Thông tin PCB - Ảnh hưởng của các thiết bị thụ động tích hợp đến sự phát triển của công nghệ bảng mạch PCB

Công nghệ thành phần thụ động tích hợp được phát triển bởi công nghệ bảng mạch PCB có thể tích hợp nhiều chức năng điện tử, có ưu điểm thu nhỏ và cải thiện hiệu suất hệ thống, có thể thay thế các thành phần thụ động rời rạc với khối lượng lớn. Bài viết này chủ yếu đề cập đến sự phát triển của công nghệ thành phần thụ động tích hợp, cũng như việc sử dụng công nghệ màng IPD để đạt được việc xử lý tụ điện, điện trở và cuộn cảm, và thảo luận về tác động của IPD đối với sự phát triển của công nghệ bảng mạch PCB. Với sự phát triển của công nghệ điện tử, sau sự phát triển của chất bán dẫn từ quy trình micron đến quy trình nano, sự tích hợp của các thành phần điện tử hoạt động đã được cải thiện đáng kể và nhu cầu về các thành phần hoạt động và thụ động đã tăng lên đáng kể. Xu hướng phát triển thị trường điện tử là nhẹ, mỏng, ngắn. Do đó, sự gia tăng khả năng xử lý chất bán dẫn đã làm tăng đáng kể số lượng các yếu tố hoạt động trong cùng một khối lượng. Ngoài sự gia tăng đáng kể về số lượng các yếu tố thụ động được hỗ trợ, cần nhiều không gian hơn để đặt các yếu tố thụ động này. Do đó, kích thước của thiết bị đóng gói tổng thể chắc chắn sẽ tăng lên, rất khác với xu hướng phát triển của thị trường. Từ quan điểm chi phí, tổng chi phí tỷ lệ thuận với số lượng các yếu tố thụ động. Do đó, làm thế nào để giảm chi phí và không gian của các thành phần thụ động, và thậm chí cải thiện hiệu suất của chúng, là một câu hỏi quan trọng hiện nay, trên tiền đề của việc sử dụng nhiều thành phần thụ động. Một trong những chủ đề Công nghệ IPD (Integrated Passive Devices, Integrated Passive Devices) có thể tích hợp các chức năng điện tử khác nhau như cảm biến, bộ thu phát RF, MEMS, bộ khuếch đại công suất, bộ quản lý năng lượng và bộ xử lý kỹ thuật số, v.v. để cung cấp các thiết bị thụ động tích hợp nhỏ gọn. Các sản phẩm IPD có lợi thế thu nhỏ và cải thiện hiệu suất hệ thống. Do đó, cho dù đó là giảm kích thước và trọng lượng của toàn bộ sản phẩm hoặc thêm chức năng vào khối lượng sản phẩm hiện có, tích hợp công nghệ thành phần thụ động có thể đóng một vai trò rất lớn. Trong vài năm qua, công nghệ IPD đã trở thành một triển khai quan trọng của các hệ thống trong gói (SiP), và IPD sẽ mở đường cho tính linh hoạt tích hợp "ngoài định luật Moore"; Đồng thời, việc xử lý bảng mạch PCB có thể giới thiệu công nghệ IPD, bằng cách tích hợp những lợi thế của công nghệ IPD, có thể thu hẹp khoảng cách ngày càng tăng giữa công nghệ đóng gói và công nghệ bảng mạch PCB. Công nghệ thành phần thụ động tích hợp IPD đã phát triển từ công nghệ thương mại hóa ban đầu đến nay, thay thế các thành phần thụ động tách biệt và phát triển đều đặn, được thúc đẩy bởi các ngành công nghiệp như ESD/EMI.RF, đèn LED độ sáng cao và mạch lai kỹ thuật số.

2. Giới thiệu công nghệ màng IPD Công nghệ IPD theo công nghệ quá trình có thể được chia thành quá trình màng dày và quá trình màng mỏng. Trong số này, công nghệ xử lý màng dày bao gồm công nghệ LTCC (Low Temperature Co-Fired Ceramics) bằng gốm làm nền và PCB dựa trên công nghệ HDI High Density Interconnection Printing Circuit Board Embedded Passives. Và công nghệ màng IPD, sử dụng công nghệ bán dẫn thường được sử dụng để sản xuất mạch và tụ điện, điện trở và cuộn cảm. Công nghệ LTCC sử dụng vật liệu gốm làm chất nền, nhúng các thành phần thụ động như tụ điện, điện trở và các thành phần khác trong chất nền gốm, có thể làm giảm đáng kể không gian của các thành phần bằng cách thiêu kết để tạo thành các thành phần gốm tích hợp. Tuy nhiên, khi số lượng lớp tăng lên, khó khăn và chi phí sản xuất tăng lên. Do đó, các thành phần LTCC chủ yếu được sử dụng trong các mạch có chức năng cụ thể; Công nghệ bảng mạch PCB cho các thành phần nhúng HDI thường được sử dụng trong các hệ thống kỹ thuật số, nơi nó chỉ phù hợp với tụ điện hàn phân tán và độ chính xác thấp đến trung bình. Điện trở, thiết bị SMT không dễ dàng xử lý các yếu tố quá nhỏ do kích thước giảm của các yếu tố. Công nghệ bảng mạch in nhúng, mặc dù trưởng thành, nhưng các đặc tính sản phẩm kém và không thể nắm bắt chính xác dung sai, vì các thành phần được chôn trong bảng nhiều lớp, rất khó để thay thế hoặc sửa chữa điều chỉnh sau khi có vấn đề. Công nghệ màng IPD của mạch tích hợp có độ chính xác cao và độ lặp lại cao so với công nghệ LTCC và công nghệ thành phần nhúng PCB. Những ưu điểm của kích thước nhỏ, độ tin cậy cao và chi phí thấp chắc chắn sẽ trở thành dòng chính của IPD trong tương lai. Bài viết này sẽ chủ yếu đề cập đến công nghệ màng IPD. Tình trạng phát triển của công nghệ thành phần thụ động tích hợp phim Công nghệ màng IPD sử dụng các quy trình phim như phơi sáng - phát triển - phủ - khắc khuếch tán. Quá trình này có thể sản xuất một loạt các điện trở, tụ điện và các thành phần cảm ứng, cũng như mặt phẳng cảm ứng thấp và đường truyền kết nối các thành phần thụ động. Cấu trúc màng phù hợp để sản xuất trên cùng một vật liệu lót tàu sân bay, quá trình không chỉ phải đáp ứng các chỉ số hiệu suất và độ chính xác của thành phần mong muốn, mà còn không phức tạp và số lượng mặt nạ cần thiết (thường là 6 đến 10). Mỗi phần tử thụ động thường chiếm diện tích nhỏ hơn 1mm2 để có thể cạnh tranh với các phần tử riêng biệt của công nghệ gắn trên bề mặt về diện tích và chi phí. Dựa trên cấu trúc IPD hiện có, nhà sản xuất phát triển giới thiệu như sau: (1) IPD do Telephus Telephus phát triển sử dụng quy trình đồng dày có thể cải thiện hiệu suất của các đường dây chỉ có các phần tử thụ động. Giảm chi phí và giảm kích thước, chẳng hạn như bộ lọc và bộ chia, lớp kim loại đồng dày (10mm) và bề mặt cách điện silicon, làm cho hệ thống truyền thông không dây và mô-đun RF tích hợp có hiệu suất cao và vật liệu k thấp phù hợp để giảm tụ điện ký sinh giữa các lớp kim loại. (2) Công nghệ màng của IMECIMEC cũng sử dụng đồng mạ điện làm dây nối, BCB làm lớp điện môi và lớp Ni/Au làm kim loại trên bề mặt kết nối cuối cùng, sử dụng tối đa 4 lớp kim loại. (3) Điện trở IPD do Công ty Dai Nippon phát triển chủ yếu là Ti/Cr, tụ điện được anodized để tạo thành Ta2O5. Cuộn cảm được thiết kế với dây microband và cuộn cảm xoắn ốc. (4) IPD được phát triển bởi SyChip SyChip sử dụng TaSi làm vật liệu điện trở, vật liệu điện môi của tụ điện là Si3N4, điện cực trên là Al, điện cực dưới là TaSi, cả cuộn cảm và vật liệu mạch đều được làm bằng nhôm. Một số công ty đang sử dụng quy trình MEMS để phát triển IPD. Sự khác biệt giữa cấu trúc và quy trình của công nghệ phần tử thụ động tích hợp màng mỏng và quy trình màng dày là độ dày của màng kết quả. Thông thường, cái gọi là màng dày có độ dày lớn hơn 5 Isla ¼m~10 Isla ¼m, trong khi quá trình màng mỏng có độ dày khoảng 0,01 Isla ¼m~1 Isla. Nếu điện trở, tụ điện và cuộn cảm được hình thành đồng thời bằng cách sử dụng quá trình màng mỏng, các quy trình và vật liệu khác nhau là cần thiết để sản xuất chúng. Công nghệ màng mỏng được áp dụng trong quá trình sản xuất mạch tích hợp bán dẫn, công nghệ phát triển khá trưởng thành. Do đó, thiết kế quy trình có thể đạt được chỉ bằng cách chú ý đến khả năng tương thích của vật liệu giữa các thành phần khác nhau khi tích hợp quy trình. Thông thường, các thành phần thụ động tích hợp IPD màng mỏng có thể được sản xuất trên các chất nền khác nhau do các ứng dụng sản phẩm khác nhau. Lớp lót có thể được lựa chọn từ tấm silicon, lớp lót gốm oxit nhôm và lớp lót thủy tinh. Màng mỏng IPD tích hợp công nghệ thành phần thụ động có thể tích hợp điện trở màng mỏng, tụ điện và cuộn cảm với nhau, quá trình phát triển công nghệ của nó bao gồm: công nghệ quá trình quang khắc, công nghệ quá trình lắng đọng màng mỏng, công nghệ quá trình khắc, công nghệ quá trình mạ điện, công nghệ quá trình mạ hóa chất. Ngoài việc tích hợp các thành phần thụ động, quá trình của các thành phần hoạt động cũng có thể được kết hợp trên một tấm silicon để tích hợp các thành phần thụ động với mạch thành phần hoạt động để đạt được các yêu cầu đa chức năng. (1) Điện trở màng gia công Điện trở màng thường được sản xuất bằng quy trình phún xạ, vật liệu điện trở được mạ trên lớp lót cách điện, sau đó mô hình điện trở được xử lý bằng keo quang và kỹ thuật khắc để có được giá trị điện trở của thiết kế. Trong ứng dụng vật liệu, cần xem xét TC