电子元件的复合化和印制板埋置元件化发展

      1、电子元件产品的技术趋向

　　当前，电子设备向轻薄小型化和多功能高性能化发展，使电子元件与印制板发生了很大变化．具体体现在IC封装尺寸微型化和三维化，无源元件小型贴片化、复合化和埋置于印制扳内，埋置无源与有源元件印制板被开发应用等。

　　IC封装形式从单一芯片的QFP和TCP封装到BGA、CSP小型封装(图1)，更进一步的是平面型的多芯片模块(MEM)到堆叠式多芯片三维封装(MCP)(图1-2)．多芯片三维封装IC在移动电话中已使用堆叠2-4块芯片封装的IC,过一、二年后会用到堆叠5-6块芯片封装的IC日本富士通开发出了堆叠8块芯片封装的IC,并实现薄型化组合，每块芯片厚度仅有25μm，8块芯片堆叠封装厚度为2．0mm．堆叠10块芯片封装的IC也将出现。

　　另一方面，电容、电阻和电感(C、R、L)等贴片元什小型化。自1996年起出现0603型(0．6 ×0．3mm)贴片元件用于便携式设备，到2002年又出现0402型(0．4×0．2mm)贴片元件。面贴片元件再要微小化受到元件制造和安装限止，过度微小带来了困难，因此采取单一元件向复合元件发展，多个不同种类的人源元件组合成一个复合的贴片元什(图2)．这既缩小了体积，又便于安装使用，在便携式设备中用量在加速增大。

　　为了适应电子设备有更高性能，信号高速化和高频化，达到几GHz到几十GHz颇带要求，将部分电子元件埋置于印制板内。这既实现高密度安装，又使元件间连接线路缩短，减少信号损衰和干扰，提高安装可靠性．

　　2．陶瓷基复合元件产品

　　无源元件埋置于电子基板内可追溯到1970年代，开发出低温烧结玻璃陶瓷多层印制板内埋置厚膜电阻与厚膜电容(图3)这是形成埋置元件陶瓷多层印制板，到1980年代中期后进人实用化，到1990年代移动通信设备高频高速和小型化要求，陶瓷基复合元件多层印制板也大幅增长，在10平方毫米陶瓷基板内埋置约50个无源元件，预计以后会更密。然后，陶瓷基板的弱点是加工中要经过烧结，尺寸收缩大影响元件精确度，如电阻经烧结后又难以进行阻值修整．并且若埋置IC元件是不能经受高温烧结。还有陶瓷基板脆性大，不易加工面积大的薄基扳。这些问题点在树脂类基板可以避免。

　　3．硅基板上无源元件集成化

　　埋置无源元件除了在陶瓷基板中外，最近产生了在半导体生产中将无源元件(C、R、L)集成于硅基板上，形成集成无源器件(IPD：Integrated Passivo Device)，如图4．在图4中(a)是ST微电子公司产品，其中电容是高介电常数薄膜构成(5-500pF)，电阻阻值范围大(1~l00kΩ)，电感由螺旋形导线构成，这样一块芯片可以集成30个以上无源元件．(b)是富士通公司产品，在硅(Si)基板上由钛酸钡锶(BST)薄膜形成电容，1．60×1．85mm面积上的电容值0．035μF这种电容芯片再与IC芯片一起组合在载板上，并可进一步多芯片封装(MCP)在硅基板， 成为,SoS(Si on Si)结构。为提高IC芯片性能，缩短与无源元件的连接，把无源元件埋置于硅基板的应用会扩大。

　　4、树腊基材埋置无源元件印制扳动向

　　近期来，树脂基材埋置无源元件印制板发展活跃，势头超过陶瓷基材埋置元件印制板。树脂基材板除了有陶瓷基材板同样的适合高速高频性能，可缩短布线距离等优点外，不需要高温烧结处理，减少尺寸收缩变形，层压前可修整元件数值，可加工大面积基扳，达到降低成本期望，在美国和日本对从陶瓷基向树脂基埋置元件印制板的发展非常重视，现已在着手进行术语定义、材料类型、试验方法等标准化。

　　现在树脂基材埋置无源元件印制板开始进入产品化，如用于高频模块板和BGA／CSP载板，代替了原有陶瓷基材埋置无源元件印制板．树脂基材埋置无源元件印制板技术进入实际应用，据说摩托罗拉已生产的手机中，有约1000万部手机用到埋置无源元件多层印制板，在今后新机种中还要扩大应用．

　　埋置元件印制板的开发涉及到设计、材料、制造工艺和测试等一系列，其中最积极的目前是基材开发。较多的是选择高介电常数的电介质粉末、电阻体粉末，强磁性粉末等材料，混和于树脂中制成薄板或薄膜或膏状涂料，在铜箔或导电膏构成的电极间形成电容、电感和电阻，典型的埋置无源元件印制板结构如图5．埋置电感的产生现主要在电路图形设计上，由铜箔蚀刻加工出，而对电容和电阻注重于材料性能，在美国已发表的商品化的材料制商．

　　埋置电容印制板制造技术，有采用钛酸钡类和氧化钛类粉末与环氧树脂等混合制成高介电常数复合板，两面必要部位覆盖铜箔成为电极，再是积层法埋置电容并成为多层板，过程如图6(a)．还有是导体上涂覆薄膜或厚膜电介质材料，涂覆导电物形成电极，再是积层法埋置电容并成为多层板，过程如图6(b)，按上述材料制造商开发的材料来看，埋置电容制造有高介电常数印刷膏的网版印刷法，及高介电常数层压基板的蚀刻法，这两种方法制造埋置电容印制板.

　　埋置电阻印制板制造技术，现有三种制造方法，如图7所示．一是在铜箔电极间网版印刷碳电阻膏，固化后成为电阻，再在上面积层成多层板(图7．a)，二是采用镍磷合金与铜箔复合层压板，经蚀刻法得到电阻(图7．b)，三是电镀法(图7．c)，在铜箔电极间绝缘板上经化学镀与电镀一层镍合金电阻膜．

　　埋置电感印制板制造技术，现有二种方式，一种是层压板上蚀刻出铜导线回路线圈；另一种是层间含有磁性材料，在上下层铜导线间形成回路线圈．其结构如图8所示．

　　5、埋置无源与有源元件印制板发展动向

　　布印制板内埋置无源元件(C、L、R)同时埋置有源元件(IC)，更能使电路布线缩短，性能提高，也有效地使设备超小型化，把IC芯片埋置于印制板(或称载板)内，也是种系统集成封装方式，是现有在IC载板上封装比芯片，包括多芯片模块(MCM)印制板上直接载IC芯片，及堆叠式三维封装把多块IC芯片埋置在封装体内等封装方式的发展．目前已实现IC芯片埋置于树脂基板内的封装方式，而无源元件(C、L、R)与有源元件(IC)埋置在一起的印制板尚在研发之中，图9是比芯片封装发展方向，树脂基材埋置无源与有源元印制板预测在二、三年后就会进入实用化。

　　6、其它元器件埋置印制板

　　光电结合印制板，光在网络传输中应用越来越广，尤其是长距离数据传输中光比电更有利，通常光信号与电信号转换连接是引线型光纤连接板，设备装置很大，最近出现了埋置光波导路印制板，在多层印制板内埋置光波导管或光纤维，成为埋置光波导管印制板与埋置光纤维印制板，在印制板上直接达到光电信号的连接与转换。

　　内冷式印制板．有些印制板上要安装大功率发热器件，工作时引起印制板发热会影响整个电路功率，因此开发出内冷式印制板，在多层印制板内埋置细微的冷却管，可以流通冷却水而起到冷却印制板的什用。

　　内热式印制板．在有些特殊功效下需要印制板发出一定热量，因此开发出内热式印制板，在多层印制板内埋置细微的碳纤维丝，可以通过施加一定电流使之发热，而起到温热印制板的作用。

　　随着特殊功能需要，会不断地开发出特殊结构的印制板以满足电子设备要求。