集成無源元件對(duì)PCB技術(shù)發(fā)展的影響

　　集成無源元件技術(shù)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(shì)，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(shù)的發(fā)展情況，以及采用IPD薄膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)電容。電阻和電感的加工，并探討了IPD對(duì)PCB技術(shù)發(fā)展的影響。

　　1引言

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體從微米制程進(jìn)入納米制成后，主動(dòng)式電子元件的集成度隨之大幅提升，相對(duì)搭配主動(dòng)元件的無源元件需求量更是大幅增長。電子產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)為輕薄短小，所以半導(dǎo)體制程能力的提升，使相同體積內(nèi)的主動(dòng)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(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)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(guān)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(dāng)前最重要的課題之一。

　　IPD(Integrated Passive Devices集成無源元件)技術(shù)，可以集成多種電子功能，如傳感器。射頻收發(fā)器。微機(jī)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(shì)。因此，無論是減小整個(gè)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(shù)都能發(fā)揮很大的作用。

　　在過去的幾年中，IPD技術(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)的一個(gè)重要實(shí)現(xiàn)方式，IPD技術(shù)將為“超越穆爾定律”的集成多功能化鋪平道路;同時(shí)，PCB的加工可以引入IPD技術(shù)，通過IPD技術(shù)的集成優(yōu)勢(shì)，可以彌合封裝技術(shù)和PCB技術(shù)之間不斷擴(kuò)大的差距。

　　IPD集成無源元件技術(shù)，從最初的商用技術(shù)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.數(shù)字混合電路等行業(yè)帶動(dòng)下穩(wěn)步增長。

　　Yole關(guān)于薄膜集成無源和有源器件的研究報(bào)告預(yù)計(jì)，到2013年總市場(chǎng)份額超過10億美元，IPD技術(shù)將被廣泛應(yīng)用于航空航天。軍工。醫(yī)療。工控和通訊等各個(gè)領(lǐng)域的電子行業(yè)。

　　2薄膜IPD技術(shù)介紹

　　IPD技術(shù)，根據(jù)制程技術(shù)可分為厚膜制程和薄膜制程，其中厚膜制程技術(shù)中有使用陶瓷為基板的低溫共燒陶瓷LTCC(Low Temperature Co-firedCeramics)技術(shù)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(shù);而薄膜IPD技術(shù)，采用常用的半導(dǎo)體技術(shù)制作線路及電容。電阻和電感。

　　LTCC技術(shù)利用陶瓷材料作為基板，將電容。電阻等被動(dòng)元件埋入陶瓷基板中，通過燒結(jié)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(shù)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(shè)備不易處理過小元件。雖然埋入式印刷電路板技術(shù)最為成熟，但產(chǎn)品特性較差，公差無法準(zhǔn)確把握，因?yàn)樵潜宦癫卦诙鄬影逯畠?nèi)，出現(xiàn)問題后難以進(jìn)行替換或修補(bǔ)調(diào)整。相比LTCC技術(shù)和PCB埋置元器件技術(shù)，集成電路的薄膜IPD技術(shù)，具有高精度。高重復(fù)性。尺寸小。高可靠度及低成本等優(yōu)點(diǎn)，未來勢(shì)必成為IPD主流，本文將主要就薄膜IPD技術(shù)進(jìn)行介紹。

　　3薄膜集成無源元件技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況

　　薄膜IPD技術(shù)采用曝光。顯影。鍍膜。擴(kuò)散?？涛g等薄膜制程，一個(gè)有代表性的薄膜集成無源工藝的剖面示意圖如圖1所示，這個(gè)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(jié)構(gòu)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(biāo)，還不能復(fù)雜，需要掩模數(shù)較少(一般為6~10張)。每個(gè)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(shù)的分立元件競(jìng)爭(zhēng)。

　　根據(jù)現(xiàn)有的IPD結(jié)構(gòu)，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，其IPD結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　(2)IMEC

　　IMEC的薄膜技術(shù)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(dá)4層的金屬層。其IPD結(jié)構(gòu)如圖3所示。