- โปรเซสเซอร์ Intel 386 ถูกเปิดตัวในปี 1985 เป็นชิป x86 แบบ 32 บิตตัวแรก
- จากผลการ สแกน CT 3 มิติ ของ Lumafield พบร่างโครงสร้างซ่อนอยู่ในบรรจุภัณฑ์เซรามิกได้ 6 ชั้น และเส้นโลหะเชื่อมต่อด้านข้างที่แทบไม่เห็น
- ใช้โครงข่ายจ่ายไฟที่เป็นอิสระสองชุดสำหรับ I/O และวงจรลอจิก เพื่อเพิ่มความเสถียรของชิป
- ในกระบวนการผลิตใช้สายเล็กที่ต่อออกไปยังด้านข้างของบรรจุภัณฑ์เพื่อทำให้แต่ละขาถูก ชุบทอง อย่างครบถ้วน
- ความซับซ้อนของบรรจุภัณฑ์ 386 ถูกประเมินว่ามี ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่มีความหมาย แม้เมื่อเทียบกับบรรจุภัณฑ์โปรเซสเซอร์รุ่นใหม่
การวิเคราะห์โครงสร้างภายในของบรรจุภัณฑ์เซรามิกโปรเซสเซอร์ 386
แนะนำโปรเซสเซอร์ 386 และลักษณะภายนอก
- โปรเซสเซอร์ 386 ที่ Intel เปิดตัวในปี 1985 เป็นชิป x86 32 บิตตัวแรก
- ชิปถูกบรรจุอยู่ในบรรจุภัณฑ์เซรามิกสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีขาทองคำชุบ 132 ขาตัดออกที่ด้านล่าง
- แม้หน้าตาดูเรียบง่าย แต่ด้านในกลับมีโครงสร้างที่คาดไม่ถึงว่าจะซับซ้อน
การค้นพบโครงสร้างภายในผ่านการสแกน CT
- การสแกน CT 3 มิติที่ Lumafield ดำเนินการยืนยันได้ว่า ภายในบรรจุภัณฑ์เซรามิกมีชั้นสายไฟที่ซับซ้อน 6 ชั้น
- ในโครงสร้างของชิปมีเส้นโลหะเชื่อมต่อที่เกือบมองไม่เห็นซึ่งเชื่อมต่อกับด้านข้างของบรรจุภัณฑ์
- ภายในมีการจัดโครงข่าย จ่ายไฟและกราวด์แยกสำหรับ I/O และวงจรลอจิกของ CPU
บรรจุภัณฑ์เซรามิก, แผ่นแพด และการเดินสายไฟ
- บรรจุภัณฑ์ 386 มีจุดเชื่อมต่อโลหะแบบ 2 ชั้น (2-tier) วางรอบได
- เส้นผ่านศูนย์กลางของ บอนด์ไวร์ ประมาณ 35 μm บางกว่าสายเส้นผม
- สัญญาณและกำลังไฟถูกเชื่อมต่อแบบลำดับชั้นผ่านบอนด์ไวร์ระหว่าง ได-แพด-ขา-เมนบอร์ด
- ภายในมีโครงสร้างคล้ายแผ่นวงจรพิมพ์ 6 ชั้นที่ทำจากเซรามิก
การผลิตเซรามิกและโครงสร้างอิเล็กโทรด
- การผลิตเริ่มจาก แผ่นเซรามิกกรีนชีต แบบยืดหยุ่น (ผสมกาว) และผ่านการเจาะรู via และการสร้างเส้นลวด
- นำหลายแผ่นไป ซ้อนชั้น แล้วเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้โครงสร้างที่คงทน
- ขาและขั้วต่อภายใน หลังจากชุบทองเสร็จ เชื่อมต่อไดด้วยบอนด์ไวร์ทองคำ และปิดด้วยการบัดกรีฝาปิดโลหะ
- หลังผ่านขั้นตอนการทดสอบและติดฉลากจึงส่งออก
โครงสร้างชั้นสัญญาณ/ชั้นจ่ายไฟ
- ชั้นสัญญาณ: แทร็กโลหะเชื่อมระหว่าง shell pad กับขาของบรรจุภัณฑ์ และต่อเข้ากับไดผ่านบอนด์ไวร์
- ชั้นจ่ายไฟ: ประกอบด้วยพื้นผิวนำไฟฟ้าแบบเดียว (plane) หลายรู via และรู via สำหรับขา
- ระหว่างชั้นจ่ายไฟและชั้นสัญญาณมี การเชื่อมต่อ via แบบหลากหลาย สร้างอินเทอร์เฟซแบบลำดับชั้นของการเดินสาย
สายเชื่อมสำหรับการชุบ (Electroplating Contacts)
- ในกระบวนการผลิต เพื่อทำให้ขาทั้งหมดทำหน้าที่เป็น ขั้วลบ (cathode) ของการชุบทองแต่ละขาจะถูกเชื่อมต่อด้วยสายเล็ก ๆ ที่ยื่นถึงขอบด้านข้างของบรรจุภัณฑ์
- สายเหล่านี้มีตำแหน่งยากต่อการสังเกต และแทบมองได้เฉพาะที่มุมของบรรจุภัณฑ์ แต่การสแกน CT ทำให้เห็นโครงสร้างการเชื่อมต่อภายในได้อย่างเป็นภาพ
โครงข่ายจ่ายไฟแบบคู่
- 20 ขา (Vcc) และ 21 ขา (Vss) ของ 386 เชื่อมต่อกับไฟ +5V และกราวด์ตามลำดับ
- แยก กราวด์และจ่ายไฟของ I/O และวงจรลอจิก เพื่อป้องกันการรบกวนความแปรผันของแรงดันจากการทำงานของ I/O เข้าสู่วงจรลอจิก
- แม้เมนบอร์ดจะใช้แหล่งไฟฟ้าร่วมกัน แต่ คาปาซิเตอร์ดีคัปเปิล จะช่วยกดการสปายก์แรงดันและรักษาเสถียรภาพของวงจรลอจิก
หน้าที่ของขา No Connect (NC)
- บรรจุภัณฑ์ 386 มีขา NC (ไม่เชื่อมต่อ) 8 ขา
- บนไดมีแพดเชื่อมต่อ แต่บางจุดไม่มีบอนด์ไวร์จริง
- ขา NC เหล่านี้อาจใช้สำหรับเข้าถึงสัญญาณภายในในขั้นตอนการทดสอบ
- มีขา NC หนึ่งขาที่เชื่อมต่อจริง ซึ่งทำให้เป็นไปได้ที่จะสังเกตสัญญาณพิเศษผ่านขานี้
การจับคู่ขาแพดบนได
- ต่างจากโครงสร้าง DIP แบบเดิม ในกรณีโครงสร้าง PGA การจับคู่อินเตอร์เฟซระหว่างขาและแพดค่อนข้างไม่ชัดเจน
- วิเคราะห์ข้อมูล CT ทำให้ติดตามความสัมพันธ์การเชื่อมต่อระหว่างแพดแต่ละตัวบนไดกับขาภายนอกได้
- ข้อมูลนี้เป็นเนื้อหาที่แทบไม่เคยเผยแพร่ต่อสาธารณะ
ประวัติและการเปลี่ยนแปลงของบรรจุภัณฑ์อินเทล
- โปรเซสเซอร์อินเทลรุ่นแรกมีข้อจำกัดเรื่องจำนวนขาและแพคเกจขนาดเล็กซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพ
- ตั้งแต่โปรเซสเซอร์ 386 เป็นต้นไป การใช้บรรจุภัณฑ์เซรามิก 132 ขาช่วยปรับปรุง การขยายตัว, ประสิทธิภาพ และการจัดการความร้อน ได้ดีขึ้น
- อย่างไรก็ดีเมื่อราคาบรรจุภัณฑ์เซรามิกสูงกว่าราคาชิป (die) จึงมีการนำเข้าเวอร์ชัน บรรจุภัณฑ์พลาสติก (PQFP) ที่ผลิตจำนวนมากต้นทุนต่ำกว่าเข้ามาใช้
- โปรเซสเซอร์รุ่นใหม่มีการเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นมาก เช่น 2049 บอลลด์บอล (BGA) หรือ 7529 ข้อต่อ (LGA)
บทสรุป
- บรรจุภัณฑ์ 386 แม้ดูเรียบง่ายจากภายนอก แต่มีเทคโนโลยีซับซ้อนที่ค่อนข้างสูง เช่น ขั้วต่อชุบไฟฟ้า, ชั้นเดินสาย 6 ชั้น และโครงข่ายจ่ายไฟคู่
- ภายในบรรจุภัณฑ์โปรเซสเซอร์สมัยใหม่ยังคงมีโครงสร้างที่ซ่อนอยู่มากกว่านี้และ ความลับทางเทคนิค อีกมาก
ยังไม่มีความคิดเห็น