封裝技術(shù)趨勢將有變化。在封裝技術(shù)的三大關(guān)鍵詞“高密度”、“高速及高頻率”和“低成本”中,“高密度”的實現(xiàn)日趨困難。如在日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(JEITA)2009年6月發(fā)表的“日本封裝技術(shù)發(fā)展藍圖”2009年度版中,要求半導(dǎo)體封裝的最小間距在2012年達到0。3mm之后,直到預(yù)測截止時間2018年都將停留于此(圖1)。而在2007年度版中,則有2010年達到0。4mm,2016年達到0。2mm的漸次間距微細化要求注1)。
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圖1封裝技術(shù)的間距微細化困難
2012年達到0。3mm,直到預(yù)測截止時間2018年都將停留于此?!度战?jīng)微器件》根據(jù)“日本封裝技術(shù)發(fā)展藍圖”2007年度版和2009年度版制作。
注1)對發(fā)展藍圖實施的問卷調(diào)查結(jié)果顯示,“間距0。15mm的要求曾出現(xiàn)在2007年度版中,但未出現(xiàn)在2009年度版中”(JEITAJisso戰(zhàn)略專門委員會/封裝技術(shù)發(fā)展藍圖組機器組裝工作組主管間仁田祥)。另外,有人指出沒有了對“0201”部件的要求,采用“0402”部件的“價值不如從前”、“采用情況不明”。
但是,今后即使繼續(xù)提高密度,也無法同時滿足要求高速性的高頻化和低成本化。原因有兩方面。一是市場上對成本降至更低和支持高頻率的要求更強烈。二是印刷底板技術(shù)已經(jīng)飽和。印刷底板技術(shù)方面,為減小間距的各單項技術(shù)已經(jīng)問世。但是,“組合這些技術(shù),還是無法滿足用戶——組裝廠商所期待的高頻率和成本”(便攜產(chǎn)品廠商的封裝技術(shù)人員)。
由于機器要配備通信功能,因此對主板支持高頻率的要求越來越強烈。比如,數(shù)碼相機已采用USB2。0及HDMI(高清多媒體接口)等高速差動信號,今后頻率仍將不斷提高。因此,封裝密度越來越難以提高。具體而言,數(shù)碼相機廠商要求主板的相對介電常數(shù)到2012年降至3,到2018年降至2,達到與現(xiàn)在高端計算機相當(dāng)?shù)乃剑▓D2)。
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圖2:各種電子產(chǎn)品的介電常數(shù)不斷降低隨著產(chǎn)品性能的提高和通信功能的配備,要求主板不斷降低介電常數(shù)?!度战?jīng)微器件》根據(jù)“日本封裝技術(shù)發(fā)展藍圖”2009年度版制成。
臺式電子產(chǎn)品也要求降低介電常數(shù)。原因是隨著通信功能的配備和性能的提高,處理器與存儲器之間的接口將日益高速化。并且,在臺式機與便攜產(chǎn)品工作頻率相同的情況下,臺式機的主板更需要降低介電常數(shù)。原因是底板面積大導(dǎo)致傳輸線路延長,信號衰減會更加嚴重。因此,數(shù)字電視對主板相對介電常數(shù)的要求是2012年降至3。6~4。3,與現(xiàn)在中檔網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品相當(dāng)。
對于這些產(chǎn)品,過去曾強烈要求降低成本。以前一直能夠兼顧低成本和高密度,但由于今后必須支持高頻率,所以提高密度的要求退居其次。因此,數(shù)碼相機主板封裝間距的微細化程度只達到0。4mm。
為了實現(xiàn)高頻化及高密度化,功能模塊及副板在推進采用部件內(nèi)置底板的進程。數(shù)碼相機及類似“iPod”的個人AV產(chǎn)品廠商為實現(xiàn)通信功能在積極推動采用功能模塊。另外,在數(shù)碼相機等產(chǎn)品方面,除了通信功能之外,數(shù)字調(diào)諧器也在向功能模塊化發(fā)展。
在部件內(nèi)置底板中,目前采用趨于增多的是配備已封裝好的LSI及芯片型無源部件的類型。比如,部件內(nèi)置底板廠商大日本印刷(DNP)的量產(chǎn)供貨量于2008年11月累積達到了1億個(圖3)。使用裸片的類型以及在底板形成工序中嵌入無源部件型的內(nèi)置底板,目前成品率較低,因而成本過高,大多不符合組裝廠商的要求。
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圖3:DNP將部件內(nèi)置底板“B2it”薄型化
為實現(xiàn)薄型化,結(jié)合使用了層結(jié)構(gòu)上下非對稱化、層間絕緣膜薄膜化及內(nèi)置部件扁平化三種手段。該圖由《日經(jīng)微器件》根據(jù)大日本印刷(DNP)的數(shù)據(jù)制成。
今后的目標是實現(xiàn)組裝廠商要求的高密度化。比如在手機領(lǐng)域,為了將RF(RadioFrequency)模塊等減小至10mm見方左右,組裝廠商要求20μm的微細間距和厚度為0。2mm的薄型化。為了達到這一目標,首先將推進配備已封裝好的LSI及芯片型部件的部件內(nèi)置底板向微細間距化及薄型化發(fā)展。之后,在該類型的底板到了難以高密度化的階段時,會有向配備裸片及嵌入無源部件的部件內(nèi)置底板過渡的可能。目前,部件內(nèi)置底板廠商松下電子元器件及大日本印刷(DNP)等正在朝著這一方向推進以高密化為目標的技術(shù)開發(fā)。
在主板技術(shù)中,材料的變化出現(xiàn)新趨勢,能夠在適應(yīng)高頻率的同時實現(xiàn)低成本化的底板材料紛紛亮相。
松下電工上市了印刷底板材料“MEGTRON4”,與高端服務(wù)器等使用的以往產(chǎn)品相比,降低了高頻適應(yīng)能力,從而實現(xiàn)了低成本化(圖4)?!癕EGTRON4”將介電常數(shù)控制在3。8,將介質(zhì)損耗角正切控制在0。006,增加了低價常用材料的比例。通過降低材料費并提高成品率,實現(xiàn)了介于該公司高性能底板材料與普通底板材料之間的定價。[!--empirenews.page--]
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圖4:“MEGTRON4”的電氣特性和耐熱性“MEGTRON4”的電氣特性和耐熱性均介于高性能底板材料“MEGTRON6”與普及底板材料FR-4之間。本圖由《日經(jīng)微器件》根據(jù)松下電工的數(shù)據(jù)制成。
松下電工將該材料定位于中端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的產(chǎn)品,介電常數(shù)及介質(zhì)損耗角正切與今后各種電子設(shè)備的要求值相符合。如果通過量產(chǎn)進一步降低成本的話,便有望將應(yīng)用范圍擴大至網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以外的領(lǐng)域注2)。
注2)松下電工已推出使用PPE(聚苯醚)樹脂,1GHz下介電常數(shù)僅為3。5,介質(zhì)損耗角正切僅為0。002的“MEGTRON6”。估計MEGTRON4通過降低性能,減少了價格昂貴的PPE的比例。
日立化成工業(yè)也在JPCAShow2009上參考展出了1GHz下介電常數(shù)為3。4~3。6,介質(zhì)損耗角正切為0。003~0。004的底板材料“MCL-FX-35”??芍С峙鋫溆蠫Hz頻帶通信功能的產(chǎn)品。
在提高主板設(shè)計技術(shù)方面,凸版NEC電路解決方案等提出了可通過將主板與半導(dǎo)體封裝等一體化來進行優(yōu)化的綜合設(shè)計解決方案。半導(dǎo)體封裝與底板作為整體來降低放射噪聲及電源噪聲,由此實現(xiàn)信號波形的優(yōu)化。這樣便可在進行高密度化及低成本化的同時,實現(xiàn)對高頻率的適應(yīng)性。