【告别传统基板】（二）无芯化：削减基板层数，降低成本
时间：2011-05-23 05:37:00
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[导读]从处理器向ASIC扩大
采用无芯基板可提高半导体封装的电气特性早为业界所熟知。基板厂商开始致力于无芯产品的开发是在“2000年前后”（凸版印刷和新光电气工业等基板厂商）。“当时，曾掀起过一股开发无芯基板的热
从处理器向ASIC扩大
采用无芯基板可提高半导体封装的电气特性早为业界所熟知。基板厂商开始致力于无芯产品的开发是在“2000年前后”（凸版印刷和新光电气工业等基板厂商）。“当时，曾掀起过一股开发无芯基板的热潮”（某基板厂商）。
从事半导体封装基板业务的富士通互联科技从2004年以后开始向UNIX服务器用微处理器等提供无芯基板（图3）。“富士通的服务器部门希望利用高性能无芯基板，所以我们开始供货至今”（富士通互联科技执行董事、全球营业部部长横内贵志男）。
图3：无芯基板的应用事例
富士通互联科技从2004年前后开始面向UNIX服务器用微处理器和无线LAN模块等供货无芯基板。（照片：（a）为“2005 ECWC ”，（b）为‘2005半导体材料技术大全’，（c）和（d）为“2004 ECTC Plenary seminar ”）
不过，在那之后，无芯基板市场并没有得到扩大。主要原因是，“必须将封装组装工艺改为适合无芯基板的工艺，为此需要进行投资”（多家基板厂商）。无芯基板由于没有作为支持体的核心层，容易发生曲翘和破碎。因此，封装组装工艺中需要新导入可抑制基板曲翘和破碎的构造。即便投资产生追加成本，也需要无芯基板的用途“只限于服务器用微处理器等极为有限的领域”（横内）。
削减基板层数，降低成本
但最近情况发生了变化。2011年2月，索尼宣布在家用游戏机“PlayStation 3（PS3）”用微处理器“Cell Broadband Engine”（以下简称Cell）中采用无芯基板。据索尼介绍，其从2010年4月开始量产采用无芯基板的封装，已经累计供货300万个以上。“以前从未听说过如此大规模采用无芯基板的事例”（多位封装技术员）。
索尼的目的是降低Cell处理器的成本。虽然该公司通过推进微细化缩小了芯片面积，已经降低了Cell处理器的成本，不过似乎还在研究进一步削减成本的措施。所以才选择了无芯基板。
Cell处理器的积层基板核心层“需要多达3000～4000个PTH，钻孔加工费较高”（索尼）。而且，积层基板的层数共计有8层。如果换成无芯基板，不但能省去核心层的加工费，由于可以在基板内高密度布线，还能将基板层数削减为7层（图4）。因此，可降低基板成本，“能将封装整体的成本削减约20％”（索尼）。
图4：削减基板层数
以前，Cell处理器的核心层需要多达3000～4000个PTH，钻孔加工成本较高。采用无芯基板不但能去除核心层，通过优化布线还可削减层数。根据索尼资料制图。
“基板曲翘也无妨”
为导入无芯基板，索尼自行投资，将封装组装工艺变更为了适合使用无芯基板的工艺。此前，封装组装厂商一直要求基板厂商提供不容易曲翘的无芯基板（图5）。其结果大多是在绝缘层采用特殊材料，这样做要么导致基板价格上升，要么无法满足性能指标。
图5：重新明确职责分工
此前一直是封装组装厂商要求提供曲翘较小的无芯基板，而基板厂商无法充分满足这一要求。此次，索尼通过构筑支持大曲翘度无芯基板的封装组装工艺，实现了实用化。
针对这种情况，索尼此次告诉基板厂商“即使基板曲翘也没关系”（索尼），明确表示曲翘控制将在封装组装工艺中（由索尼）解决。由此，基板厂商便可提供只采用普通积层层的无芯基板。“可沿用现有积层基板的制造设备，因此能以较低的价格提供无芯基板”（向索尼提供无芯基板的厂商）。
索尼为收回投资等，还计划在Cell处理器以外的领域采用无芯基板（图6）。对此，索尼目前还没有公开具体的业务内容，不过似乎在考虑以无芯封装技术为卖点，从其他半导体厂商接单，从事封装的组装外包业务。索尼已开始为外部客户设计无芯基板，“尤其打算向网络终端用ASIC（专用集成电路）提供无芯封装技术”（索尼）。鉴于这些动向，封装界越来越多的人认为“无芯技术普及在望”。
图6：扩大无芯封装技术的应用范围
索尼从2010年4月开始在PS3用Cell处理器中采用无芯基板，迄今已累计供货300万个。今后计划将该技术用于网络设备用ASIC等。本站根据索尼的资料制作。
扩大无芯基板的销量
受索尼触动，今后基板厂商也打算大力扩销无芯产品（图7）。例如，新光电气工业除了微处理器用无芯基板外，还计划面向高性能ASIC“提供改善了绝缘介电常数和介电损耗的无芯基板”（新光电气工业执行董事第一业务本部PLP业务部副业务部长小平正司）。
图7：新光电气工业的无芯基板
从事微处理器用封装基板业务的新光电气工业今后计划全力扩大无芯基板的销售。
开发出最多9层无芯基板的是凸版印刷。目前有两家客户正在对该产品进行评测，“计划在2011年度内开始量产”（凸版印刷电子业务本部半导体相关业务部第三营业本部第三部部长伊藤义郎）。主要用途包括微处理器和大规模ASIC。“随着半导体微细化的进步和工作频率的提高，对可抑制电源噪声的无芯基板的需求也不断高涨”（伊藤）。
长期从事ASIC封装基板设计和制造的京瓷SLC科技为减少曲翘的发生率，正在开发安装了加强筋（Stiffener）强化部材的无芯基板。“今后计划用于高端ASIC和游戏机”（京瓷）。
能否在便携终端上普及尚不明朗
如上所述，目前很多基板厂商都以无芯基板的高性能作为卖点。也有看法认为，薄型无芯基板还适用于便携终端使用的小型及薄型封装。不过，今后无芯基板能否在小型及薄型封装中获得普及目前尚不清楚。原因是，小型及薄型封装的基板层数本来就只有2～4层，采用无芯基板的成本削减效果较小。“便携终端用小型及薄型封装相对于性能来说更重视成本，需要改变封装组装工艺的无芯基板能否被接受还很难说”（封装组装厂商的技术员）。[!--empirenews.page--]
另外，便携终端的封装采用减薄了核心层厚度的“薄核心层（Thin Core）”基板，即使不使用无芯基板目前也能实现薄型化。例如，从事半导体封装的组装外包业务的J-DEVICES公司计划在厚度为0.5mm左右的薄型封装中，利用核心层厚度只有100μm（绝缘层厚度为40μm）的超薄基板，“目前立马采用无芯基板的可能性较低”（J-DEVICES开发中心中心长 胜又章夫）。
下回请看有关无基板化的最新动向。（未完待续，记者：木村 雅秀）
采用无芯基板可提高半导体封装的电气特性早为业界所熟知。基板厂商开始致力于无芯产品的开发是在“2000年前后”（凸版印刷和新光电气工业等基板厂商）。“当时，曾掀起过一股开发无芯基板的热潮”（某基板厂商）。
从事半导体封装基板业务的富士通互联科技从2004年以后开始向UNIX服务器用微处理器等提供无芯基板（图3）。“富士通的服务器部门希望利用高性能无芯基板，所以我们开始供货至今”（富士通互联科技执行董事、全球营业部部长横内贵志男）。
图3：无芯基板的应用事例
富士通互联科技从2004年前后开始面向UNIX服务器用微处理器和无线LAN模块等供货无芯基板。（照片：（a）为“2005 ECWC ”，（b）为‘2005半导体材料技术大全’，（c）和（d）为“2004 ECTC Plenary seminar ”）
不过，在那之后，无芯基板市场并没有得到扩大。主要原因是，“必须将封装组装工艺改为适合无芯基板的工艺，为此需要进行投资”（多家基板厂商）。无芯基板由于没有作为支持体的核心层，容易发生曲翘和破碎。因此，封装组装工艺中需要新导入可抑制基板曲翘和破碎的构造。即便投资产生追加成本，也需要无芯基板的用途“只限于服务器用微处理器等极为有限的领域”（横内）。
削减基板层数，降低成本
但最近情况发生了变化。2011年2月，索尼宣布在家用游戏机“PlayStation 3（PS3）”用微处理器“Cell Broadband Engine”（以下简称Cell）中采用无芯基板。据索尼介绍，其从2010年4月开始量产采用无芯基板的封装，已经累计供货300万个以上。“以前从未听说过如此大规模采用无芯基板的事例”（多位封装技术员）。
索尼的目的是降低Cell处理器的成本。虽然该公司通过推进微细化缩小了芯片面积，已经降低了Cell处理器的成本，不过似乎还在研究进一步削减成本的措施。所以才选择了无芯基板。
Cell处理器的积层基板核心层“需要多达3000～4000个PTH，钻孔加工费较高”（索尼）。而且，积层基板的层数共计有8层。如果换成无芯基板，不但能省去核心层的加工费，由于可以在基板内高密度布线，还能将基板层数削减为7层（图4）。因此，可降低基板成本，“能将封装整体的成本削减约20％”（索尼）。
图4：削减基板层数
以前，Cell处理器的核心层需要多达3000～4000个PTH，钻孔加工成本较高。采用无芯基板不但能去除核心层，通过优化布线还可削减层数。根据索尼资料制图。
“基板曲翘也无妨”
为导入无芯基板，索尼自行投资，将封装组装工艺变更为了适合使用无芯基板的工艺。此前，封装组装厂商一直要求基板厂商提供不容易曲翘的无芯基板（图5）。其结果大多是在绝缘层采用特殊材料，这样做要么导致基板价格上升，要么无法满足性能指标。
图5：重新明确职责分工
此前一直是封装组装厂商要求提供曲翘较小的无芯基板，而基板厂商无法充分满足这一要求。此次，索尼通过构筑支持大曲翘度无芯基板的封装组装工艺，实现了实用化。
针对这种情况，索尼此次告诉基板厂商“即使基板曲翘也没关系”（索尼），明确表示曲翘控制将在封装组装工艺中（由索尼）解决。由此，基板厂商便可提供只采用普通积层层的无芯基板。“可沿用现有积层基板的制造设备，因此能以较低的价格提供无芯基板”（向索尼提供无芯基板的厂商）。
索尼为收回投资等，还计划在Cell处理器以外的领域采用无芯基板（图6）。对此，索尼目前还没有公开具体的业务内容，不过似乎在考虑以无芯封装技术为卖点，从其他半导体厂商接单，从事封装的组装外包业务。索尼已开始为外部客户设计无芯基板，“尤其打算向网络终端用ASIC（专用集成电路）提供无芯封装技术”（索尼）。鉴于这些动向，封装界越来越多的人认为“无芯技术普及在望”。
图6：扩大无芯封装技术的应用范围
索尼从2010年4月开始在PS3用Cell处理器中采用无芯基板，迄今已累计供货300万个。今后计划将该技术用于网络设备用ASIC等。本站根据索尼的资料制作。
扩大无芯基板的销量
受索尼触动，今后基板厂商也打算大力扩销无芯产品（图7）。例如，新光电气工业除了微处理器用无芯基板外，还计划面向高性能ASIC“提供改善了绝缘介电常数和介电损耗的无芯基板”（新光电气工业执行董事第一业务本部PLP业务部副业务部长小平正司）。
图7：新光电气工业的无芯基板
从事微处理器用封装基板业务的新光电气工业今后计划全力扩大无芯基板的销售。
开发出最多9层无芯基板的是凸版印刷。目前有两家客户正在对该产品进行评测，“计划在2011年度内开始量产”（凸版印刷电子业务本部半导体相关业务部第三营业本部第三部部长伊藤义郎）。主要用途包括微处理器和大规模ASIC。“随着半导体微细化的进步和工作频率的提高，对可抑制电源噪声的无芯基板的需求也不断高涨”（伊藤）。
长期从事ASIC封装基板设计和制造的京瓷SLC科技为减少曲翘的发生率，正在开发安装了加强筋（Stiffener）强化部材的无芯基板。“今后计划用于高端ASIC和游戏机”（京瓷）。
能否在便携终端上普及尚不明朗
如上所述，目前很多基板厂商都以无芯基板的高性能作为卖点。也有看法认为，薄型无芯基板还适用于便携终端使用的小型及薄型封装。不过，今后无芯基板能否在小型及薄型封装中获得普及目前尚不清楚。原因是，小型及薄型封装的基板层数本来就只有2～4层，采用无芯基板的成本削减效果较小。“便携终端用小型及薄型封装相对于性能来说更重视成本，需要改变封装组装工艺的无芯基板能否被接受还很难说”（封装组装厂商的技术员）。[!--empirenews.page--]
另外，便携终端的封装采用减薄了核心层厚度的“薄核心层（Thin Core）”基板，即使不使用无芯基板目前也能实现薄型化。例如，从事半导体封装的组装外包业务的J-DEVICES公司计划在厚度为0.5mm左右的薄型封装中，利用核心层厚度只有100μm（绝缘层厚度为40μm）的超薄基板，“目前立马采用无芯基板的可能性较低”（J-DEVICES开发中心中心长 胜又章夫）。
下回请看有关无基板化的最新动向。（未完待续，记者：木村 雅秀）
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