瑞萨电子的生产技术:安装技术

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―瑞萨安装技术―安装技术支撑高速化、小型化和低功耗化

瑞萨电子坚持不懈提高客户产品的价值。进行系统安装时,我们的安装技术人员针对产品封装的内外以及电路板,寻找最佳的安装技术。特别是我们的技术人员会与客户共同预测问题并制定对策,并以丰富的经验为客户献计献策,生产出在苛刻环境下耐用并处理未曾有的高速信号的半导体产品。

推进安装总体优化,发挥产品性能

说起半导体产业的安装技术,估计很多人会想到封装。封装确实是重要因素,但只是安装技术的一部分。安装技术人员着手的工作不仅从芯片到封装而且还涉及电路板。

以前,芯片和封装的设计及制造是半导体厂家的工作而电路板由客户设计,但是现在工作频率极高,如此千篇一律的分工已无法发挥所需求的性能。瑞萨电子除了芯片和封装技术以外,还与客户和电路板厂家共同探索最佳的电路板设计,推进安装技术的总体优化(图1)。

安装密度、发热、电磁和应力是安装技术的技术课题。发热是损失引起的,如果发热超过极限就会导致失误和损坏,因此发热对策非常重要。

最近的电路中有很多线路通过GHz级的信号,必须考虑信号线的相互影响(电磁干渉),这是通过提高安装密度实现小型化时的大课题。此外还有各种各样有关热应力和机械应力的要求,安装技术的范围极其广泛。

图1:瑞萨电子推进从芯片、封装到电路板(客户的设计范围)的安装技术总体优化。

图1:瑞萨电子推进从芯片、封装到电路板(客户的设计范围)的安装技术总体优化。

发挥IDM(Integrated Device Manufacturer)综合能力,实施应力对策

为了解决安装技术的课题,我们密切联系客户,发挥瑞萨电子在从芯片设计到安装设计的综合能力。例如,在发热对策方面需要详细调查客户产品的使用环境,如果在电路板或外壳成品后才实施发热对策,就会耗费很大的成本并且浪费开发时间。瑞萨电子通过对客户产品结构进行发热分析,在芯片设计阶段阻止发热并采用最佳放热结构的封装。另外,对于移动通信设备、工业设备、汽车等广泛领域中使用的瑞萨电子半导体,使用环境下的热应力和机械应力各种各样,需要针对各种用途进行技术开发。只有在进行芯片设计和安装设计的同时与客户进行合作的高度安装设计技术,才能实现这种技术的开发。

安装技术人员从构思阶段开始参与

近几年,客户设备设计中的课题是抖动、串音或EMC(Electro-Magnetic Compatibility)等的噪声问题。尤其是使用高频的情况,如果在芯片成品后通过电路板图形的方法来对应,那就为时太晚。瑞萨电子从客户产品的构思阶段开始参与,使用电磁场仿真技术和电磁场可视化技术,对半导体的电路设计、布局设计、封装设计以及电路板布局进行综合优化。

举个具体的例子,图2表示某个芯片发生的问题。在传统的芯片定向设计中,因反馈电流的集中而产生噪声(左图)。通过对此芯片、封装以及电路板进行总体优化,分散了反馈电流(右图)。

图2:综合优化设计的效果

图2:综合优化设计的效果

安装技术攻入超10Gbps的世界

最后,介绍一下为实现更高性能而开发的尖端安装技术。最新的网络控制器使用超10Gbps的信号,信号通过引脚连接部从电路板的布线经过封装被传送到芯片。如果在此路径中阻抗(电特性值)固定就没问题,但是电路板布线部分的阻抗和封装、芯片I/O部分的阻抗不同,这就是被称为“阻抗不一致”的问题。如果出现阻抗不一致的部分,就会引起信号反射,导致波形变形并妨碍正确的信号传送。传统技术是在芯片上形成校正电路或者在封装内嵌入无源元件,但是任何方法都会产生芯片大小和耐噪声的副作用等问题,而且有速度极限。

作为“阻抗不一致”的对策,瑞萨电子利用封装内多层基板上的通孔(层间通孔)所持有的电容,开发了取消反射波的技术(图4)。与传统方法相比,此方法能实现大约3倍(和本公司过去的方法相比)的布线密度和高速通信,最新的产品不仅支持12.5Gbps,还可应用在今后上场的PCI Express version4等16Gbps级数据通信的通信规格以及25Gbps级的基础网络等。

图3:通过封装基板设计来阻止 因阻抗不一致引起的信号变形。

图3:通过封装基板设计来阻止 因阻抗不一致引起的信号变形。

相关报道: “以过去3倍的信号布线密度实现超12.5Gbps信号传送的封装设计技术开发”

可以说安装技术是支撑客户产品的高性能化、小型化、低功耗化和低成本等技术革新的重要因素之一。瑞萨电子根据客户的需求提供各种各样的解决方案,而肩负此解决方案的重任就是安装技术。