Những điều bất ngờ mà máy quét CT đã phát hiện bên trong gói gốm của bộ xử lý 386

(righto.com)

2 điểm bởi GN⁺ 2025-08-11 | Chưa có bình luận nào. | Chia sẻ qua WhatsApp

Bộ vi xử lý Intel 386 được tung ra vào năm 1985 như chip x86 32-bit đầu tiên
Kết quả quét CT 3D của Lumafield cho thấy bên trong vỏ gốm có 6 lớp dây dẫn phức tạp và các đường tiếp xúc kim loại ở cạnh gần như không thể nhìn thấy
Việc áp dụng hai mạng điện riêng cho I/O và mạch logic giúp nâng cao độ ổn định của chip
Trong quá trình sản xuất, các dây nhỏ bên hông nối ra ngoài được sử dụng để mạ vàng (plating) cho từng chân
Độ phức tạp của gói 386 được xem là một bước tiến kỹ thuật có ý nghĩa ngay cả khi so sánh với các gói của bộ xử lý hiện đại

Phân tích cấu trúc bên trong của gói gốm bộ xử lý 386

Bộ vi xử lý 386 được Intel tung ra năm 1985, là chip 32-bit đầu tiên của dòng x86
Chip nằm trong gói gốm hình vuông có 132 chân mạ vàng nhô ra ở mặt dưới
Mặc dù vẻ ngoài trông đơn giản, bên trong lại tồn tại cấu trúc phức tạp ngoài dự kiến

Kết quả quét CT 3D của Lumafield cho thấy bên trong gói gốm có 6 lớp dây dẫn phức tạp
Trong không gian chip có các dây kim loại gần như không nhìn thấy được, kết nối với phía bên của gói
Mạng điện nguồn và ground riêng cho I/O và mạch logic CPU được cấu hình bên trong

Gói 386 có 2 tầng (2-tier) tiếp điểm kim loại xung quanh vi mạch (die)
Đường kính của bond wire khoảng 35 μm, mỏng hơn sợi tóc
Thông qua bond wire, tín hiệu và điện năng được kết nối theo kiểu phân tầng giữa die-pad-chân-mainboard
Bên trong có cấu trúc tương tự mạch in 6 lớp bằng vật liệu gốm

Quá trình bắt đầu bằng tấm green sheet gốm mềm dẻo (hỗn hợp chất kết dính), sau đó cắt via và tạo dây
Nhiều lớp được xếp chồng, rồi nung ở nhiệt độ cao để tạo cấu trúc bền chắc
Sau khi mạ vàng cho chân và tiếp điểm bên trong, chúng được nối với die bằng bond wire vàng và hoàn thiện bằng cách hàn nắp kim loại
Sau khi kiểm tra và dán nhãn mới được xuất xưởng

Lớp tín hiệu: các pad vỏ của gói và chân được nối bởi các đường kim loại, sau đó kết nối với die bằng bond wire
Lớp nguồn: gồm nhiều lỗ via và pin via trên một mặt dẫn điện phẳng (plane)
Giữa lớp nguồn và lớp tín hiệu có nhiều kết nối via tạo nên giao diện phân tầng cho hệ dây dẫn

Trong quá trình sản xuất, để biến mỗi chân thành cực âm (cathode) cho mạ vàng, mỗi chân được nối bằng dây nhỏ riêng tới cạnh gói
Dây này chỉ có thể nhận ra rất khó ở phần góc của gói, và quét CT giúp quan sát trực quan được cấu trúc kết nối bên trong

20 chân Vcc và 21 chân Vss của 386 lần lượt nối đến nguồn +5V và ground
Tách riêng nguồn và ground cho I/O và mạch logic nhằm ngăn dao động điện áp từ hoạt động I/O xâm nhập vào mạch logic
Mặc dù bo mạch chủ dùng cùng nguồn này, tụ khử nhiễu (decoupling capacitor) ngăn spike điện áp, giúp đảm bảo ổn định cho mạch logic

Gói 386 có 8 chân NC (không được nối)
Mức đệm (pad) trên die vẫn có mặt, nhưng một số không thực sự có dây bond nối
Các NC pad này có thể được dùng trong quá trình kiểm tra để truy cập tín hiệu bên trong
Có một chân NC thực sự được nối, cho phép quan sát các tín hiệu bất thường thông qua chân này

Không như cấu trúc DIP, với cấu trúc PGA thì ánh xạ giữa chân và pad không rõ ràng
Phân tích dữ liệu CT cho phép theo dõi mối liên kết giữa từng pad trên die và các chân bên ngoài
Thông tin này gần như chưa được công bố rộng rãi

Các bộ xử lý Intel đầu tiên bị giới hạn về số chân và kích thước gói nhỏ khiến hiệu năng bị ràng buộc
Từ 386, gói gốm 132 chân đã cải thiện khả năng mở rộng, hiệu năng và hiệu quả tản nhiệt
Tuy nhiên khi giá gói gốm vượt quá giá chip die, phiên bản gói nhựa (PQFP) cũng được đưa vào để sản xuất hàng loạt chi phí thấp hơn
Bộ xử lý hiện đại có tới 2049 bumps hàn (BGA) hoặc 7529 tiếp điểm (LGA), cho thấy số kết nối đã tăng vọt

Gói 386 về bên ngoài trông đơn giản nhưng áp dụng công nghệ khá phức tạp như tiếp điểm mạ điện, dây dẫn 6 lớp và mạng nguồn kép
Bên trong các bộ xử lý hiện đại còn có nhiều cấu trúc ẩn và bí mật kỹ thuật hơn nữa