我們也許很快就能跟印刷電路板(PCB)道別,並能把裸晶(bare die)裝配在一種晶圓級矽電路板上,並因此擺脫那些耗電量很大的封裝焊接導線。
一家新創公司siXis最近委託晶圓廠SVTC製造其嵌入式矽電路板運算模組,並聲稱該產品將填補印刷電路板原型與ASIC設計之間的落差;這種矽電路板並號稱可做為ASIC的低成本、低耗電替代品。
siXis建議客戶使用FPGA編程邏輯電路,選好記憶體晶片與週邊電路,再讓該公司把這些IC的裸晶裝配到客製化矽電路板上,如此就產生一種基本上是系統級封裝(system-in-package)技術的產品。
「敝公司是利用自有矽電路板技術,設計並製造嵌入式運算模組產品;所謂的矽電路板是一種大面積的被動矽元件,正面包含多層氧化物與銅佈線,背面則是矽孔道(silicon vias)、重分佈層(redistribution layer)與鉛錫凸塊(solder bumps)。」siXis工程副總裁David Blaker介紹。
「我們以覆晶方式將邏輯IC、記憶體與被動元件黏著在矽電路板的正面,並將其封裝起來;客戶所看到的成品會很像是產業標準封裝(球柵陣列式)晶片,但實際上它已經是一個完整的運算系統。」Blaker補充。
siXis表示,其技術能將電路板尺寸縮小到三分之一,產生的系統在重量與耗電量上也比傳統使用標準晶片的方案來得低。客戶可提供原型電路板,交由該公司透過SVTC的製程轉換成採用矽電路板的產品。
「這種產品也能叫做“窮人的ASIC”,因為它基本上是一種使用高性能矽基板的系統級封裝方案;」市場研究機構Gartner的半導體製造業研究副總裁Jim Walker指出,在矽基板上進行覆晶式系統級封裝的成本雖比採用導線架、打線接合封裝來得高,卻很適合高性能運算應用,因為覆晶技術提供了更快、更低耗電,所需導線長度也最短的方案。
傳統上若要將採用標準零件的電路板設計縮小,就是把邏輯與週邊電路整合設計成客製化ASIC,再焊到PC電路板上搭配外部記憶體晶片;但若改用矽電路板設計,其成本估計可削減到採用傳統方案的十分之一。而siXis表示設計的轉換可在6個月之內完成。
siXis亦指出,透過將晶片的導線封在相同的BPA封裝中,其矽電路板設計能將寄生電容(parasitic capacitance)降低到20%以下。此外也能將記憶體元件與FPGA整合在一起,使其互連速度更快,並藉由削減不必要的封裝層,以及將導線整合在矽電路板上、以縮減其長度與負載量等方式,降低系統的耗電。
其他使用矽穿孔的先進封裝技術已朝向裸晶堆疊發展,雖免除了晶片封裝間的耗電導線,卻也面臨3D堆疊的晶片發熱使彼此溫度升高的問題。而siXis的方案除了擁有尺寸小、導線短的優點,其晶片是以併排而非堆疊方式置放在矽基板上,因此只需要散熱片來降低溫度。
除了一些對尺寸與耗電有高要求的軍事應用,siXis也鎖定通訊、醫療影像、測試與量測、航太與高性能運算等領域的客戶。該公司的矽電路板目前是委由SVTC以CMOS與MEMS技術,以8吋或12吋晶圓來生產。