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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作电子组件立体封装技术最近几年应用现金支付功能、行动电话数字电视(One Segment)收讯功能、GPS定位功能、触感式电子游乐器功能的携带型数字电子终端机器急遽高性能化，这类电子机器大多要求轻巧、小型、薄型化，然而构成电子电路的玻璃环氧树脂基板，与可挠曲基板等印刷布线基板，只允许在 最近几年应用现金支付功能、行动电话数字电视(One Segment)收讯功能、GPS定位功能、触感式电子游乐器功能的携带型数字电子终端机器急遽高性能化，这类电子机器大多要求轻巧、小型、薄型化，然而构成电子电路的玻璃环氧树脂基板，与可挠曲基板等印刷布线基板，只允
2、许在上、下面作平面性电子组件封装，面临高功能化市场要求时，传统封装技术已经出现小型、薄型化的物理极限。在此背景下射出成形整合组件(MID: Molded Interconnect Devices，以下简称为整合成形立体基板)的应用与发展，立即成为全球注目的焦点。整合成形立体基板(MID)是在树脂材质射出成形组件表面制作铜箔图案，接着将电子组件高密度封装在铜箔图案表面，形成所谓多次元封装模块，大幅缩减电子电路的外形尺寸，有效提高封装精度。发展经纬如图1所示整合成形立体基板(MID)利用模具制作陶瓷或是树脂射出成形组件，接着在成型组件表面制作铜箔图案，由于此机构整合机械特性与印刷电路导线基板电气特
3、性，因此可以削减功能复合化与电子组件小型化时，引发的模块组件数量以及电路模块基板组立的作业时数。传统印刷电路导线基板通常是在上、下或是基板内部封装电子组件，如果改用整合成形立体基板(MID)，就可以在理想位置高精度、多次元封装电子组件，同时还可以有效抑制电气性噪讯对周围环境的影响。整合成形立体基板(MID)对医疗机器的小型化也很有贡献，例如鼻腔型医疗用相机、一次丢弃型吞服胶囊相机，都可以减轻病患就诊时的痛苦。一般认为未来高辉度LED照明市场，与车用照明灯具可望大幅成长，高辉度LED封装要求高散热、高反射、长寿命等基本特性。由于整合成形立体基板(MID)可以在高散热陶瓷表面制作图案，具有极高的形
4、状自由度，因此它的未来应用备受高度期待。目前已经实用化的人体传感器，透过多次元电子组件的封装实现小型化宿愿，未来如果应用在其它领域，例如应用在感测人体的点灯照明系统，可望获得减碳、省能源等多重效果。随着汽车电子化的发展，各种传感器的使用数量急遽增加，典型的加速、温/湿度、压力传感器模块，透过整合成形立体基板(MID)的导入，同样可以实现小型化等目标。行动电话使用的电子组件之中，相机模块是最不易小型化的光学电子组件，不过市场对行动电话用相机模块的超薄型化、高画素化却越来越强烈，透过整合成形立体基板(MID)的使用，未来行动电话的超薄型、高画素化、高功能化，势必出现全新的风貌。 应用范例人体检测传
5、感器图2是利用整合成形立体基板(MID)封装的小型化人体检测组件应用范例，该人体检测模块实现小型化与可靠度提升等多重目标。本模块使用的整合成形立体基板(MID)，利用后述1行程雷射(One Shot Laser)技术制作高精度图案。如图所它是将IC、芯片、红外线传感器等电子组件，高密度封装在整合成形立体基板(MID)的6个表面上，驱动电路则收容在外径9mm的TO-5CAN封装体内部，整体体积是传统人体检测封装模块的1/10。具体结构是将红外线传感器、特殊应用芯片(ASIC: Application Specific Integrated Circuit)等9种芯片组件，封装在整合成形立体基板(
6、MID)相异的3个表面上，另外3个表面则当作检查用垫块(Pad)的侧边通孔(Side Through Hole)，或是接头(Stem)封装用接地板使用。如图所示IC封装面呈凹凸状，结构上它可以防止保护IC与固定导线(Bonding Wire)的密封树脂流动，红外线传感器封装表面同样呈凹凸状，它可以支撑组件两端，受光部位悬浮在空中，同时兼具良好的电气性接合与热绝缘性。相机模块图3是内嵌于行动电话的相机模块，应用整合成形立体基板(MID)的代表性范例。一般相机模块是由对焦的镜片、光圈、消除红外线的IR(Infrared Rays)滤波器、取像组件(CCD或是CMOS传感器)、处理取像组件信号的数字
7、信号处理器(DSP: Digital Signal Process)，以及封装这些组件的基板构成。图3(a)是使用传统封装基板的相机模块断面结构，使用传统印刷布线基板的相机模块会有以下问题，分别是：(1)要求光轴调整作业支撑镜片模块的筐体与印刷布线基板的设置精度不足，容易发生光轴偏异，必需进行调整作业，特别是取像组件与镜片透过许多微细组件组立，因此很容易发生光轴偏异现象。(2)要求光路长度调整作业对焦镜片至取像组件之间的距离，亦即光路长度非常重要，然而实际上受到镜片模块、镜胴、印刷布线基板三组件精度的影响，必需进行光路长度调整作业。(3)不易降低模块高度调整光轴时受到取像组件的固定导线等影响，
8、模块低厚度化有结构上的极限。图3(b)是使用整合成形立体基板(MID)的相机模块范例；照片1是镜头模块用整合成形立体基板(MID)时的实际外观。如图所示整合成形立体基板(MID)的上方设有镜片与红外线滤波器，形成可以发挥光学功能的结构；整合成形立体基板(MID)的下方设有封装覆晶(Flip Chip)的电子电路单元；取像组件的内侧电路基板表面收容覆晶封装的数字信号处理器(DSP)；整合成形立体基板(MID)的中心部位设有取像组件受光开口部。镜片支撑部位与电子组件基板呈一体化设置，不需要作光轴调整，可以大幅简化组装制程，电路基板则与连接端子呈3次元布线，可以有效应用空间实现小型化。整合成形立体基
9、板(MID)整体结构，对小型化与低厚度化非常有利，它与传统印刷布线基板(PCB: Printed Circuit Board)最大差异如下：(1)镜片单元与取像组件一体化，有效削减组件使用数量实现小型化。(2)透过高精度电路图案，确保镜片与取像组件的光学性位置精度，实现光轴调整简易化的目标。行动电话用小型相机模块，随着终端客户的要求越来越多元化(高画质、变焦、轻巧等等)，图4是高功能化的整合成形立体基板(MID)应用范例。传统印刷布线基板(PCB)如果置换成整合成形立体基板(MID)，可望大幅削减材料、提高抗噪讯特性、产生其它附加功能与特性，尤其是不增加组件数量的全面覆膜(Coating)噪讯
10、遮蔽(Shield)效果，与闪光灯用高辉度白光LED的封装，还可以充分发挥整合成形立体基板(MID)的优势。IC封装大多使用环氧树脂等热硬化性树脂，相较之下传统相机模块则使用聚醋酸乙烯酯(PPA: Polyphthalamide)等热可塑性树脂，因此对高画素化后越来越严苛的组件内部粉屑管理具有一定的效益。使用整合成形立体基板(MID)的小型相机模块，除了拥有小型化、薄型化、高附加价值化之外，还可以提高封装组装的可靠性与复合化等革命性特征。应用领域磁器传感器与加速传感器的应用图5是利用整合成形立体基板(MID)封装的磁器传感器与加速传感器应用范例，如图5(a)所示传统印刷布线基板封装的场合，预定
11、检测的马达位置几乎不在容易检测的位置上，因此设计上必要利用辅助基板，将检测物封装、固定在最佳感度可以检测的位置、角度上。然而传感器依照此状态封装，辅助基板与主基板作电气性连接，必需使用跳线与连接器，辅助基板还需要使用筐架固定，此时如果改用整合成形立体基板(MID)，就不需要使用固定辅助基板的筐架与辅助基板。由于制程上可以在整合成形立体基板(MID)表面铺设铜箔图案，因此能够与主基板作面封装，大幅省略筐架、辅助基板、跳线、连接器等组件，实现使用组件削减、模块小型化、工程削减等多重目标。指纹辨识模块的应用图6是利用整合成型立体基板(MID)封装的指纹认证传感器范例，指纹辨识系统为消除手指的静电，通
12、常都设有金属遮蔽物，封装静电容量传感器的辅助基板，则利用软性印刷电路板(FPC: Flexible Printed Circuit)与主基板连接。传统封装方式要求消除手指静电的金属遮蔽物，组件的追加与组装工程的增加，经常成为困扰的课题。此外指纹认证传感器使用软性印刷电路板(FPC)连接，信号处理容易受到外部噪讯影响，此时如果改用整合成形立体基板(MID)，封装静电容量传感器的部位周边射出成形组件可以铺设电镀覆膜，不需使用金属遮蔽物，同样可以获得噪讯遮蔽效果。由于结构上不需使用软性印刷电路板(FPC)，因此可以将指纹认证传感器的资料传递给主基板，同时降低组件使用数量与模块的耐噪讯特性。此外封装在
13、传统主基板的组件可以封装在辅助基板，对模块的小型化具有直接帮助。整合成形立体基板(MID)的制作方法 整合成形立体基板(MID)的制作方法，分成2行程法(Shot)与雷射法2种，代表性的4大工法制作流程如图7所示。接着接口四大工法的制作流程。制程(1)2行程法1a.首先利用射出成形模具制作整合成形立体基板(MID)的外形结构。b.整合成形立体基板(MID)进行蚀刻，利用无电解电镀技术使涂布触媒析出金属。c.接着制作图案以外的形状(光罩化)，进行最终成品的加工。d.最后进行无电解电镀，表面形成触媒露出图案。(2)2行程法2a.首先利用射出成形模具，制作最终整合成形立体基板(MID)的外形结构。b
14、.接着使用溶融素材进行第2次成形，使图案以外的部位光罩化。c.在整合成形立体基板(MID)表面涂布触媒，该触媒同样进行电解电镀析出金属。d.去除2次成形材料部位e.最后再进行无电解电镀，触媒涂布部位的表面形成图案。(3)雷射直接成型(LDS: Laser Direct Structuring)a.首先利用射出成形模具，制作最终整合成型立体基板(MID)的外形结构。b.图案部位照射雷射，使射出成形品含有的触媒浮出表面。c.最后接着进行电解电镀形式图案。(4)1行程雷射法a.首先利用射出成形模具，制作最终整合成型立体基板(MID)的外形结构。b.利用金属喷敷(metalizing)制程，在整合成型
15、立体基板(MID)外表制作铜膜。c.接着使用雷射将铜箔图案与非铜箔图案部位分离确保绝缘。d.铜箔图案部位进行电气电镀，增加铜膜厚度。e.利用软蚀刻(Soft Etching)制程，使整体变薄均匀溶解去除铜箔图案以外的铜膜。f.最后进行镀镍、镀金形成铜箔图案。加工方法比较(1)模具使用数量由于2行程法要求2次成形(光罩化)，必需使用更多的模具，因此2行程法除外，其它工法都可以在1个表面制作封装外形。(2)材料射出成形品必需使用整合成形立体基板(MID)专用材料，而且材料随着制作工法不同。(3)尺寸精度封装尺寸精度取决于射出成形模具的精度，不论使用哪种制作工法，要求尺寸精度都是50m。(4)铜箔图案的微细度导线的宽度与间距随着制作工法不同。(5)铜箔图案的修正容易性雷射成型法必需制作雷射加工CAD程序再进行图案制作，图案变更时只需修改雷射加工CAD程序即可，雷射成型法因此比2行程法更方便。(6)表面粗糙度表面粗糙度会影响导线固定性，一般认为表面粗糙度越小，对导线固定性比较有利。 1行程雷射法的整合成形立体基板(MID)制作技术目前整合成形立体基板(MID)大多采用雷射法制作。接着要深入介绍1行程雷射法的整合成形立体基板(MID)的制作技术。使用1行程雷射法制成的整合成形立体基板(MID)应用组件，已经进入量产化阶段，具体范例例如上述的相机模块，与人体
