基板互連技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2011/8/25 14:03:49 訪問次數(shù):2425
(一)基板互連的高密度與精細(xì)化—HDI QG82945PL
隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,電子產(chǎn)品趨于微小型化、多功能和復(fù)雜化,對(duì)基板互連不斷提出新的挑戰(zhàn):
①集成電路越來越復(fù)雜,外引線數(shù)越來越多,引線距離越來越;
②信號(hào)傳送的速度要求越來越高,為了減小傳輸損耗,接點(diǎn)間互連線的長(zhǎng)度要求盡可能縮短;
③縮短互連線以降低電磁干擾( EMI)的要求越來越高;
④BGA、CSP、QFN等越來越微小型化器件的出現(xiàn)。
滿足上述越來越高要求的有效方法就足基板的多層化和高密度化。如今,多層高密度基板已經(jīng)成為傳統(tǒng)印制電路發(fā)展的方向。
多層高密度基板在發(fā)展中曾經(jīng)有過多種名稱:序列式增層法(sequence build upprocess,SBU);微孔制程(micro via process,MVP),多層板(multilayer board,MLB),增層式多層板(build up multilayer board,BUM)等。IPC(電子工業(yè)連接協(xié)會(huì))提出將這類產(chǎn)品稱為HDI(high density intrerconnection technology)。HDI直接翻譯就是高密度連接技術(shù),一般業(yè)界稱為HDI板或高密度電路板。
目前,HDI沒有確切的定義。綜合有關(guān)資料,可以歸納出高密度互連多層板具有以下基本特征:
①微導(dǎo)通孔(包括盲孔、埋孔)的孔徑≤150μm;
②有微孔,且接點(diǎn)(connection)密度≥130點(diǎn)/in2;
③導(dǎo)線寬和間距≤lOOμm;
④布線密度(設(shè)通道網(wǎng)格為0. 05in)超過117in/in2。
目前高水平的多層PCB圖形設(shè)計(jì)技術(shù),其導(dǎo)體線寬和間距也已達(dá)到了50μm和25μm級(jí)的微細(xì)化水平,在集成電路的0.05in引腳之間,可以通過3條似上印制導(dǎo)線。以BGA、CSP為典型代表的塑料封裝基板有了迅猛的發(fā)展。一些采用不含溴、銻的綠色阻燃劑的新型基板迅速興起和走向市場(chǎng)。十幾層基板的生產(chǎn)和應(yīng)用已較普遍,也有三四十層基板的應(yīng)用實(shí)例,甚至已有達(dá)到六十層以上的陶瓷PCB,但目前常用的還是幾層的基板。圖6.2.1所示為印制電路板布線密度發(fā)展示意圖,圖6.2.2所示為典型HDI印制電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
由于HDI制造已經(jīng)進(jìn)入微米量級(jí),傳統(tǒng)的印制電路板制造技術(shù)已經(jīng)無(wú)能為力,必須有新技術(shù)、新工藝作為支撐。例如高密度布線要求縮小通孔的孔徑,傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔加工技術(shù)已不能適應(yīng),為此,化學(xué)加工法或激光技術(shù)已得以應(yīng)用;再如傳統(tǒng)布線圖形采用光繪
法,精度有限,現(xiàn)已使用激光直接成像技術(shù),它無(wú)需制作圖形底片和制版,可以通過CAD/CAM系統(tǒng)直接繪制出超精密布線圖形,還縮短了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。
(二)基板互連的柔性化—FPC
近年快速發(fā)展的撓性印制電路板(FPC)是基板互連的后起之秀,應(yīng)用非常廣泛:
①電氣互連技術(shù)的幾個(gè)主要層面都可以使用撓性板——從芯片封裝到板級(jí)組裝,直到整機(jī)互連;
②撓性板與其他電路連接既可以使用永久性連接(焊接或黏結(jié)),又可以使用可分離連接(通過連接器);
③撓性板可實(shí)現(xiàn)高效率3D互連;
④可以取代一部分線纜連接,特別是工作于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的連接線纜;
⑤在印制電路制造廠直接提供剛一撓性板,省去互連工序。
圖6.2-3是撓性板在數(shù)碼相機(jī)中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例,由于數(shù)碼相機(jī)CCD與主電路的連接采用撓性板,使機(jī)殼內(nèi)布局非常靈活,而且撓性板上可以搭載芯片或其他元器件,這是使用連接電纜不能實(shí)現(xiàn)的。圖6.2.4所示為撓性板專用高密度連接器,可用于厚度為0.2mm、節(jié)距為0.4mm的撓性板互連。 Q1154A
(三)基板互連的新秀-ICB
為了縮小體積,比較復(fù)雜的印制電路板都采用多層板技術(shù)。把一部分元器件(主要是電阻、電容或電感等無(wú)源元件)埋人多層PCB的內(nèi)部,這樣可以減小印制電路板面積,提高組裝密度。這種技術(shù)稱為集成元件印制板(integrated component board.ICB)或元件
埋人技術(shù),如圖6.2.5所示。早期的ICB利用低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù),將需內(nèi)埋的元件設(shè)計(jì)到基板內(nèi)采用厚膜技術(shù)成形,如圖6.2.6所示。由于其在熱性質(zhì)及介電性質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn),適合應(yīng)用在高頻通信電路設(shè)計(jì)及RF模塊等產(chǎn)品上,但由于萁制作過程中產(chǎn)生的高溫以及陶瓷基板成本過高,普遍應(yīng)用還受到限制。樹脂基板內(nèi)埋元件的研發(fā)工作也在快速發(fā)展中,因其具有低成本優(yōu)勢(shì),將會(huì)取代一部分以陶瓷為基板的內(nèi)埋基板,以及部分傳統(tǒng)元件表面貼裝的印制電路板組件。隨著技術(shù)的發(fā)展,一部分有源元件也可以埋人,是很有發(fā)展前途的電路互連技術(shù)。
由于ICB實(shí)現(xiàn)了元器件布局和互連布線的立體化,縮小了基板面積,縮短了互連線長(zhǎng)度,提高了互連密度,因而不僅為電子系統(tǒng)微小型化和輕型化提供了有效支持,而且有利予系統(tǒng)提高傳輸效率和電磁兼容性能。不適應(yīng)小批量多品種模式、可維修性差以及工藝復(fù)雜性是這種技術(shù)的不足,也是制約其普遍應(yīng)用的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)基板擔(dān)負(fù)著導(dǎo)電、絕緣、支撐三大基本功能,當(dāng)它實(shí)現(xiàn)了內(nèi)埋元件和IC芯片等電子組件之后,其功能已經(jīng)出現(xiàn)了延伸,可以看做是元件、組件和互連一體化的功能板,或認(rèn)為是集成系統(tǒng)板。
(四)基板互連的奇兵-MID
MID是molded interconnect devices的縮寫,中文直譯是模塑互連組件,目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)。‘這種技術(shù)是指在注塑成形的塑料殼體的表面上,制作有電路功能的導(dǎo)線、圖形,并且可以安裝元器件,從而將普通的電路板具有的電弋互連功能、支承元器件功能和塑料殼體的支撐、防護(hù)等功能以及由機(jī)械實(shí)體與導(dǎo)電圖形結(jié)合而產(chǎn)生的屏蔽、天線等功能集成于一體,形成所謂三維模塑互連組件,相當(dāng)于一種立體PCB,因而業(yè)內(nèi)常用“3D-MID”縮寫名稱。圖6.2.7所示是MID技術(shù)功能示意圖,圖6.2.8所示是一個(gè)帶有金屬互連圖形的塑料殼體實(shí)例。
(一)基板互連的高密度與精細(xì)化—HDI QG82945PL
隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,電子產(chǎn)品趨于微小型化、多功能和復(fù)雜化,對(duì)基板互連不斷提出新的挑戰(zhàn):
①集成電路越來越復(fù)雜,外引線數(shù)越來越多,引線距離越來越。
②信號(hào)傳送的速度要求越來越高,為了減小傳輸損耗,接點(diǎn)間互連線的長(zhǎng)度要求盡可能縮短;
③縮短互連線以降低電磁干擾( EMI)的要求越來越高;
④BGA、CSP、QFN等越來越微小型化器件的出現(xiàn)。
滿足上述越來越高要求的有效方法就足基板的多層化和高密度化。如今,多層高密度基板已經(jīng)成為傳統(tǒng)印制電路發(fā)展的方向。
多層高密度基板在發(fā)展中曾經(jīng)有過多種名稱:序列式增層法(sequence build upprocess,SBU);微孔制程(micro via process,MVP),多層板(multilayer board,MLB),增層式多層板(build up multilayer board,BUM)等。IPC(電子工業(yè)連接協(xié)會(huì))提出將這類產(chǎn)品稱為HDI(high density intrerconnection technology)。HDI直接翻譯就是高密度連接技術(shù),一般業(yè)界稱為HDI板或高密度電路板。
目前,HDI沒有確切的定義。綜合有關(guān)資料,可以歸納出高密度互連多層板具有以下基本特征:
①微導(dǎo)通孔(包括盲孔、埋孔)的孔徑≤150μm;
②有微孔,且接點(diǎn)(connection)密度≥130點(diǎn)/in2;
③導(dǎo)線寬和間距≤lOOμm;
④布線密度(設(shè)通道網(wǎng)格為0. 05in)超過117in/in2。
目前高水平的多層PCB圖形設(shè)計(jì)技術(shù),其導(dǎo)體線寬和間距也已達(dá)到了50μm和25μm級(jí)的微細(xì)化水平,在集成電路的0.05in引腳之間,可以通過3條似上印制導(dǎo)線。以BGA、CSP為典型代表的塑料封裝基板有了迅猛的發(fā)展。一些采用不含溴、銻的綠色阻燃劑的新型基板迅速興起和走向市場(chǎng)。十幾層基板的生產(chǎn)和應(yīng)用已較普遍,也有三四十層基板的應(yīng)用實(shí)例,甚至已有達(dá)到六十層以上的陶瓷PCB,但目前常用的還是幾層的基板。圖6.2.1所示為印制電路板布線密度發(fā)展示意圖,圖6.2.2所示為典型HDI印制電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
由于HDI制造已經(jīng)進(jìn)入微米量級(jí),傳統(tǒng)的印制電路板制造技術(shù)已經(jīng)無(wú)能為力,必須有新技術(shù)、新工藝作為支撐。例如高密度布線要求縮小通孔的孔徑,傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔加工技術(shù)已不能適應(yīng),為此,化學(xué)加工法或激光技術(shù)已得以應(yīng)用;再如傳統(tǒng)布線圖形采用光繪
法,精度有限,現(xiàn)已使用激光直接成像技術(shù),它無(wú)需制作圖形底片和制版,可以通過CAD/CAM系統(tǒng)直接繪制出超精密布線圖形,還縮短了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。
(二)基板互連的柔性化—FPC
近年快速發(fā)展的撓性印制電路板(FPC)是基板互連的后起之秀,應(yīng)用非常廣泛:
①電氣互連技術(shù)的幾個(gè)主要層面都可以使用撓性板——從芯片封裝到板級(jí)組裝,直到整機(jī)互連;
②撓性板與其他電路連接既可以使用永久性連接(焊接或黏結(jié)),又可以使用可分離連接(通過連接器);
③撓性板可實(shí)現(xiàn)高效率3D互連;
④可以取代一部分線纜連接,特別是工作于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的連接線纜;
⑤在印制電路制造廠直接提供剛一撓性板,省去互連工序。
圖6.2-3是撓性板在數(shù)碼相機(jī)中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例,由于數(shù)碼相機(jī)CCD與主電路的連接采用撓性板,使機(jī)殼內(nèi)布局非常靈活,而且撓性板上可以搭載芯片或其他元器件,這是使用連接電纜不能實(shí)現(xiàn)的。圖6.2.4所示為撓性板專用高密度連接器,可用于厚度為0.2mm、節(jié)距為0.4mm的撓性板互連。 Q1154A
(三)基板互連的新秀-ICB
為了縮小體積,比較復(fù)雜的印制電路板都采用多層板技術(shù)。把一部分元器件(主要是電阻、電容或電感等無(wú)源元件)埋人多層PCB的內(nèi)部,這樣可以減小印制電路板面積,提高組裝密度。這種技術(shù)稱為集成元件印制板(integrated component board.ICB)或元件
埋人技術(shù),如圖6.2.5所示。早期的ICB利用低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù),將需內(nèi)埋的元件設(shè)計(jì)到基板內(nèi)采用厚膜技術(shù)成形,如圖6.2.6所示。由于其在熱性質(zhì)及介電性質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn),適合應(yīng)用在高頻通信電路設(shè)計(jì)及RF模塊等產(chǎn)品上,但由于萁制作過程中產(chǎn)生的高溫以及陶瓷基板成本過高,普遍應(yīng)用還受到限制。樹脂基板內(nèi)埋元件的研發(fā)工作也在快速發(fā)展中,因其具有低成本優(yōu)勢(shì),將會(huì)取代一部分以陶瓷為基板的內(nèi)埋基板,以及部分傳統(tǒng)元件表面貼裝的印制電路板組件。隨著技術(shù)的發(fā)展,一部分有源元件也可以埋人,是很有發(fā)展前途的電路互連技術(shù)。
由于ICB實(shí)現(xiàn)了元器件布局和互連布線的立體化,縮小了基板面積,縮短了互連線長(zhǎng)度,提高了互連密度,因而不僅為電子系統(tǒng)微小型化和輕型化提供了有效支持,而且有利予系統(tǒng)提高傳輸效率和電磁兼容性能。不適應(yīng)小批量多品種模式、可維修性差以及工藝復(fù)雜性是這種技術(shù)的不足,也是制約其普遍應(yīng)用的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)基板擔(dān)負(fù)著導(dǎo)電、絕緣、支撐三大基本功能,當(dāng)它實(shí)現(xiàn)了內(nèi)埋元件和IC芯片等電子組件之后,其功能已經(jīng)出現(xiàn)了延伸,可以看做是元件、組件和互連一體化的功能板,或認(rèn)為是集成系統(tǒng)板。
(四)基板互連的奇兵-MID
MID是molded interconnect devices的縮寫,中文直譯是模塑互連組件,目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)!@種技術(shù)是指在注塑成形的塑料殼體的表面上,制作有電路功能的導(dǎo)線、圖形,并且可以安裝元器件,從而將普通的電路板具有的電弋互連功能、支承元器件功能和塑料殼體的支撐、防護(hù)等功能以及由機(jī)械實(shí)體與導(dǎo)電圖形結(jié)合而產(chǎn)生的屏蔽、天線等功能集成于一體,形成所謂三維模塑互連組件,相當(dāng)于一種立體PCB,因而業(yè)內(nèi)常用“3D-MID”縮寫名稱。圖6.2.7所示是MID技術(shù)功能示意圖,圖6.2.8所示是一個(gè)帶有金屬互連圖形的塑料殼體實(shí)例。
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