電子元件的復(fù)合化和印制板埋置元件化發(fā)展

??????1、電子元件產(chǎn)品的技術(shù)趨向

　　當(dāng)前，電子設(shè)備向輕薄小型化和多功能高性能化發(fā)展，使電子元件與印制板發(fā)生了很大變化．具體體現(xiàn)在IC封裝尺寸微型化和三維化，無源元件小型貼片化、復(fù)合化和埋置于印制扳內(nèi)，埋置無源與有源元件印制板被開發(fā)應(yīng)用等。

　　IC封裝形式從單一芯片的QFP和TCP封裝到BGA、CSP小型封裝(圖1)，更進(jìn)一步的是平面型的多芯片模塊(MEM)到堆疊式多芯片三維封裝(MCP)(圖1-2)．多芯片三維封裝IC在移動(dòng)電話中已使用堆疊2-4塊芯片封裝的IC,過一、二年后會(huì)用到堆疊5-6塊芯片封裝的IC日本富士通開發(fā)出了堆疊8塊芯片封裝的IC,并實(shí)現(xiàn)薄型化組合，每塊芯片厚度僅有25μm，8塊芯片堆疊封裝厚度為2．0mm．堆疊10塊芯片封裝的IC也將出現(xiàn)。

　　另一方面，電容、電阻和電感(C、R、L)等貼片元什小型化。自1996年起出現(xiàn)0603型(0．6 ×0．3mm)貼片元件用于便攜式設(shè)備，到2002年又出現(xiàn)0402型(0．4×0．2mm)貼片元件。面貼片元件再要微小化受到元件制造和安裝限止，過度微小帶來了困難，因此采取單一元件向復(fù)合元件發(fā)展，多個(gè)不同種類的人源元件組合成一個(gè)復(fù)合的貼片元什(圖2)．這既縮小了體積，又便于安裝使用，在便攜式設(shè)備中用量在加速增大。

　　為了適應(yīng)電子設(shè)備有更高性能，信號(hào)高速化和高頻化，達(dá)到幾GHz到幾十GHz頗帶要求，將部分電子元件埋置于印制板內(nèi)。這既實(shí)現(xiàn)高密度安裝，又使元件間連接線路縮短，減少信號(hào)損衰和干擾，提高安裝可靠性．

　　2．陶瓷基復(fù)合元件產(chǎn)品

　　無源元件埋置于電子基板內(nèi)可追溯到1970年代，開發(fā)出低溫?zé)Y(jié)玻璃陶瓷多層印制板內(nèi)埋置厚膜電阻與厚膜電容(圖3)這是形成埋置元件陶瓷多層印制板，到1980年代中期后進(jìn)人實(shí)用化，到1990年代移動(dòng)通信設(shè)備高頻高速和小型化要求，陶瓷基復(fù)合元件多層印制板也大幅增長(zhǎng)，在10平方毫米陶瓷基板內(nèi)埋置約50個(gè)無源元件，預(yù)計(jì)以后會(huì)更密。然后，陶瓷基板的弱點(diǎn)是加工中要經(jīng)過燒結(jié)，尺寸收縮大影響元件精確度，如電阻經(jīng)燒結(jié)后又難以進(jìn)行阻值修整．并且若埋置IC元件是不能經(jīng)受高溫?zé)Y(jié)。還有陶瓷基板脆性大，不易加工面積大的薄基扳。這些問題點(diǎn)在樹脂類基板可以避免。

　　3．硅基板上無源元件集成化

　　埋置無源元件除了在陶瓷基板中外，最近產(chǎn)生了在半導(dǎo)體生產(chǎn)中將無源元件(C、R、L)集成于硅基板上，形成集成無源器件(IPD：Integrated Passivo Device)，如圖4．在圖4中(a)是ST微電子公司產(chǎn)品，其中電容是高介電常數(shù)薄膜構(gòu)成(5-500pF)，電阻阻值范圍大(1~l00kΩ)，電感由螺旋形導(dǎo)線構(gòu)成，這樣一塊芯片可以集成30個(gè)以上無源元件．(b)是富士通公司產(chǎn)品，在硅(Si)基板上由鈦酸鋇鍶(BST)薄膜形成電容，1．60×1．85mm面積上的電容值0．035μF這種電容芯片再與IC芯片一起組合在載板上，并可進(jìn)一步多芯片封裝(MCP)在硅基板， 成為,SoS(Si on Si)結(jié)構(gòu)。為提高IC芯片性能，縮短與無源元件的連接，把無源元件埋置于硅基板的應(yīng)用會(huì)擴(kuò)大。

　　4、樹臘基材埋置無源元件印制扳動(dòng)向

　　近期來，樹脂基材埋置無源元件印制板發(fā)展活躍，勢(shì)頭超過陶瓷基材埋置元件印制板。樹脂基材板除了有陶瓷基材板同樣的適合高速高頻性能，可縮短布線距離等優(yōu)點(diǎn)外，不需要高溫?zé)Y(jié)處理，減少尺寸收縮變形，層壓前可修整元件數(shù)值，可加工大面積基扳，達(dá)到降低成本期望，在美國和日本對(duì)從陶瓷基向樹脂基埋置元件印制板的發(fā)展非常重視，現(xiàn)已在著手進(jìn)行術(shù)語定義、材料類型、試驗(yàn)方法等標(biāo)準(zhǔn)化。

　　現(xiàn)在樹脂基材埋置無源元件印制板開始進(jìn)入產(chǎn)品化，如用于高頻模塊板和BGA／CSP載板，代替了原有陶瓷基材埋置無源元件印制板．樹脂基材埋置無源元件印制板技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，據(jù)說摩托羅拉已生產(chǎn)的手機(jī)中，有約1000萬部手機(jī)用到埋置無源元件多層印制板，在今后新機(jī)種中還要擴(kuò)大應(yīng)用．

　　埋置元件印制板的開發(fā)涉及到設(shè)計(jì)、材料、制造工藝和測(cè)試等一系列，其中最積極的目前是基材開發(fā)。較多的是選擇高介電常數(shù)的電介質(zhì)粉末、電阻體粉末，強(qiáng)磁性粉末等材料，混和于樹脂中制成薄板或薄膜或膏狀涂料，在銅箔或?qū)щ姼鄻?gòu)成的電極間形成電容、電感和電阻，典型的埋置無源元件印制板結(jié)構(gòu)如圖5．埋置電感的產(chǎn)生現(xiàn)主要在電路圖形設(shè)計(jì)上，由銅箔蝕刻加工出，而對(duì)電容和電阻注重于材料性能，在美國已發(fā)表的商品化的材料制商．

　　埋置電容印制板制造技術(shù)，有采用鈦酸鋇類和氧化鈦類粉末與環(huán)氧樹脂等混合制成高介電常數(shù)復(fù)合板，兩面必要部位覆蓋銅箔成為電極，再是積層法埋置電容并成為多層板，過程如圖6(a)．還有是導(dǎo)體上涂覆薄膜或厚膜電介質(zhì)材料，涂覆導(dǎo)電物形成電極，再是積層法埋置電容并成為多層板，過程如圖6(b)，按上述材料制造商開發(fā)的材料來看，埋置電容制造有高介電常數(shù)印刷膏的網(wǎng)版印刷法，及高介電常數(shù)層壓基板的蝕刻法，這兩種方法制造埋置電容印制板.

　　埋置電阻印制板制造技術(shù)，現(xiàn)有三種制造方法，如圖7所示．一是在銅箔電極間網(wǎng)版印刷碳電阻膏，固化后成為電阻，再在上面積層成多層板(圖7．a(chǎn))，二是采用鎳磷合金與銅箔復(fù)合層壓板，經(jīng)蝕刻法得到電阻(圖7．b)，三是電鍍法(圖7．c)，在銅箔電極間絕緣板上經(jīng)化學(xué)鍍與電鍍一層鎳合金電阻膜．

　　埋置電感印制板制造技術(shù)，現(xiàn)有二種方式，一種是層壓板上蝕刻出銅導(dǎo)線回路線圈；另一種是層間含有磁性材料，在上下層銅導(dǎo)線間形成回路線圈．其結(jié)構(gòu)如圖8所示．

　　5、埋置無源與有源元件印制板發(fā)展動(dòng)向

　　布印制板內(nèi)埋置無源元件(C、L、R)同時(shí)埋置有源元件(IC)，更能使電路布線縮短，性能提高，也有效地使設(shè)備超小型化，把IC芯片埋置于印制板(或稱載板)內(nèi)，也是種系統(tǒng)集成封裝方式，是現(xiàn)有在IC載板上封裝比芯片，包括多芯片模塊(MCM)印制板上直接載IC芯片，及堆疊式三維封裝把多塊IC芯片埋置在封裝體內(nèi)等封裝方式的發(fā)展．目前已實(shí)現(xiàn)IC芯片埋置于樹脂基板內(nèi)的封裝方式，而無源元件(C、L、R)與有源元件(IC)埋置在一起的印制板尚在研發(fā)之中，圖9是比芯片封裝發(fā)展方向，樹脂基材埋置無源與有源元印制板預(yù)測(cè)在二、三年后就會(huì)進(jìn)入實(shí)用化。

　　6、其它元器件埋置印制板

　　光電結(jié)合印制板，光在網(wǎng)絡(luò)傳輸中應(yīng)用越來越廣，尤其是長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸中光比電更有利，通常光信號(hào)與電信號(hào)轉(zhuǎn)換連接是引線型光纖連接板，設(shè)備裝置很大，最近出現(xiàn)了埋置光波導(dǎo)路印制板，在多層印制板內(nèi)埋置光波導(dǎo)管或光纖維，成為埋置光波導(dǎo)管印制板與埋置光纖維印制板，在印制板上直接達(dá)到光電信號(hào)的連接與轉(zhuǎn)換。

　　內(nèi)冷式印制板．有些印制板上要安裝大功率發(fā)熱器件，工作時(shí)引起印制板發(fā)熱會(huì)影響整個(gè)電路功率，因此開發(fā)出內(nèi)冷式印制板，在多層印制板內(nèi)埋置細(xì)微的冷卻管，可以流通冷卻水而起到冷卻印制板的什用。

　　內(nèi)熱式印制板．在有些特殊功效下需要印制板發(fā)出一定熱量，因此開發(fā)出內(nèi)熱式印制板，在多層印制板內(nèi)埋置細(xì)微的碳纖維絲，可以通過施加一定電流使之發(fā)熱，而起到溫?zé)嵊≈瓢宓淖饔谩?/P>

　　隨著特殊功能需要，會(huì)不斷地開發(fā)出特殊結(jié)構(gòu)的印制板以滿足電子設(shè)備要求。