【告別傳統(tǒng)基板】（二）無芯化：削減基板層數(shù)，降低成本
[導(dǎo)讀]從處理器向ASIC擴大
采用無芯基板可提高半導(dǎo)體封裝的電氣特性早為業(yè)界所熟知?；鍙S商開始致力于無芯產(chǎn)品的開發(fā)是在“2000年前后”（凸版印刷和新光電氣工業(yè)等基板廠商）?！爱?dāng)時，曾掀起過一股開發(fā)無芯基板的熱
從處理器向ASIC擴大
采用無芯基板可提高半導(dǎo)體封裝的電氣特性早為業(yè)界所熟知?；鍙S商開始致力于無芯產(chǎn)品的開發(fā)是在“2000年前后”（凸版印刷和新光電氣工業(yè)等基板廠商）。“當(dāng)時，曾掀起過一股開發(fā)無芯基板的熱潮”（某基板廠商）。
從事半導(dǎo)體封裝基板業(yè)務(wù)的富士通互聯(lián)科技從2004年以后開始向UNIX服務(wù)器用微處理器等提供無芯基板（圖3）?！案皇客ǖ姆?wù)器部門希望利用高性能無芯基板，所以我們開始供貨至今”（富士通互聯(lián)科技執(zhí)行董事、全球營業(yè)部部長橫內(nèi)貴志男）。
圖3：無芯基板的應(yīng)用事例
富士通互聯(lián)科技從2004年前后開始面向UNIX服務(wù)器用微處理器和無線LAN模塊等供貨無芯基板。（照片：（a）為“2005 ECWC ”，（b）為‘2005半導(dǎo)體材料技術(shù)大全’，（c）和（d）為“2004 ECTC Plenary seminar ”）
不過，在那之后，無芯基板市場并沒有得到擴大。主要原因是，“必須將封裝組裝工藝改為適合無芯基板的工藝，為此需要進(jìn)行投資”（多家基板廠商）。無芯基板由于沒有作為支持體的核心層，容易發(fā)生曲翹和破碎。因此，封裝組裝工藝中需要新導(dǎo)入可抑制基板曲翹和破碎的構(gòu)造。即便投資產(chǎn)生追加成本，也需要無芯基板的用途“只限于服務(wù)器用微處理器等極為有限的領(lǐng)域”（橫內(nèi)）。
削減基板層數(shù)，降低成本
但最近情況發(fā)生了變化。2011年2月，索尼宣布在家用游戲機“PlayStation 3（PS3）”用微處理器“Cell Broadband Engine”（以下簡稱Cell）中采用無芯基板。據(jù)索尼介紹，其從2010年4月開始量產(chǎn)采用無芯基板的封裝，已經(jīng)累計供貨300萬個以上?！耙郧皬奈绰犝f過如此大規(guī)模采用無芯基板的事例”（多位封裝技術(shù)員）。
索尼的目的是降低Cell處理器的成本。雖然該公司通過推進(jìn)微細(xì)化縮小了芯片面積，已經(jīng)降低了Cell處理器的成本，不過似乎還在研究進(jìn)一步削減成本的措施。所以才選擇了無芯基板。
Cell處理器的積層基板核心層“需要多達(dá)3000～4000個PTH，鉆孔加工費較高”（索尼）。而且，積層基板的層數(shù)共計有8層。如果換成無芯基板，不但能省去核心層的加工費，由于可以在基板內(nèi)高密度布線，還能將基板層數(shù)削減為7層（圖4）。因此，可降低基板成本，“能將封裝整體的成本削減約20％”（索尼）。
圖4：削減基板層數(shù)
以前，Cell處理器的核心層需要多達(dá)3000～4000個PTH，鉆孔加工成本較高。采用無芯基板不但能去除核心層，通過優(yōu)化布線還可削減層數(shù)。根據(jù)索尼資料制圖。
“基板曲翹也無妨”
為導(dǎo)入無芯基板，索尼自行投資，將封裝組裝工藝變更為了適合使用無芯基板的工藝。此前，封裝組裝廠商一直要求基板廠商提供不容易曲翹的無芯基板（圖5）。其結(jié)果大多是在絕緣層采用特殊材料，這樣做要么導(dǎo)致基板價格上升，要么無法滿足性能指標(biāo)。
圖5：重新明確職責(zé)分工
此前一直是封裝組裝廠商要求提供曲翹較小的無芯基板，而基板廠商無法充分滿足這一要求。此次，索尼通過構(gòu)筑支持大曲翹度無芯基板的封裝組裝工藝，實現(xiàn)了實用化。
針對這種情況，索尼此次告訴基板廠商“即使基板曲翹也沒關(guān)系”（索尼），明確表示曲翹控制將在封裝組裝工藝中（由索尼）解決。由此，基板廠商便可提供只采用普通積層層的無芯基板?！翱裳赜矛F(xiàn)有積層基板的制造設(shè)備，因此能以較低的價格提供無芯基板”（向索尼提供無芯基板的廠商）。
索尼為收回投資等，還計劃在Cell處理器以外的領(lǐng)域采用無芯基板（圖6）。對此，索尼目前還沒有公開具體的業(yè)務(wù)內(nèi)容，不過似乎在考慮以無芯封裝技術(shù)為賣點，從其他半導(dǎo)體廠商接單，從事封裝的組裝外包業(yè)務(wù)。索尼已開始為外部客戶設(shè)計無芯基板，“尤其打算向網(wǎng)絡(luò)終端用ASIC（專用集成電路）提供無芯封裝技術(shù)”（索尼）。鑒于這些動向，封裝界越來越多的人認(rèn)為“無芯技術(shù)普及在望”。
圖6：擴大無芯封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍
索尼從2010年4月開始在PS3用Cell處理器中采用無芯基板，迄今已累計供貨300萬個。今后計劃將該技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用ASIC等。本站根據(jù)索尼的資料制作。
擴大無芯基板的銷量
受索尼觸動，今后基板廠商也打算大力擴銷無芯產(chǎn)品（圖7）。例如，新光電氣工業(yè)除了微處理器用無芯基板外，還計劃面向高性能ASIC“提供改善了絕緣介電常數(shù)和介電損耗的無芯基板”（新光電氣工業(yè)執(zhí)行董事第一業(yè)務(wù)本部PLP業(yè)務(wù)部副業(yè)務(wù)部長小平正司）。
圖7：新光電氣工業(yè)的無芯基板
從事微處理器用封裝基板業(yè)務(wù)的新光電氣工業(yè)今后計劃全力擴大無芯基板的銷售。
開發(fā)出最多9層無芯基板的是凸版印刷。目前有兩家客戶正在對該產(chǎn)品進(jìn)行評測，“計劃在2011年度內(nèi)開始量產(chǎn)”（凸版印刷電子業(yè)務(wù)本部半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)部第三營業(yè)本部第三部部長伊藤義郎）。主要用途包括微處理器和大規(guī)模ASIC?！半S著半導(dǎo)體微細(xì)化的進(jìn)步和工作頻率的提高，對可抑制電源噪聲的無芯基板的需求也不斷高漲”（伊藤）。
長期從事ASIC封裝基板設(shè)計和制造的京瓷SLC科技為減少曲翹的發(fā)生率，正在開發(fā)安裝了加強筋（Stiffener）強化部材的無芯基板。“今后計劃用于高端ASIC和游戲機”（京瓷）。
能否在便攜終端上普及尚不明朗
如上所述，目前很多基板廠商都以無芯基板的高性能作為賣點。也有看法認(rèn)為，薄型無芯基板還適用于便攜終端使用的小型及薄型封裝。不過，今后無芯基板能否在小型及薄型封裝中獲得普及目前尚不清楚。原因是，小型及薄型封裝的基板層數(shù)本來就只有2～4層，采用無芯基板的成本削減效果較小?！氨銛y終端用小型及薄型封裝相對于性能來說更重視成本，需要改變封裝組裝工藝的無芯基板能否被接受還很難說”（封裝組裝廠商的技術(shù)員）。[!--empirenews.page--]
另外，便攜終端的封裝采用減薄了核心層厚度的“薄核心層（Thin Core）”基板，即使不使用無芯基板目前也能實現(xiàn)薄型化。例如，從事半導(dǎo)體封裝的組裝外包業(yè)務(wù)的J-DEVICES公司計劃在厚度為0.5mm左右的薄型封裝中，利用核心層厚度只有100μm（絕緣層厚度為40μm）的超薄基板，“目前立馬采用無芯基板的可能性較低”（J-DEVICES開發(fā)中心中心長 勝又章夫）。
下回請看有關(guān)無基板化的最新動向。（未完待續(xù)，記者：木村 雅秀）
采用無芯基板可提高半導(dǎo)體封裝的電氣特性早為業(yè)界所熟知?；鍙S商開始致力于無芯產(chǎn)品的開發(fā)是在“2000年前后”（凸版印刷和新光電氣工業(yè)等基板廠商）。“當(dāng)時，曾掀起過一股開發(fā)無芯基板的熱潮”（某基板廠商）。
從事半導(dǎo)體封裝基板業(yè)務(wù)的富士通互聯(lián)科技從2004年以后開始向UNIX服務(wù)器用微處理器等提供無芯基板（圖3）?！案皇客ǖ姆?wù)器部門希望利用高性能無芯基板，所以我們開始供貨至今”（富士通互聯(lián)科技執(zhí)行董事、全球營業(yè)部部長橫內(nèi)貴志男）。
圖3：無芯基板的應(yīng)用事例
富士通互聯(lián)科技從2004年前后開始面向UNIX服務(wù)器用微處理器和無線LAN模塊等供貨無芯基板。（照片：（a）為“2005 ECWC ”，（b）為‘2005半導(dǎo)體材料技術(shù)大全’，（c）和（d）為“2004 ECTC Plenary seminar ”）
不過，在那之后，無芯基板市場并沒有得到擴大。主要原因是，“必須將封裝組裝工藝改為適合無芯基板的工藝，為此需要進(jìn)行投資”（多家基板廠商）。無芯基板由于沒有作為支持體的核心層，容易發(fā)生曲翹和破碎。因此，封裝組裝工藝中需要新導(dǎo)入可抑制基板曲翹和破碎的構(gòu)造。即便投資產(chǎn)生追加成本，也需要無芯基板的用途“只限于服務(wù)器用微處理器等極為有限的領(lǐng)域”（橫內(nèi)）。
削減基板層數(shù)，降低成本
但最近情況發(fā)生了變化。2011年2月，索尼宣布在家用游戲機“PlayStation 3（PS3）”用微處理器“Cell Broadband Engine”（以下簡稱Cell）中采用無芯基板。據(jù)索尼介紹，其從2010年4月開始量產(chǎn)采用無芯基板的封裝，已經(jīng)累計供貨300萬個以上?！耙郧皬奈绰犝f過如此大規(guī)模采用無芯基板的事例”（多位封裝技術(shù)員）。
索尼的目的是降低Cell處理器的成本。雖然該公司通過推進(jìn)微細(xì)化縮小了芯片面積，已經(jīng)降低了Cell處理器的成本，不過似乎還在研究進(jìn)一步削減成本的措施。所以才選擇了無芯基板。
Cell處理器的積層基板核心層“需要多達(dá)3000～4000個PTH，鉆孔加工費較高”（索尼）。而且，積層基板的層數(shù)共計有8層。如果換成無芯基板，不但能省去核心層的加工費，由于可以在基板內(nèi)高密度布線，還能將基板層數(shù)削減為7層（圖4）。因此，可降低基板成本，“能將封裝整體的成本削減約20％”（索尼）。
圖4：削減基板層數(shù)
以前，Cell處理器的核心層需要多達(dá)3000～4000個PTH，鉆孔加工成本較高。采用無芯基板不但能去除核心層，通過優(yōu)化布線還可削減層數(shù)。根據(jù)索尼資料制圖。
“基板曲翹也無妨”
為導(dǎo)入無芯基板，索尼自行投資，將封裝組裝工藝變更為了適合使用無芯基板的工藝。此前，封裝組裝廠商一直要求基板廠商提供不容易曲翹的無芯基板（圖5）。其結(jié)果大多是在絕緣層采用特殊材料，這樣做要么導(dǎo)致基板價格上升，要么無法滿足性能指標(biāo)。
圖5：重新明確職責(zé)分工
此前一直是封裝組裝廠商要求提供曲翹較小的無芯基板，而基板廠商無法充分滿足這一要求。此次，索尼通過構(gòu)筑支持大曲翹度無芯基板的封裝組裝工藝，實現(xiàn)了實用化。
針對這種情況，索尼此次告訴基板廠商“即使基板曲翹也沒關(guān)系”（索尼），明確表示曲翹控制將在封裝組裝工藝中（由索尼）解決。由此，基板廠商便可提供只采用普通積層層的無芯基板?！翱裳赜矛F(xiàn)有積層基板的制造設(shè)備，因此能以較低的價格提供無芯基板”（向索尼提供無芯基板的廠商）。
索尼為收回投資等，還計劃在Cell處理器以外的領(lǐng)域采用無芯基板（圖6）。對此，索尼目前還沒有公開具體的業(yè)務(wù)內(nèi)容，不過似乎在考慮以無芯封裝技術(shù)為賣點，從其他半導(dǎo)體廠商接單，從事封裝的組裝外包業(yè)務(wù)。索尼已開始為外部客戶設(shè)計無芯基板，“尤其打算向網(wǎng)絡(luò)終端用ASIC（專用集成電路）提供無芯封裝技術(shù)”（索尼）。鑒于這些動向，封裝界越來越多的人認(rèn)為“無芯技術(shù)普及在望”。
圖6：擴大無芯封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍
索尼從2010年4月開始在PS3用Cell處理器中采用無芯基板，迄今已累計供貨300萬個。今后計劃將該技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用ASIC等。本站根據(jù)索尼的資料制作。
擴大無芯基板的銷量
受索尼觸動，今后基板廠商也打算大力擴銷無芯產(chǎn)品（圖7）。例如，新光電氣工業(yè)除了微處理器用無芯基板外，還計劃面向高性能ASIC“提供改善了絕緣介電常數(shù)和介電損耗的無芯基板”（新光電氣工業(yè)執(zhí)行董事第一業(yè)務(wù)本部PLP業(yè)務(wù)部副業(yè)務(wù)部長小平正司）。
圖7：新光電氣工業(yè)的無芯基板
從事微處理器用封裝基板業(yè)務(wù)的新光電氣工業(yè)今后計劃全力擴大無芯基板的銷售。
開發(fā)出最多9層無芯基板的是凸版印刷。目前有兩家客戶正在對該產(chǎn)品進(jìn)行評測，“計劃在2011年度內(nèi)開始量產(chǎn)”（凸版印刷電子業(yè)務(wù)本部半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)部第三營業(yè)本部第三部部長伊藤義郎）。主要用途包括微處理器和大規(guī)模ASIC?！半S著半導(dǎo)體微細(xì)化的進(jìn)步和工作頻率的提高，對可抑制電源噪聲的無芯基板的需求也不斷高漲”（伊藤）。
長期從事ASIC封裝基板設(shè)計和制造的京瓷SLC科技為減少曲翹的發(fā)生率，正在開發(fā)安裝了加強筋（Stiffener）強化部材的無芯基板。“今后計劃用于高端ASIC和游戲機”（京瓷）。
能否在便攜終端上普及尚不明朗
如上所述，目前很多基板廠商都以無芯基板的高性能作為賣點。也有看法認(rèn)為，薄型無芯基板還適用于便攜終端使用的小型及薄型封裝。不過，今后無芯基板能否在小型及薄型封裝中獲得普及目前尚不清楚。原因是，小型及薄型封裝的基板層數(shù)本來就只有2～4層，采用無芯基板的成本削減效果較小?！氨銛y終端用小型及薄型封裝相對于性能來說更重視成本，需要改變封裝組裝工藝的無芯基板能否被接受還很難說”（封裝組裝廠商的技術(shù)員）。[!--empirenews.page--]
另外，便攜終端的封裝采用減薄了核心層厚度的“薄核心層（Thin Core）”基板，即使不使用無芯基板目前也能實現(xiàn)薄型化。例如，從事半導(dǎo)體封裝的組裝外包業(yè)務(wù)的J-DEVICES公司計劃在厚度為0.5mm左右的薄型封裝中，利用核心層厚度只有100μm（絕緣層厚度為40μm）的超薄基板，“目前立馬采用無芯基板的可能性較低”（J-DEVICES開發(fā)中心中心長 勝又章夫）。
下回請看有關(guān)無基板化的最新動向。（未完待續(xù)，記者：木村 雅秀）
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