埋置无源元件和有源元件技术开发现状和发展趋势

埋置无源元件和有源元件技术开觉察状和进展趋势〔1〕清华大学材料科学与工程系教授田民波2023年JPCA〔〔embeddedpassivedevices，EP〕和埋置有源器件embeddedactivedevice，EAD，并实现3D封装的展位。很多大型印制线路板制造商和与之相配的二线厂商都针对印制线路板埋置元器件技术和产品发表了推介演讲。206040余年后发生技术“爆发”，主要基于下述几个缘由：布线，削减寄生效应；高牢靠性要求少焊点，结实键合。可能性。多层基板的进展供给了适宜的载体；高密度封装实践〔特别是3D封装〕积存了有益的阅历；微互联技术的进展供给了足够的技术支撑。现实性。简约工艺的承受提高了生产效率，降低了本钱，而且供给了牢靠的质量保证。针对埋置无源元件和有源元件的技术开觉察状和进展趋势，作简洁介绍。元器件嵌入基板技术的提出、实现和进展开发历史和现状2080年月后期，以美国为中心，藉由在印制板内部形成电阻及电容，开头了代替传统片式元件的埋置方式的探究于电子元器件在印制线路板内部形成由于焊料键合点数削减，可提高焊料〔特别是无铅焊料〕键合的牢靠性等。〔寄生〕电感问题日益凸现。由于三维元器件配置可有效缩短回路长度，因此元器件嵌入技术从20世纪90年月后半期重引起人们的关注。实际上，关于有源芯片嵌入印制板的概念，早在1968年就由Philips公司以专利的形式提出。但是，受到当时的技术所限，难以做进一步的开发。2090年月后半期，芬兰工业大学的争论组以“IntegratedModuleBoard”的名称发表了他们的争论成果。几乎在同一时期，柏林工业大学和夫琅和费〔FraunhoferIZM〕的ChipinPolyme〔CIPFlipChipinFle〔FC”的更进一步的埋置技术。可能性的争论。欧盟向“HIDINGDIES”和“SHIFT”打算供给经费资助，使业界和学会的元器件实现系统级功能集成的优点是〔1〕布线简化，长度缩短〔2〕〕寄生效应削减，电气性能提高。然而，在日本，上述问题没有像欧、美那样外表化，而且仅限定在电阻和电容的形成技术及材料等，加之受专利限制，从而没有被注目。但是，进入21世纪，由于信号高速化、有源元件〔LSI等〕的嵌入技术。在美国，一般称部件嵌入技术为EPD〔EmbeddedPassiveDevices，无源部件埋置EAD〔EmbeddedActiveDevices，有源器件埋置〕的概念。在日本，在限定的手机模块部件及主板中，承受埋置半导体元件的方式始于2023年。2023年，用于手机单段调谐〔one-seg-tuner〕等模块部件的，承受埋置半导体元件方式的基板实现量产化。至此，元器件嵌入技术正式登场。关于部件嵌入技术，欧、美及台湾地区，还有日本，都是作为财团支持的活动而进展争论开发的。特别是在欧洲，作为由欧盟〔EU〕及欧洲纳米电子学创询问委员会〔ENIAC〕供给资金资助的工程，正在进展将MEMS及无源器件、天线及半导体等埋置印制板中的技术开发。而且，针对手机的薄形化，藉由挠性印制电路板的积层，在其内部埋置半导体及IP〔IntegratedPassiveDevice被集成的无源器件的争论开发工程分别在德国的FraunhoferIZM，比利时的IMEC及法国的Leti等争论机构进展美国的手机厂商承受埋置无源元件的机种已实现量产而台湾的印制线路板厂商向其供给埋置电阻及电容等的嵌入式印制线路板。而且，台湾工业技术争论院电子与光电争论所与FranhoferIZM通过联合争论，共同开发埋置半导体元器件的嵌入型印制线路板，争论成果可由参与 AdvancedPackagingTechnologyAlliance〔先进封装技术联盟〕供给链的34个公司实现产业化。与海外依靠代表性争论机构进展嵌入部件技术开发的状况相比日本的技术开发多为民间水平或私有企业水平再加上争论人员及争论设备缺乏资金资助也相当有限但这些企业的争论开发卓有成效。1以元器件埋置技术开发财团及资助工程为例，列出世界各国的开发状况。1元器件埋置技术开发财团及资助工程典型实例地区

开发财团和争论机构 目的FR-4基板及高周波基材为对

应用产品 参与企业Nortel，Delphi，HP，NIST，美国 AdvancedEmbeddedPassivesTechnology芬兰 IntegratedModuleBoard德国 FraunhoferIZM

周波模拟模型开发线路基板开发中埋置有源/无源部件的开发Flex〕埋置有源器件的嵌入技术开发ChipinPolymerDRAM挠性基板内嵌入DRAMModule工程的开发HidingDie嵌入有源器件的开发

手机，汽车等智能卡手机，智能卡16个SRAM芯片嵌入50μmDRAM芯片的模块在基板中嵌入件嵌入

Foresight，MacDermid，IPC，Cadence，NCMSHelsinki University Technology，ImberaHightecMCIMECTechnologyIZMElectronik，FraunhoferIZMInfineon，FraunhoferIZMNokiDataconT&Philips，IMEC，TechnischUniversitatBerlin，FraunhoferIZM法国 LETI Micro pipe Cooling，Micro 手机，其他Battery埋置用基板〔substrate〕

Liten，LETI，CEA嵌入有源器件/天线的开发比利时 IMECChip-in-board，Chip-in-Flex

手机，RF天线模块

Alcatel，Nokia，NationalSemiconductor台湾地区 AdvancedPackagingTechnologyAllianceSIPOS〔SystemIntegrationPlatformOrganizationStandards〕日本EWLP财团

先端半导体封装的开发〔含元器件嵌入技术〕发在印制线路板内埋置WL-CSP的嵌入技术的开发

蓝牙模块其他手机，SiP，其他手机，SiP，其他

TSMC，UMC，MXIC，ASE，OSESPIChipMosMEGI，Compeq，Nanya，Unimicron，PPT，Mitac，FoxConn，Tong34ノロジー，平井周密，ケイレクス，その他カシオ计算机，イビデン，日本シイエムケイ，京セラSLCテクノロジーTNCSi，その他EPD/EAD技术的开发背景进入211所示，支撑20世纪后半期的依靠数字回路的有线信息传输输。因此，在电子设备系统内，相对于有源器件个数的无源器件的数量明显增加。例如，对最近的手机来说，在总的电子元器件数量中无源元件的数量已到达接近95%。应此需要，件的EPD印制板进展乐观开发，由于这对于系统电子设备的小型、轻量、薄型化是必不行缺的。2020世纪后半期超级计算机/主机21世纪初期数字规律回路有线信息传输无线信息传输无源元件的数量〔无源元件+有源元件〕总元件的数量进一步增加>80%~95%无源元件 高集成度无源元件化 嵌入无源元件的印制线路板：无源元件高集成度无源元件化嵌入无源元件的印制线路板：EPD〔EmbeddedPassiveDevices〕嵌入有源元件的印制线路板：EAD〔EmbeddedActiveDevices〕MPU嵌入有源元件的印制线路板：EAD〔EmbeddedActiveDevices〕高周波元件的消灭图1 EPD/EAD技术开发的背景21202320GHz的超高速元件。但是，Intel4GHz的超高速MPU〔microprocessorunit〕的开发。这是由于，相比于推动MPU芯片单体的高速化的努力，实行并行数据处理传送方式，对于高速的大量信息的传输更为有利5.8GHz带域的AHAdvancedcruise-assisthighwaysyste，高速大路先进巡察帮助系统，以及在防止汽车碰撞回路装置的自动雷达传感器等70GHz~100GHz2表示电磁波应用进一步向高频方向进展。HF短波HF短波VHFUHFSHF微波EHF亚毫米波短波播放船舶通信航空无线简易无线各种雷达大气观测雷达

30MHz

300MHz

3GHz

30GHz 300GHzFM播放电视播放微波中继电视播放汽车用卫星通信航空无线海事卫星通信卫星播放袖珍个人无线〔手机〕各种雷达通信障碍对策

TV重影现象列车无线/航空无线 FWA下一代无线LAN无线LANETC〔高速交通治理系统〕雷达伪像对策

航空雷达船舶雷达

防止碰撞雷达评价设备

EMC电波暗室〔EMI/EMS〕天线评价暗室噪声防止对策

个人电脑/周边设备

PHS/手机RFID光传输装置/2电磁波应用进一步向高频方向进展上述高速器件的封装必需承受全的方式，目前正从无引线到无凸点，进一步向EADEAD技术，是在印制线路板中嵌入有源器件，藉由zx-y轴方IT时代得以过渡到ubiquitous社会〔网络社会〕时代。因此，EPD、EAD技术具有划时代的意义。嵌入式基板的分类及其特征分类方法3表示元器件嵌入〔埋置〕技术的分类方法和种类。按嵌入技术分类按嵌入元器件的种类分类〔又称被动、受动器件〕〔又称主动、能动器件〕按嵌入技术分类按嵌入元器件的种类分类现有元器件埋入基板中〔拿来嵌入型〕在基板制作时，将元器件〔无源器件〕做在其中〔制作嵌入型〕按嵌入有源器件〔半导体〕的形态分类带有凸点的裸芯片按嵌入有源器件〔半导体〕的形态分类WLP封装WLP以外按嵌入连接技术分类〔钎焊〕铜直接连接按嵌入连接技术分类3元器件嵌入〔埋置〕技术的分类方法和种类按嵌入元器件的种类，分为无源器件〔又称被动、受动器件〕嵌入和有源器件〔又称主动、能动器件〕嵌入。其中，作为有源器件的半导体芯片〔或以封装形式〕嵌入技术更受注目。按嵌入技术，分为现有元器件埋入基板中〔拿来嵌入型，和在基板制作时，将元器件作在其中〔制作嵌入型〕的两种类型。前者多用于有源元件，后者多用于无源元件。即使嵌板中。化层〔使用聚酰亚胺，PBO，BCB等〕加以保护。关于这些端子与基板布线间的连接，有〔粘结剂法。〔焊〕的外表安装处理，便成为介于基板间的嵌入形态，其结果，实现了元件的埋置，从技术上讲，颇具外表追加加工的意味。因此，元器件埋置所承受的最根本连接技术是焊料连接。艺等。被称为EWLP〔embeddedWLP，埋置型WLP〕的方法，是预先将需要嵌入的半导体元件加工成带铜柱型的WLP，它不是搭载用于通常外表安装的焊料球，再经由减薄加工，将其内藏于基板积层〔build-up〕加工〔叠层加工〕之前，此后，在绝缘层中开孔，进展布EWLP过程，如图4所示。4WLP〔EWLP〕的形成过程由此制作的EWLP1〕〔2SiP和PoP，前者为系统封装，后者为封装叠层封装的3D〔3〕模块，元器件埋置型模块等。无源元器件嵌入〔EPD〕技术的分类及其特征图5〔a〕表示无源元器件嵌入〔EPD〕技术的类型分类及其特征。大体上分为两类，一类是利用市场上现有的陶瓷类标准片式元件，在有机印制板中实现嵌入封装，称其为“拿来嵌入型”。另一类是利用厚膜或薄膜工艺，在有机印制板内部形成具有L、R、C功能的厚膜或薄膜元器件，实现元器件嵌入，称其为“制作嵌入型”。5元器件嵌入印制线路板〔EPD/EAD〕技术的类型分类及其特征在上述其次类机“制作嵌入型”中的厚膜工艺中，又有两种方式。一种是，为了形成电阻膜元件及介电体〔电容用〕膜元件，利用相应的低温热固化树脂浆料〔聚合物型〕固化成型的方式；另一种是，利用陶瓷等无机印制板制作中已成功承受的高温烧成浆料〔烧成型，在Cu箔上烧成元件后，再利用印制线路板制作工艺而在有机印制板中嵌入的方式。而在上〔还包括阳极氧化法及气溶胶沉积法等C元件的方式和便于利用印制线路板制作工艺，预先在铜箔上贴附薄膜Ni电膜及薄膜介电体膜，再进展嵌入的方式。“拿来嵌入型”和“制作嵌入型”“拿来”直接承受，因此作为被动元件的电气特性和牢靠性均有保证。也就是说，假设是片式电阻，不仅其电阻值精度，而且额定功率、电阻温度系数等电气特性均有保证；假设是片式电感，GKD〔knowngooddi，确保质量芯片，由于是作为KGknowngoodcomponen，确保质量组件〕而直用户所要求且在使用条件下有保证的电气特性。后者“制作嵌入型”要形成高精度的无源元件，修边〔trimming〕技术的开发必不行缺。有源元器件嵌入〔EAD〕技术的分类及其特征图5〔b〕表示有源元器件嵌入〔EAP〕技术的分类及其特征。作为有源器件的裸芯片度有可能超越EPA技术。这是由于，EPA技术最早不是在有机印制板，而是在无机基板——基板〔lowtemperatureco-firedceramics，LTCC〕技术同时开发，作为模板而到达有用化的。但是，由于承受玻璃和陶瓷混合物制作LTCC800~1000℃，在无机基板这样高EADEAD技术只能与有机基板的印制线路板技术或积层印制板技术相融合。因此，为满足今后板内，嵌入高集成度、多引脚、高速器件芯片的EAD技术开发是必不行缺的。关于EAD的技术分类，也类似于EPD，分为“拿来嵌入型”和“制作嵌入型”两大类。前者“拿来嵌入型”是将有源器件以裸芯片的状态直接安装在印制板内层，完成EAD模块；后者“制作嵌入型”DCACWL-CSP〔Waferlevelchipscalepackage，晶圆级芯片尺寸封装〕安装在印制板的内层，完成EAD模块。对“拿来嵌入型”和“制作嵌入型”进展比较，可以看出，前者藉由硅片剪薄，芯片简洁做EADKGD〔knowngooddie，质量确保芯片制作嵌入型”是将超小型封装嵌入，因此相当有利。假设价格比现在廉价多的KGD裸芯片得以流通，则薄型化和低价格方面的优势将是“拿来嵌入型”望尘莫及。6〔定义为作为有源器件的硅面积之和与实装印制板面积之比100%以上，由此可实现超高密度嵌入的三维封装。6简单多样化的封装技术形态和封装效率19911996料凸块实现层间连接的积层板技术B2iTMBuriedBumpinterconnectiontechnolog，经打日本印刷公司〔DNP〕开发并到达有用化，在上述积层板内层混载嵌入〔埋置〕无源片式元有源器件的EPD/EAD技术e-2iTMembedded2iT。作为有源器件的裸芯片的嵌入〔埋置〕方式，首先介绍在印制板上形成凸点，再进展压合连接的倒装片〔flipchip〕安装技术“BossB2itTM：BumpforflipchipattachformedonthesubstratewithsquareB2itTM”，再介〔flipchip〕〔埋置〔EPEA-2iTMembedded-B2itTM”。利用BossB2itTM倒装片安装方式的有源器件嵌入〔埋置〕技术由东芝公司开发的B2itTM积层板是利用导电浆料形成的锥形凸块实现层间连接的的〔flipchi〔埋置有源器件的EADe-2iTM。图7表示上述B2iTM1利用传统的通孔电镀PTHplatedthroughhol〕2在另外的Cu箔之上印刷Ag3再在其上积层半固化片prepre，使锥形凸块4在芯板的上、下方，分别将带锥形凸块的铜箔与之层压，得到表、反面都带有电路图形的四层组合式B2iTM56在该芯板的导体焊盘上印刷Ag浆料，枯燥后形成BossB2iTM安装用的凸点；7藉由下填充〔under-fillin〕ACP〔anisotropicconductivepast，各向异性导电浆料，使作为有源器件的裸芯片上的Al电极〔焊垫〕7D8~11表示双面BossB2iTM布线板的制作过程，在做好的双面BossB2iTMA1上，利用芯板印刷法〔并不是在Cu经枯燥后形成〔12中用黑色图文表示，13由1214B15B的BossB2iTMB上、下对称构造，印刷比芯片厚度更高，体积更大