新型封装技术盘点，小型化设备可期

　　无止境地追求更轻薄短小的智能型手机。TechInsights探讨半导体封装整合的创新能力，同时预测新上市的三星Galaxy S7和iPhone SE。

　　半导体产业持续整合电子元件于更小封装的创新能力，不断缔造出令人赞叹的成果。我很早就是一个业余的爱好者，曾经将封装于T-05金属罐的电晶体布线开发板上。这些分离式的电晶体后来已经被早期“电晶体—电晶体逻辑电路”（TTL）晶片中所用的8接脚DiP封装取代了。

　　一眨眼几十年过去了，封装整合技术的进展令人印象深刻。例如，图1显示从苹果（Apple） iPhone 5s智能型手机拆解而来的村田（Murata）天线开关。其封装尺寸为3.7mm x 6.0mm，内含6个SAW滤波器、Peregrine天线开关、功率放大器，以及一系列分离式电晶体与电容器的组合。

　　这些元件都安装在类似FR4的电路板上，然后用模塑材料封装起来，形成完整的多晶片模组（MCM）。

　　

　　图1：Murata的天线开关模组（封装模塑材料已移除）

　　但这并不是元件整合于封装中的唯一方式。从几年前开始，我们看到嵌入式电容器层叠封装（PoP）于应用处理器中。这种嵌入式元件封装（ECP）技术还只是先进系统级封装（SiP）解决方案使用的几种竞争策略之一。

　　图2是Apple协同封装A9处理器和记忆体（PoP）的照片，右侧X光影像图则显示封装基板上的嵌入式电容器。左图上方可看到APL1022的封装标识，显示这款晶片是台积电（TSMC）制造的A9处理器。当然，大家都知道三星（Samsung）也为Apple供应另一款A9晶片。

　　

　　图2：Apple以PoP封装的处理器与记忆体（左）与X-ray封装图（右）

　　图3是Apple A9基板其中一款嵌入式电容器的扫描式电子显微镜（SEM）横截面图。该基板包含底层、中间层与顶层。我们猜测中间层经过冲压过程，从而为电容器形成腔室。

　　底层与顶层是以交错金属走线和电介质的方式层层堆垒起来。连接至电容器的触点可能被制造为1st与2nd铜走线形成的一部份，并以雷射钻孔方式穿过树脂封装的电容器进行过孔。填充这些过孔成为铜金属化的一部份。

　　在FR4基板嵌入电容器，并紧靠着A9处理器排放，这么做的目的可能是为了减少A9密集开关电晶体而产生的电杂讯。

　　

　　图3：Apple A9晶片封装横截面

　　TDK将晶片嵌入于其蓝牙模组基板中，使得元件嵌入过程则更进一步进展。该晶片位于图4嵌入FR4基板的32KHz晶体振荡器之下，因此无法直接看到，但可透过图5的封装图看到。

　　

　　图4：TDK蓝牙模组

　　图5是TDK封装基板的SEM横截面图，显示嵌入式蓝牙晶片的一部份以及连接至FR4顶层铜走线的铜带。图片左侧的大型过孔表示采用2阶段蚀刻进行过孔，例如采用雷射钻孔。第一次雷射钻孔在晶片上形成过孔开口，以暴露其焊垫，并打开FR4层过孔较宽的上层部份。第二次雷射钻孔步骤则完成深层的过孔开口，以接触至FR4层上的铜走线。

　　

　图5：TDK蓝牙模组横截面