电子组件立体封装技术(上)

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电子组件立体封装技术(上) [复制链接]

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。


应用范例
人体检测传感器
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ψ9mm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(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，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。