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無源元件對PCB技術發(fā)展的影響

文章出處:http://wdfi.cn網(wǎng)責任編輯:恒成和電路板作者:恒成和線路板人氣:-發(fā)表時間:2015-12-01 11:11:00

  集成無源元件技術可以集成多種電子功能,具有小型化和提高系統(tǒng)性能的優(yōu)勢,以取代體積龐大的分立無源元件。文章主要介紹了集成無源元件技術的發(fā)展情況,以及采用IPD薄膜技術實現(xiàn)電容、電阻和電感的加工,并探討了IPD對PCB技術發(fā)展的影響。 

PCB

  1 引言  隨著電子技術的發(fā)展,半導體從微米制程進入納米制程后,主動式電子元件的集成度隨之大幅提升,相對搭配主動元件的無源元件需求量更是大幅增長。電子產(chǎn)品的市場發(fā)展趨勢為輕薄短小,所以半導體制程能力的提升,使相同體積內(nèi)的主動元件數(shù)大增,除了配套的無源元件數(shù)量大幅增加,也需要有較多的空間來放置這些無源元件,因此必然增加整體封裝器件的體積大小,這與市場的發(fā)展趨勢大相徑庭。從成本角度來看,總成本與無源元件數(shù)量成正比關系,因此在大量無源元件使用的前提下,如何去降低無源元件的成本及空間,甚至提高無源元件的性能,是當前最重要的課題之一。 

  IPD(Integrated Passive Devices集成無源元件)技術,可以集成多種電子功能,如傳感器、射頻收發(fā)器、微機電系統(tǒng)MEMS、功率放大器、電源管理單元和數(shù)字處理器等,提供緊湊的集成無源器件IPD產(chǎn)品,具有小型化和提高系統(tǒng)性能的優(yōu)勢。因此,無論是減小整個產(chǎn)品的尺寸與重量,還是在現(xiàn)有的產(chǎn)品體積內(nèi)增加功能,集成無源元件技術都能發(fā)揮很大的作用。  

  在過去的幾年中,IPD技術已經(jīng)成為系統(tǒng)級封裝(SiP)的一個重要實現(xiàn)方式,IPD技術將為“超越穆爾定律”的集成多功能化鋪平道路;同時,PCB的加工可以引入IPD技術,通過IPD技術的集成優(yōu)勢,可以彌合封裝技術和PCB技術之間不斷擴大的差距。  IPD集成無源元件技術,從最初的商用技術已經(jīng)發(fā)展到目前以取代分立無源元件,在ESD/EMI、RF、高亮度LED和數(shù)字混合電路等行業(yè)帶動下穩(wěn)步增長。 

  2 薄膜IPD技術介紹  IPD技術,根據(jù)制程技術可分為厚膜制程和薄膜制程,其中厚膜制程技術中有使用陶瓷為基板的低溫共燒陶瓷LTCC(Low Temperature Co-firedCeramics)技術和基于HDI高密度互連的PCB印制電路板埋入式無源元件(Embedded Passives)技術;而薄膜IPD技術,采用常用的半導體技術制作線路及電容、電阻和電感。  

  LTCC技術利用陶瓷材料作為基板,將電容。電阻等被動元件埋入陶瓷基板中,通過燒結形成集成的陶瓷元件,可大幅度縮小元件的空間,但隨著層數(shù)的增加,制作難度及成本越高,因此LTCC元件大多是為了某一特定功能的電路;HDI埋入式元器件的PCB技術通常用于數(shù)字系統(tǒng),在這種系統(tǒng)里只適用于分布裝焊的電容與中低等精度的電阻,隨著元件體積的縮小,SMT設備不易處理過小元件。雖然埋入式印刷電路板技術最為成熟,但產(chǎn)品特性較差,公差無法準確把握,因為元件是被埋藏在多層板之內(nèi),出現(xiàn)問題后難以進行替換或修補調(diào)整。相比LTCC技術和PCB埋置元器件技術,集成電路的薄膜IPD技術,具有高精度、高重復性、尺寸小、高可靠度及低成本等優(yōu)點,未來勢必成為IPD主流,本文將主要就薄膜IPD技術進行介紹。  

  3 薄膜集成無源元件技術的發(fā)展現(xiàn)況  薄膜IPD技術采用曝光、顯影、鍍膜、擴散、刻蝕等薄膜制程,這個工藝能制作各種電阻。電容和電感元件,以及低電感接地板和連接無源元件的傳輸線走線。薄膜結構在合適的載體襯底材料上制造,工藝既要能滿足所要求的元件性能和精度指標,還不能復雜,需要掩模數(shù)較少(一般為6~10張)。每個無源元件通常占據(jù)不到1 mm2的面積,以便能在面積和成本方面與表面貼裝技術的分立元件競爭。

  根據(jù)現(xiàn)有的IPD結構,以發(fā)展廠商分別介紹如下: (1)Telephus  Telephus發(fā)展的IPD采用厚銅制程,該制程可以為只具有無源元件線路提高性能。降低成本以及減小尺寸,如濾波器和分工器,厚銅金屬層(10 mm)和硅絕緣表面使無線通信系統(tǒng)和集成RF模組具有高性能表現(xiàn),而低介電常數(shù)材料適用于減少金屬層間的寄生電容。

  (2)IMEC  IMEC的薄膜技術也是采用電鍍銅做為連接線路,BCB做為介電層,Ni/Au層做為最終連接面金屬,使用多達4層的金屬層。

  (3)Dai Nippon  Dai Nippon發(fā)展的IPD電阻以Ti/Cr為主,電容采用陽極氧化形成Ta2O5的制程,電感設計為有微帶線和螺旋電感,線路以銅為主。

  (4)SyChip  SyChip發(fā)展的IPD以TaSi為電阻材料,電容的介電材料為Si3N4,上電極為Al,下電極為TaSi,電感和線路材料都采用鋁。

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