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埋入式元件電路板

發布時間:2009/8/8 10:18:04 訪問次數:962

把大量可埋入的無源元件埋入到印制電路板內部中,就可以縮短元件相互之間的線路長度,改善電氣特性,提高有效的印制電路板封裝面積,減少大量的印制電路板板面的焊接點,從而提高封裝的可靠性,并降低成本。

  隨著便攜電子產品和高速收發信息數字產品的驟增,高密度封裝技術越來越顯示出其重要性。其主要作用就是能使復雜的電子產品小型、輕量、薄型及高性能、高功能化。為了不斷滿足這一發展趨勢的需求,電子元件更加趨向于超小型和超薄型,印制電路板更加趨向于高精密圖形和薄型多層化。要在這樣的印制電路板板面上布置安裝大量的元件越來越困難,目前,在一般關于印制電路板組裝的各種電子元件中無源元件占大多數,無源元件數量與有源元件數量比率為(15~20)∶1,隨著ic集成度的提高及其i/o數的增加,無源元件數量還會繼續迅速增加。因此,把大量可埋入的無源元件埋入到印制電路板內部中,就可以縮短元件相互之間的線路長度,改善電氣特性,提高有效的印制電路板封裝面積,減少大量的印制電路板板面的焊接點,從而提高封裝的可靠性,并降低成本。所以內埋元件是非常理想的一種安裝形式和技術。

  電子元件常劃分為無源元件和有源元件兩大類。目前由于埋入有源元件的制造技術還處在積極開發階段,距實用尚有一定距離,因此本文僅簡要介紹埋入式無源元件(電阻、電容、電感等)的相關技術。

  埋入式無源元件使有源元件自由度提高

  所謂“埋入式無源元件”制造技術主要是結合多層的內層工藝技術,以蝕刻或印刷法將電阻、電容、電感做在內層板上,然后經壓合及多層板制作工藝流程埋入板內部,用來取代面板上所需的焊接無源元件,使有源元件組裝及布線自由度得以提高。

  埋入電阻用材料都是高電阻率的材料,并能制作成各種形狀和不同電阻值的平面電阻。電阻材料有鎳磷合金、非金屬材料(如碳、石墨、金剛粉),也可以是金屬粉和非金屬填料(如硅微粉、玻璃粉)與樹脂粘接、分散劑、溜平劑等調制而成漿料(油墨)的復合物。

  以下僅就目前采用比較普遍的埋入電阻技術作簡要介紹。

  1.蝕刻合金金屬的電阻技術。該技術是首先采用電鍍或濺射在粗化銅箔面形成電阻合金屬層(如鎳磷合金nip、鎳鉻合金nicr、鉭氮合金tan、鉻硅合金crsi、鈦鎢合金tiw等),然后使之與其他介質材料形成制作內層的覆箔層壓板。在制作線路時,利用多次曝光及蝕刻技術,在特定位置形成所需的薄膜電阻。其工藝流程如下:

  板面清潔處理→貼膜→曝光→顯影→蝕刻銅→蝕刻鎳磷合金(或nicr、ran等)→去膜→氧化→二次貼膜→二次曝光→二次顯影→去氧化→二次蝕刻銅→二次去膜→檢測。

  2.印刷方式埋入電阻技術。又有絲網印刷低溫固化的電阻油墨(如碳粉、石墨粉與樹脂酚醛樹脂、環氧樹脂等)和印刷低溫燒結漿料埋入電阻的方法。

  3.電鍍和濺射埋入電阻的技術采用電鍍方法和真空濺射的方法形成或埋入電阻,即在完成內層芯板電路圖形后,采用掩膜(抗蝕、抗電鍍劑),露出用于電鍍沉積電阻性金屬(如鎳磷合金)或真空濺射沉積電阻材料的窗口,通過控制電鍍參數或真空濺射參數來控制電阻層厚度,電鍍或濺射的埋入電阻的尺寸和形狀通過“窗口”來控制。
  

  4.噴墨打印埋入電阻技術,這是近幾年發展起來的一種先進技術,利用噴墨打印機原理,采用適合于噴墨打印的電阻性油墨,打印形成埋入電阻。這種技術具有多方面的優勢,尤其是加工過程不產生化學性廢水,是環境友好型新技術。

  關于埋入電容技術。

  埋入電容工藝有采用介電體膜的方法,有形成厚膜或薄膜介電體方法和采用介電常數大的高溫燒結厚膜膏的方法。

  關于埋入電感器。

  埋入電感器是通過蝕刻銅箔或者鍍銅形成螺旋狀、彎曲等形狀,或者利用層間導通孔形成螺旋多層結構。其特性取決于基材和圖形形狀等的結構。目前的電感值僅有幾十納享左右。現在仍以應用高頻模塊為主。目前正在研究開發樹脂與亞鐵酸鹽等磁性粉末混合構成的薄膜以及尋找利用納米粉末低溫燒結的可能性。

  硅芯片上集成無源元件面市

  最近硅芯片上集成無源元件的芯片已上市。這種硅芯片(ipd:integratedpassivedevice)是利用半導體的微細加工技術,在si表面的sio2絕緣薄膜上形成電容c、電阻r、電感l。一個芯片可以集成30個以上無源元件,厚度僅達到50μm甚至更薄,電阻值1Ω~100kΩ,電容5pf~500pf,可以作為埋入元件應用。

  近來為解決內埋元件散熱問題,又開發出了一種中空結構銅芯的內埋元件基板。這種內埋元件基板是將電子元件(無源元件、有源元件)埋置于所形成的中空結構銅芯內。具體加工方法是在基板芯材用樹脂粘貼兩枚電解或壓延銅箔,電子元件埋置于上下層銅箔所形成的中空內并用樹脂固定,采用鍍銅形成布線實現與內埋元件的電氣連接。這種內埋元件基板可以提高散熱性能,降低電磁干擾。另外,由于是利用鍍銅實現電子元件的互連,與傳統的互連方式相比較,熱沖擊時銅的相對塑性應變量小,有助于確保產品可靠性。

  內置元件基板市場將不斷擴大

  預計內置元件基板市場會不斷擴大,內埋元件所需材料、相應元件形狀、封裝工藝以及封裝設備的開發、檢查、修補和基礎設施的配備是很重要的。其中,埋置元件的主機板、載板、模塊板、ipd(集成無源元件)等的電路分割,相互之間的電極布置等對電路特性、封裝效果、封裝可靠性等的影響甚大,所以,從材料到系統的綜合設計,包括電、機械、熱可靠性在內的模擬方法的研究是必須的。而且,從材料廠到印制電路板和封裝廠家,即上下游的協作體制也是不可缺少的。

  綜上所述,目前印制電路板封裝開始出現新的動向,這里蘊藏著產業結構和行業結構重大變革的可能性,因此,我們的印制電路生產企業應隨時掌握動向,適時采取相應措施。

把大量可埋入的無源元件埋入到印制電路板內部中,就可以縮短元件相互之間的線路長度,改善電氣特性,提高有效的印制電路板封裝面積,減少大量的印制電路板板面的焊接點,從而提高封裝的可靠性,并降低成本。

  隨著便攜電子產品和高速收發信息數字產品的驟增,高密度封裝技術越來越顯示出其重要性。其主要作用就是能使復雜的電子產品小型、輕量、薄型及高性能、高功能化。為了不斷滿足這一發展趨勢的需求,電子元件更加趨向于超小型和超薄型,印制電路板更加趨向于高精密圖形和薄型多層化。要在這樣的印制電路板板面上布置安裝大量的元件越來越困難,目前,在一般關于印制電路板組裝的各種電子元件中無源元件占大多數,無源元件數量與有源元件數量比率為(15~20)∶1,隨著ic集成度的提高及其i/o數的增加,無源元件數量還會繼續迅速增加。因此,把大量可埋入的無源元件埋入到印制電路板內部中,就可以縮短元件相互之間的線路長度,改善電氣特性,提高有效的印制電路板封裝面積,減少大量的印制電路板板面的焊接點,從而提高封裝的可靠性,并降低成本。所以內埋元件是非常理想的一種安裝形式和技術。

  電子元件常劃分為無源元件和有源元件兩大類。目前由于埋入有源元件的制造技術還處在積極開發階段,距實用尚有一定距離,因此本文僅簡要介紹埋入式無源元件(電阻、電容、電感等)的相關技術。

  埋入式無源元件使有源元件自由度提高

  所謂“埋入式無源元件”制造技術主要是結合多層的內層工藝技術,以蝕刻或印刷法將電阻、電容、電感做在內層板上,然后經壓合及多層板制作工藝流程埋入板內部,用來取代面板上所需的焊接無源元件,使有源元件組裝及布線自由度得以提高。

  埋入電阻用材料都是高電阻率的材料,并能制作成各種形狀和不同電阻值的平面電阻。電阻材料有鎳磷合金、非金屬材料(如碳、石墨、金剛粉),也可以是金屬粉和非金屬填料(如硅微粉、玻璃粉)與樹脂粘接、分散劑、溜平劑等調制而成漿料(油墨)的復合物。

  以下僅就目前采用比較普遍的埋入電阻技術作簡要介紹。

  1.蝕刻合金金屬的電阻技術。該技術是首先采用電鍍或濺射在粗化銅箔面形成電阻合金屬層(如鎳磷合金nip、鎳鉻合金nicr、鉭氮合金tan、鉻硅合金crsi、鈦鎢合金tiw等),然后使之與其他介質材料形成制作內層的覆箔層壓板。在制作線路時,利用多次曝光及蝕刻技術,在特定位置形成所需的薄膜電阻。其工藝流程如下:

  板面清潔處理→貼膜→曝光→顯影→蝕刻銅→蝕刻鎳磷合金(或nicr、ran等)→去膜→氧化→二次貼膜→二次曝光→二次顯影→去氧化→二次蝕刻銅→二次去膜→檢測。

  2.印刷方式埋入電阻技術。又有絲網印刷低溫固化的電阻油墨(如碳粉、石墨粉與樹脂酚醛樹脂、環氧樹脂等)和印刷低溫燒結漿料埋入電阻的方法。

  3.電鍍和濺射埋入電阻的技術采用電鍍方法和真空濺射的方法形成或埋入電阻,即在完成內層芯板電路圖形后,采用掩膜(抗蝕、抗電鍍劑),露出用于電鍍沉積電阻性金屬(如鎳磷合金)或真空濺射沉積電阻材料的窗口,通過控制電鍍參數或真空濺射參數來控制電阻層厚度,電鍍或濺射的埋入電阻的尺寸和形狀通過“窗口”來控制。
  

  4.噴墨打印埋入電阻技術,這是近幾年發展起來的一種先進技術,利用噴墨打印機原理,采用適合于噴墨打印的電阻性油墨,打印形成埋入電阻。這種技術具有多方面的優勢,尤其是加工過程不產生化學性廢水,是環境友好型新技術。

  關于埋入電容技術。

  埋入電容工藝有采用介電體膜的方法,有形成厚膜或薄膜介電體方法和采用介電常數大的高溫燒結厚膜膏的方法。

  關于埋入電感器。

  埋入電感器是通過蝕刻銅箔或者鍍銅形成螺旋狀、彎曲等形狀,或者利用層間導通孔形成螺旋多層結構。其特性取決于基材和圖形形狀等的結構。目前的電感值僅有幾十納享左右。現在仍以應用高頻模塊為主。目前正在研究開發樹脂與亞鐵酸鹽等磁性粉末混合構成的薄膜以及尋找利用納米粉末低溫燒結的可能性。

  硅芯片上集成無源元件面市

  最近硅芯片上集成無源元件的芯片已上市。這種硅芯片(ipd:integratedpassivedevice)是利用半導體的微細加工技術,在si表面的sio2絕緣薄膜上形成電容c、電阻r、電感l。一個芯片可以集成30個以上無源元件,厚度僅達到50μm甚至更薄,電阻值1Ω~100kΩ,電容5pf~500pf,可以作為埋入元件應用。

  近來為解決內埋元件散熱問題,又開發出了一種中空結構銅芯的內埋元件基板。這種內埋元件基板是將電子元件(無源元件、有源元件)埋置于所形成的中空結構銅芯內。具體加工方法是在基板芯材用樹脂粘貼兩枚電解或壓延銅箔,電子元件埋置于上下層銅箔所形成的中空內并用樹脂固定,采用鍍銅形成布線實現與內埋元件的電氣連接。這種內埋元件基板可以提高散熱性能,降低電磁干擾。另外,由于是利用鍍銅實現電子元件的互連,與傳統的互連方式相比較,熱沖擊時銅的相對塑性應變量小,有助于確保產品可靠性。

  內置元件基板市場將不斷擴大

  預計內置元件基板市場會不斷擴大,內埋元件所需材料、相應元件形狀、封裝工藝以及封裝設備的開發、檢查、修補和基礎設施的配備是很重要的。其中,埋置元件的主機板、載板、模塊板、ipd(集成無源元件)等的電路分割,相互之間的電極布置等對電路特性、封裝效果、封裝可靠性等的影響甚大,所以,從材料到系統的綜合設計,包括電、機械、熱可靠性在內的模擬方法的研究是必須的。而且,從材料廠到印制電路板和封裝廠家,即上下游的協作體制也是不可缺少的。

  綜上所述,目前印制電路板封裝開始出現新的動向,這里蘊藏著產業結構和行業結構重大變革的可能性,因此,我們的印制電路生產企業應隨時掌握動向,適時采取相應措施。

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