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元件全部埋入基板内部的系统集成封装-3

作者:  来源:smt100 

 

    片式元件向陶瓷复合制品方向发展
    无源元件埋入基板中的起源,可追溯到上世纪70年代开发成功的低温共烧陶瓷多层基板LTCC。在此之前,采用A12O3的多层共烧基板需要在1500℃以上烧成,如此高的烧成温度,难以实现无源元件的共烧集成。而LTCC的烧成温度一般为800℃-900℃,较低的烧成温度为厚膜电阻及厚膜电容预埋共烧集成提供
了条件。这种内部埋人无源元件的LTCC多层基板(见图5)于80年代中期达到实用化。
    20世纪80年代后期,通过在钛酸钡等铁电体、铁氧体等铁电体、铁氧体等强磁性体生片上印刷电极,经叠层预压、一次烧成制作C、R、L等无源元件。这种技术的开发成功,标志着对埋入元件基板的开发迈人快速发展轨道。虽然上述方法实现了陶瓷系异种元件的一体化,但即使多个无源元件集成,由于 IC元件不能埋入基板内部,元件间的引线连接仍不能全部由内部引线完成。随着IC芯片端子数的增加,基板中的布线会变得越来越复杂。因此,这种集成化方式最多能进入十个无源元件。

图5 内部埋置无源元件的LTCC多层基板
    在这种内部埋置无源元件的复合基板上,搭载IC元件及不便于埋入基板内部的无源元件构成模块化,这种制品在上世纪90年代初问世。从本质上讲,采用这种将无源元件埋置于基板内部的陶瓷基板,将IC等元件搭载于其上的封装形式,仍属于混合IC(HIC)或MCM的范畴。不过,目前已受到广泛关注的将全部埋入在基板内部的三维系统集成封装形式,正是从这里开始起步的。
    自上世纪90年代起,随着以手机为代表的便携电子设备的迅猛发展,上述制品首先在高频模块中采用,并延续至今。而后,又在被普遍看好的蓝牙(bluetooth)模块等中采用,近年来其应用大幅度增加,并显示出极好的发展前景。目前由埋置50个左右无源元件,由陶瓷基板作成的,组装尺寸为10mm×10mm的小型蓝牙模块已开始面市。今后,这种制品除了以更多的模块形式应用之外,还会在IC封装基板等中扩大应用。
芯片硅基板上也能集成无源元件
    在Si基板上,采用半导体工艺,也可形成C、R、L等无源元件,由此制成了埋置无源元件的芯片集成器件IPD(integrated passive device)。这里所说的IPD并不是指集成无源元件的集成电路芯片,而是指将在半导体 IC内埋置困难、参数较大的无源元件也Si芯片集成在一起。
    图6是最近发表的ST微电子与富士通研究所开发的,Si芯片中集成无源元件IPD器件的实例。ST微电子采用铁电体薄膜形成C(5-500pF),采用扩散电阻形成R(1-100kΩ),采用螺旋导体形成L,目前已能在一个芯片中集成30个以上的无源元件。而且根据需要还能在其中埋置三极管等有源元件。
这种埋置无源元件的集成芯片制品,除具有小型、薄型化的优点之外,在减少寄生电路参数及提高可靠性方面具有良好效果。由于采用半导体微细加工技术,制品尺寸可以做得更小,随着工艺的完善和标准化进展,其用量会越来越多,估计将来在价格方面不会存在大的障碍。但从另一方面讲,为了提高IC芯片的性能,希望尽量缩短元件间的引线距离,而无源元件集成于芯片中,势必造成芯片尺寸增加,这对于降低价格是不利的。但无论怎么说,由于这种集成芯片系统的封装密度高,对于改善芯片性能效果明显。以此为基础,有可能发展成为一种新的封装形态。

图6 树脂系基板的发展方向

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