埋置無源元件和有源元件技術開覺察狀和進展趨勢〔1〕清華大學材料科學與工程系教授田民波2023年JPCA〔〔embeddedpassivedevices，EP〕和埋置有源器件embeddedactivedevice，EAD，并實現3D封裝的展位。很多大型印制線路板制造商和與之相配的二線廠商都針對印制線路板埋置元器件技術和產品發表了推介演講。206040余年后發生技術“爆發”，主要基于下述幾個緣由：布線，削減寄生效應；高牢靠性要求少焊點，結實鍵合。可能性。多層基板的進展供給了適宜的載體；高密度封裝實踐〔特別是3D封裝〕積存了有益的閱歷；微互聯技術的進展供給了足夠的技術支撐。現實性。簡約工藝的承受提高了生產效率，降低了本錢，而且供給了牢靠的質量保證。針對埋置無源元件和有源元件的技術開覺察狀和進展趨勢，作簡潔介紹。元器件嵌入基板技術的提出、實現和進展開發歷史和現狀2080年月后期，以美國為中心，藉由在印制板內部形成電阻及電容，開頭了代替傳統片式元件的埋置方式的探究于電子元器件在印制線路板內部形成由于焊料鍵合點數削減，可提高焊料〔特別是無鉛焊料〕鍵合的牢靠性等。〔寄生〕電感問題日益凸現。由于三維元器件配置可有效縮短回路長度，因此元器件嵌入技術從20世紀90年月后半期重引起人們的關注。實際上，關于有源芯片嵌入印制板的概念，早在1968年就由Philips公司以專利的形式提出。但是，受到當時的技術所限，難以做進一步的開發。2090年月后半期，芬蘭工業大學的爭論組以“IntegratedModuleBoard”的名稱發表了他們的爭論成果。幾乎在同一時期，柏林工業大學和夫瑯和費〔FraunhoferIZM〕的ChipinPolyme〔CIPFlipChipinFle〔FC”的更進一步的埋置技術。可能性的爭論。歐盟向“HIDINGDIES”和“SHIFT”打算供給經費資助，使業界和學會的元器件實現系統級功能集成的優點是〔1〕布線簡化，長度縮短〔2〕〕寄生效應削減，電氣性能提高。然而，在日本，上述問題沒有像歐、美那樣外表化，而且僅限定在電阻和電容的形成技術及材料等，加之受專利限制，從而沒有被注目。但是，進入21世紀，由于信號高速化、有源元件〔LSI等〕的嵌入技術。在美國，一般稱部件嵌入技術為EPD〔EmbeddedPassiveDevices，無源部件埋置EAD〔EmbeddedActiveDevices，有源器件埋置〕的概念。在日本，在限定的手機模塊部件及主板中，承受埋置半導體元件的方式始于2023年。2023年，用于手機單段調諧〔one-seg-tuner〕等模塊部件的，承受埋置半導體元件方式的基板實現量產化。至此，元器件嵌入技術正式登場。關于部件嵌入技術，歐、美及臺灣地區，還有日本，都是作為財團支持的活動而進展爭論開發的。特別是在歐洲，作為由歐盟〔EU〕及歐洲納米電子學創詢問委員會〔ENIAC〕供給資金資助的工程，正在進展將MEMS及無源器件、天線及半導體等埋置印制板中的技術開發。而且，針對手機的薄形化，藉由撓性印制電路板的積層，在其內部埋置半導體及IP〔IntegratedPassiveDevice被集成的無源器件的爭論開發工程分別在德國的FraunhoferIZM，比利時的IMEC及法國的Leti等爭論機構進展美國的手機廠商承受埋置無源元件的機種已實現量產而臺灣的印制線路板廠商向其供給埋置電阻及電容等的嵌入式印制線路板。而且，臺灣工業技術爭論院電子與光電爭論所與FranhoferIZM通過聯合爭論，共同開發埋置半導體元器件的嵌入型印制線路板，爭論成果可由參與 AdvancedPackagingTechnologyAlliance〔先進封裝技術聯盟〕供給鏈的34個公司實現產業化。與海外依靠代表性爭論機構進展嵌入部件技術開發的狀況相比日本的技術開發多為民間水平或私有企業水平再加上爭論人員及爭論設備缺乏資金資助也相當有限但這些企業的爭論開發卓有成效。1以元器件埋置技術開發財團及資助工程為例，列出世界各國的開發狀況。1元器件埋置技術開發財團及資助工程典型實例地區

開發財團和爭論機構 目的FR-4基板及高周波基材為對

應用產品 參與企業Nortel，Delphi，HP，NIST，美國 AdvancedEmbeddedPassivesTechnology芬蘭 IntegratedModuleBoard德國 FraunhoferIZM

周波模擬模型開發線路基板開發中埋置有源/無源部件的開發Flex〕埋置有源器件的嵌入技術開發ChipinPolymerDRAM撓性基板內嵌入DRAMModule工程的開發HidingDie嵌入有源器件的開發

手機，汽車等智能卡手機，智能卡16個SRAM芯片嵌入50μmDRAM芯片的模塊在基板中嵌入件嵌入

Foresight，MacDermid，IPC，Cadence，NCMSHelsinki University Technology，ImberaHightecMCIMECTechnologyIZMElectronik，FraunhoferIZMInfineon，FraunhoferIZMNokiDataconT&Philips，IMEC，TechnischUniversitatBerlin，FraunhoferIZM法國 LETI Micro pipe Cooling，Micro 手機，其他Battery埋置用基板〔substrate〕

Liten，LETI，CEA嵌入有源器件/天線的開發比利時 IMECChip-in-board，Chip-in-Flex

手機，RF天線模塊

Alcatel，Nokia，NationalSemiconductor臺灣地區 AdvancedPackagingTechnologyAllianceSIPOS〔SystemIntegrationPlatformOrganizationStandards〕日本EWLP財團

先端半導體封裝的開發〔含元器件嵌入技術〕發在印制線路板內埋置WL-CSP的嵌入技術的開發

藍牙模塊其他手機，SiP，其他手機，SiP，其他

TSMC，UMC，MXIC，ASE，OSESPIChipMosMEGI，Compeq，Nanya，Unimicron，PPT，Mitac，FoxConn，Tong34ノロジー，平井周密，ケイレクス，その他カシオ計算機，イビデン，日本シイエムケイ，京セラSLCテクノロジーTNCSi，その他EPD/EAD技術的開發背景進入211所示，支撐20世紀后半期的依靠數字回路的有線信息傳輸輸。因此，在電子設備系統內，相對于有源器件個數的無源器件的數量明顯增加。例如，對最近的手機來說，在總的電子元器件數量中無源元件的數量已到達接近95%。應此需要，件的EPD印制板進展樂觀開發，由于這對于系統電子設備的小型、輕量、薄型化是必不行缺的。2020世紀后半期超級計算機/主機21世紀初期數字規律回路有線信息傳輸無線信息傳輸無源元件的數量〔無源元件+有源元件〕總元件的數量進一步增加>80%~95%無源元件 高集成度無源元件化 嵌入無源元件的印制線路板：無源元件高集成度無源元件化嵌入無源元件的印制線路板：EPD〔EmbeddedPassiveDevices〕嵌入有源元件的印制線路板：EAD〔EmbeddedActiveDevices〕MPU嵌入有源元件的印制線路板：EAD〔EmbeddedActiveDevices〕高周波元件的消滅圖1 EPD/EAD技術開發的背景21202320GHz的超高速元件。但是，Intel4GHz的超高速MPU〔microprocessorunit〕的開發。這是由于，相比于推動MPU芯片單體的高速化的努力，實行并行數據處理傳送方式，對于高速的大量信息的傳輸更為有利5.8GHz帶域的AHAdvancedcruise-assisthighwaysyste，高速大路先進巡察幫助系統，以及在防止汽車碰撞回路裝置的自動雷達傳感器等70GHz~100GHz2表示電磁波應用進一步向高頻方向進展。HF短波HF短波VHFUHFSHF微波EHF亞毫米波短波播放船舶通信航空無線簡易無線各種雷達大氣觀測雷達

30MHz

300MHz

3GHz

30GHz 300GHzFM播放電視播放微波中繼電視播放汽車用衛星通信航空無線海事衛星通信衛星播放袖珍個人無線〔手機〕各種雷達通信障礙對策

TV重影現象列車無線/航空無線 FWA下一代無線LAN無線LANETC〔高速交通治理系統〕雷達偽像對策

航空雷達船舶雷達

防止碰撞雷達評價設備

EMC電波暗室〔EMI/EMS〕天線評價暗室噪聲防止對策

個人電腦/周邊設備

PHS/手機RFID光傳輸裝置/2電磁波應用進一步向高頻方向進展上述高速器件的封裝必需承受全的方式，目前正從無引線到無凸點，進一步向EADEAD技術，是在印制線路板中嵌入有源器件，藉由zx-y軸方IT時代得以過渡到ubiquitous社會〔網絡社會〕時代。因此，EPD、EAD技術具有劃時代的意義。嵌入式基板的分類及其特征分類方法3表示元器件嵌入〔埋置〕技術的分類方法和種類。按嵌入技術分類按嵌入元器件的種類分類〔又稱被動、受動器件〕〔又稱主動、能動器件〕按嵌入技術分類按嵌入元器件的種類分類現有元器件埋入基板中〔拿來嵌入型〕在基板制作時，將元器件〔無源器件〕做在其中〔制作嵌入型〕按嵌入有源器件〔半導體〕的形態分類帶有凸點的裸芯片按嵌入有源器件〔半導體〕的形態分類WLP封裝WLP以外按嵌入連接技術分類〔釬焊〕銅直接連接按嵌入連接技術分類3元器件嵌入〔埋置〕技術的分類方法和種類按嵌入元器件的種類，分為無源器件〔又稱被動、受動器件〕嵌入和有源器件〔又稱主動、能動器件〕嵌入。其中，作為有源器件的半導體芯片〔或以封裝形式〕嵌入技術更受注目。按嵌入技術，分為現有元器件埋入基板中〔拿來嵌入型，和在基板制作時，將元器件作在其中〔制作嵌入型〕的兩種類型。前者多用于有源元件，后者多用于無源元件。即使嵌板中。化層〔使用聚酰亞胺，PBO，BCB等〕加以保護。關于這些端子與基板布線間的連接，有〔粘結劑法。〔焊〕的外表安裝處理，便成為介于基板間的嵌入形態，其結果，實現了元件的埋置，從技術上講，頗具外表追加加工的意味。因此，元器件埋置所承受的最根本連接技術是焊料連接。藝等。被稱為EWLP〔embeddedWLP，埋置型WLP〕的方法，是預先將需要嵌入的半導體元件加工成帶銅柱型的WLP，它不是搭載用于通常外表安裝的焊料球，再經由減薄加工，將其內藏于基板積層〔build-up〕加工〔疊層加工〕之前，此后，在絕緣層中開孔，進展布EWLP過程，如圖4所示。4WLP〔EWLP〕的形成過程由此制作的EWLP1〕〔2SiP和PoP，前者為系統封裝，后者為封裝疊層封裝的3D〔3〕模塊，元器件埋置型模塊等。無源元器件嵌入〔EPD〕技術的分類及其特征圖5〔a〕表示無源元器件嵌入〔EPD〕技術的類型分類及其特征。大體上分為兩類，一類是利用市場上現有的陶瓷類標準片式元件，在有機印制板中實現嵌入封裝，稱其為“拿來嵌入型”。另一類是利用厚膜或薄膜工藝，在有機印制板內部形成具有L、R、C功能的厚膜或薄膜元器件，實現元器件嵌入，稱其為“制作嵌入型”。5元器件嵌入印制線路板〔EPD/EAD〕技術的類型分類及其特征在上述其次類機“制作嵌入型”中的厚膜工藝中，又有兩種方式。一種是，為了形成電阻膜元件及介電體〔電容用〕膜元件，利用相應的低溫熱固化樹脂漿料〔聚合物型〕固化成型的方式；另一種是，利用陶瓷等無機印制板制作中已成功承受的高溫燒成漿料〔燒成型，在Cu箔上燒成元件后，再利用印制線路板制作工藝而在有機印制板中嵌入的方式。而在上〔還包括陽極氧化法及氣溶膠沉積法等C元件的方式和便于利用印制線路板制作工藝，預先在銅箔上貼附薄膜Ni電膜及薄膜介電體膜，再進展嵌入的方式。“拿來嵌入型”和“制作嵌入型”“拿來”直接承受，因此作為被動元件的電氣特性和牢靠性均有保證。也就是說，假設是片式電阻，不僅其電阻值精度，而且額定功率、電阻溫度系數等電氣特性均有保證；假設是片式電感，GKD〔knowngooddi，確保質量芯片，由于是作為KGknowngoodcomponen，確保質量組件〕而直用戶所要求且在使用條件下有保證的電氣特性。后者“制作嵌入型”要形成高精度的無源元件，修邊〔trimming〕技術的開發必不行缺。有源元器件嵌入〔EAD〕技術的分類及其特征圖5〔b〕表示有源元器件嵌入〔EAP〕技術的分類及其特征。作為有源器件的裸芯片度有可能超越EPA技術。這是由于，EPA技術最早不是在有機印制板，而是在無機基板——基板〔lowtemperatureco-firedceramics，LTCC〕技術同時開發，作為模板而到達有用化的。但是，由于承受玻璃和陶瓷混合物制作LTCC800~1000℃，在無機基板這樣高EADEAD技術只能與有機基板的印制線路板技術或積層印制板技術相融合。因此，為滿足今后板內，嵌入高集成度、多引腳、高速器件芯片的EAD技術開發是必不行缺的。關于EAD的技術分類，也類似于EPD，分為“拿來嵌入型”和“制作嵌入型”兩大類。前者“拿來嵌入型”是將有源器件以裸芯片的狀態直接安裝在印制板內層，完成EAD模塊；后者“制作嵌入型”DCACWL-CSP〔Waferlevelchipscalepackage，晶圓級芯片尺寸封裝〕安裝在印制板的內層，完成EAD模塊。對“拿來嵌入型”和“制作嵌入型”進展比較，可以看出，前者藉由硅片剪薄，芯片簡潔做EADKGD〔knowngooddie，質量確保芯片制作嵌入型”是將超小型封裝嵌入，因此相當有利。假設價格比現在廉價多的KGD裸芯片得以流通，則薄型化和低價格方面的優勢將是“拿來嵌入型”望塵莫及。6〔定義為作為有源器件的硅面積之和與實裝印制板面積之比100%以上，由此可實現超高密度嵌入的三維封裝。6簡單多樣化的封裝技術形態和封裝效率19911996料凸塊實現層間連接的積層板技術B2iTMBuriedBumpinterconnectiontechnolog，經打日本印刷公司〔DNP〕開發并到達有用化，在上述積層板內層混載嵌入〔埋置〕無源片式元有源器件的EPD/EAD技術e-2iTMembedded2iT。作為有源器件的裸芯片的嵌入〔埋置〕方式，首先介紹在印制板上形成凸點，再進展壓合連接的倒裝片〔flipchip〕安裝技術“BossB2itTM：BumpforflipchipattachformedonthesubstratewithsquareB2itTM”，再介〔flipchip〕〔埋置〔EPEA-2iTMembedded-B2itTM”。利用BossB2itTM倒裝片安裝方式的有源器件嵌入〔埋置〕技術由東芝公司開發的B2itTM積層板是利用導電漿料形成的錐形凸塊實現層間連接的的〔flipchi〔埋置有源器件的EADe-2iTM。圖7表示上述B2iTM1利用傳統的通孔電鍍PTHplatedthroughhol〕2在另外的Cu箔之上印刷Ag3再在其上積層半固化片prepre，使錐形凸塊4在芯板的上、下方，分別將帶錐形凸塊的銅箔與之層壓，得到表、反面都帶有電路圖形的四層組合式B2iTM56在該芯板的導體焊盤上印刷Ag漿料，枯燥后形成BossB2iTM安裝用的凸點；7藉由下填充〔under-fillin〕ACP〔anisotropicconductivepast，各向異性導電漿料，使作為有源器件的裸芯片上的Al電極〔焊墊〕7D8~11表示雙面BossB2iTM布線板的制作過程，在做好的雙面BossB2iTMA1上，利用芯板印刷法〔并不是在Cu經枯燥后形成〔12中用黑色圖文表示，13由1214B15B的BossB2iTMB上、下對稱構造，印刷比芯片厚度更高，體積更大