從處理器向ASIC擴(kuò)大

采用無(wú)芯基板可提高半導(dǎo)體封裝的電氣特性早為業(yè)界所熟知?；鍙S商開(kāi)始致力于無(wú)芯產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是在“2000年前后”（凸版印刷和新光電氣工業(yè)等基板廠商）?！爱?dāng)時(shí)，曾掀起過(guò)一股開(kāi)發(fā)無(wú)芯基板的熱潮”（某基板廠商）。

從事半導(dǎo)體封裝基板業(yè)務(wù)的富士通互聯(lián)科技從2004年以后開(kāi)始向UNIX服務(wù)器用微處理器等提供無(wú)芯基板（圖3）?！案皇客ǖ姆?wù)器部門(mén)希望利用高性能無(wú)芯基板，所以我們開(kāi)始供貨至今”（富士通互聯(lián)科技執(zhí)行董事、全球營(yíng)業(yè)部部長(zhǎng)橫內(nèi)貴志男）。

圖3：無(wú)芯基板的應(yīng)用事例
富士通互聯(lián)科技從2004年前后開(kāi)始面向UNIX服務(wù)器用微處理器和無(wú)線(xiàn)LAN模塊等供貨無(wú)芯基板。（照片：（a）為“2005 ECWC ”，（b）為‘2005半導(dǎo)體材料技術(shù)大全’，（c）和（d）為“2004 ECTC Plenary seminar ”）


不過(guò)，在那之后，無(wú)芯基板市場(chǎng)并沒(méi)有得到擴(kuò)大。主要原因是，“必須將封裝組裝工藝改為適合無(wú)芯基板的工藝，為此需要進(jìn)行投資”（多家基板廠商）。無(wú)芯基板由于沒(méi)有作為支持體的核心層，容易發(fā)生曲翹和破碎。因此，封裝組裝工藝中需要新導(dǎo)入可抑制基板曲翹和破碎的構(gòu)造。即便投資產(chǎn)生追加成本，也需要無(wú)芯基板的用途“只限于服務(wù)器用微處理器等極為有限的領(lǐng)域”（橫內(nèi)）。

削減基板層數(shù)，降低成本

但最近情況發(fā)生了變化。2011年2月，索尼宣布在家用游戲機(jī)“PlayStation 3（PS3）”用微處理器“Cell Broadband Engine”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Cell）中采用無(wú)芯基板。據(jù)索尼介紹，其從2010年4月開(kāi)始量產(chǎn)采用無(wú)芯基板的封裝，已經(jīng)累計(jì)供貨300萬(wàn)個(gè)以上?！耙郧皬奈绰?tīng)說(shuō)過(guò)如此大規(guī)模采用無(wú)芯基板的事例”（多位封裝技術(shù)員）。

索尼的目的是降低Cell處理器的成本。雖然該公司通過(guò)推進(jìn)微細(xì)化縮小了芯片面積，已經(jīng)降低了Cell處理器的成本，不過(guò)似乎還在研究進(jìn)一步削減成本的措施。所以才選擇了無(wú)芯基板。

Cell處理器的積層基板核心層“需要多達(dá)3000～4000個(gè)PTH，鉆孔加工費(fèi)較高”（索尼）。而且，積層基板的層數(shù)共計(jì)有8層。如果換成無(wú)芯基板，不但能省去核心層的加工費(fèi)，由于可以在基板內(nèi)高密度布線(xiàn)，還能將基板層數(shù)削減為7層（圖4）。因此，可降低基板成本，“能將封裝整體的成本削減約20％”（索尼）。

圖4：削減基板層數(shù)
以前，Cell處理器的核心層需要多達(dá)3000～4000個(gè)PTH，鉆孔加工成本較高。采用無(wú)芯基板不但能去除核心層，通過(guò)優(yōu)化布線(xiàn)還可削減層數(shù)。根據(jù)索尼資料制圖。


“基板曲翹也無(wú)妨”


為導(dǎo)入無(wú)芯基板，索尼自行投資，將封裝組裝工藝變更為了適合使用無(wú)芯基板的工藝。此前，封裝組裝廠商一直要求基板廠商提供不容易曲翹的無(wú)芯基板（圖5）。其結(jié)果大多是在絕緣層采用特殊材料，這樣做要么導(dǎo)致基板價(jià)格上升，要么無(wú)法滿(mǎn)足性能指標(biāo)。

圖5：重新明確職責(zé)分工
此前一直是封裝組裝廠商要求提供曲翹較小的無(wú)芯基板，而基板廠商無(wú)法充分滿(mǎn)足這一要求。此次，索尼通過(guò)構(gòu)筑支持大曲翹度無(wú)芯基板的封裝組裝工藝，實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。


針對(duì)這種情況，索尼此次告訴基板廠商“即使基板曲翹也沒(méi)關(guān)系”（索尼），明確表示曲翹控制將在封裝組裝工藝中（由索尼）解決。由此，基板廠商便可提供只采用普通積層層的無(wú)芯基板。“可沿用現(xiàn)有積層基板的制造設(shè)備，因此能以較低的價(jià)格提供無(wú)芯基板”（向索尼提供無(wú)芯基板的廠商）。

索尼為收回投資等，還計(jì)劃在Cell處理器以外的領(lǐng)域采用無(wú)芯基板（圖6）。對(duì)此，索尼目前還沒(méi)有公開(kāi)具體的業(yè)務(wù)內(nèi)容，不過(guò)似乎在考慮以無(wú)芯封裝技術(shù)為賣(mài)點(diǎn)，從其他半導(dǎo)體廠商接單，從事封裝的組裝外包業(yè)務(wù)。索尼已開(kāi)始為外部客戶(hù)設(shè)計(jì)無(wú)芯基板，“尤其打算向網(wǎng)絡(luò)終端用ASIC（專(zhuān)用集成電路）提供無(wú)芯封裝技術(shù)”（索尼）。鑒于這些動(dòng)向，封裝界越來(lái)越多的人認(rèn)為“無(wú)芯技術(shù)普及在望”。

圖6：擴(kuò)大無(wú)芯封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍
索尼從2010年4月開(kāi)始在PS3用Cell處理器中采用無(wú)芯基板，迄今已累計(jì)供貨300萬(wàn)個(gè)。今后計(jì)劃將該技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用ASIC等。本站根據(jù)索尼的資料制作。


擴(kuò)大無(wú)芯基板的銷(xiāo)量

受索尼觸動(dòng)，今后基板廠商也打算大力擴(kuò)銷(xiāo)無(wú)芯產(chǎn)品（圖7）。例如，新光電氣工業(yè)除了微處理器用無(wú)芯基板外，還計(jì)劃面向高性能ASIC“提供改善了絕緣介電常數(shù)和介電損耗的無(wú)芯基板”（新光電氣工業(yè)執(zhí)行董事第一業(yè)務(wù)本部PLP業(yè)務(wù)部副業(yè)務(wù)部長(zhǎng)小平正司）。

圖7：新光電氣工業(yè)的無(wú)芯基板
從事微處理器用封裝基板業(yè)務(wù)的新光電氣工業(yè)今后計(jì)劃全力擴(kuò)大無(wú)芯基板的銷(xiāo)售。


開(kāi)發(fā)出最多9層無(wú)芯基板的是凸版印刷。目前有兩家客戶(hù)正在對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)測(cè)，“計(jì)劃在2011年度內(nèi)開(kāi)始量產(chǎn)”（凸版印刷電子業(yè)務(wù)本部半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)部第三營(yíng)業(yè)本部第三部部長(zhǎng)伊藤義郎）。主要用途包括微處理器和大規(guī)模ASIC?！半S著半導(dǎo)體微細(xì)化的進(jìn)步和工作頻率的提高，對(duì)可抑制電源噪聲的無(wú)芯基板的需求也不斷高漲”（伊藤）。

長(zhǎng)期從事ASIC封裝基板設(shè)計(jì)和制造的京瓷SLC科技為減少曲翹的發(fā)生率，正在開(kāi)發(fā)安裝了加強(qiáng)筋（Stiffener）強(qiáng)化部材的無(wú)芯基板?！敖窈笥?jì)劃用于高端ASIC和游戲機(jī)”（京瓷）。

能否在便攜終端上普及尚不明朗

如上所述，目前很多基板廠商都以無(wú)芯基板的高性能作為賣(mài)點(diǎn)。也有看法認(rèn)為，薄型無(wú)芯基板還適用于便攜終端使用的小型及薄型封裝。不過(guò)，今后無(wú)芯基板能否在小型及薄型封裝中獲得普及目前尚不清楚。原因是，小型及薄型封裝的基板層數(shù)本來(lái)就只有2～4層，采用無(wú)芯基板的成本削減效果較小?！氨銛y終端用小型及薄型封裝相對(duì)于性能來(lái)說(shuō)更重視成本，需要改變封裝組裝工藝的無(wú)芯基板能否被接受還很難說(shuō)”（封裝組裝廠商的技術(shù)員）。[!--empirenews.page--]

另外，便攜終端的封裝采用減薄了核心層厚度的“薄核心層（Thin Core）”基板，即使不使用無(wú)芯基板目前也能實(shí)現(xiàn)薄型化。例如，從事半導(dǎo)體封裝的組裝外包業(yè)務(wù)的J-DEVICES公司計(jì)劃在厚度為0.5mm左右的薄型封裝中，利用核心層厚度只有100μm（絕緣層厚度為40μm）的超薄基板，“目前立馬采用無(wú)芯基板的可能性較低”（J-DEVICES開(kāi)發(fā)中心中心長(zhǎng) 勝又章夫）。

下回請(qǐng)看有關(guān)無(wú)基板化的最新動(dòng)向。（未完待續(xù)，記者：木村 雅秀）