薄膜式被動元件優勢與難題

過去在電子產品體積未強調輕薄短小的時候，各類被動元件事實 上是各司其職，而隨著電子產品功能的複雜化，被動元件就必須被整 合，以利於產品縮小化的製程。

　 IPC ( Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits ) 對多晶片模組依製程加以分類(IPC-MC-790)，其主要的類型有[4]：

1、MCM-C：利用網版印刷法製作金屬導電層、電阻及電容元件，再 將各層以疊壓及共燒法製成含被動元件的多層共燒陶瓷基板。依製程 中所使用之燒結溫度高低，此法又可分為高溫共燒陶瓷技術(HTCC) 及低溫共燒陶瓷技術(LTCC)。

2、MCM-D：將非強化介電材料鍍製於矽晶、陶瓷或金屬以作為基板，

由於使用薄膜製程，可以將10µm 的金屬線鍍製於基板上。

3、MCM-L：此種多晶片模組是以積層式印刷電路版的方法製成，主 要使用的材料有Epoxy、Ployimide 等聚合物。表 1-1 為對 MCM-C、

MCM-D 以及 MCM-L 技術作一比較。

MCM-D(Multi-Chip Module by thin film Deposition)，主要利用電 路設計之方式縮小電路的連線，主體結構於一微波電路基板上，以薄 膜技術成長一或多層之介電薄膜，如此便可設計出多層的導體與電阻 層，而於通訊元件所需的傳輸線、電阻、電感或電容上都可以MCM-D 製作。目前國內於此技術之發展仍以單層金屬，至多外加一層電阻薄 膜或介電薄膜，而對介電層之選擇多以Ta2O5、TiO2或Al2O3等材料為 主。

由於使用頻率不斷提升，MCM-D 中的介電層最好能有多種變 化，以因應不同的元件需求與不同頻率的使用，然而就材料的觀點 而言，不同介電常數代表不同之材料使用，如何於積體化元件中製 作不同介電常數之介電層都是一大課題。現今製程中，於高介電部 分之材料多半使用氧化物作為介電層之材料，而氧化物於製程中，

薄膜介電層之控制較為複雜，厚度控制上亦有所困難，且無法製作 厚度較厚之介電層，如此對於電路設計上有一定的困擾。於耦合器 等元件而言，為求介電層厚度增加及製程方便性，目前可使用 PI(Polyimide)作為介電層之材料。PI 具有穩定性佳及高頻特性等優

點，但其介電常數太低。對於其他元件之應用上，將使得元件尺寸 增加，不符合小型化之需求且對於其他應用上有其電路設計上之限 制。

高分子膜於製程上有其一定的優勢，但於高頻介電性質上卻有其 限制。故若能有效應用氧化物與高分子複合材料之特性，尤其是藉由 奈米氧化物之添加來改變介電層材料之介電常數，將對電路設計及製 程上有很大的幫助。

使用奈米複合膜將可藉由控制內部奈米氧化物之固含量變化來 改變介電膜層之介電常數，藉此提升高分子膜之介電常數，且高分 子膜製程方便，若能有效應用於前述之通訊用元件中，將有助於產 品性能及體積所小之方向提升。

於PCB技術之內埋式電容對此以多加討論並已推出產品 ， DuPont公司已成功將BaTiO3均勻混合於Polyimide並塗佈在銅箔上，

其介電常數可在 1GHz下達到 16，膜層厚度為 16µm；3M公司已開 發BaTiO3填入Epoxy環氧樹脂中可將介電常數提高到 22，膜層厚度 約 5~25 。 其 中 最 引 人 注 意 的 是 美 商 Rogers 公 司 推 出 之 High Frequency Laminates材料，採用ceramic與woven fiber-glass添入PTFE 中，並採用RCC(Resin Coating Cu Foil)技術製備而成之基板，號稱具 有低高頻損失特性，並可應用之頻率範圍高達 30-40GHz。而國內工

研 院 材 料 所 也 開 發 出 利 用 氟 系 高 分 子 添 入 陶 瓷 氧 化 物 、 PPO/Epoxy/GF等高頻通訊基板，介電常數多半介於 3~4 之間。而於 高介電常數之研究上，工材所也嘗試於Polyimide採用物理方式中混 入TiO2及BaTiO3等氧化物，有效的將介電常數提升到12。

但上述之開發存在有幾項問題，首先上述材料多屬於厚膜製程 且重心偏重於內埋式電容與高頻基板方面，對於高頻薄膜型被動元 件之應用上所產生之膜厚太大，無法符合縮小元件尺寸之要求。第 二於高頻量測部分之數據上有待商確。一般PCB 材料進行介電常數 量測多於低頻下進行，後再以外差法推斷其高頻介電特性。根據理 論得知，材料於不同頻率會產生不同的極化機制，極化機制的改變 會影響其介電常數的改變，故無法以低頻介電性質來推斷高頻介電 性質。但目前個人通訊元件，如 bluetooth 與 WLAN 的頻段使用約 為2.45GHz，個人行動電話使用的頻段為 900MHz-1300MHZ，對於 上述材料之應用尚屬於較低頻率範圍且使用頻寬較大，低頻量測數 據尚可提供電路設計者進行電路設計，但未來進入3G 通訊時代，使 用的頻率向上提升與頻寬的縮小，必須更加精確的量測其介電性質。