Real estat utama: Perebutan ruang di iPhone X

Pada pendekatan peluncuran iPhone X Apple, pengguna yang bersemangat disiapkan untuk menikmati masa pakai baterai yang biasanya disediakan untuk Apple. Faktor bentuk ukuran Plus di telepon sangat mirip dengan varian non-Plus dalam ukurannya. Alasan untuk kemajuan ini bukanlah pengembangan kepadatan daya, tetapi papan sirkuit tercetak (PCB) yang lebih kecil di dalam iPhone X, menurut laporan Februari dari KGI Securities.

pic.twitter.com/7wzrBLVsFy

& mdash; Anson Chen (@AnsonChen) 2 November 2017

PCB yang lebih kecil ini berkat teknologi yang dikenal sebagai PCB seperti substrat, atau SLP. Deskripsi dari laporan menunjukkan bahwa PCB memiliki lebih banyak lapisan daripada PCB iPhone tradisional berkat prosesor aplikasi dan PCB khusus yang menghubungkan sinyal RF bersama-sama melalui interlacer, menciptakan lapisan tumpang tindih yang hampir dua kali lipat dibandingkan dengan PCB dari sebuah iPhone biasa.

Namun, ini tidak dekat dengan menceritakan keseluruhan cerita. Sementara penumpuk PCB baru mungkin menawarkan lebih banyak fleksibilitas dalam penempatan komponen, penting untuk diingat bahwa sisi berlawanan dari papan A11 tidak kosong di iPhone 8. Ada banyak komponen di luar sana – Chip NFC, layar driver, chip kombo Wi-Fi, dan IC manajemen daya biasanya terletak di seberang prosesor aplikasi pekerja keras.

Lagi pula, iPhone 4,7 inci dan saudara kandung “Plus” 5,5 inci mereka memiliki PCB berukuran sama, dengan kapasitas baterai yang secara langsung dipengaruhi oleh ponsel yang lebih kecil. Di sini, masalah sebenarnya terletak pada upaya meningkatkan masa pakai baterai dalam faktor bentuk yang lebih kecil ini.

Kurangi jejak bahan

Untuk membuat PCB iPhone X lebih kecil, Apple harus memikirkan cara untuk membuat komponen pada PCB menempati area keseluruhan yang lebih kecil. Sekilas PCB di atas menunjukkan bahwa board ini memiliki kepadatan IC dan komponen pasif yang padat. Pertanyaan pertama yang wajar adalah menanyakan apakah komponen dapat dilepas begitu saja.

Kandidat yang sangat baik untuk penyederhanaan adalah string RF. Memang, iPhone sebelumnya memiliki hingga 4 varian untuk operator yang berbeda secara global karena mereka memiliki sakelar, filter, dan amplifier yang berfokus pada pita tertentu yang dibutuhkan oleh operator. Jumlah varian telah berkurang selama bertahun-tahun ke jumlah dua saat ini dan telah disuling menjadi satu model yang mampu jaringan CDMA dan satu yang tidak.

Dengan mendukung lebih sedikit band per model pada lebih banyak model, Apple dapat mengurangi ukuran keseluruhan string RF dan menghemat ruang papan. Sekilas halaman spesifikasi iPhone X akan menunjukkan bahwa bukan itu masalahnya Apple telah dilakukan, karena mendukung band yang sama persis dengan model iPhone 8 pada dua versi.

Jadi kita harus mencari di tempat lain selain RF string untuk mereduksi komponen tersebut. Cara lain untuk mengurangi ukuran komponen adalah dengan memaksa pemasok chip untuk mengecilkan paket mereka sendiri. Contoh terbaik dari ini mungkin adalah MacBook Air asli, di mana Intel menyediakan paket yang lebih kecil untuk membantu CPU Apple mencapai faktor bentuk kecil pada saat itu.

Jika vendor melakukan ini, tentu masuk akal untuk memasukkannya ke dalam iPhone 8 atau 8 Plus, akan ada semacam biaya atau tekanan volume pada komponen yang mencegahnya menjadi lebih luas. . Contohnya mungkin paket yang menyertakan interposer, yang merupakan struktur interkoneksi mahal yang memungkinkan beberapa perangkat skematik densitas tinggi ditempatkan dalam paket yang sama. Ini adalah konsep yang sama yang dikatakan digunakan untuk menggabungkan RF dan papan digital utama di iPhone X.

Konsep memindahkan beberapa komponen ke dalam paket yang sama bukanlah hal baru. Sebagian besar chip AppleA-series telah menumpuk DRAM di dalamnya, dan Apple melakukan upaya untuk mengurangi ukuran kemasan dengan kemasan InFO TSMC. Itu Apple Watch menggunakan pendekatan yang lebih terintegrasi dengan solusi System in Package (SiP), yang mencakup beberapa komponen aktif dan pasif dalam enklosur tertutup yang sama. Ini adalah arah perangkat seluler secara umum.

Memutuskan apakah akan menempatkan komponen pada PCB multi-layer, atau mendorong tingkat integrasi di atas paket, atau bahkan segera, adalah pertimbangan yang cermat dari biaya, penghematan ruang, dan dampak pada efisiensi lingkungan. Memindahkan segala sesuatu dalam satu paket sering kali meningkatkan kinerja karena jalur sinyal menjadi lebih pendek dan membutuhkan lebih sedikit daya untuk dijalankan, tetapi dengan mengorbankan hal-hal seperti substrat dan solusi pengemasan yang lebih kompleks.

Menyuntikkan sirkuit ke dalam cetakan memberikan manfaat kinerja tertinggi, tetapi meningkatkan ukuran cetakan, yang dapat mempengaruhi produktivitas komponen dan pada akhirnya biaya. Kunci dari begitu banyak konsep ini adalah memahami bahwa SLP itu sendiri tidak terlalu berguna.

PCBx .-seperti substrat

Ketika produsen komponen mengacu pada teknologi PCB baru sebagai PCB seperti substrat, mereka mengacu pada kepadatan koneksi yang disediakan oleh substrat yang ditemukan dalam paket IC. Mendorong ukuran fitur menjadi hanya 15 mikron, jenis PCB baru ini membantu mencapai kepadatan koneksi yang sebanding dengan paket IC saingan. Ini sangat berguna untuk perutean kepadatan tinggi seperti memori atau bus PCI. Meremas lebih banyak rute ke dalam satu lapisan, ditambah dengan fitur yang lebih kecil yang mirip dengan substrat paket, pada akhirnya akan menghasilkan lebih sedikit lapisan yang digunakan untuk perutean PCB.

Namun, memori iPhone X sudah ada di dalam paket, dan tidak memiliki antarmuka data lebar berkecepatan tinggi yang Anda temukan di platform desktop tradisional. Dengan demikian, ini mungkin bukan inovasi besar yang secara langsung menguntungkan iPhone X. Coupler papan tengah kemungkinan akan membantu di sini.

Interposer akan memungkinkan papan digital dan RF pada dasarnya dirancang secara terpisah, sebelum dihubungkan oleh interposer di antara keduanya. Ini adalah pendekatan multi-langkah umum dalam PCB, karena biasanya dimulai dengan inti non-konduktor, yang kemudian dibangun dengan lapisan logam dan dielektrik yang berurutan, memungkinkan pabrikan untuk menambahkan lapisan vias satu per satu. PCB. Interposer memperluas konsep ini dengan mengintegrasikan pitch link yang semakin ketat, sering kali disediakan untuk paket perangkat, dan sangat meningkatkan biaya.

Pendekatan PCB terpisah ini akan membantu Apple mencapai isolasi yang lebih baik antara RF dan bagian sirkuit digitalnya. Memang, pemeriksaan dekat pada PCB iPhone akan melihat garis putus-putus yang memisahkan sirkuit satu sama lain. Gambar di atas menunjukkan bagian audio dan RF yang dipisahkan pada PCB iPhone 8 Plus.

Memisahkan komponen ini penting, karena interferensi dari komponen tetangga dapat menyebabkan hal-hal seperti rentang dinamis yang berkurang di sirkuit analog dan RF, atau integritas sinyal yang terganggu di sirkuit.digital. Sebagai perangkat konsumen, radiasi sinyal juga menjadi perhatian. Apple bekerja untuk meningkatkan kompatibilitas diri dan kepatuhan standar ketika dipatenkan, dan kemudian memperkenalkan dan meningkatkan pelapis titik-titik untuk chip yang ditemukan di perangkat seluler.

Semua langkah ini sangat membantu Apple untuk menempatkan komponen lebih dekat dan memberikan lebih banyak kebebasan dalam hal penempatan mereka berdekatan. Namun, ruang meja masih banyak dikonsumsi. Upaya agresif mungkin memerlukan hingga 10% ruang papan, tetapi lebih banyak lagi diperlukan untuk mengurangi ukuran PCB secara signifikan. Insinyur Apple perlu memanfaatkan lebih dari sekadar dimensi X dan Y.

Rekayasa 3D

Untuk benar-benar membuat langkah dalam ruang yang dibutuhkan untuk menampung semua komponen di iPhone, ketinggian PCB juga harus dimanfaatkan. Teknik IC 3D dan 2.5D seperti chip stacking, through-silicon vias, interposer, dan lainnya telah banyak diekspos dalam beberapa tahun terakhir untuk pengemasan perangkat, tetapi teknik ini juga dapat diterapkan pada PCB di satu lokasi. Vendor PCB telah menanamkan komponen pasif sederhana seperti resistor, kapasitor dan induktor ke dalam PCB selama bertahun-tahun.

Fitur-fitur ini pertama-tama merupakan inti dari proses, baik melalui film resistif, jejak koil tercetak, atau menggunakan dielektrik PCB sebagai dasar untuk kapasitor yang terbentuk di seluruh lapisan. Komponen fisik tertanam muncul sekarang, dengan vendor bahkan merencanakan komponen aktif tertanam dalam waktu yang tidak terlalu lama.

Meskipun agak tidak diperhatikan, Apple telah menggunakan teknik ini dengan prosesor aplikasi seri A-nya. Beberapa tahun yang lalu, elemen kemasan yang bocor mulai muncul celah aneh di bagian bawah di mana susunan koneksi biasa diharapkan. Kesenjangan ini kemungkinan merupakan ruang untuk elemen filter pasif yang terletak di dalam paket.

Ini mencapai dua hal. Pertama, ini mengurangi jumlah ruang tabel yang dibutuhkan untuk menempatkan semua komponen. Kedua, sering kali menawarkan keunggulan kinerja karena kedekatan dengan logam di dalam perangkat adalah salah satu pendorong kinerja utama perangkat yang beroperasi seperti ini.

Kapasitor dan induktor digunakan untuk menyaring dan mem-bypass daya pada prosesor aplikasi untuk mencegah penurunan tegangan dalam situasi perubahan permintaan saat ini, serta menyediakan rute bypass ke ground untuk noise frekuensi tinggi. Tempatkan sedekat mungkin dengan perangkat untuk mengurangi parasit yang tidak diinginkan yang mengurangi efektivitas bahan-bahan ini.

Dengan memperluas konsep ini ke PCB, Apple dapat memanfaatkan ruang ekstra di PCB untuk mengakomodasi komponen ini. Pemeriksaan PCB bagian belakang iPhone 8 Plus menunjukkan bahwa terdapat banyak komponen pasif yang terletak di bagian belakang PCB di belakang A11.

Semakin banyak komponen ini yang dapat disematkan di stacker, semakin hemat ruang desainnya. Pada ekstrem, PCB tidak akan memiliki komponen ini terpengaruh, dengan interposer (atau mungkin beberapa, diselingi dengan bahan ikatan untuk mencocokkan papan) memiliki potongan di area ini ke papan digital dan RF dapat disambungkan bersama-sama. Konsep itu sendiri menghadirkan tantangan teknis dan perlu diadopsi secara bertahap daripada sebagai perubahan cepat pada komponen yang disematkan.

Apa yang harus jelas di masa depan adalah bahwa bagian dalam PCB yang ditumpuk dapat terbukti semenarik permukaannya, dan gambar x-ray dari komponen mati seperti yang kita harapkan. Mungkin kita akan melihat sekilas beberapa konsep ini ketika air mata mulai mengalir.

Sumber: macrors