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埋入电子元件基板的技术动向

时间:2017-11-16  来源:本网  作者:admin  浏览次数:489

  l前言现今的电子元件或者PWB已经发生了很大的变化。1C封装由芯片尺寸的微小化朝向存储器等的三维安装的方向发展。无源元件由芯片元件加速转向陶瓷系覆合部品,朝着搭载1C的埋入无源元件基板型模组或封装的方向发展。它们开始移向树脂系基板,尤其是朝着埋入无源和有源元件基板的方向发展。硅(Si)芯片也出现了集成无源元件芯片,适用于1C封装的插入物基板,加速了埋入无源元件基板的发展。本文就埋入电子元件基板的技术动向加以叙述。

  2电子部品技术的动向随着电子器的轻薄短小化、高性能化和多功能化,1C封装从单一芯片的QFP、TCP发展到小型的BGA、CSP,直到与裸芯片尺寸相同的晶片级(waferlevel)CSP(见图l(a)-(d))。此外,异种1C芯片的二维元或者三维安装的封装化(MCP,Multi-ChipPackage)或者模组化(MCM,Multi-ChipModule)的发展也在加速(见(e)-(i)),1芯片化的系统LSI的发展也很活跃(见图l(j))。然后由于系统LSI设计复蔡积庆,曾在南京无线电八厂长期从事印制板技术工作,在刊物上有多篇文章发表。

  杂,开发时间长,不能适用于短使用周期或者少量多品种的制品,还由于必须与新功能的1C组合,因此今后MCP或者MCM等多芯片安装还是不可避免的。

  上述是二维配置MCP(见图l(g)-(i))已有2~4芯片堆积的商品,正在成为携带电话安装的必需品,1~2年后将会有56芯片堆积的商品。同一封装内难以更多的多芯片堆积,但是富士通与薄型封装积层技术相组合,开发了8芯片重叠的模组(图l(i))。与25芯片厚度的薄片化技术相组合,可以实现2.0mm厚度的8芯片采用这种工艺,不久的将来可以获得10芯片堆积的制品。今后随着超小型、高密度和多功能的迫切要求,1C芯片的三维安装制品将会剧增。

  C、R、L等无源芯片部品类,1996年前后问世的0603(0.6mmx0.3mm)尺寸正在成为携带机器的主要部品,2002年CEATECShow展出了0402尺寸的制品。就制造和安装而言,都已经接近极限((a))。因此,为了避免芯片部品类过度的微细化,正在进行提高元件安装密度的可以达到0.1mm安装狭间距的技术开发。

  陶瓷系芯片部品的方向性由于微小芯片器件难以制造和安装,单个元件的安装效率或者作业性很差,因此数个同一的或者不同的无源元件二维或者三维组合的复合器件剧增(⑻和(c))。最近随着携带电话的急增,搭载1C的模组化趋势正在加速(图(d))。然而仅仅停留在电子机器的高性能、多功能和轻薄短小化是不够的,从数GHz到数十GHz带的高速、高频和超小型的携带机器的需求剧增,采用基板和电子部品的分别制造和组合的传统SMT型高密度安装方式,难以满足提高性能、小型和薄型化的要求,因此,最近在基板内埋入无源元件和1C,可以缩短部品间连接长度,还可以抑制由于配线而产生的LRC延迟、噪声和发热等问题。安装方式从SMT移向后SMT,不仅可以提高电子机器的性能,实现电子机器的轻薄短小化,而且由于焊接部位的减少而产生的可靠性提高和整个安装成本的降低。

  3陶瓷系复合器件埋入无源元件基板可以追溯到1970年代开发的低温烧结玻璃陶瓷基板,lt:以下烧结的这种基板可以埋入800t~900t:烧结的厚膜电阻或者厚膜电容,1980年代中期进入实用()。这种构造是在玻璃陶瓷基板上印刷LRC等器件,经积层后一次烧结。但是因为选择范围小,一般只用于特殊用途中。1980年代后半期,开发了在钛酸钡(BaTiQ;)或者铁氧体等强电介质或者强磁性体生片上印刷电极,经积层后一次烧结成无源复合元件的技术((c))。由于烧结收缩性或者热膨胀系数不同的生片的积层和一次性同时烧结,需要组成或者烧结工艺高度适应的技术,为此电子元件商或者陶瓷制造商付出了极大努力。

  低温烧结玻璃陶瓷基板Ag-Pd系厚膜导体电感。BaTiCb系厚膜Ag-Pd系厚膜导体埋入无源部品的低温烧结玻璃陶瓷多层基板构造例1990年代初出现了在复合元件上搭载1C或者埋入困难的无源元件类的模块((d)),这种陶瓷基板型混合1C或者MCM为主的埋入电子元件基板奠定了基础。从1990年代到现在,携带机器的急剧扩大推进了高频模块等的采用,例如蓝牙模组,先已经市售埋入左右无源商品陶瓷基板的10mmx10mm的超小型模块。今后将会有埋入更多部品的模块或者延伸到1C封装的插入基板等。

  但是由于陶瓷基板的脆性而不宜于大型薄基板,仅限于专用的小型模块或者封装。此外基板升温时产生百分之几十的烧结收缩,无法进行电气检查,难以埋入高精度元件。由于烧结前后无法修整,目前还难以形成误差值±1%以内的电阻。因此一边抑制烧结收缩波动度为。

  1%以下,一边开发xy方向烧结收缩为的技术,进而提高埋入部品的精度。通过这些努力,预计2~3年后的陶瓷系制品就可以埋入高精度元件。陶瓷系制品的另一个问题是必须在lOOOt:左右的高温下烧结,埋入1C芯片的基板困难,这个问题将会在后述的树脂系基板中可以回避。

  4集成无源元件的Si基板的动向迄今为止,陶瓷系基板独占了无源元件集成化和埋入基板化的大部分。然而最近采用半导体工艺在Si基板上形成的LRC无源元件集成器件(IPD,IntegratedPassiveDevice)问世了。迄今为止虽然还没有集成无源元件的Si芯片,但是在Si芯片可以集成难以埋入半导体1C内的大值无源元件。

  的IPD例。STMicroelectronis可以在1个芯片上集成30个以上的无源元件,(:是5~50(的强电介质薄膜,只是l~lkll的扩散电阻,L是螺旋线导体电感,根据需要还可以埋入晶体管等有源元件。富)的阵列电容(1.60mmx1.85mm)。这种无源元件芯片可以纳入到倒芯片或者CSP构造的PWB或者1C芯片上((a)),还适用于MCPSi基板上的插入物((b)),应当是真正的SoS(SionSi)构造。这些构造的优点是:⑴小型、薄型化;(2)由于减少了寄生元件可以提高特性和可靠性。

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