Новые методы компоновки материнской платы iPhone 16 и что не так с «утоньшением» iPhone

Одна из небольших интриг последнего полугода — это откровения аналитика Минг-Чи Куо, который «пообещал» новые методы компоновки материнской платы iPhone 16 с использованием «смоляных пленок», а затем сам же и заявил, что Apple от этой идеи отказалась. Так как заслуженный аналитик был максимально обтекаем в формулировках, технические разъяснения вопроса сделал наш штатный колумнист и техно-маньяк Павел Катуров. После такого разбора даже нам стало понятно что там с этими пленками…

Для того чтобы понять, что там за шумиха с новым типом плат для iPhone и MacBook, нужно вспомнить, из чего сейчас делают эти устройства. Грубо говоря, это корпус, батарейка, экран, немного периферии и «главная плата» (main-board). Все эти компоненты имеют свои размеры и функциональные требования.

Корпус можно уменьшать до абсурда, пока устройством нельзя будет пользоваться (привет, Casio!), но его толщина должна позволять крепить все внутренние и внешние устройства. Батарейку можно увеличить, чтобы она удовлетворила желание пользователя заряжаться раз в неделю, но никто не захочет носить чемодан. Периферийные устройства определяются функцией: размер камеры, сканер отпечатка, кнопки…

Хуже всего с экранами. Но перед ними есть масса технических сложностей с главной платой: её внешний вид и функции. Об этом и говорит Минг-Чи Куо. Давайте посмотрим, что он имеет в виду. Многие переводят его слова как нечто из слоев меди и смолы. Это у нас уже давно, называется «печатная плата».

Сейчас печатная плата делается так: слои меди перемежаются со смолой (эпоксидной, полиэфирной и т.п.), а для увеличения прочности используется бумага (гетинакс) или волокнистые материалы (текстолит). Важно понимать, какие характеристики с чем спорят: общая толщина платы зависит от количества слоев и необходимой толщины изолятора между ними.

На фото выше плата одного из ранних iPhone, где медные пластины склеены в плату, на которую крепятся элементы. Важно упомянуть, что толщина изолятора напрямую связана с напряжением на плате. Физика проста: чтобы сделать слой диэлектрика тоньше, нужно понизить напряжение на проводниках. Для этого нужно уменьшить размер транзисторов в микросхемах. Все переходы на 3нм техпроцесс делаются для уменьшения энергопотребления и миниатюризации устройств.

Вернемся к статье аналитика: «Миниатюрные пленки со смоляным покрытием — это относительно новое слово в построении компактных печатных плат. Используется комбинированный материал из слоя неотвержденной смолы и слоя медной фольги, являющийся уникальным диэлектрическим материалом для создания многослойных схем». Звучит знакомо, так в чем же разница?

Технологии уже много лет, доступным публикациям около 17 лет! Сложно назвать её новой, но отличия значительны.

Во-первых, сменился подход к размещению элементов на плате. Ранее элементы располагались на поверхности, закрепленные сверху или снизу платы. Эта конструкция двумерна, удобна для сборки и обслуживания, отлично подходит для установки систем охлаждения. Это общий способ, применяемый в любой технике.

Теперь можно выйти за рамки двумерности, размещая элементы как 3D-паззл, под разными углами. Эта техника активно используется в автокомпьютерах, где элементы «утоплены» в смоле для обеспечения жесткости. Так и здесь, после сборки устройства, всё будет превращено в единый элемент, фиксированный смолой.

Во-вторых, ранее элементы закреплялись на плату с помощью клея или пайки, что было обратимым процессом при наличии подходящего оборудования. В новой технологии монтажа нет пайки — проводник (медь) напыляется между контактами элементов, словно «втравляя» их в проводник платы.

Главное отличие привычных плат от новых — миниатюризация, основанная на уменьшении размеров всех элементов системы и превращении всего в 3D-пазл. Это высвобождает место для увеличения батарейки устройства.

Мы этого хотим.

Но что мы не хотим: ремонтопригодность снизится до нуля. Сложные ремонты, вроде переноса микросхем постоянной памяти на «донора», станут невозможными.

И ещё одно — повышение стоимости устройства. В XVIII веке Илай Уитни придумал способ производства, где конечный продукт собирается из готовых компонентов, что ускоряет производство и снижает стоимость. В новой реальности из-за необходимости собрать всё в виде 3D-пазла, универсальность компонентов главной платы снизится, что повысит их стоимость, и, следовательно, стоимость готового устройства.

Но у этого способа масса плюсов! Автокомпьютеры уже так упаковываются — они более устойчивы к тряске, воде и другим сложным условиям эксплуатации. Термопроводящие смолы позволяют отводить тепло намного эффективнее, что увеличивает способность устройств к длительным нагрузкам.

Теперь о том, почему Apple всё ещё не переходит на эту технологию. В научных статьях упоминается, что сложно создать устойчивый положительный результат. Много брака. Это дорого и ненадежно. А Apple только что наигралась в массовые замены устройств. Если бы технология была дешевле, её можно было бы использовать в устройствах вроде Apple AirTag, но пока это просто технологическое будущее, к которому мы непременно придём.

Инженерам предстоит освоить методы суперосторожного фрезирования, чтобы сквозь смолу и торчащие “ножки” добираться до “test-pads” микросхем и наносборок, чтобы получить дамп постоянной памяти устройства.