칩 온 보드 레이아웃을 위한 PCB 설계 규칙

포장 혁명은 계속해서 전진하고 있으며, PCB 설계자들은 이 혁명에서 독특한 이점을 얻을 수 있는 위치에 있습니다. 특별한 포장 소프트웨어를 필요로 하지 않으면서 PCB 설계자들에게 훨씬 더 익숙한 포장 유형이 있습니다. 이 포장 기술은 칩 온 보드(chip-on-board)로, 반도체 다이(die)가 직접 회로 기판에 부착되는 방식입니다.
칩 온 보드 디자인을 시작할 때 따라야 할 몇 가지 규칙이 있습니다. 이러한 규칙은 레이아웃과 배치는 물론, 보다 고급 칩에 대한 인터커넥트 디자인 및 팬아웃 규칙에 걸쳐 있습니다.

PCB 레이아웃에서의 칩 온 보드

칩 온 보드 접근 방식에서는 노출된 접점을 가진 반도체 다이가 PCB에 직접 납땜됩니다. 즉, 와이어 본딩을 위한 리드 프레임, 세라믹/에폭시 포장, 인터포저/기판이 없습니다. 부착되면, 칩은 에폭시 캡슐화제를 사용하여 PCB 위에 직접 포장될 수 있으며, 이는 칩과 와이어 본딩 패드를 손상으로부터 보호할 것입니다.

표준 PCB에서 칩 온 보드를 배치하고 장착하는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다:

• PCB에서 다이로 직접 와이어 본딩
• 칩이 BGA와 유사하게 부착되는 플립칩 조립

부착 및 조립 후, 칩은 일반적으로 에폭시 재료나 컨포멀 코팅으로 캡슐화되며, 이는 열 또는 UV 경화될 수 있습니다. PCB 레이아웃에서 가장 중요한 설계 포인트는 다이를 PCB에 부착할 수 있게 해주는 풋프린트입니다.

플립칩 예시

아래 이미지에 표시된 플립칩(때때로 보드에 플립칩(FCOB)이라고 함)의 예시입니다. 이는 BGA 팬아웃과 유사하게 PCB에 직접 납땜된 캡슐화되지 않은 칩을 보여줍니다. 여기서 중요한 재료는 솔더 조인트를 캡슐화하고 과도한 기계적 스트레스로부터 보호하는 언더필입니다. PCB 라미네이트는 표준 FR4 등급 재료 또는 더 전문화된 재료(플렉스, PTFE 등)일 수 있습니다.

이 접근 방식에서는 풋프린트를 BGA 풋프린트와 유사하게 설계해야 하지만, 조립 과정은 다를 것입니다. FCOB에서는 솔더가 PCB에 직접 플럭스 처리되며, 다이에 부착되지 않습니다. 칩은 다른 SMD 구성 요소처럼 배치되며, 다른 구성 요소와 함께 리플로우됩니다. 따라서 신뢰할 수 있는 조립을 보장하기 위해 풋프린트 측면에서 일부 DFA가 필요합니다.

BGA 패드 크기에 대한 유사한 지침을 따르는 것이 좋지만, 볼 크기 대신 범프 크기를 기준으로 합니다. 솔더 마스크와 페이스트 마스크는 BGA에서 일반적으로 사용되는 범위 내에 노출된 패드 크기를 설정하는 데 사용해야 합니다. 범프 피치가 충분히 커서 큰 솔더 마스크 슬리버를 남길 경우, 솔더 마스크를 댐(SMD 패드)으로 사용하세요. 그렇지 않으면 NSMD 패드를 사용하여 범프 사이의 솔더 마스크 슬리버 플레이킹을 방지하세요.

와이어 본딩 예시

아래 이미지는 와이어 본딩 예시를 보여줍니다. 이 예시에서는 다이 부착 패드가 PCB에 직접 납땜되고, 칩 주변의 랜드 패드와 다이의 접점 사이에 와이어 본드가 부착됩니다. 이 설계에서는 와이어 본드와 다이를 환경 노출로부터 보호하기 위해 에폭시로 캡슐화하는 것이 매우 권장됩니다. 이는 주로 부식을 방지하고, 와이어를 기계적 손상으로부터 보호하는 데 도움이 됩니다.

PCB에서 와이어 본딩 패드의 풋프린트를 생성할 때, 패드는 일반적으로 과대하게 설정되며, 이는 위의 이미지에서 명확하게 볼 수 있습니다. 풋프린트에 고려해야 할 파라미터는 다음과 같습니다:

• 접촉 패드 크기
• 접촉 패드 피치
• 접촉 패드 형태

사각형 패드는 허용되지만, 직사각형 패드는 다이가 포장되었을 때(예: QFN 또는 LQFP 패키지에서) 사용된 패드 크기를 재현할 수 있습니다. 와이어를 PCB에 연결하는 데 사용되는 접촉 볼은 매우 얇아서 너비가 20에서 30 마이크론에 이릅니다. 해당 접촉 패드 너비는 50에서 150 사이가 될 수 있으며, 패드 피치에 대해서도 같은 값이 사용됩니다. 패드 피치와 크기 숫자를 사용하여, PCB 풋프린트에 와이어 본드용 패드 배열을 배치할 수 있습니다.

더 발전된 칩 온 보드

더 발전된 칩 온 보드는 다이(Die)의 바닥에 범프 접점을 사용합니다(예를 들어, 위에 보여진 플립 칩 예시).

칩 온 보드 디자인이 더 발전하는 아이디어는 두 가지 영역과 관련이 있습니다: 다이 바닥의 접점이나 범프 사이의 피치, 그리고 이러한 시스템이 운영되어야 하는 속도입니다. 매우 미세한 피치의 BGA처럼, 패드 피치가 패드 내 비아 및 맹/매립 비아를 요구할 수 있는 것처럼, 칩 온 보드 패키징도 같은 것을 요구할 수 있습니다. 또한, 이 다이와 그 인터페이스가 작동하는 속도는 USB, PCIe 등과 같은 컴퓨팅 인터페이스를 제외하고는 어떠한 표준화도 배제합니다.

왜 우리는 기판이나 인터포저를 설계하는 대신 칩 온 보드 접근 방식에서 이러한 더 발전된 다이를 사용할까요? 이에 대한 여러 가지 이유가 있으며, 모든 상황에 일반화하기는 어렵습니다. 테스트 차량 보드, 칩 간의 상호 연결 실험, 그리고 기판/인터포저 생산 능력에 대한 접근 부족은 모두 칩 온 보드 패키징을 사용하는 이유입니다.

더 발전된 칩 온 보드 디자인으로 성능 목표를 달성할 수 있도록 하기 위해, 이러한 자원을 활용하세요:

• 다이에서의 모든 비아 팬아웃에 대해 비아 임피던스 계산기를 사용하세요
• 임피던스를 알고 와델 방정식을 기반으로 한 임피던스 계산기
• 를 사용하세요레이저 드릴링
• 이 필요한지 또는 비아 크기 제한을 결정하기 위해 제조업체와 상의하세요다이를 지원하기 위해 저-Dk 라미네이트를 사용하여 더 세밀한 표면 층 특성의 필요성을 없애세요
• 와이어 본딩에 적합한 표면 도금을 적용하세요

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