samotnou extrémnosťou. Vďaka zachovaniu konvenčnej hrúbky dosky a zabezpečeniu vyrobiteľnosti môže práca spoločnosti OKI pomôcť preklenúť medzeru medzi teoretickými limitmi a škálovateľnou výrobou.

Zdroj : OKI Develops 124-Layer PCB Technology for Next-Generation AI Semiconductor Testing Equipment

---

---

---