內埋用襯銅薄膜電阻材料之應用特性與展望：材料世界網

隨著產品高功能化的發展趨勢，近年來電子產品內的被動元件需求持續地大幅增加，因此在現行使用的分離式元件(Discrete Devices)表面黏著技術(SMT)製程下，對於承載元件的主要構件－印刷電路板的表面積需求也隨著持續擴大。但相對地，在電子產品輕薄化及可攜化的發展下，印刷電路板的尺寸卻又相對被要求愈小愈好。因此在兩大趨勢相互衝突的狀況下，元件尺寸的縮小乃是必然之選擇。其中針對本文所考量的被動元件而言，產品尺寸也已由早年的1206 (3×1.5 mm)持續遞減至現行接近人眼可辨識及處理的物理極限尺寸0201 (50×25 μm)。因此，即使目前製程主流的表面黏著技術或許仍會有進一步改善的可能，但不論是從SMT 基座(Footprint)消除的觀點，或從電子產品高頻化發展趨勢所需求的被動元件就源性觀點，電路板內埋式（以下簡稱內埋式）被動元件技術(Embedded Passive Technology)環境目前雖仍不盡完善，但因為對於電子產業的後續整體發展趨勢較有契合的可能，所以其未來的發展性仍為許多業界相關的專業人士所期待！

內埋用電阻材料市場
被動元件種類包括電阻、電容及電感等， 2006 年的市場規模約為1 兆顆，價值則為200 億美元。其中以電容最多，其次為電阻，電感及其他則為極小部分。因此目前有關埋入式被動元件技術的發展，主要是針對電容及電阻。內埋式被動元件以電阻產品首先問世，在1980 年初由美國Ohmega 公司推出，至今已超過25 年，但市場規模卻遲至近年來才有較明顯的成長（如圖一）。雖然成長情形已有所改善，目前的整體應用量仍不及市場規模的1% ，其主要原因除了目前產品價格較昂貴外，在電阻材料的技術方面尚有薄膜電阻元件的阻值範圍窄（片電阻值≦ 250 Ω/□，表一），無法滿足PCB實際應用上需求最大的10,000 Ω/□電阻值區間，以及厚膜電阻的誤差變異性10~50%(Tolerance)過大（表二），溫度穩定性(TCR>350 ppm/°C)不佳等缺點。

以銅箔為底襯的合金薄膜電阻材料目前市占率已高達96%（圖一），且其元件電阻值精準度似乎又最能滿足內埋式製程高精密度的要求，因此本文就其實際上的應用特性行為及未來展望進行較深入的探討與介紹。

圖一、基板內埋式被動元件材料市場

表一、市售內埋式電阻商品種類及特性

襯銅薄膜電阻的製程及電性表現
以銅箔為底襯的薄膜電阻（以下簡稱為襯銅薄膜電阻）的銅箔結構及製程示意如圖二所示。顧名思義乃是先取適當厚度的銅箔為基材，在其表面上形成一層厚度小於1 μm 的電阻材料層後，由傳統印刷電路板的濕式蝕刻作業製程，以完成電阻元件的製作及埋入作業。

內埋用襯銅薄膜電阻元件的製作，由於必須與印刷電路板製程完全結合，因此最終元件的電性表現，深受印刷電路板的製程參數所影響。就以圖二的Ni-P 電阻材為例，在整個埋入製程作業過程中，共有三項作業階段較為關鍵。分別是圖二Step7的銅選擇性鹼性蝕刻作業， Step8 的光阻脫除作業及最後的埋入作業。其中前二項作業所造成的電性變動，主要是因Ni-P 合金電阻材料對於選擇性鹼性蝕刻液及光阻脫除液兩項作業溶液並不完全免疫，在作業過程中若控制不當，會造成電阻層的過度腐蝕，並導致元件厚度降低及電阻值增大的不良結果。因此嚴格控制避免過度蝕刻並造成電阻層材料的損害乃為必要；至於第三項的埋入作業影響，則是肇因於電阻層的薄膜本質，作為支撐體或埋入用的絕緣基材，在積層作業過程中的熱膨脹差異行為敏感，會因此連帶造成電阻元件電性的應變變動性。上述三項作業參數對於元件電性變動的影響程度，通常會隨著元件片電阻值的增大(即合金電阻層的厚度愈薄)而增大。

圖三為目前Ni-P 合金薄膜電阻最高片電阻值250 Ω/□（電阻層厚度為50 nm）的市售試樣，在以二層140°C Tg 1080/FR4Glass/Epoxy 預浸材為基材進行銅箔積層作業(CCL)及依循圖三所示的PCB 埋入製程作業後，就84 個尺寸為5.0×5.0 mm 的電阻元件在三項關鍵階段前後的電阻值變動結果進行分析整理……詳細全文請見原文

圖三、襯銅250 Ω/□ NiP薄膜電阻材料在(a)鹼性蝕刻作業後；(b)光阻脫除作業後；(c)埋入作業後的元件電阻值變化分析圖