模块封装将通过半导体工艺技术而改变
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摘 要：近些年来，电气行业的高速发展，使越来越多的电气设备不断涌现，并给人们的生活带来了巨大便利。与此同时，电气设备对模块基板的要求也不断提高，由于模块基板一直发挥着PCB主板的作用，这也使模块封装技术会给产品性能造成很大影响，如何提高模块封装技术水平，也已成为诸多半导体厂商和元器件生产厂在研发核心元器件过程中迫切需要解决的问题，半导体工艺技术的出现，势必会为模块封装技术带来全新的改变，其能够有效提高模块基板性能，以此满足电气设备的功能要求。鉴于此，本文便对模块封装中的半导体工艺技术进行深入的研究。
关键词：模块封装 半导体 工艺技术
中图分类号：TN305 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0097-02
一直以来，人们都是将元器件在PCB板上进行直接组装，科技的不断发展，使这些元器件能够集成在一个很小的封装模块中，这也使功能模块变得多种多样，从而有效满足了电子设备的功能要求。通过模块基板，可使PCB板部件与半导体器件进行有效连接，目前，市面中的模块基板主要有Sip模块、BGA模块、MCM模块以及TAB模块等，随着模块基板市场的不断发展，元器件生产场和半导体厂商也將研发出更多先进的技术方案。
1 模块封装的重要性
近年来，我国在模块化技术上发展迅速，这使模块逐渐代替了以往的PCB主板，而这也使模块封装技术会给产品性能带来很大影响。例如，NEC电子公司便将通用微控制器与门列阵集成在PFESIP模块中，通过PFESIP模块，能够充分利用微控制器来削弱噪声影响，在微控制器与门阵列中，通过直接键合将两者进行连接，并在设计过程中对输入/输出缓冲器的驱动力进行了降低，这样，相比于以往要分别装入微控制器与门列阵，然后在PCB中进行组装，这种封装方法有着更短的布线长度，从而使数据能够以几十兆赫兹的速率进行传输，并且因噪声源至缓冲器的输出电流降低，使其在对数据进行高速率传输时，也不会受到噪声影响。模块基板的作用主要有两个，第一个作用是对各种元器件进行集成，以此满足设备的功能要求，另一个作用则是充分转接板来进行使用。现阶段，我国在芯片制造工艺水平上不断提高，这也使芯片的面积将变得越来越小，其芯片制造成本也将逐步降低。不过，在芯片工艺发展过程中，转接板仍旧是造成其成本下降缓慢的重要原因。例如，电子技术的发展，使存储器具有了更大的容量，并且其逻辑处理能力也显著增强，这也使逻辑电路与存储器间需要更大的总线宽度，进而造成转接板具备更大的布线密度。通常来说，转接板的布线宽度及间隔需要控制在20μm以内，而且对布线层数也有较高的要求，通常需要对布线进行6～8层的布置，这样才能使转接板具备更高的性能。但是，由于转接板的材料主要是以树脂基板为主，这也使树脂基板很难被制作成20μm布线宽度/布线间隔的成品，从而造成转接板的成本仍旧非常高昂。为了解决该问题，越来越多的企业都纷纷提出相应的技术高案，以此实现对模块基板的高密度封装，如利用硅转接板，将电路连接线在硅芯片上进行制作，或是通过可埋置元器件机板，使其能够在树脂基板中对电路和无源元器件进行集成等。由此可见，我国在模块封装技术的工艺要求正变得越来越严格。
2 模块封装中存在的技术问题
为了使电气设备的功能要求得到有效满足，需要将无源元器件集成到硅转接板之中，该技术又被称之为IPD技术，IPD技术能够在封装基带电路与RF电路的同时，还能实现对无源元器件的封装与集成，并可使模块变得更薄。在应用了IPD技术后，模块芯片的厚度最小可达到0.3mm，当采用WLCSP来封装组合硅芯片时，便可不用进行整体封装。当需要将两块芯片的布线层进行贴合时，所制作的CoC模块最小高度可达到0.7mm左右。除此之外，在2007年的日本东京展会中，东芝公司还展示了一种全新的产品，即硅转接板，这种硅转接板的布线宽度及间隔可达到1μm。不过，采用硅转接板尚有以下技术问题需要进行逐一解决：其一是硅转接板所集成的元器件存在数量限制，这使其能够埋置的静态电容以及电感会非常小，而且无法对电感器进行集成;其二是需要对硅转接板进行大批量生产，这样才能降低其制作成本，但只有当IPD的生产量超过100万个以上时，其制作成本才可与其他模块封装技术的成本相同，这也导致其只能适用于有薄度要求但不需要考虑制作成本的模块制作;其三是由于树脂转接板需要与硅转接板进行共同使用，这使得硅转接板与主板相连接的一侧不能预留引脚，而一旦在转接板中装上硅转接板，便需要通过引脚键合来连接，为此，只有确保布线能够集中在硅转接板内部进行，以便于对转接板层数进行削减，才能使制作成本得到有效控制。
3 半导体工艺技术在模块封装中的应用
面对转接板布线困难的问题，要想解决上述三个技术难题，可以通过半导体工艺的应用来实现，通过在工序的最后环节来对芯片布线进行重新制作，以此代替原有的树脂转接板，可使转接板布线难度大幅降低。这种工艺方法是由飞思卡尔半导体公司所提出的，其在应用该工艺时，需要按照20cm的直径来对芯片进行硅晶圆排列，然后通过树脂进行固定，最后通过半导体工艺来重新布置芯片的布线，从而实现对独立芯片的制作，这种芯片便是RCP芯片。PCB主板与半导体器件进行连接时，可通过该布线层来进行承担，在布线宽度以及布线间隔方面，目前公司已经研制出两种规格，分别是30μm/30μm与25μm/25μm。由于RCP芯片的制作工艺并不是采用微细化工艺来制作的，因此在加工难度上比较简单，有着较高的成品率。在对RCP进行制作时，需要利用树脂来对排列完毕的无源元器件及若干芯片进行固定，然后再对相应的Sip模块进行制成，由于在制作中采用了树脂进行固定，这使得技术人员能够将线路布置在背面，进而使元器件高度差异得到了有效弥补。还可以将贯通电极设置在树脂密封部分之中，然后对其封装的正面与背面进行布线，这样也可能将其它半导体器件层叠于专卖店装之上，并通过下部引脚来连接PCB主板。除此之外，其它半导体器件乃至无源元器件也可封装于RCP芯片之上，从而使其能够当作模块基板来进行使用。不过，由于RCP芯片封装的半导体工艺尚未得到全面普及，这也使其需要结合多家公司来进行联合的技术研发，这样才能使该工艺技术得到应用。近年来，LTCC基板、可埋置元件基板等厚度也逐渐达到上限，这也使许多厂商开始对现有的技术方案进行改进，对于可埋置元器件来说，基板厚度一直都是其主要问题，这是因为树脂绝缘层需要同时埋置芯片与无源元器件，为了解决该问题，TDK公司采用厚度为300μm的基板，然后进行四层布线，并对埋置在基板中的芯片进行研磨，可使厚度降低至50μm。而对于LTCC基板，则通过树脂来对基板强度进行增强，通过LR衬底的方法，可在降低LTCC基板厚度的同时，使基板面积增加15mm2。
4 结语
总而言之，随着电子技术的发展，将有越来越多的工艺技术被应用于模块封装中，进而有效解决转接板布线困难问题，使模块封装后具有更薄的厚度，从而使模块基板能够有效满足各类电气设备的功能要求。
参考文献
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