ESI公司的Chris Ryder解释了OEM决定采用埋入式元器件背后的思考过程，以及在采用这一相当复杂的工艺之前必须考虑的利弊。
Nolan Johnson：可以先介绍一下ESI公司在埋入式元器件方面的经验吗？
Chris Ryder：从激光钻孔的角度来看， 我们负责建立这种互连。可以采用不同的方法实现，但是一般来说，首先要在两个铜层之间放置一个元件，然后再从铜层钻孔到该元件端子，无论是末端端子还是I/O栅格阵列。主要挑战通常都与所需的位置精度、导通孔尺寸、材料叠层有关。
元器件内部或周围的材料可能对热负载更为敏感。在元件和相邻的铜层之间可能包括诸如聚酰亚胺的辅助材料，难点在于钻孔过程中会产生热负载，这有可能导致材料过热，为后期的分层埋下隐患。
理想情况下，我们将限制对元器件或任意内层的热损伤。可以通过导通孔钻孔系统功能管控有限的能量。能够准确界定在生成导通孔时转移了多少能量是整个构造成功的关键；考虑到有埋入元器件电路板的成本，产品良率也至关重要。ESI的系统支持满足这些需求所需的功率控制和精度，我认为在这个不断增长的市场中，ESI将会面临一些巨大的机遇，尤其是ESI的新型Geode系统。
Johnson：对于有埋入有源元器件的电路板组件，要求这些组件在生产中必须稳定且持久，只有埋入式元器件对其非常重要的应用，他们才会选择这种结构；这不是一种“试一试”的策略，是因为需要才选择埋入结构。
Ryder：从OEM的角度来看，采用埋入式元器件电路板或封装要经过深思熟虑，是一项重要决策，要承担很多风险，尽管有数十年的实践应用，但该技术仍处于初期阶段，尤其是有源元器件带来了成本和良率的挑战，为了使产品可行，必须解决这些挑战。
我认为，埋入式元器件的采用主要受到微型化、可靠性和性能的推动。在微型化方面，主要优势是为PCB或载板表面赢得了空间。在某些情况下可靠性可能会有所提高，因为元器件不会直接受到外部组装应力的影响，元器件的连接性不受限于焊点的成功。关于潜在的性能改进，例如，可以通过使封装直接与存储器连接而获得内层屏蔽效果，较短的走线布线和电气信号优势，例如不必在整个载板层重新分布走线。
Johnson：迫使行业埋入有源元器件并认真对待这项技术的要求以及我们目前所讨论的所有其他技术，都可用于大量生产且使用寿命相对较短的智能手机和便携设备。但手机无法以军方期望的方式工作，这似乎是很自然的选择。
Ryder：移动通信是竞争激烈的市场，将埋入式元器件（尤其是有源元器件）集成到智能手机中的主要障碍之一是成本。 只要PCB、载板和封装设计的性能和可用板面仍有余地，就更倾向于采用成本低的方案。因此，对于适当的埋入式有源元器件而言，成本高阻碍了它的广泛采用。
据我所知，目前正在进行各种努力来埋入封装模块形式的ASIC和MEMS器件。在此我们不讨论CPU，因为这样的器件可能非常难埋入，例如高I/O数所需的高级对准和精度，以及由于缺少芯片散热通道而导致的潜在热管理问题。
Ryder：并不是说手机不会采用这种技术。手机中可能有包含埋入式元器件的封装模块。
Johnson：设计团队开始构建子系统的时候就要考虑是否采用这种技术。
Ryder：对，我想这就是现在的情况。从封装的角度来看，技术开发相当保守。要将关键功能移至完全埋入式系统将需要很多工作。这并不意味着不能实现，已经有了一定的发展，其中一些部分已经比较成熟，但是与无源元器件相比，我们看到埋入式有源元器件技术的应用程度相当低。
八、九年前的预测表明，到2020年带宽将会增加；我们将看到市场上X百万个埋入式有源元器件，产生X倍的收益。但大幅增长的时间点一直被推后，虽然肯定会增长，不会停滞不前，在如何设计、制造和集成埋入式有源元器技术以实现具有成本效益解决方案的方面，行业仍需努力。但我们一直在朝着正确的方向发展。
供应链也是扩大产品的障碍之一。相关应用通常需要针对埋入式应用专门设计元器件。元器件已经变得很薄了，有些元器件在其上具有独特的钝化层，而另一些则需要不同的端子金属化层等。首先必须有一个供应链生态系统才能使商业化可行，但构建供应链需要时间。
Johnson：对于需要采用埋入式有源元器件的应用，当设计约束告诉你需要这种技术时，你就会知道你需要它。
Ryder：作为从事埋入式技术制造营销的PCB或载板制造商，理想情况下，希望客户能很快认识到这种技术为他们带来的好处。任何顶级制造商的发展路线图都会远远超过其客户当前的困境。必须强调：“如果采用埋入技术，肯定能获得X倍的板面，增强指定的性能。” 现实情况是，他们可能会首先使用成熟的、有利于上市时间和经济的工具来探索解决方案。但是，埋入式元器件供应链生态系统越大、越成熟，我们就会看到越有可能采用这种技术。
Johnson：ESI公司的客户通常会有这种供应链吗？
Johnson：您的客户在这期间会面临什么样的挑战？
Ryder：如果PCB供应商或基板制造商完成了研发工作，经过确定和评估埋入式解决方案的初始过程，那么我们面临的挑战是提供能够支持高良率、低成本批量生产的激光钻孔系统。障碍之一是公司通常围绕该技术拥有自己的IP，因此很难推广通用的解决方案。此外，过多的元件及其对热和结构完整性的要求，生产就会变得棘手。拥有非常灵活的工具来处理如此大的潜在范围变得至关重要，ESI公司的技术可提供必要的功率控制、精度和光束转向，可实现可靠的互连并确保客户的产品功能。
Johnson：如果埋入式元件不能正常运行怎么办？PCB制造商不适应充当实验室的角色。
Ryder：我认为许多PCB或基板供应商愿意进行元器件测试。即使在电路测试中，很容易测试埋入式电阻。但是，如果有150个埋入式电容，如何测试整个埋入式结构中的容抗？而且，如果它是射频发送器、发射器、蓝牙或某种处理元器件，你就不能只测试简单的数字信号响应，而且要测试完整功能。如果超出核心业务能力范围，就太冒险了。此外，有源元器件测试通常要遵循芯片制造商自己的IP和测试方法。
Johnson：也许我们暴露于我不知道的假设中。我想知道，典型的PCB制造商在涉及埋入式有源元器件时能做什么？
Ryder：基本上，终端产品应该是准备用于表面安装的最终载板或PCB。
Ryder：要进行完整的最终功能测试时，这必须在SMT之后进行。
Johnson：PCB制造商在这方面取得了飞跃式的发展。
Ryder：这成为确定是否采取埋入式有源元器件决策过程的一部分，也说明了这是限制该技术更广泛发展的一个方面。
Johnson：这就是为什么在典型的样品过程中没有广泛接受这种方法的原因。
Ryder：单独的功能模块将是一个很好的开始。其中一些模块可以包含在SiP（系统级封装）中，甚至可以包含在主板上。对我来说，现在的技术还有许多部分需要提升。广泛应用于复杂的大型、多I/O埋入式有源元器件之前，还有一段路要走。
Johnson：您预测在不断变化过程中的下一步会是什么？您已经介绍了基础架构。
Ryder：首先，需要出现杀手级应用，从终端产品的角度证明投资方向是正确的。如果X性能改进或Y尺寸改进可以使您的产品脱颖而出并提高利润，那么利益相关者就会实现它。市场上有一些知道如何实施这项技术的公司，他们将把需求推向供应链，使其成为可能。我看到市场上有很多变动和发展，但是大部分变动是在研发项目后期对早期技术的采用，但这并不是说不能批量生产，但是应用范围仍然受到限制。
Johnson：您所说的似乎与我们过去几周一直在谈论的内容相吻合。Happy Holden说，埋入式有源技术已经使用于适当应用的批量产品中。设计变得稳定，他们正在努力使电路板组装质量保持不变。
Ryder：有很多事情要应对，包括设计、制造、热管理、翘曲等。要考虑埋入的元器件与PCB或载板的热膨胀系数（CTE）不同；还有互连的完整性、可靠性、测试等。这就是这种技术仍未被大多数制造商批量采用的原因，Happy Holden说得很对。
Johnson：让我们再谈谈埋入有源元器件后的热管理。此时的热管理是如何实现？
Ryder：这是一个很好的问题，有实验的方法和给定的方法。最常见的是采用周围铜平面导热，也可以通过设置散热导通孔来实现。换句话说，堆叠的导通孔可通向铜平面，有助于扇出并分布由元器件运行引起的热能。然后，可采用大量具有高导热性的特殊电介质。一些非常有前景的材料可以完成此任务，例如石墨烯，它具有高导热性，但也带来了新的制造风险。
Johnson：石墨烯在很多方面都有应用前景，要视情况而定。
Ryder：是的，在为最终产品建模时，这些因素将影响你的决策过程。可以计算给定元器件在运行期间的热负荷，也可以计算PCB叠层内的热分布。所有这些都可以建模和模拟，这将是实现埋入式元器件制造工艺的重要组成部分。
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