Con el avance de los circuitos integrados, las conexiones entre chips se han vuelto más complejas, y la tecnología tradicional de PCB presenta limitaciones en aplicaciones de alta frecuencia y velocidad. Además, el aumento en el consumo de energía de los chips requiere sistemas de refrigeración eficientes. Para abordar estos desafíos, ha surgido un nuevo tipo de PCB, conocido como interposer PCB. En este artículo veremos como PCBWay, líder mundial en la producción de PCBs aplica esta tecnología en placas de alta densidad.
Interposer PCB
La denominada PCB interposer es una PCB de alta densidad, altamente precisa, de múltiples capas y con interconexión arbitraria, lo que significa que no tiene limitaciones en la conexión entre las capas internas. Actúa como un componente clave para interconectar e integrar diferentes componentes electrónicos, funcionando como una capa intermedia en la conexión de chips.
No existe un término equivalente en español y se ha generalizado el uso del término Interposer PCB, así que lo usaré de la misma forma en este artículo.
La imagen a continuación ilustra una estructura típica de un módulo de interposer PCB, empleado en sistemas avanzados de memoria HBM (High Bandwidth Memory) y procesadores de alto rendimiento (Silicon die).
En este diseño, la memoria HBM se conecta al interposer mediante pads y micro bumps, pequeñas protuberancias conductoras en la base de los chips, que facilitan una comunicación rápida y eficiente con el procesador. A su vez, el procesador se enlaza con la memoria a través del interposer, optimizando el rendimiento y reduciendo la latencia.
El sustrato (PKG substrate) constituye la base del sistema, brindando soporte estructural y conexiones eléctricas con la placa base mediante tecnología BGA.
Además, el interposer cuenta con una capa intermedia, encargada de gestionar y distribuir las conexiones entre los distintos componentes. Esta capa emplea vías a través del silicio (TSV, Through-Silicon Vias) para enlazar las capas superior e inferior, permitiendo que las señales viajen a través del sustrato de silicio sin requerir conexiones externas. Estas TSV son diminutos orificios rellenos de material conductor, como cobre, que optimizan la conectividad interna del sistema.
Ventajas de la Interposer PCB
Las PCBs interposer tienen un valor y una importancia excepcionales en la mejora de diversos aspectos del rendimiento de los circuitos integrados.
- Mayor velocidad y fiabilidad en la conexión
Fabricadas con materiales de alto rendimiento, permiten conexiones de alta densidad y corta distancia entre circuitos integrados, lo que aumenta significativamente la velocidad de transmisión de datos en los chips.
- Mejora en la integridad de la señal y reducción del consumo de energía
Gracias a la tecnología interposer, los pines de señal pueden conectarse directamente a la capa intermedia, reduciendo la longitud de las rutas de transmisión y minimizando la pérdida de señal, lo que mejora la integridad de las comunicaciones.
- Gestión térmica eficiente
La capa intermedia del interposer ayuda a disipar el calor, reduciendo eficazmente la temperatura del chip y mejorando su estabilidad operativa.
- Interconexión entre circuitos integrados heterogéneos
Permite la integración de chips con diferentes funciones en la misma capa intermedia, facilitando la comunicación entre ellos y optimizando el rendimiento y la eficiencia de los productos semiconductores.
En conclusión, las PCBs interposer se utilizan ampliamente en campos como la computación de alto rendimiento, la inteligencia artificial, los centros de datos y las telecomunicaciones.
En centros de datos y aplicaciones de comunicación, la tecnología interposer proporciona mayores tasas de transmisión y ancho de banda, satisfaciendo las demandas del procesamiento de big data y las comunicaciones de alta velocidad.
En los sistemas de computación de alto rendimiento, la tecnología interposer permite la conexión de múltiples chips de procesamiento, lo que habilita capacidades de cómputo a mayor escala.
En el ámbito de la inteligencia artificial, facilita la interconexión entre distintos chips, mejorando la velocidad de entrenamiento e inferencia de las redes neuronales.
PCBWay siempre a la vanguardia
Como fabricante líder de PCBs de alta gama, PCBWay se mantiene al día con las tendencias del mercado. En respuesta a la creciente demanda de los clientes por placas HDI de interconexión arbitraria de alto nivel, la empresa se ha dedicado a superar desafíos técnicos, logrando finalmente el desarrollo exitoso de PCBs interposer de múltiples capas y alta interconexión arbitraria.
El siguiente es un ejemplo de una PCB de 24 capas y 6 órdenes de interconexión arbitraria, es decir una placa de alta densidad, precisión y rendimiento optimizado.
Parámetros del producto
Estructura
Desafíos técnicos
- Desafío 1
El grosor de la PCB con vías enterradas desde la capa L7 hasta L18 es de 1.0 mm, con un diámetro de orificio pasante mecánico de 0.1 mm, lo que da como resultado una relación de aspecto del orificio de 10:1, lo que dificulta la perforación mecánica.
- Desafío 2
El paso de BGA es de 0.35 mm, y la distancia entre el orificio y la pista conductora es de 0.13 mm, lo que aumenta el riesgo de desalineación durante las múltiples laminaciones.
- Desafío 3
El ancho y el espaciado de las pistas es de 2.4/3 mil, lo que genera un enrutamiento denso. A continuación, se presentan algunos diagramas de enrutamiento.
Imágenes de la placa terminada
Conclusiones
Las PCBs interposer representan una solución innovadora para los desafíos actuales en el diseño de circuitos integrados, permitiendo conexiones de alta densidad, velocidad optimizada e integración eficiente entre chips. Su uso es clave en aplicaciones avanzadas como computación de alto rendimiento, inteligencia artificial, centros de datos y telecomunicaciones, donde la transmisión de datos rápida y confiable es esencial.
PCBWay, como líder en la fabricación de PCBs HDI de alta gama, ha desarrollado con éxito PCBs interposer de múltiples capas y alta interconexión arbitraria, abordando los desafíos técnicos del diseño moderno. Con avances como la PCB de 24 capas y 6 órdenes de interconexión arbitraria, la empresa sigue a la vanguardia de la industria, ofreciendo soluciones de alta precisión, fiabilidad y rendimiento optimizado para las demandas del mercado tecnológico.