PCB部落格 - 集成無源元件對PCB板科技發展的影響

集成無源元件科技由 印刷電路板板 科技可以集成各種電子功能, 並且具有小型化和改善系統性能的優點，可以取代體積龐大的分立無源元件. 本文主要介紹了集成無源元件科技的發展, 並利用IPD薄膜科技實現電容器的加工, 電阻器和電感器, 並討論了知識產權對企業發展的影響 PCB板 科技.

1 Introduction
With the development of electronic 科技, 在電晶體從微米工藝製備到納米工藝後，有源電子元件的集成度大大提高, 對無源元件和有源元件的需求顯著增加. 電子產品市場發展趨勢淡薄, 又瘦又短. 因此, 電晶體工藝能力的提高大大新增了相同體積中有源元件的數量. 除了支持無源元件數量的大幅增加之外, 放置這些無源元件需要更多的空間. 因此, 整體封裝設備的大小將不可避免地新增, 這與市場的發展趨勢大相徑庭. 從成本角度來看, 總成本與無源元件的數量成正比. 因此, 在使用大量無源元件的前提下, 如何降低無源元件的成本和空間, 甚至提高無源元件的效能, 是當前的一個重要問題. 主題之一. IPD (Integrated Passive Devices) 科技 can integrate a variety of electronic functions, 例如感測器, 射頻收發器, 微機電系統, 功率放大器, 電源管理單元和數位處理器, 等., 為了提供緊湊的集成無源器件，IPD產品具有小型化和提高系統性能的優點. 因此, 是否减少了整個產品的尺寸和重量, 或在現有產品卷中添加功能, 集成無源元件科技可以發揮很大作用. 在過去幾年裏, IPD technology has become an important implementation of system-in-package (SiP), IPD科技將為“超越摩爾定律”的集成多功能化鋪平道路； 同時, 處理 PCB板s可以引入IPD科技, 通過IPD科技的綜合優勢, 可以彌合包裝科技和 PCB板 technology. IPD集成無源元件科技已從最初的商業科技發展到現在，以取代離散無源元件, 並在ESD等行業的推動下穩步增長/電磁干擾.射頻, 高亮度LED, 和數位混合電路.

2. Introduction of thin film IPD technology
IPD technology can be divided into thick film process and thin film process according to the process technology. 其中, the thick film process technology includes low temperature co-fired ceramic LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) technology using ceramic as substrate and PCB based on HDI high density interconnection 印刷電路板 embedded passive components (Embedded Passives) technology; and thin film IPD technology, 使用常用的電晶體科技製造電路和電容器, 電阻器和電感器. LTCC科技使用陶瓷材料作為基板, 將無源元件（如電容器和電阻器）嵌入陶瓷基板中, 並通過燒結形成完整的陶瓷組件, 這可以大大减少組件的空間. 然而, 隨著層數的新增, 製造的難度和成本新增. 因此, LTCC元件主要用於具有特定功能的電路； 這個 PCB板 數位系統中通常使用HDI嵌入式組件科技, 其中只適用於分佈式焊接電容器和中低精度. 電阻器, 隨著組件尺寸的縮小, SMT設備不容易處理過小的部件. 雖然嵌入式印刷電路板科技已經成熟, 產品特性差, 不能準確把握公差, 因為組件埋在多層板中, 出現問題後很難更換或維修和調整. 與LTCC科技和PCB板嵌入式組件科技的比較, 集成電路的薄膜IPD科技, 具有高精度和高重複性. 體積小的優點, 高可靠性和低成本必將成為未來IPD的主流. 本文將主要介紹薄膜IPD科技.

3. Development status of thin film integrated passive component technology
Thin-film IPD technology uses thin-film processes such as exposure-development-coating-diffusion-等hing. 該工藝可以生產各種電阻器, 電容器, 和電感元件, 以及連接無源元件的低電感接地板和傳輸線. 該薄膜結構適合在相同的載體-襯底資料上製造, 該過程不僅必須滿足所需的組件效能和精度名額, 但也不複雜, and the number of masks (usually 6 to 10) is required. 為了能够在面積和成本方面與表面貼裝科技的分立元件競爭，每個無源元件通常佔用不到1 mm2的面積. 根據現有IPD結構, the development manufacturers are introduced as follows:
(1) Telephus
The IPD developed by Telephus uses a thick copper process, 這可以提高只有無源元件的線路的效能. 降低成本和尺寸, 例如篩檢程式和分配器, thick copper metal layers (10 mm) and silicon insulating surfaces enable wireless Communication systems and integrated RF modules have high performance, 低k資料適用於降低金屬層之間的寄生電容.
(2) IMEC
IMEC's thin film technology also uses electroplated copper as the connection line, BCB作為介電層, 和Ni/金層作為最終連接表面的金屬, 最多使用4層金屬.
(3) Dai Nippon
The IPD resistors developed by Dai Nippon are mainly Ti/Cr公司, 電容器通過陽極氧化形成Ta2O5. 電感採用微帶線和螺旋電感設計.
(4) SyChip
The IPD developed by SyChip uses TaSi as the resistance 材料, 電容器的介電材料為Si3N4, 上電極為鋁, 下電極為TaSi, 電感器和電路資料均由鋁製成. 一些公司正在使用MEMS工藝開發IPD.

4. Structure and process of thin film integrated passive component technology
The difference between the thin film process and the thick film process lies in the thickness of the resulting film. 通常地, 所謂厚膜的厚度大於5mm～10mm, 而薄膜工藝的厚度約為0.01m米~ 1m米. 如果使用薄膜工藝形成電阻器, 電容器和電感器同時使用, 製造它們需要不同的工藝和資料. 薄膜科技在半導體積體電路製造過程中的應用, 科技發展比較成熟. 因此, 綜合流程時, 只需注意不同組件之間資料的相容性, 然後進行工藝設計. 一般來說, 由於產品應用的不同，可以在不同的襯底上製作薄膜IPD集成無源元件. 襯底可以從矽片中選擇, 氧化鋁陶瓷基板, 和玻璃基板. 薄膜IPD集成無源元件科技可以集成薄膜電阻器,電容和電感合一, its工藝科技發展, 其中：光刻加工技術, 薄膜沉積處理科技, 蝕刻加工技術, 電鍍加工技術, 化學鍍加工技術. 除了無源元件的集成, 有源元件的工藝也可以在矽片上組合，將無源元件與有源元件電路集成，以實現多功能要求.
(1) Thin film resistor processing
Thin film resistors are usually fabricated by 濺射 process, 電阻資料電鍍在絕緣基板上, 然後使用光刻膠和蝕刻科技處理電阻圖案，以獲得設計電阻值. 在資料的應用中, 有必要考慮電阻資料的TCR, 那就是, 不同溫度下的電阻變化率. 薄膜電阻器的形成方法包括真空蒸發, sputtering, 熱分解和電鍍, 常用的電阻資料包括3種單組分金屬, 合金和金屬陶瓷.
(2) Film capacitor processing
Because MIS (金屬-Insulator-Semiconductor metal-insulator-semiconductor structure) film capacitors use semiconductors as the bottom electrode, 電容器本身具有寄生電阻, 這會降低元件的諧振頻率，並且不能應用於200 MHz以上的頻率, so high-frequency Applications must choose MIM (Metal-Insulator-Metal metal-insulator-semiconductor structure) film capacitors. MIM電容器可以降低寄生電阻值, 從而提高組件的諧振頻率, 諧振頻率取決於介質資料的固有頻率. 類似薄膜電阻器, 薄膜電容器需要考慮電容變化率, 介電常數也是如此. 此外, it is necessary to pay attention to the surface roughness Ra<0.基板3mm. 如果粗糙度Ra值超過規定範圍, 電介質層容易被底部電極的坡鎖穿透, 導致短路.
(3) Thin-film inductor processing
The thin-film inductor process is similar to the resistor process, but the main design consideration is how to reduce its parasitic capacitance and improve the quality factor (Q) of the component. 由於電感特性的比率, 考慮到需要降低其直流阻抗以提高Q值, 電感器導線的薄膜厚度必須在5mm和10mm之間, 囙此電感導線通常是在電鍍過程中形成的，以滿足要求. 襯底的表面粗糙度會影響薄膜電感器的特性, 尤其是在高頻下, 過高的表面粗糙度很容易導致雜訊新增和高頻特性降低, 所以選擇, 基板的製造和加工將影響整個薄膜元件的效率.

5. IPD科技對互聯網發展的影響 PCB板 technology
With the advancement of technology, PCB 印刷電路板 正朝著更高精度和更高密度的方向發展, 並逐漸與集成電路封裝領域高度融合. 無源元件的集成符合當今電子系統的發展趨勢. IPD technology has become a An important implementation of System-in-Package (SiP). IPD集成無源元件科技具有高佈線密度, 小尺寸, 重量輕； 高度集成, 可以嵌入無源器件和有源晶片，如電阻器, 電感器, 電容器； 良好的高頻特性, 可用於微波、毫米波等領域. 將薄膜IPD集成無源元件科技應用於 PCB板 處理以節省包裝面積, 提高訊號傳輸效能並降低成本. 為了提高可靠性和其他目的, 通過IPD科技的集成優勢, 彌合包裝科技與 PCB板 technology, 它可以有效地减少電子整機和系統的體積和重量, 具有廣闊的市場前景. 用於IPD集成無源元件, PCB板 可以使用處理. Metal, 金剛石, 陶瓷或鋁, 具有高熱傳導率的碳化矽複合材料可以用作製造高密度和高功率多層電路基板的基板. 同時, 應加强IPD無源集成電路板. 電路板基板的工藝改進. 資料效能的改善和成本的降低, 以及在微波通信領域的加速應用, 高密度集成和高功率.

6. Conclusion
Thin-film IPD integrated passive component technology can integrate a variety of electronic functions, 具有小型化和提高系統性能的優點, 並且可以取代笨重的分立無源元件. 同時, 處理 PCB板s可以引入IPD科技. 通過IPD科技的綜合優勢, 包裝科技與 PCB板 科技可以跨越. 薄膜IPD集成無源器件科技的快速發展，使無源集成科技進入實用化和產業化階段. 新一代無源元件和相關集成科技將廣泛應用於航空航太領域, 醫學的, 工業控制和通信, etc. 各個領域的電子工業, 因此, IPD科技的發展對電力系統的發展具有重要意義 PCB板 企業自身與國內產業競爭力的提升.