淺談埋嵌元件PCB的技術(shù)（一）

　　1 前言

　　埋嵌元件基板由于元器件的三維配置而使PCB或者模組小型化，縮短元件之間的連接路徑，降低傳輸損失，它是可以實現(xiàn)便攜式電子設(shè)備多功能化和高性能化的安裝技術(shù)。多層板中埋嵌LSI或者無源元件方式的埋嵌元件基板從2003年開始采用，從2006年開始正式用作高功能便攜電話或者用于表用的小型模組基板。這些基板分別采用了元件制造商和PCB制造商獨自開發(fā)的特征構(gòu)造和工藝。本文就參考日本電子電路工業(yè)協(xié)會(JPCA)的規(guī)格中埋嵌方式的埋嵌元件基板技術(shù)的分類，采用的元件和安裝技術(shù)和評價解析等加以介紹。

　　2 埋嵌元件基板技術(shù)的分類

　　埋嵌元件基板大致分為埋嵌個別制造的元件的方式和在基板上形成直接元件的方式。本人只限于前者方式的技術(shù)。圖1表示了埋嵌型的埋嵌元件基板按照嵌入元件的安裝方式的分類。PCB上的元件安裝方式大致有焊盤連接方式和導(dǎo)通孔連接方式兩大類。

　　圖2表示了焊盤連接方式和導(dǎo)通孔連接方式的代表性制造工藝。

　　在焊盤連接方式中，首先在基板上形成的電極上安裝嵌入的元件并進(jìn)行電氣連接。連接完成以后采用絕緣樹脂同時填充和埋沒元件和電極。連接時采用現(xiàn)有的表面安裝技術(shù)。連接材料采用焊料或者導(dǎo)電膠。嵌入元件的安裝：元件為裸芯片時選擇裸芯片粘結(jié)(Die Bonding);元件為無源元件或者模塑封裝(Mould Package)或者WLP(Wafer LevelChip Scale Package)時安裝選擇(Mounting)：裸芯片的倒芯片連接(Flip Chip Bond)采用超聲波接合、C4(Controlled Collapse Chip Connection控制熔化高度芯片連接)、ESC(Epoxy Encapsulated SolderConnection環(huán)氧樹脂囊包焊接)、導(dǎo)電性樹脂和各向異性導(dǎo)電樹脂(ACF/ACP,Auisotropic ConducliveFilm /Anisoropic Conductive Paste)和非導(dǎo)電性樹脂(NCF/NCP,Non Conductive Film / Non CondctivePaste)等安裝技術(shù)。無源元件的連接采用焊料再流焊或者導(dǎo)電性樹脂。焊盤連接方式中由于元件連接采用傳統(tǒng)的表面安裝技術(shù)而具有有效利用現(xiàn)有制造設(shè)備的優(yōu)點。另外，由于實施了元件安裝連接以后和埋嵌以前的檢查，所以可以對安裝過程中發(fā)生的不良品進(jìn)行篩選或者修理和返工。

　　導(dǎo)通孔連接方式中，PCB和元件進(jìn)行電氣連接以前采用絕緣樹脂埋嵌元件。元件埋置以后，覆蓋元件電極的樹脂上進(jìn)行激光加工，形成導(dǎo)通孔以后采用鍍層填充導(dǎo)通孔，進(jìn)行PCB與元件的電氣連接。導(dǎo)通孔連接方式的特征是元件的電極上接合直接鍍銅(Cu)層。由于沒有介入表面安裝中使用的焊料或者凸塊那樣的接合部，所以期待著與多層板的內(nèi)部線路同等的低連接電阻和高連接可靠性，另外還可以采用全層IVH(Interstitial Via Hole)使用的導(dǎo)電膠進(jìn)行導(dǎo)通孔連接，與多層板的層間連接同樣的導(dǎo)電膠用于與元件的連接，采用同時進(jìn)行埋置和連接的匯總積層工藝可以簡化工程復(fù)雜的元件埋嵌基板的制造工藝。

　　上面介紹了按照埋嵌元件的安裝技術(shù)分類的埋嵌元件基板的種類和大致的制造工藝。下面參照迄今的開發(fā)事例介紹埋嵌元件基板的制造中采用的各種安裝技術(shù)。

　　3 焊盤連接方式的埋嵌元件基板

　　焊盤連接方式中在內(nèi)層基板上安裝元件以后，采用絕緣樹脂埋置。嵌入的元件分為裸芯片(Bare Die)和其它元件，下面介紹連接用的表面安裝技術(shù)。

　　3.1 裸芯片粘結(jié)方式

　　圖3表示了利用倒芯片安裝嵌入裸芯片的工藝。

　　圖3(a)表示在裸芯片的電極上形成金(Au)堆積凸塊。使用NCP與PCB的電極進(jìn)行加熱加壓連接的方式。PCB的電極表面上沒有進(jìn)行鍍金(Au)或者鍍錫(Sn)等，而是原本的銅(Cu)。銅(Cu)表面上施行粗化處理，旨在提高與樹脂的附著力。加熱加壓連接時，接合部必須維持壓縮應(yīng)力，對于提高連接可靠性至關(guān)重要。圖3(a)中著眼于NCP的熱機(jī)械特性，選擇高彈性和高膨脹系數(shù)的樹脂可以獲得充分實用的連接可靠性。

　　另外還有使用ACP代替NCP的熱壓連接的安裝方法。在裸芯片的鋁(Al)電極上形成金(Au)球凸塊以后，涂布底膠ACP,實施加壓加熱，即可電氣連接。接合可靠性與NCP時同樣取決于底膠樹脂的物理性能。圖3(b)表示了使用銀(Ag)膠凸塊和ACP的連接方式。PCB的電極上印刷銀(Ag)膠形成銀(Ag)凸塊，涂布底膠ACP使用倒芯片粘結(jié)器熱壓接合。裸芯片的電極上沒有形成銅(Cu)或者金(Au)凸塊而是采用鋁(Al)進(jìn)行熱壓連接。

　　圖3(b)的熱壓連接銀(Ag)膠凸塊的連接技術(shù)在積層板中已經(jīng)量產(chǎn)化，它是應(yīng)用了利用導(dǎo)電性凸塊的層間連接技術(shù)(B2it,Buried Bump InterconnectionTechnology)。

　　圖3(a)和(b)與多層板制造技術(shù)相組合的元件嵌入基板的實用化比例，利用NCP和ACP的元件連接技術(shù)，采用導(dǎo)電性凸塊進(jìn)行層間連接。制造利用導(dǎo)電性樹脂凸塊連接的雙面板，在內(nèi)層上安裝元件以后，與外層的基板組合在一起加熱加壓而埋入元件，同時采用凸塊使線路層間匯總連接。采用元件埋入以前進(jìn)行線路形成的工藝有利于減少不良率和提高生產(chǎn)性。

　　3.2 芯片安裝方式

　　圖4表示了印刷焊膏的內(nèi)層的基板上采用芯片安裝器(Chip Mouuter)搭載元件并采用再流焊工藝熔融焊料的連接方式。采用使LSI WLP化的芯片安裝(Chip Mounting)和再流焊工藝同時的搭載和連接有源元件和無源元件。它是模型封裝的LSI或者模組等大多數(shù)通用元件可以采用的嵌入技術(shù)。采用焊接連接嵌入元件時，由于基板表面上安裝元件的模組基板第二次安裝到母板上，經(jīng)過再度再流焊工藝時擔(dān)心焊料凸塊(焊料球)熔融而影響到導(dǎo)通和絕緣特性。因此采用樹脂覆蓋焊料的周圍，抑制再熔融產(chǎn)生的流動，從而可以避免上述問題。

　　4 導(dǎo)通孔連接方式的元件埋嵌基板

　　導(dǎo)通孔連接方式中，元件嵌入以后進(jìn)行與基板的連接。有源元件和無源元件的全部元件的電極視為內(nèi)層的線路圖形，利用積層技術(shù)在元件上部形成線路層。

　　4.1 裸芯片粘結(jié)方式

　　嵌入的LSI WLP化，采用銅(Cu)線路引出WLP化的電極，擴(kuò)大了電極間節(jié)距，實現(xiàn)了與現(xiàn)有PCB加工工藝親和性高的埋入工藝。另外由于WLP化而確保良好的裸芯片(KGD,Known GoodDie)。相對與連接以后元件難以修理的導(dǎo)通孔連接方式來說具有很大的優(yōu)越性。

　　圖5表示了代表性的導(dǎo)通孔連接方式的有源元件嵌入技術(shù)的制造工藝。嵌入的LSI WLP化，形成銅(Cu)線路和銅(Cu)凸塊，施行樹脂涂復(fù)。薄片化的裸芯片背面粘貼裸芯片附著膜(DAF,DieAttachment Film)以后進(jìn)行位置重合，在基板上面朝上粘結(jié)。半固化片和表層基板積層，加熱加壓以后使裸芯片嵌入。在嵌入的WLP的電極位置上從基板表面進(jìn)行激光加工，形成導(dǎo)通孔以后采用鍍層填充導(dǎo)通孔，連接WLP的電極和基板的線路。由于裸芯片的表面由樹脂保護(hù)，所以在嵌入加工工程中可以減少損傷或者污染等方面的危險。