2013年7月4日 星期四

PCB 印刷電路板設計與製造交流及分享-未來趨勢篇

19、未來趨勢(Trend)
19.1 前言. 印刷電路板的設計,製造技術以及基材上的變革,弓受到電子產品設計面的變化影響外,近年來, 更大的一個推動力就是半導體以及封裝技術發展快速,以下就這兩個產業發展影響 PCB 產業趨勢 做一關連性的探討。
19.2 電子產品的發展朝向輕薄短小,高功能化、高密度化、高可靠性、低成本化的潮流、最典型的 發展就是個人電腦的演變,通訊技術的革新,為了配合電子產品的革新,電子 元件也有了極大的變革,高腳數、小型化 SMD 化及複雜化是面對的演進壓力。
19.3 對半導體而言,尺寸的細密化與功能的多元化促使半導體需求的接點隨之升高。而近來資訊的 多媒體化,尤其是高品質影像的傳輸需求日益增加,如何在有限的空間下放入更多的功能元件,成 為半導體構裝的最迫切需求。以往由於電子產品單價高,需求相對也不是非常快,使用壽命,則要 求較長,應用領域也較受限制。相對於今天電子產品個人化、機動化、全民化、消耗品、高速化, 以往訂定的標準己不符實際需要。尤其以往簡單半導體產品多用導線架封裝,較複雜的產品則採用 陶磁或金屬真空包裝,在整體成本及電性上尚能滿足早期需求。今為了低單價,高傳輸速率、高腳 數化需求,整體封裝產業型態隨之改觀。I.C PACKAGING 的演變。
19.4 對印刷電路板的影響 早期電路板只被定位母板及介面卡的載板的格局勢必為因應電子產品的轉變,而需作調整,並賦予一個全新的觀念"電路板是輔助電子產品發揮功能的重要元件;電路板是一種構裝,是一種促 使各構裝元件有效連結的構裝"。
電路板的型態極多,舉凡能建承載電子元件的配置電路都可稱為電路板。一般的定義,是以 Rigid PCB 及 Flexible-PCB 兩種為主。由於電子零件的多元化、元件的連結方式分野愈加模糊。隨 之而來的是電路板的角色變得分界不清,例如內引腳之 BONDING 三種方法,就是一種電 路板與半導體直接連接的方式。再如 MCM (Multichip Module),是多晶片裝在一小片電路板或封裝 基板上的一種組合結構。界限的模糊化促使電路板家族多了許多不同的產品可能性,因除發揮電路 板的功能外,同時也達到如下的構裝基本目的。
1.傳導電能(Power distribution)
2.傳導訊號(Signal connection)
3.散熱(Heat dissipation)
4.元件保護(Protection)
電路板在高密度化後,由於信號加速電力密集也將與構裝一併考量,因此整體電路板 與構裝的相關性愈來愈高。
19.5 印刷電路板技術發展趨勢 從兩方面探討現在及未來 PCB 制程技術的發方向
19.5.1 朝高密度,細線,薄形化發展
高密度是國內正在努力的目標,  甚至超越了 IPC 尖端板的定義  Build-UP 是解決此類艱難板 子一個很好的方式。
19.4.2 封裝載板的應用
傳統 QFP 封裝方式,在超過 208 腳以上,其不良率就會升高很多,因此 Motorola 發展出"球腳 陣列-Ball Grid Array"的封裝方式之後,到今天可說 BGA 已站穩其領導地位,雖然陸續有不同的設 計與應用,但仍不脫離其架構。
把 IC 封裝 ILB、OLB 的方式與 Substrate 的性能要求做一對照。國內 PCB
大廠陸續和國外簽約授權及技術移轉製造 BGA,如 Prolinx 的 V-BGA,Tessera 的 μBGA 等。
A.  BGA 基板半導體因接點增多而細密化,封裝的形態也由線發展為面的設計,因此而 有所謂從週 邊(Peripheral) to 陣列( Array)  的趨勢.業界對封裝的利用有大略  的分析,一般認為每一平方英 寸若接點在 208 點以下可使用導線架,若超  出則可能必須使用其他方式,例如:TAB 或  BGA、 PGA、LGA 等,此類封  裝都屬陣列式封裝 BGA(Ball Grid Array)是六、七年前由 Motorola 公 司所發  展出來的封裝結構, 其制程代表性作法 不論此板的結構為幾層板,若其最 後封裝形態是此種結構,我們稱它為  BGA 當然,如果一片基板上有多於一顆晶片的封裝,則 它就是 MCM 型的  BGA 目前 BGA 主要的用途是個人電腦的晶片組、繪圖及多媒體晶片、CPU 等.
B.  CSP(Chip Scale Package)基板:
對於隨身形及輕薄形的電子配件,更細緻化的封裝及更薄的包裝形式有其 必要性。封 裝除走向陣列化外,也走向接點距離細密化的路,CSP 的中文  名稱目前多數的人將它翻譯為 "晶片級封裝"。它的定義是  [  最後封裝面積  < 晶片面積*1.2 ]  就是 CSP,一般來說 CSP 的外 觀大多是 BGA 的型式。由  此可以看出,CSP 只是一種封裝的定義,並不是一種特定的產品  目 前主要的應用是以低腳數的產品為主,例如記憶體等晶片許多都是以 此包裝,對高腳數而言 則有一定的困難度,目前應用並不普遍  典形的 CSP 斷面圖
C.  加成式電路板(Build up process):
Build up 電路板只是一種板子的形式與作法,隨著電路板的"輕、薄、短、 小、快、多 功、整合"需求,高密度是電路板發展的必然需求,尤其在特定的產品上,加成式的作法有其 一定的利用價值,為促使高密度化實現,加成式電路板導入了雷射技術、光阻技術、特殊電鍍 技術、填孔技術等,以架構出高密度的電路板形態
D.  覆晶基板(Flip Chip Substrate):
封裝在連結的形式上分為"內引腳接晶片(ILB-Inner Lead Bond)與外引腳接電路板
(OLB-Outer Lead Bond)"  ,OLB 如 BGA 的球、PGA 的 Pin、Lead-fram 形封裝的 Lead 等、形 式十分多樣化。ILB 則主要只有三類,分別是打金線類(Wire Bonding Type)、自動組裝膠捲類 (Tape Automation Bonding)、覆晶類(Flip Chip Bonding)。 覆晶類基板因 接點密度高,因此基板繞線空間極有限,未來在應用上難以避免要用到高密度技術,因此成為 另一支待發展的產品。
針對先進技術與 IC PACKAGE 應用,因多屬各公司機密。 二十  盲/埋孔談到盲/埋孔,首先從傳統多層板說起。標準的多層板的結構,是含內層線路及外層線路, 再利用鑽孔,以及孔內金屬化的制程,來達到各層線路之內部連結功能。但是因為線路密度的 增加,零件的封裝方式不斷的更新。為了讓有限的 PCB 面積,能放置更多更高性能的零件, 除線路寬度愈細外,孔徑亦從 DIP 插孔孔徑 1 mm 縮小為 SMD 的 0.6 mm,更進一步縮小為
0.4mm 以下。  但是仍會佔用表面積,因而又有埋孔及盲孔的出現,其定義如下:
A.  埋孔(Buried Via)
見圖示 20.1,內層間的通孔,壓合後,無法看到所以不必佔用外層之面積
B. 盲孔(Blind Via) 應用於表面層和一個或多個內層的連通
20.1 埋孔設計與製作
埋孔的製作流程較傳統多層板複雜,成本亦較高.
20.2 盲孔設計與製作 密度極高,雙面SMD設計的板子,會有外層上下,I/O導孔間的彼此干擾,尤其是有VIP(Via-in-pad)設計時更是一個麻煩。盲孔可以解決這個問題。另外無線電通訊的盛行, 線路之設計必達到 RF(Radio frequency)的範圍, 超過 1GHz 以上.  盲孔設計可以達到此需求。
盲孔板的製作流程有三個不同的方法,如下所述 A.機械式定深鑽孔
傳統多層板之制程,至壓合後,利用鑽孔機設定Z軸深度的鑽孔,但此法有幾個問題
a.每次僅能一片鑽產出非常低
b.鑽孔機臺面水平度要求嚴格,每個 spindle 的鑽深設定要一致否則很難控制每個
 孔的深度
c.孔內電鍍困難,尤其深度若大於孔徑,那幾乎不可能做好孔內電鍍。 上述幾個制程的限制,己使此法漸不被使用。
B.逐次壓合法(Sequential lamination)
以八層板為例,逐次壓合法可同時製作盲埋孔。首先將四片內層板以一 般雙面皮的方式線路及 PTH 做出(也可有其他組合;六層板+雙面板、上下兩雙面板+內四層 板)再將四片一併壓合成四層板後,再進行全通孔的製作。此法流程長,成本更比其他做法要 高,因此並不普遍。
C.增層法(Build up Process)之非機鑽方式 目前此法最受全球業界之青睞,而且國內亦不遑多讓,多家大廠都有製造經驗。 此法延用上述之 Sequential lamination 的觀念,一層一層往板外增加,並以非機鑽式
之盲孔做為增層間的互連。其法主要有三種,簡述如下:
a.Photo Defind 感光成孔式  利用感光阻劑,同時也是永久介質層,然後針對特定的 位置,以底片做 曝光,顯影的動作,使露出底部銅墊,而成碗狀盲孔,再以化學銅及鍍 銅全 面加成。經蝕刻後,即得外層線路與 Blind Via,或不用鍍銅方式, 改以銅膏或銀膏填入而完 成導電。依同樣的原理,可一層一層的加上去。
b.Laser Ablation 雷射燒孔  雷射燒孔又可分為三;一為CO2 雷射。一為 Excimer
雷射,另一則為  Nd:YAG 雷射.此三種雷射燒孔方法的一些比較項目
c.幹式電漿蝕孔(Plasma Etching) 這是 Dyconex 公司的專利,商業名稱為
DYCOSTRATE 法
上述三種較常使用增層法中之非機鑽孔式,三種盲孔 制程應可一目了然。濕式化學蝕孔(Chemical Etching)則不在此做介紹。
解說了盲/埋孔的定義與制程,傳統多層板應用埋/盲孔設 計後,明顯減少面積的情形。       埋/盲孔的應用勢必愈來愈普遍, 而其投資金額非常龐大 , 一定規模的中大廠要以大量產, 高良率為目標, 較小規模的廠則應量力而為, 尋求利基(Niche) 市場.以圖永續經營.

資料來源:參考網路                                                      page 18

沒有留言:

張貼留言