Vid Apples lansering av iPhone Xs tillvägagångssätt ställdes ivriga användare upp för att njuta av batteritiden som normalt är reserverad för Apple. Formfaktorn i plusstorlek i telefonen påminner mycket om en icke-Plus-variant i sin storlek. Anledningen till detta framsteg är inte utvecklingen av effekttäthet, utan ett mindre kretskort (PCB) inuti iPhone X, enligt en februarirapport från KGI Securities.
pic.twitter.com/7wzrBLVsFy
& mdash; Anson Chen (@AnsonChen) 2 november 2017
Detta mindre PCB är tack vare en teknik som kallas substratliknande PCB, eller SLP. Beskrivningen från rapporten visar att ett PCB har fler lager än ett traditionellt iPhone PCB tack vare en applikationsprocessor och ett dedikerat PCB som kedjar samman RF-signalerna genom interlacern, vilket skapar en lageröverlappning som är nästan dubbelt jämfört med PCB för en PCB. vanlig iPhone.
Detta är dock inte i närheten av att berätta hela historien. Även om den nya PCB-staplaren kan erbjuda lite mer flexibilitet i komponentplacering, är det viktigt att komma ihåg att den motsatta sidan av kortet från A11 inte är tom i iPhone 8. Det finns många komponenter där ute – NFC-chippet, displayen drivrutin, Wi-Fi combo-chip och strömhanterings-IC är vanligtvis placerade mittemot arbetshästens applikationsprocessor.
När allt kommer omkring har 4,7-iPhone-tummaren och deras 5,5-tums “Plus”-syskon kretskort av samma storlek, med batterikapacitet som direkt påverkas av de mindre telefonerna. Här ligger det verkliga problemet i att försöka förbättra batteritiden i dessa mindre formfaktorer.
Minska ingrediensernas fotavtryck
För att göra iPhone X:s PCB mindre, var Apple tvungen att komma på ett sätt att få komponenterna på PCB:n att ta upp en mindre total yta. En snabb blick på PCB ovan visar att detta kort har en tät täthet av IC:er och passiva komponenter. En naturlig första fråga är att fråga om komponenter enkelt kan tas bort.
En utmärkt kandidat för förenkling skulle vara RF-strängar. Faktum är att tidigare iPhones har haft upp till 4 varianter för olika operatörer globalt eftersom de har switchar, filter och förstärkare som fokuserar på specifika band som operatörerna behöver, denna områdesspecifika tjänst. Antalet varianter har minskat under åren till det nuvarande antalet av två och har destillerats till en modell som är CDMA-nätkapabel och en som inte är det.
Genom att stödja färre band per modell på fler modeller kan Apple minska den totala storleken på RF-strängen och spara utrymme ombord. En snabb blick på iPhone X:s specifikationssida kommer att visa dig att det inte är vad Apple har gjort, eftersom det stöder exakt samma band som iPhone 8-modellerna på de två versionerna.
Så vi måste leta någon annanstans än RF-strängen för att minska komponenten. Ett annat sätt att minska komponentstorleken är att tvinga chipleverantörer att krympa sina egna paket. Det bästa exemplet på detta kan vara den ursprungliga MacBook Air, där Intel tillhandahöll ett mindre paket för processorn för att hjälpa Apple att uppnå den lilla formfaktorn vid den tiden.
Om en leverantör gör detta är det verkligen meningsfullt att inkludera det i iPhone 8 eller 8 Plus, det kommer att finnas någon form av kostnads- eller volymtryck på komponenten som hindrar den från att bli mer utbredd. . Ett exempel kan vara ett paket som inkluderar en interposer, som är dyra sammankopplingsstrukturer som tillåter flera schematiska enheter med hög densitet att inrymmas i samma paket. Detta är samma koncept som sägs användas för att kombinera RF och det digitala huvudkortet i iPhone X.
Konceptet att flytta flera komponenter till samma paket är inte nytt. De flesta av Apples A-seriechips har staplat DRAM inuti dem, och Apple har ansträngt sig för att minska paketstorleken med TSMC:s InFO-förpackning. Apple Watches har ett ännu mer integrerat tillvägagångssätt med System in Package-lösningen (SiP), som inkluderar flera aktiva och passiva komponenter i samma hölje med ett hölje. Detta är riktningen för mobila enheter i allmänhet.
Att bestämma om man ska placera komponenter på ett flerskiktskretskort, eller att skjuta integrationsnivån över paketet, eller till och med omedelbart, är ett noggrant övervägande av kostnader, utrymmesbesparingar och påverkan på miljön. Att flytta allt i ett paket förbättrar ofta prestandan eftersom signalvägarna blir kortare och kräver mindre kraft att köra, men på bekostnad av saker som mer komplexa substrat och förpackningslösningar.
Att injicera kretsen i formen ger en ultimat prestandafördel, men ökar formstorleken, vilket kan påverka komponentproduktiviteten och i slutändan kostnaden. Nyckeln med så många av dessa koncept är att förstå att SLP i sig inte är så användbart.
PCBx .-liknande substrat
När komponenttillverkare hänvisar till ny PCB-teknik som substratliknande PCB, hänvisar de till anslutningstätheten som tillhandahålls av substraten som finns i IC-paket. Genom att sänka funktionsstorleken till bara 15 mikron hjälper dessa nya typer av kretskort att uppnå en anslutningstäthet som är jämförbar med rivaliserande IC-paket. Detta är verkligen användbart för routing med hög densitet som minne eller PCI-buss. Att klämma ihop fler rutter i ett enda lager, tillsammans med de mindre funktionerna som liknar paketsubstrat, kommer i slutändan att resultera i att färre lager används för PCB-routing.
Men iPhone X:s minne är redan inbyggt i paketet, och det har inte det breda, snabba datagränssnittet du hittar i en traditionell stationär plattform. Som sådan är detta kanske inte en stor innovation som direkt gynnar iPhone X. Mellanbordskopplingen kommer sannolikt att hjälpa till här.
Mellanläggaren skulle tillåta att de digitala och RF-korten i huvudsak utformas separat, innan de sammankopplas av mellanläggaren mellan dem. Detta är ett vanligt tillvägagångssätt i flera steg i PCB, eftersom de vanligtvis börjar med icke-ledande kärnor, som sedan konstrueras med successiva lager av metall och dielektrikum, vilket gör att tillverkaren kan lägga till lager av vias en i taget. små för en komplex PCB. Interposer utökar detta koncept genom att integrera en allt tätare länkbredd, ofta reserverad för enhetspaket, och avsevärt ökar kostnaderna.
Denna separata PCB-metod kommer att hjälpa Apple att uppnå bättre isolering mellan dess digitala och RF-kretssektioner. Faktum är att en noggrann inspektion av iPhones PCB kommer att se streckade linjer som skiljer kretsarna från varandra. Bilden ovan visar ljud- och RF-sektionerna separerade på iPhone 8 Plus PCB.
Att separera dessa komponenter är viktigt, eftersom störningar från angränsande komponenter kan orsaka saker som minskat dynamiskt omfång i analoga och RF-kretsar, eller försämrad signalintegritet i kretsar. Som en konsumentenhet är signalstrålning också ett problem. Apple arbetade hårt för att öka självkompatibiliteten och efterlevnaden av standarder när det patenterades, och introducerade och förbättrade sedan punktbeläggningar för chipsen som finns i mobila enheter.
Alla dessa steg hjälper Apple att placera komponenter närmare varandra, och det ger mer frihet när det gäller placering av dem nära varandra. Bordsytan är dock fortfarande till stor del förbrukad. Aggressiva ansträngningar kan kräva upp till 10 % av backboard-utrymmet, men mycket mer krävs för att avsevärt minska PCB-storleken. Apples ingenjörer behöver utnyttja mer än bara X- och Y-dimensionerna.
3D-teknik
För att verkligen göra framsteg i det utrymme som behövs för att hysa alla komponenter i en iPhone måste höjden på PCB också utnyttjas. 3D och 2.5D IC-tekniker som chipstapling, genomgående kiselvias, interposers och andra har varit mycket exponerade under de senaste åren för enhetsförpackning, men de kan också tillämpas på PCB på en enda plats. PCB-leverantörer har bäddat in enkla passiva komponenter som motstånd, kondensatorer och induktorer i PCB i många år.
Dessa egenskaper är först kärnan i processen, antingen genom resistiva filmer, tryckta spolspår eller genom att använda ett PCB-dielektrikum som bas för en kondensator som bildas över skikten. Inbäddade fysiska komponenter växer fram nu, med leverantörer som till och med planerar inbäddade aktiva komponenter inom en inte alltför avlägsen framtid.
Även om det gick något obemärkt förbi, har Apple använt denna teknik med sina applikationsprocessorer i A-serien. För några år sedan började läckta förpackningselement dyka upp konstiga luckor på undersidan där den vanliga anslutningsuppsättningen kan förväntas. Dessa luckor är sannolikt utrymme för passiva filterelement inbäddade inuti förpackningen.
Detta uppnår två saker. För det första minskar det mängden bordsutrymme som krävs för att placera alla komponenter. För det andra erbjuder det ofta en prestandafördel eftersom närheten till metallen inuti enheten är en av de viktigaste prestandadrivkrafterna för enheter som fungerar så här.
Kondensatorer och induktorer används för att filtrera och förbikoppla ström på applikationsprocessorn för att förhindra spänningsfall i situationer som ändrar strömbehov, samt tillhandahålla en förbikopplingsväg till jord för högfrekvent brus. Placera den så nära enheten som möjligt för att minska oönskade parasiter som minskar effektiviteten hos dessa ingredienser.
Genom att utvidga detta koncept till kretskort kan Apple utnyttja vilket extra utrymme som helst i kretskortet för att rymma dessa komponenter. Undersökning av baksidan av iPhone 8 Plus PCB visar att det finns många passiva komponenter på baksidan av PCB bakom A11.
Ju fler av dessa komponenter som kan bäddas in i staplaren, desto mer utrymmeseffektiv blir designen. I ytterligheterna kommer kretskortet inte att påverkas av dessa komponenter, med en interposer (eller möjligen flera, varvat med bindningsmaterial för att matcha kortet) som har en utskärning i detta område till digitala och RF-kort kan skarvas ihop. Konceptet i sig ger tekniska utmaningar och måste antas gradvis snarare än som en snabb förändring av inbyggda komponenter.
Vad som borde stå klart i framtiden är att insidan av staplade PCB kan visa sig vara lika intressanta som deras yta, och röntgenbilderna av komponenten dör som vi har börjat förvänta oss. Kanske får vi en glimt av några av dessa koncept när tårarna börjar rinna in.
Källa: Macrumors
