不景气中不断涌现的低成本封装技术

IC晶片正在持续微缩,但导线架的小型化看来却已达到极限了,这导致连接二者的金导线正在逐步增加其长度。更长的导线意味着消耗的金属更多、成本更高,同时也会对接合的可靠性带来损害。如果因线径增加而提升了金线强度,那麽材料成本就会更高了。

  为解决这个问题,大日本印刷开发出一种金属线路薄板(图3),用于连接IC晶片的导线架。这种薄板可应用于导线架,而后再将IC放置在板上。之后金导线便用于连接IC和金属线路板中央部份,并重新将金属线路板的周围部份与导线架连接起来。

图3 金线消耗量减少一半。
大日本印刷开发出可减少一半金消耗量的金属线路板(a)。金导线用于连接导线架和金属线路板,以及线路板与IC(b,c)。

  该公司声称,由于可直接从IC连接到导线架,因此这种薄板可将金的消耗量降低一半。虽然在导线架上附加薄板并不需要额外的步骤,但这种方法仍然仅能节省约1/3金线材料费用。

  该公司的金属线路板是由铜、聚醯亚胺和不锈钢三层材料组成。具体做法是将图桉蚀刻在铜上,详细的模式是把铜蚀刻,而后再在表面涂上镍和金的电涂层。

  QFP封装的最小间距130μm,但最小的线路板间距为60μm。大日本印刷指出,这种改良过的布线,可以自由地“将多个IC粘着在一张薄板上,就像是SiP。”

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焊膏也朝铜方向转换

  在网版印刷领域,运用较便宜的替代品来取代昂贵金属的趋势也日益升高,包括封装基板布线在内。截至目前为止,银胶(Ag paste)仍是主要材料,但现在,业界正出现一股采用低成本铜胶(Cu paste)的趋势。

  日本网版印刷设备商Micro-tec公司采用了一家材料制造商所提供的铜胶,来进行30μm的铜线与间距(line-and-space)图桉印刷(图4)。该公司解释道,这种方法的材料成本,是采用银胶布线的1/10。该公司希望,透过与其合作的材料制造商共同改进印刷性能后,能在未来几年内实现商业化。

图4 采用网版印刷的铜布线图原型
从事网版印刷系统的Micro-tec公司,采用铜胶进行30μm的铜线与间距(line-and-space)图案印刷。其材料成本据说只有传统银胶的1/10。图为在绿色薄板上形成的封装基板布线图案。

  在印刷后,这种新开发的铜胶能在仅150℃的温度下进行烧结,这意味着它可以被应用在塑胶基板上。在氮气环境中,以150℃进行烧结后的60分钟后,其电阻率是60μΩcm;或是在相同空气和温度条件下,15分钟后其电阻率为30μΩcm。与现有技术不同,在经过氧化还原处理后,无须再在空气中烧结。该公司并未披露铜胶的相关开发业者资讯,但从现场展示的产品看来,似乎是旭硝子公司(Asahi Glass)于2009年12月于Semicon Japan中所展示的“铜填充胶”。
8倍的印刷量
会场中的另一项焦点,是以提高印刷系统吞吐量来降低印刷成本。日本NEWLONG SEIMITSU KOGYO公司展出了一套可较传统卷对卷制程系统提高八倍吞吐量的网版印刷系统(图5)。

图5 新的网版印刷系统提供8倍吞吐量。
NEWLONG SEIMITSU KOGYO公司的LS-500NR网版印刷系统使用了圆柱形网板,而非平面网板,实现了连续印刷,并将吞吐量提高至800%(a)。该系统适用于智慧卡和其他不需要高精度的应用(b)。

  在传统的卷对卷印刷制程中,其网版(screen mask)都是平面的,这意味着当一个印刷基板移动后,就会停止下一个印刷动作,如此反覆循环。其启动/停止操作将减少约2.5m/分的吞吐量。而新系统则采用一个圆柱形的网板,这个网版会不断旋转,以便让印刷基板以20m/分的吞吐量不断移动。

  然而,印刷图桉的记号会从通常的10μm至100μm呈跳跃性变化,因此,该公司预计该技术将用于不要求高精度的应用中。具体来说,它很适合触控萤幕布线,IC卡天线和锂充电电池布线。此外,在印刷后还需要乾燥的步骤,因此必须开发可快速乾燥的焊膏,以实现最大的吞吐量。