立体封装技术简介

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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。



陶瓷的图案制作

如上所述1行程雷射法利用射出成形组件与铜箔图案界面的化学结合，确保铜箔图案的密着力，不过对化学特性很稳定的陶瓷表面图案制作却很困难。

经过反复试验研究人员发现部份铜薄膜长膜制程的改良，同样可以在陶瓷表面制作铜箔图案，获得其它整合成形立体基板(MID)制程没有的特征。

如图11所示有关陶瓷表面制作铜箔图案，理论上多层陶瓷基板也可行，不过受到铜箔图案位置精度与形状自由度有落差影响，此时整合成形立体基板(MID)反而可以突显它的优势。

有关铜箔图案位置精度，由于制作陶瓷基板时必需经过烧结制程，烧结后的基板会收缩，尤其是陶瓷基板铜箔图案制成后必需经过烧结制程，其结果造成铜箔图案本身也会收缩，因此射出成形组件铜箔图案的位置精度大幅降低，一般只有±50μm左右的精度。



多层陶瓷基板是由绿带(green sheet，陶瓷粉末薄片)堆积制成，制程上不易制作凸状与变形组件，相较之下整合成形立体基板(MID)的陶瓷，大多是在压制技术或是陶瓷射出成形(CIM: Ceramic Injection Molded)技术制成，接着再利用雷射加工法制作铜箔图案，因此不论是凸状或是3次元形状都可以制作铜箔图案，换言之陶瓷整合成形立体基板(MID)的铜箔图案位置精度比比多层陶瓷基板优秀，而且可以取得很大的形状自由度。

陶瓷具有高热传导率、低线膨胀率、高耐热性等特征。图12是包含聚醋酸乙烯酯(PPA)在内，各种材料与陶瓷的热传导率比较。

以陶瓷材料而言，一般氧化铝的热传导率是树脂的85倍，陶瓷材料如果使用氮化铝，可以获得比氧化铝高6倍的热传导率。



陶瓷材质的整合成形立体基板(MID)，适合应用在要求高散热、高加热炉耐热特性等高辉度LED的贯通芯片封装。

图13是使用陶瓷整合成形立体基板(MID)技术的3芯片LED封装范例；图14是陶瓷整合成型立体基板(MID)的直角方向发光LED封装范例。

上述两范例都是利用Au-Sn胶将贯通芯片，在陶瓷整合成形立体基板(MID)进行晶粒固定(Die Bonding)封装，接着作导线固定与树脂密封，形成所谓的LED封装，本封装技术也支持覆晶封装。

使用陶瓷材质的整合成形立体基板(MID)，具备以下特征分别是：

(1)高热传导率

(2)可制作微细铜箔图案

(3)高形状自由度

图13的3芯片LED封装范例，是将三个超高辉度、数W等级的LED，封装于5mm正方的整合成形立体基板(MID)，实现数百流明(lm)超高照明辉度目标，未来该技术还可以应用在建筑用、照明用(Illumination)，等要求多色度照明的领域。

可以复数封装贯通芯片的复芯片型陶瓷材质整合成形立体基板(MID)，在小型化、热传导性、成本、功能面非常有利，一般认为未来可望成为微电子组件封装主流。

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