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本帖最后由 KA_IX 于 2022-3-18 08:33 編輯 北軟失效分析趙工 半導(dǎo)體工程師 摘要：簡述了封裝基板在 IT 時代的突出地位；須厘清或了解的相關(guān)知識；電子封裝需解決的技術(shù)課題；封裝基板需解決的技術(shù)課題及基板類型；有機(jī)封裝基板的發(fā)展、封裝用有機(jī)基板、有機(jī)封裝基板的特點、主要性能要求及分類；介紹了封裝基板的設(shè)計原則，從原輔材料的選擇、配方設(shè)計、工藝設(shè)計等方面淺析封裝基板的開發(fā)；并推薦了 DCPD 酚環(huán)氧及 DCPD 酚活性脂在封裝、高頻/高速、高性能、高可靠性基板中的應(yīng)用。 一、引言 電子信息時代 PCB 作為最基礎(chǔ)、最活躍的電子部件登上國際電子產(chǎn)業(yè)舞臺，成為電子產(chǎn)業(yè)不可缺少的重要組成部分。從消費類到投資類電子產(chǎn)品，從民用到軍用電子設(shè)備，PCB均發(fā)揮著前所未有的功能和作用。20 世紀(jì)末國際上逐漸將沿用上百年的 PCB 改稱為電子基板（electronic substrate），此稱謂的改變意味著傳統(tǒng)的 PCB 業(yè)已跨入高密度多層基板時代，封裝基板被提到突出地位。 電子基板按其結(jié)構(gòu)可分為普通基板、印制電路板、模塊基板等幾大類。其中 PCB 在原有雙面板、多層板的基礎(chǔ)上，近年來又出現(xiàn)積層（build-up）多層板；模塊基板是指新興發(fā)展起來的可以搭載在PCB之上，以BGA、CSP、TAB、MCM為代表的封裝基板（package substrate，簡稱 PKG 基板）。電子基板是半導(dǎo)體芯片封裝的載體，搭載電子元器件的支撐，構(gòu)成電子電路的基盤。小到芯片、電子元器件，大到電路系統(tǒng)、電子設(shè)備整機(jī)，都離不開電子基板。近年來在電子基板中，高密度多層基板所占比例越來越大。 誕生于上世紀(jì) 90 年代初，并于中期在全球得到快速發(fā)展的積層多層板（build-up multplayer board，簡稱 BUM 基板）是實現(xiàn)高密度布線的有效方式。積層多層板在歐美稱為高密度互連基板（high density interconnection substrate，簡稱 HDI 基板）；在臺灣稱為“微細(xì)通孔基板”（簡稱微孔板），盡管稱謂不同，但在超微細(xì)、多層立體布線、微細(xì)孔、層間互連等方面卻是完全一致的。在實現(xiàn)節(jié)距微細(xì)化的同時，其面積、厚度、質(zhì)量可大大降低，產(chǎn)品的質(zhì)量、穩(wěn)定性、可靠性則大大提高。 二、必須了解的知識 1、電子封裝的基本概念 1）封裝和封裝工程 “封裝”一詞用于電子工程的歷史并不長。在真空電子管時代，將電子管等器件安裝在管座上構(gòu)成電路設(shè)備一般稱為“組裝”或“裝配”，當(dāng)時還沒有“封裝”這一概念。 自從三極管、IC 等半導(dǎo)體元件的出現(xiàn)，改變了電子工程的歷史。一方面，這些半導(dǎo)體元件細(xì)小柔嫩；另一方面，其性能又高，而且多功能、多規(guī)格。為了充分發(fā)揮其功能，需要補強(qiáng)、密封、擴(kuò)大，以便與外電路實現(xiàn)可靠地電氣聯(lián)接，并得到有效地機(jī)械支撐、絕緣、信號傳輸?shù)确矫娴谋Ｗo(hù)作用。“封裝”的概念正是在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。 封裝（packaging，PKG）：主要是在后工程*中完成的。即利用膜技術(shù)及微細(xì)連接技術(shù)，將半導(dǎo)體元器件及其他構(gòu)成要素在框架或基板上布置、固定及連接，引出接線端子，并通過塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體主體結(jié)構(gòu)的工藝。 封裝工程：是封裝與實裝工程及基板技術(shù)的總和。即將半導(dǎo)體、電子元器件所具有的電子的、物理的功能，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于機(jī)器或系統(tǒng)的形式，并使之為人類社會服務(wù)的科學(xué)技術(shù)，統(tǒng)稱為電子封裝工程。 半導(dǎo)體器件制作分為前工程和后工程：所謂前工程是從整塊硅圓片入手經(jīng)多次重復(fù)的制膜、氧化、擴(kuò)散，包括照相制版和光刻等工序，制成三極管、集成電路等半導(dǎo)體元件及電極等，開發(fā)材料的電子功能，以實現(xiàn)所要求的元器件特性；所謂后工程是從由硅圓片分切好的一個一個的芯片入手，進(jìn)行裝片、固定、鍵合聯(lián)接、塑料灌封、引出接線端子、按印檢查等工序，完成作為器件、部件的封裝體，以確保元器件的可靠性，并便于與外電路聯(lián)接。 2）封裝的范圍 電子封裝是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，類型多、范圍廣，涉及各種各樣材料和工藝?？砂磶缀尉S數(shù)將電子封裝分解為簡單的“點、線、面、體、塊、板”等。電子封裝所涉及的各個方面幾乎都是在基板上進(jìn)行或與基板相關(guān)。在電子封裝工程所涉及的四大基礎(chǔ)技術(shù)，即薄厚膜技術(shù)、微互連技術(shù)、基板技術(shù)、封接與封裝技術(shù)中，基板技術(shù)處于關(guān)鍵與核心地位。隨著新型高密度封裝形式的出現(xiàn)，電子封裝的許多功能，如電氣連接，物理保護(hù)，應(yīng)力緩和，散熱防潮，尺寸過渡，規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化等，正逐漸部分或全部的由基板來承擔(dān)。 封裝的范圍涉及從半導(dǎo)體芯片到整機(jī)。在這些系統(tǒng)中，構(gòu)成整個電子設(shè)備包括 6 個層次（即裝配的 6 個階段）： (1) 層次 1 即裸芯片。 它是特指半導(dǎo)體集成電路元件（IC 芯片）。由半導(dǎo)體廠商提供，分為兩類，一類是系列標(biāo)準(zhǔn)芯片，另一類是針對系統(tǒng)用戶特殊要求的專用芯片。即未加封裝的裸芯片（電極的制作、引線的連接等均在硅片之上完成）。 (2) 層次 2 封裝后的芯片即集成塊。 分為單芯片封裝和多芯片封裝兩大類。前者是對單個裸芯片進(jìn)行封裝，后者是將多個裸芯片裝載在多層基板（陶瓷或有機(jī)）上進(jìn)行氣密性封裝構(gòu)成 MCM。 (3) 層次 3 即板或卡。 它是指構(gòu)成板或卡的裝配工序。將多個完成層次 2 的單芯片封裝和 MCM，實裝在 PCB板等多層基板上，基板周邊設(shè)有插接端子，用于與母板及其它板或卡的電氣連接。 (4) 層次 4 即單元組件。 將多個完成層次 3 的板或卡，通過其上的插接端子搭載在稱為母板的大型 PCB 板上，構(gòu)成單元組件。 (5) 層次 5 即（框）架。 它是將多個單元構(gòu)成（框）架，單元與單元之間用布線或電纜相連接。 (6) 層次 6 即總裝、整機(jī)或系統(tǒng)。 它是將多個架并排，架與架之間由布線或電纜相連接，由此構(gòu)成大型電子設(shè)備或電子系統(tǒng)。 從電子封裝工程的角度，按習(xí)慣一般稱層次 1 為 0 級封裝；層次 2 為 1 級封裝；層次 3為 2 級封裝；層次 4、5、6 為 3 級封裝。 3）封裝的分級 從硅圓片制作開始，微電子封裝可分為 0、1、2、3 四個等級，涉及上述六個層次。基板技術(shù)現(xiàn)涉及 1、2、3 三個等級和 2～5 的四個層次。 （1）0 級封裝 即裸芯片電極的制作、引線的連接等均在硅片之上完成。暫與基板無關(guān)。 （2）一級封裝 經(jīng) 0 級封裝的單芯片或多芯片在封裝基板（普通基板、多層基板、HDI基板）上的封裝，構(gòu)成集成電路模塊（或元件）。即芯片在各類基板（或中介板）上的裝載方式。 （3）二級封裝 集成電路（IC 元件或 IC 塊）片在封裝基板（普通基板、多層基板、HDI基板）上的封裝，構(gòu)成板或卡。即各種實裝方式（二級封裝或一級加二級封裝）。如前面談到的 DIP、PGA 屬于 DIP 實裝型，GFP、BGA、CSP 等屬于 SMT 實裝型。這些都屬于二級封裝。 （4）三級封裝 包含 4、5、6 三個層次。即將多個完成層次 3 的板或卡，通過其上的插接端子搭載在稱為母板（或載板）的大型 PCB 板上，構(gòu)成單元組件（此層次也是實裝方式之一）；或是將多個單元構(gòu)成架，單元與單元之間用布線（剛撓 PCB）或電纜相連接；或是將多個架并排，架與架之間由布線（剛撓 PCB）或電纜相連接，由此構(gòu)成大型電子設(shè)備或系統(tǒng)（此兩個層次稱為裝聯(lián)）。 封裝基板主要研究前 3 個層次的半導(dǎo)體封裝（0、1、2 級封裝），0 級封裝暫與基板無關(guān)，因此封裝基板一般是指用于 1 級 2 級封裝的基板材料。母板（或載板）、剛撓結(jié)合板等用于三級封裝。 4）封裝的功能 一般來說顧客所需要的并不是芯片，而是由芯片和 PKG 構(gòu)成的半導(dǎo)體器件。PKG 是半導(dǎo)體器件的外緣，是芯片與實裝基板間的界面。因此無論 PKG 的形式如何，封裝最主要的功能應(yīng)是芯片電氣特性的保持功能。其主要功能如下： (1) 芯片電氣特性的保持功能通過 PKG 的進(jìn)步，滿足不斷發(fā)展的高性能、小型化、高頻化等方面的要求，確保其功能性。 （2）芯片保護(hù)功能PKG 的芯片保護(hù)功能很直觀，保護(hù)芯片表面以及連接引線等，使在電氣或物理等方面相當(dāng)柔嫩的芯片免受外力損害及外部環(huán)境的影響。保證可靠性。 （3）應(yīng)力緩和功能由于熱等外部環(huán)境的影響或者芯片自身發(fā)熱等都會產(chǎn)生應(yīng)力，PKG 緩解應(yīng)力，防止發(fā)生損壞失效。保證可靠性。 （4）尺寸調(diào)整配合（間距變化）功能由芯片的微細(xì)引線間距調(diào)整到實裝基板的尺寸間距，從而便于實裝操作。例如，從亞微米（目前已小于 0.13μm）為特征尺寸的芯片到以 10μm 為單位的芯片電極凸點，再到以100μm 為單位的外部引線端子，最后到以 mm 為單位的實裝基板，都是通過 PKG 來實現(xiàn)的。在這里 PKG 起著由小到大、由難到易、由復(fù)雜到簡單的變換作用。從而可使操作費用及資材費用降低，而且提高工作效率和可靠性。保證實用性或通用性。 （5）規(guī)格通用功能PKG 的尺寸、形狀、引線端子數(shù)量、節(jié)距、長度都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，既便于加工又便于與實裝基板相配合，相關(guān)的生產(chǎn)線及生產(chǎn)設(shè)備都具有通用性。這對于 PKG 用戶、PCB 廠家、半導(dǎo)體廠家都很方便，而且便于標(biāo)準(zhǔn)化。相比之下，裸芯片實裝及倒裝片實裝目前尚不具備這方面的優(yōu)勢，保證通用性。 5）封裝的分類 電子封裝發(fā)展極為迅速，PKG 種類繁多、結(jié)構(gòu)多樣、發(fā)展變化大，而在封裝結(jié)構(gòu)、封裝材料、加工工藝、鍵合技術(shù)、可靠性和成本是各有不同，因此分類的方法很多。一般按芯片的裝載方式、基板類型、封接方式、PKG 的外形 結(jié)構(gòu) 尺寸以及實裝方式來分類。 (1) 按芯片在基板上的裝載方式分類按芯片上電極面相對于基板來說，可分為電極面朝上的正裝片和電極面朝下的倒裝片；按芯片的電氣連接方式分為有線鍵合和無線鍵合方式；后者又有倒裝片鍵合、自動帶狀鍵合（TAB）及微機(jī)械鍵合之分。 （2）按基板類型分類從材料上可分為有機(jī)基板和無機(jī)基板兩大類；從結(jié)構(gòu)上可分為單層（包括撓性帶基）、雙層、多層、復(fù)合基板等。多層基板包括通用制品（玻璃-環(huán)氧樹脂）、積層多層基板、陶瓷多層基板、每層都有埋孔多層基板。 （3）按封接方式或封裝材料分類半導(dǎo)體元件的封接或封裝方式分為氣密性封裝和樹脂封裝兩大類，氣密性封裝又可分為金屬封裝、陶瓷封裝和玻璃封裝。封接和封裝的目的是與外部溫度、濕度、氣氛等環(huán)境隔絕，除了起保護(hù)和電氣絕緣作用外，同時還起向外散熱及應(yīng)力緩和作用。一般來說，氣密性封裝可靠性高，但價格也高。目前由于封裝技術(shù)及材料的改進(jìn)，樹脂封裝已占絕對優(yōu)勢，但在有些特殊領(lǐng)域（軍工、航空、航天、航海等），氣密性封裝是必不可少的。 （4）按 PKG 的外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類此分類主要是依據(jù) PKG 接線端子的排布方式對其進(jìn)行分類。依據(jù) PKG 的發(fā)展順序，先后出現(xiàn)引腳插入型、表面貼裝型；DIP、PGA、QFP、BGA、CSP 等及塑料封裝（P）和陶瓷封裝（C）。 （5）按封裝材料、封裝器件和封裝結(jié)構(gòu)分類此分類反映了 1979 年前后，在世界范圍內(nèi)電子封裝從無到有，從三極管到芯片部件封裝，從插入式封裝到表面貼裝（SMT），從金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝到塑料封裝的發(fā)展過程。但由于塑料封裝成本低廉、工藝簡單并適于大批量生產(chǎn)，具有極強(qiáng)的生命力，自誕生起發(fā)展越來越快，在封裝中占的份額越來越大，因此這種分類方法早已過時。目前塑料封裝已占世界集成電路封裝市場的 98%，與此同時品種越來越多，性能越來越優(yōu)良，在消費類電路和器件領(lǐng)域基本上是塑料封裝一統(tǒng)天下。 6）幾種典型的 PKG 類型 （1）雙列直插式封裝（dual in-line package，DIP） 可以說這是最早的 PKG，針腳分布于兩側(cè)且平行布置，直接插入 PWB 以實現(xiàn)機(jī)械固定和電氣連接，DIP 一般僅利用 PWB 的單面。由于針腳直徑和節(jié)距都不能太細(xì)，故 PWB 上的通孔直徑、節(jié)距乃至布線節(jié)距都不能太細(xì)。這種 PKG 難以實現(xiàn)高密度封裝。 （2）針柵陣列插入式封裝（pin grid array package，PGA） 在 DIP 的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)高速、多針腳化（提高端子密度）而出現(xiàn)的，針腳不是單排或雙排，而是在整個平面呈柵陣排列。與 DIP 相比在不增加針腳節(jié)距的情況下，可以按近似平方的關(guān)系提高針腳數(shù)。若采用導(dǎo)熱性良好的基板，還可以適應(yīng)高速度、大功率器件的要求。 （3）四邊引腳扁平封裝（quad flat package，QFP） QFP 由小外形表面封裝（small out-line package，SOP）而來，其外形呈扁平狀、鳥翼狀，引腳一端由 PKG 的四個側(cè)面引出，另一端沿四邊布置在同一平面上。由 QFP 派生出的 PKG還有 LCCC、PLCC 以及 TCP（TAB 型）。 （4）球柵陣列封裝（ball grig array，BGA） BGA 實際上是在 PGA 和 QFP 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，取前者端子平面陣列布置，將插入式的針腳改換成鍵合用的微球；取后者可以采用 SMT 等由一次再流焊完成實裝等優(yōu)點。從形式上看 BGA 主要有以下幾種類型： a、PBGA（plastic ball grid array），以有機(jī)印制線路板（PWB）為封裝基板的 BGA； b、CBGA（ceramic ball grid array），以多層陶瓷基板為封裝基板的 BGA； c、TBGA（tape ball grid array），帶載 BGA，其中又有單層銅箔載帶和雙層銅箔載帶之分； d、FBGA（fine pitch ball grid array），精細(xì)節(jié)距端子 BGA，一般需采用積層多層印制線路板。作為 CSP 的原始形式于 20 世紀(jì) 90 年代中期問世； e、FCBGA（flip chip BGA），倒裝芯片 BGA，是 BGA 中多端子、窄節(jié)距、高性能的高級形式，是目前研究開發(fā)的重點。 （5）芯片尺寸封裝或芯片級封裝（chap size package，CSP） CSP 封裝的元年應(yīng)是 1996 年，CSP 技術(shù)的公開發(fā)表，在電子封裝的發(fā)展史上具有劃時代的意義。這種與半導(dǎo)體芯片尺寸幾乎同樣大小，具有半導(dǎo)體封裝功能（互換性、質(zhì)量保證、保護(hù)芯片即實裝容易）的球柵陣列 CSP 型封裝一經(jīng)出現(xiàn)，封裝成套設(shè)備廠商立即投入到超小型配套設(shè)備的競爭中。 CSP 雖具有各種各樣的結(jié)構(gòu)，但并不是一種新的封裝類型。CSP 具有以下特征： a、CSP 是與芯片尺寸同等大小或略大的封裝的總稱； b、就封裝形式而論屬于已有封裝形式的派生品，因此可按現(xiàn)有封裝形式來分類； c、從誕生之日 CSP 逐漸在便攜式電子設(shè)備中使用，其標(biāo)準(zhǔn)化、一次再流焊特性及價格等應(yīng)與 QFP 不相上下； d、CSP 不僅在外觀（實裝時的互聯(lián)結(jié)構(gòu)），而且從內(nèi)部鏈接方式上有多種不同的結(jié)構(gòu)； e、CSP 可使消費類便攜式電子設(shè)備實現(xiàn)超高密度化、小型化。因此 CSP 的發(fā)展極為迅速，各種新型的 CSP 結(jié)構(gòu)會不斷的出現(xiàn)。 7）封裝、實裝、安裝及裝聯(lián) （1）封裝 是指構(gòu)成“體”的過程（packaging）。即通過封裝（如將可塑性絕緣介質(zhì)經(jīng)模注、灌封、壓入、下充填等），使芯片、封裝基板、電極引線等封為一體，構(gòu)成三維的封裝體，起到密封、傳熱、應(yīng)力緩和及保護(hù)等作用。此即狹義的封裝。 封裝技術(shù)：是指從點、線、面到構(gòu)成“體或塊”的全部過程及工藝。 （2）實裝 此詞來自日文，此處借用?！皦K”搭載在“板”上稱為實裝，裸芯片實裝在模塊基板（BGA 基板、TAB 基板、MCM 基板）上可分別構(gòu)成 BGA、TAB、MCM 封裝體，稱其為一級封裝（或微組裝）；DIP、PGA 等采用引腳插入方式實裝在 PCB 上；QFP、BGA、CSP、TBA 等采用表面貼裝方式實裝在 PCB 之上，稱其為二級封裝；裸芯片也可以直接實裝在 PCB上，如 COB、COF 等，在此一級封裝、二級封裝合二為一。即實裝專指上述的“塊”搭載在基板上的連接過程及工藝，涵蓋常用的插入、插裝、表面貼裝（SMT）、安裝、微組裝等。 塊：與下面將要涉及的“板”可以看成是多維體。帶有引線端子的封裝體即為“塊”，進(jìn)行裸芯片安裝的芯片也可以看成塊。 （3）安裝 即將板（主板或副板）通過插入、機(jī)械固定等方式，完成常規(guī)印制電路板承載、連接各功能電子部件，以構(gòu)成電子系統(tǒng)的過程稱為安裝。 板：搭載有半導(dǎo)體集成電路元件，L、C、R 等分立器件，變壓器以及其他部件的電子基板即為“板”。 （4）裝聯(lián) 將上述系統(tǒng)裝載在載板（或架）之上，完成單元內(nèi)（板或卡內(nèi)）布線、架內(nèi)（單元間）布線以及相互間的連接稱為裝聯(lián)。 2、PCB 與封裝基板 1）PWB 和 PCB 及多層板 PWB（printed wiring board，印制線路板）：泛指表面和內(nèi)部布置有導(dǎo)體圖形的絕緣基板。PWB 本身是半成品，作為搭載電子元器件的基板而起作用。通過導(dǎo)體布線，進(jìn)行連接構(gòu)成單元電子回路，發(fā)揮其電路功能。 PCB（printed ciruid board，印制電路板）是指搭載了電子元器件的 PWB 的整個基板為印制電路板。 在多數(shù)情況下，通常將 PWB 與 PCB 按同義詞處理而不加區(qū)分。實際上 PWB 和 PCB 在有些情況下是有區(qū)別的，例如，PCB 有時特指在絕緣基板上采用單純印刷的方式，形成包括電子元器件在內(nèi)的電路，可以自成一體；而 PWB 更強(qiáng)調(diào)搭載元器件的載體功能，或構(gòu)成實裝電路，或構(gòu)成印制電路板組件。通常簡稱二者為印制板。 多層板：隨著 LSI 集成度的提高、傳輸信號的高速化及電子設(shè)備向輕薄短小方向的發(fā)展，僅靠單雙面導(dǎo)體布線已難以勝任，再者若將電源線、接地線與信號線在同一導(dǎo)體層中布置，會受到許多限制，從而大大降低布線的自由度。如果專設(shè)電源層、接地層和信號層，并布置在多層板的內(nèi)層，不僅可以提高布線的自由度而且可防止信號干擾和電磁波輻射等。此要求進(jìn)一步促進(jìn)了基板多層化的發(fā)展，因此，PCB 集電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)于一身，起著越來越重要的作用?？梢哉f，當(dāng)代 PCB 是集各種現(xiàn)代化技術(shù)之大成者。 2）封裝基板與 PCB 封裝基板可以簡單的理解為是具有更高性能或特種功能的 PCB（封裝基板是可為芯片、電子元器件等提供電氣連接、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效，以實現(xiàn)多引腳化，縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電氣性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化以及高可靠性的電子基板。因此可將封裝基板理解為是具有更高性能或特種性能的 PCB 或薄厚膜電路基板）。即 IC 封裝基板起到了芯片與常規(guī)印制電路板（多為母板、副板，背板等）的不同線路之間的電氣互聯(lián)及過渡作用，同時也為芯片提供保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效。 電子基板（PCB）可用于電子封裝的不同層級（主要用于 1～3 級封裝的第 2～5 層次），只是封裝基板用于 1、2 級封裝的 2、3 層次，普通 PCB 用于 2、3 級封裝的 3、4、5 層次。它們都是為電子元器件等提供互聯(lián)、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效，以實現(xiàn)多引腳化，縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電氣性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化以及高可靠性為目的。屬于多學(xué)科交叉的技術(shù)，它涉及到電子、物理、化工、高分子等知識。 3）主板（母板）、副板及載板（類載板） 常規(guī) PCB（多為母板、副板，背板等）主要用于 2、3 級封裝的 3、4、5 層次。其上搭載 LSI、IC 等封裝的有源器件、無源分立器件及電子部件，通過互聯(lián)構(gòu)成單元電子回路發(fā)揮其電路功能。一般可分為副板、主板、載板等。 副板：又稱子板或組件板，是在面積較小的 PCB 上安裝部分電子元器件，構(gòu)成具有各種功能的卡、存儲組件、CPU 組件以及帶有其它元器件的基板。再通過連接器（接插件、電纜或剛撓板等）實現(xiàn)與主板的承載與互聯(lián)。這樣使得故障元器件的維修及電子產(chǎn)品的升級變得更為簡便。 主板：又稱為母板。是在面積較大的 PCB 上安裝各種有源、無源電子元器件，并可與副板及其它器件可實現(xiàn)互聯(lián)互通的電子基板。通訊行業(yè)一般稱其為背板。 載板：承載各類有源、無源電子器件、連接器、單元、子板及其它各式各樣的電子器件的印制電路板。如封裝載板、類載板、各種普通 PCB 及總裝板。 類載板（SubstrateLike-PCB，簡稱 SLP）：顧名思義是類似載板規(guī)格的 PCB，它本是 HDI板，但其規(guī)格已接近 IC 封裝用載板的等級了。類載板仍是 PCB 硬板的一種，只是在制程上更接近半導(dǎo)體規(guī)格，目前類載板要求的線寬/線距為≤30μm/30μm，無法采用減成法生產(chǎn)，需要使用 MSAP（半加成法）制程技術(shù)，其將取代之前的 HDI PCB 技術(shù)。即將封裝基板和載板功能集于一身的基板材料。但制造工藝、原材料和設(shè)計方案（一片還是多片）都還沒有定論。類載板的催產(chǎn)者是蘋果新款手機(jī)，在 2017 年的 iPhone8 中，首度采用以接近 IC 制程生產(chǎn)的類似載板的 HDI 板，可讓手機(jī)尺寸更輕薄短小。類載板的基材也與 IC 封裝用載板相似，主要是 BT 樹脂的 CCL 與 ABF*樹脂的積層介質(zhì)膜。 *ABF(Ajinomoto Bond Film)為日商“大運味之素”旗下“味之素精密技術(shù)”公司(AFT)的高階板材，其現(xiàn)行商品有三種：①一般型 SH9K(Tg165℃，TMA)；②無鹵型GX-3(Tg153℃)；③無鹵低 Z 膨脹型 GX-13(Tg156℃)，其а2 之 Z 膨脹僅 155ppm/℃而已。 *HDI 基板：一般采用積層法(Build-up)制造，積層的次數(shù)越多，板件的技術(shù)檔次越高。普通的 HDI 板基本上是 1 次積層，高端 HDI 采用 2 次或以上的積層技術(shù)，同時采用疊孔、電鍍填孔、激光直接打孔等先進(jìn) PCB 技術(shù)。高端 HDI 板主要應(yīng)用于 4G 手機(jī)、高級數(shù)碼攝像機(jī)、IC 載板等。 隨著電子安裝技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，電子安裝各階層的界限越來越不清晰，各階層安裝的交叉、互融，此過程中 PCB 的作用越來越重要，對 PCB 及其基板材料在功能、性能上都提出了更高、更新的要求。 三、電子封裝需解決的技術(shù)課題 電子封裝技術(shù)課題涉及電子封裝各個層次。主要技術(shù)課題如下： 1、高速傳輸技術(shù)即信號的高速傳輸。 主要涉及第 2 至第 6 層次。在第 2 層次中不采用單芯片封裝，而采用 MCM 此技術(shù)顯得尤為重要。 1）應(yīng)保證布線長度最短和布線長度偏差最小 為保證電氣信號衰減和延遲最小，布線越短越好；為避免同時開關(guān)造成的噪聲，應(yīng)精心設(shè)計布線及各條信號線的定時特性，控制布線長度偏差達(dá)到最低限度。 2）為降低反射噪聲、音串噪聲以及接地噪聲，需采用多層布線基板 在第 3 層次卡用 PWB 板，第 4 層次單元中擔(dān)當(dāng)卡間布線的母板，以及第 2 層次中 MCM用多層布線板中，都要采取措施降低反射噪聲、音串噪聲以及接地噪聲。與此同時要保證各層次之間連接用插接端子及電纜的特性阻抗相匹配。為此需要開發(fā)高層數(shù)、高密度的多層布線基板，保證信號的平行傳輸。 3）開發(fā)特性阻抗匹配的多端子插接板 通常插接端子的特性阻抗為 100Ω，電纜及多層布線版特性阻抗（例如 50Ω）很難與之匹配，因此需開發(fā)特性阻抗匹配的多端子插接板；為減小接觸壓力，需采用低或零接觸壓力型插接端子。未來還要開發(fā)光插接端子。 2、高效冷卻技術(shù)（散熱、導(dǎo)熱） 高效冷卻、散熱是大規(guī)模集成電路必須考慮的問題，這主要與封裝的第 2 至第 6 層次相關(guān)聯(lián)。從節(jié)能觀點考慮，集成電路本身必須做到低功耗，目前正向低工作電壓方向努力。即使如此，隨著集成度的提高、信號速度的增加，功耗還是在不斷上升。隨著發(fā)熱密度增加，提高散熱效率是當(dāng)務(wù)之急。特別是在第 2 層次中采用 MCM 的情況，需要開發(fā)高導(dǎo)熱的多層基板，以適應(yīng)在多層基板上搭載多個 LSI 元件的各種高效散熱技術(shù)。 3、高密度化技術(shù) 主要與第 2、3 層次（1、2 級封裝）相關(guān)聯(lián)。在第 2 層次中采用單芯片封裝的場合，需要開發(fā)超過 2000 條引腳的多引腳封裝以及與之相適應(yīng)的表面封裝技術(shù)；在第 3 層次中，為了滿足 QFP、PGA、LGA、TAB、BGA、CSP 等超小型、多引腳封裝表面實裝的要求，需開發(fā)新的 SMT 技術(shù)。特別指出的是，為滿足系統(tǒng)高速、多功能的要求，在第 2 層次中必須采用MCM 封裝。 4、防止電磁波干擾技術(shù) 主要與第 5、6 層次相關(guān)聯(lián)。架內(nèi)單元與單元間連線（第 5 層次）及架間連線（第 6 層次）如同天線，會產(chǎn)生 EMC 或 EMI 等電磁波干擾。頻率越高，此現(xiàn)象越嚴(yán)重。 為解決此問題最好采用光纜，光纜通過光波傳輸信號不會產(chǎn)生 EMC 和 EMI 等問題。但從現(xiàn)狀來看，架內(nèi)及架間信號連接都采用光纜不太現(xiàn)實。架內(nèi)的 EMC 問題相對來說比較容易解決，因此來看，架內(nèi)采用電氣方式、架間采用光纜方式是比較好的方案。 四、封裝基板的技術(shù)課題及類型 1、需解決的技術(shù)課題 電子產(chǎn)品的小型輕量化、多層高密度化及高速高/頻化、高性能、高可靠性、多功能的發(fā)展，給封裝基板提出了更為苛刻的技術(shù)要求。 1）高密度多層基板中的精細(xì)工藝技術(shù) 隨著電子產(chǎn)品不斷向“輕、薄、短、小”方向發(fā)展，對有機(jī)封裝基板總的要求可用“密、薄、平”來概括，并以“密”為主導(dǎo)或核心而迅速發(fā)展著。這必然要涉及各種精細(xì)工藝技術(shù)。 （1） 導(dǎo)體尺寸的微細(xì)化和精度化 常規(guī)的印制線路板已發(fā)展成為集成電路芯片的高密度封裝基板。PCB 的高密度化，主要是采用精細(xì)的線寬/間距、微小孔技術(shù)、狹小環(huán)寬（或無環(huán)寬）技術(shù)、埋/盲孔與盤中（內(nèi)）孔技術(shù)和薄介質(zhì)層厚度的來實現(xiàn)的。 導(dǎo)體尺寸微細(xì)化主要是指：微小孔孔徑尺寸的變化（不大于 0.15mm 的孔徑成為微孔，而稱 0.15-0.30mm 的為小孔，現(xiàn)微孔的孔徑已小于 0.05mm）；精細(xì)布線的線寬/間距的變化（已到 0.03mm/0.04mm）及多層板的厚度的薄型化（介質(zhì)層厚度小于 0.10mm，據(jù)報道 8層板的總厚度可達(dá) 0.28mm）。 導(dǎo)體尺寸的精度化：PCB 高密度的發(fā)展，必然帶來高精度化的要求。即高密度是指 PCB走向“細(xì)、小、薄”的結(jié)果，必然導(dǎo)致精度的高要求。這一變化包含兩方面要求：當(dāng)誤差百分?jǐn)?shù)（%）相對固定時，隨著產(chǎn)品的“細(xì)、小、薄”化程度的發(fā)展，其誤差的絕對值越來越小，即精度越來越高；規(guī)定的絕對值誤差的范圍越來越小，其精度越來越高。 這種精度的提高和尺寸的微細(xì)化，均需要通過 PCB 生產(chǎn)用的材料、設(shè)備、工藝技術(shù)、環(huán)境條件等進(jìn)行變革或改革才能解決。因此，高密度化總是和高精度化相結(jié)合而得到解決的。從某種意義上來說，解決高密度化問題不如說是解決高精度化問題更確切。 （2）加工技術(shù)的精細(xì)化控制和自動化生產(chǎn)（即精細(xì)化制造） 生產(chǎn)實踐表明：PCB 的高密度化發(fā)展必須要求生產(chǎn) PCB 的材料、設(shè)備、工藝技術(shù)、環(huán)境條件等需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)才能滿足需求。例如，當(dāng)線寬/間距不大于 0.1mm 時，則銅箔厚度應(yīng)小于 18μm。只有薄的銅箔才能得到側(cè)蝕小的導(dǎo)線；再如當(dāng)要求 PCB 翹曲度更?。ú淮笥?0.5%）時，就必須仔細(xì)全面的分析產(chǎn)生翹曲的原因，從各方面入手綜合解決翹曲大的問題等。 2）基板材料的高頻/高速化 參見第 18 屆 CCL 技術(shù)市場交流會論文“高頻/微波覆銅板的設(shè)計開發(fā)”。 3）基板材料的綠色化 基板材料的綠色化，即基板材料無鹵化，無鹵無磷化以及滿足無鉛焊接工藝之要求。 4）封裝基板的高強(qiáng)度高模量 主要與第 2、3 層次相關(guān)聯(lián)。要求封裝基板具有高強(qiáng)度、高模量，并且剛撓并濟(jì)，以保證強(qiáng)度、承載、平整及消除內(nèi)應(yīng)力等。 5）封裝基板高的尺寸穩(wěn)定性和低 CTE 主要與第 2、3 層次相關(guān)聯(lián)。要求基板高的尺寸穩(wěn)定性和低 CTE，以保證與與芯片相匹配。（尺寸穩(wěn)定性是不可逆過程，CTE 是可逆過程）。 基板材料的高導(dǎo)/散熱性能 參見第 12 屆 CCL 技術(shù)市場交流會論文“高導(dǎo)熱高可靠性覆銅板的設(shè)計與開發(fā)”。 7）粉體納米材料在封裝基板中的應(yīng)用 粉體材料特別是納米粉體可提高 CCL 的剛性，降低 CTE，提高尺寸穩(wěn)定性；提高耐熱性；提高阻燃性；納米介電泡沫介電材料可降低介電常數(shù)；提高耐溫性、耐化學(xué)藥品性；并具有化學(xué)催化效果等。 此外還要求覆銅板具有高耐濕熱性、耐 CAF、高 CTI、多功能化、高穩(wěn)定性及高可靠性等 2、封裝基板的類型 封裝用電子基板，按其電氣絕緣或機(jī)械支撐材料可分為無機(jī)基板、有機(jī)基板、復(fù)合基板、帶載型封裝用基板材料（TAB）、封裝用積層多層基板（BUM）、高密度互連基板（HDI）、類載板等幾大類。 1）無機(jī)基板：傳統(tǒng)的無機(jī)基板是以 Al 2 O 3 、SiC、BeO、AlN 等為基材，由于其在熱導(dǎo)率、抗彎強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)等方面的優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于 HIC 和 MCM 等大功率器件。無機(jī)基板可分為一般陶瓷基板（HTCC），如氧化鋁、莫來石、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹基板；低溫共燒陶瓷（LTCC）多層基板；其它類型的無機(jī)基板還有，如 LCD 用玻璃基板、PDP 用玻璃基板、玻璃基覆銅板。 無機(jī)基板實現(xiàn)高密度多層布線的方式有 HTCC 和 LTCC 兩條途徑。玻璃基板一般用 PVD或 CVD 技術(shù)。HTCC 由多層 Al 2 O 3 生片與 W 或 Mo/Mn 漿料，在 1650℃共燒而成；LTCC 采用玻璃—陶瓷生片，可使燒結(jié)溫度從 1650℃下降到 900℃以下，從而可以用 Cu、Ag、Ag-Pd 等低熔點的金屬代替 W、Mo 等難熔作布線導(dǎo)體，既可以提高電導(dǎo)率，又可以在大氣中燒成。 采用 LTCC 便于制作較大尺寸、大容量基板，成本低，可植入電阻、電容、電感等無源元件，特別是玻璃陶瓷與硅的熱膨脹系數(shù)相匹配，介電常數(shù)低，在高頻帶具有明顯的低損耗性能，特別適合于射頻、微波、毫米波器件，在無線電通訊、軍事及民用等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。無機(jī)基板盡管在電子封裝中所占比例不大，近年來還在進(jìn)一步的下降（被有機(jī)基板取代），但在不少領(lǐng)域，如超級計算機(jī)用高密度多層基板、航天計算機(jī)用 MCM 基板、晶體振蕩器載體、SAW 載體以及電力器件等方面，仍具有不可替代的作用。 2）有機(jī)基板：即 PCB 常用的各種類型的覆銅板。 3）復(fù)合基板：隨著高密度封裝技術(shù)的發(fā)展，單一材料、單一結(jié)構(gòu)的基板已不能滿足使用要求。復(fù)合基板可以實現(xiàn)多功能、高性能。例如，除了基板搭載元器件、布線連接以及導(dǎo)熱功能之外，還附加有電阻、電容、電感、電磁屏蔽、光學(xué)結(jié)構(gòu)體等功能；在高性能方面，做到電阻降低、阻抗匹配、傳輸性能提高，力學(xué)性能改善，更便于高密度封裝等。 為達(dá)到上述目的，需要在結(jié)構(gòu)、性能、工藝等方面采取必要地措施，例如：在結(jié)構(gòu)上，采取多層化，薄膜化、微孔化及微細(xì)布線等方式；在材料上，使用不同的材料在強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、絕緣性能等方面相互補充。與此相應(yīng)，需要采取各種不同的工藝。復(fù)合基板在功能上類型各異，材料和結(jié)構(gòu)上種類繁多，工藝上更是各式各樣，而且還在迅速的發(fā)展，目前還沒有統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)。一般按復(fù)合的目的將其分為功能復(fù)合、結(jié)構(gòu)復(fù)合、材料復(fù)合三種。 功能復(fù)合：如內(nèi)含多層印刷 C、L、R 基板、內(nèi)含生片疊層基板等； 結(jié)構(gòu)復(fù)合：如樹脂—陶瓷復(fù)合基板、樹脂—多孔陶瓷復(fù)合基板、樹脂—硅復(fù)合基板； 材料復(fù)合：如金屬基復(fù)合基板、金屬芯復(fù)合基板等。 五、封裝用有機(jī)基板材料 1、有機(jī)封裝基板材料的發(fā)展 有機(jī) PCB 已有百余年的發(fā)展歷史，由于其體薄量輕，具有優(yōu)良的電氣絕緣及介電特性，而且原材料便宜，便于自動化，生成價格較低，易于實現(xiàn)多層化，在電子封裝領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。近年來，積層多層 PCB、高密度互連 PCB 的開發(fā)成功和模塊基板的大量采用，為高密度多層基板開創(chuàng)了廣闊的用武之地。在短時間內(nèi)，人們就開發(fā)出二三十種不同的工藝用于積層多層板的制造。從絕緣層形成來劃分，大致可分為四大類：感光樹脂/光刻成孔法；熱固性樹脂/激光成孔法；附樹脂銅箔/激光成孔法；無“芯板”全層導(dǎo)通孔法，如 ALIVH、B 2 it、半固化片形成法等。 20 世紀(jì) 90 年代中末期，IC 產(chǎn)業(yè)邁入高密度封裝時代。與之緊密配合，迅速形成積層多層板和有機(jī)封裝基板這兩大新市場，使 PCB 產(chǎn)業(yè)發(fā)生了以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為主要特征的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，并對整個微電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響： 1）電子基板產(chǎn)業(yè)將更有力地推動電子封裝乃至整個微電子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。電子基板，特別是高密度多層基板技術(shù)已成為一個國家、一個地區(qū)在發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵與核心技術(shù)之一。 2）半導(dǎo)體封裝所要實現(xiàn)的高速化、高性能、小型化、低成本等特點，將由封裝基板來承擔(dān)。隨著半導(dǎo)體封裝向高層次、高水平發(fā)展，基板所承載的功能越來越多，要求越來越高。因此，就需要封裝基板制造技術(shù)（包括基板材料制造技術(shù)）向著更尖端方向發(fā)展。 3）積層多層板和封裝基板是尖端電子基板的主體。發(fā)展這兩大類附加值高、具有廣闊市場前景的高密度基板，是帶動整個 PCB 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新的“經(jīng)濟(jì)增長點”。 4）積層多層板和封裝基板市場的形成，給 PCB 產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)原材料產(chǎn)業(yè)、設(shè)備制造業(yè)，帶來深刻的變革。這種變革涉及產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)、經(jīng)營策略、生成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、跨行業(yè)和跨國界的技術(shù)合作等各個方面。 2、封裝用有機(jī)基板 封裝用有機(jī)基板是可為芯片、電子元器件等提供電氣連接、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效，以實現(xiàn)多引腳化，縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電氣性能及散熱性能、超高密度或多芯片模塊化以及高可靠性目的的電子基板材料。封裝基板可以簡單的理解為是具有更高性能或特種性能的 PCB 用基板材料。封裝基板應(yīng)該屬于多學(xué)科交叉的技術(shù)，它涉及到電子、物理、化工、高分子等知識。有機(jī)封裝基板所用基板材料包括一般環(huán)氧樹脂玻璃布基的基板材料、聚酰亞胺樹脂基板材料、BT 樹脂基板材料、PPO 樹脂基板材料、撓性覆銅箔聚酰亞胺薄膜基材、卷裝環(huán)氧樹脂玻璃布基撓性覆銅箔基板、RCC、高性能高熱傳導(dǎo)半固化片或膠膜等。 近年，隨著有機(jī)封裝基板市場的擴(kuò)大，用于制造這種基板的基板材料—覆銅板，無論是技術(shù)上，還是在產(chǎn)量上，都得到了迅猛的發(fā)展。目前世界許多覆銅板生產(chǎn)廠家，都把有機(jī)封裝基板的開發(fā)、生產(chǎn)工作，列入企業(yè)新產(chǎn)品、新技術(shù)發(fā)展的重點。此類基板材料的技術(shù)發(fā)展將向高性能（高 T g 、T d 、低ε r 、低 CTE）、高可靠性、高頻化、薄型化、高模量、高導(dǎo)熱、低成本、綠色化方向發(fā)展。對有機(jī)封裝基板總的要求是薄型化、高強(qiáng)度、高模量、平整度、高性能、剛韌性兼顧等。因此可用“密、薄、高、平”等幾個字概括封裝基板材料的發(fā)展。 3、有機(jī)封裝基板材料的特點 有機(jī)封裝基板材料的特點：作為封裝用基板，有機(jī)樹脂基板材料與陶瓷基板材料相比，有如下優(yōu)點： 1）基板材料的制造不像陶瓷基板那樣要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，節(jié)能降耗； 2）有機(jī)基材的介電常數(shù)（ε r ）比陶瓷材料低，有利于信號的高速傳輸； 3）它的密度比陶瓷材料低，符合輕、薄、短、小的發(fā)展方向； 4）它比陶瓷基板易于機(jī)械加工，并可制作大面積基板； 5）易實現(xiàn)微細(xì)電路圖形的加工； 6）易于大批量生成，可以降低封裝基板的制造成本； 有機(jī)封裝基板材料的缺點是：耐溫比較低，熱穩(wěn)定性較差，線膨脹系數(shù)較大，強(qiáng)度、模量較低等。 4、有機(jī)封裝基板材料的主要性能要求 1）具有高耐熱性：要使基板材料具有優(yōu)異的耐熱性能，需要基板材料具有較高的玻璃化溫度（T g ）和高的熱分解溫度（T d ）。高耐熱性基板，可以提高封裝的再流焊性，封裝基板的通孔可靠性，可以使它在熱沖擊、超聲壓焊等封裝工藝過程中，基板材料保持穩(wěn)定的物理特性（如平整度、尺寸穩(wěn)定性等）。 2）具有低的吸濕性：降低有機(jī)基板材料的吸濕性是非常重要的。如果材料的吸濕性大，將使材料的絕緣電阻下降，介電常數(shù)增加，耐熱沖擊性能下降，PCT 及耐 CAF 性能降低，在下游工序中容易出現(xiàn)爆板等現(xiàn)象。 3）具有較低的熱膨脹系數(shù)一般 FR-4 基板材料的熱膨脹系數(shù)（α）為：（13～18）×10－ 6 /℃（x、y 方向）。從技術(shù)角度來看，認(rèn)為熱膨脹系數(shù)α小于 8×10－ 6 /℃低熱膨脹系數(shù)的基板材料，才是封裝基板較理想的基材（因為硅晶體的α約為 6×10－ 6 /℃）?；臒崤蛎浵禂?shù)的大小，是影響基板尺寸穩(wěn)定性的重要因素，為了保證封裝的精度、可靠性，選用低熱膨脹系數(shù)的基材作為封裝基板，已成為設(shè)計者的共識。 4）具有較低的介電常數(shù)有機(jī)封裝基板材料，一般具有較低的介電常數(shù)（ε r ），與陶瓷基板相比，更適合用于高頻信號的傳輸，因此更適應(yīng)于信號高速化的發(fā)展趨勢。盡管如此，隨著高速電路技術(shù)的封裝，以及信號傳輸頻率的提高，對降低有機(jī)封裝基板材料的介電常數(shù)提出了更高的要求。 5）要求基板材料具有高強(qiáng)度、高模量滿足高密度、高可靠性等要求。 6）要求基板材料薄型化要求基板材料薄型化，是為了提高封裝密度，使產(chǎn)品輕、薄、短、小，另外，由于高頻化的發(fā)展也要求基板薄型化，一般經(jīng)驗是介質(zhì)層厚度≤λ/8，以減小層間的電磁干擾。例如：在頻率為 300GHz 時，基板材料的厚度應(yīng)小于 0.125mm。目前薄和超薄的多層板所用覆銅板介質(zhì)厚度為 0.02~0.127mm。 7）要求基板材料具有優(yōu)良的厚度均勻性及平整度滿足特性阻抗及自動化工藝的需求。 8）要求基板材料具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性能基板材料良好的熱傳導(dǎo)性能，可以提高基板材料、電子元器件以及整個電子儀器設(shè)備的可靠性及壽命。 5、有機(jī)封裝基板材料的分類 有機(jī)封裝基板材料，主要擔(dān)負(fù)著導(dǎo)電、絕緣、支撐、信號傳輸?shù)确矫娴墓δ堋７庋b及其基板（PCB）的性能、可靠性、制造中的加工性、制造成本、制造水平以及新技術(shù)在封裝中的實現(xiàn)等，在很大程度上取決于基板材料（CCL）。 在全球整個印制電路板用基板材料中，使用量最大、最重要的品種當(dāng)屬覆銅板。制造覆銅板所用的半固化片、半固化膠膜、RCC 都是制造一般多層板不可缺少的基板材料。PCB 用基板材料已發(fā)展到上百個品種，他已成為電子元器件中不可缺少的重要基礎(chǔ)材料。在推動電子封裝技術(shù)、印制電路板技術(shù)不斷向前發(fā)展起著重要的作用。 近年有機(jī)封裝基板技術(shù)和應(yīng)用的迅速發(fā)展，封裝基板材料，無論在市場規(guī)模上還是技術(shù)水平上，在整個 PCB 材料中，占有越來越突出的地位。他成為顯示一個國家或地區(qū) PCB 材料和技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。 封裝基板材料，按物態(tài)一般可劃分為剛性和撓性兩大類。剛性基材又分為纖維增強(qiáng)的基板材料，如改性 FR-4、高 T g 、低α、復(fù)合基板、有機(jī)纖維增強(qiáng)基板材料等；積層多層板用基板材料，如感光性絕緣材料（液狀、干膜）、熱固性絕緣材料（液狀、干膜）、RCC；復(fù)合化多層有機(jī)板用基材，如金屬基、金屬芯、陶瓷填充等。撓性基材主要作為帶載型封裝（TAB）用有機(jī)基板材料，它主要有薄膜類及環(huán)氧樹脂/玻璃布卷狀薄型材料。 目前廣泛采用的剛性有機(jī)封裝基板材料主要有三大類，即 E-玻璃布/環(huán)氧樹脂基材（FR-4基材）；纖維（有機(jī)或無機(jī)）/高性能樹脂的基板材料；積層多層板用基板材料。 六、有機(jī)封裝基板的開發(fā) 封裝基板的設(shè)計原則是，選擇滿足有機(jī)封裝基板要求的原、輔材料、相關(guān)助劑；開發(fā)合理的體系配方；設(shè)計實用合理的工藝路線；解決好不同工序中的各種界面等問題。 封裝基板是由基體樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、玻纖布、填充材料、助劑、銅箔等組成的復(fù)合材料體系，制造過程中還需使用各種溶劑。選擇好這些原輔材料非常重要，對其質(zhì)量和性能均有舉足輕重的影響，應(yīng)特別關(guān)注各組分材料的物化性能（如填料的形狀、粒徑、表面狀態(tài)、長徑比、比表面積等）、相容性及各種助劑的正確選擇（流平劑、成膜助劑、潤濕分散劑、偶聯(lián)劑、防沉劑、觸變劑、光反射劑等）。當(dāng)然也不能忽視其它因素，特別是各制造工序中，各種介質(zhì)材料（介觀、宏觀）的界面的處理技術(shù)和控制技術(shù)。其制備是一較為復(fù)雜的過程，由于它涉及的學(xué)科門類較多，既有化學(xué)問題，又有物理問題，還有界面問題等。因此，在設(shè)計時所考慮的技術(shù)、工藝等問題應(yīng)貫穿從研究開發(fā)到實際應(yīng)用的整個過程，不能過于側(cè)重某一方面的性能，才能達(dá)到綜合性能的平衡，獲得較好的性價比。 1、原材料的選擇 1）基體樹脂的選擇： 封裝基板常用的樹脂是：聚酰亞胺樹脂（BMI、PI）、CE 樹脂、BT 樹脂、PPO 樹脂、PCH及其它耐高溫?zé)崴苄詷渲≒TFE 除外）。最初封裝所用的基板材料多為 BT 樹脂等高性能樹脂基板材料，為了降低成本，近年高性能環(huán)氧封裝基板得到快速的發(fā)展，在封裝基板中已占有很大的比重。如高性能樹脂改性環(huán)氧樹脂或具有特殊結(jié)構(gòu)的高性能環(huán)氧樹脂。 2）增強(qiáng)材料的選擇： 常用的增強(qiáng)材料有：E-玻璃纖維布、S-玻璃纖維布、D-玻璃纖維布、NE-玻璃纖維布、石英玻璃纖維布、HDI 專用玻璃纖維布。纖維布的厚度及其厚度均勻性對基板材料性能影響很大。增強(qiáng)材料 E-玻璃纖維布一般選擇 2116、1080、106 或更薄的玻璃纖維布，很少選用 7628玻璃纖維布。為獲得高強(qiáng)高模的基板材料，可選用更小纖維直徑（5 或 6μm）的玻纖布以及前處理玻纖布。 3）功能性填料的選擇： 在基板制造中加入功能性填料，其目的是為了增加基板的強(qiáng)度和模量、調(diào)整介電常數(shù)、提高耐熱性、導(dǎo)/散熱性能、降低成本、增容等。使用時應(yīng)特別關(guān)注填料的粒徑大小、粒徑分布以及填料的表面處理、填充材料與基體樹脂的相容性和界面等情況，為獲得高強(qiáng)高摸、剛撓兼具的基板材料，可引入納米粉體材料，特別是納米硅微粉。 4）溶劑體系的選擇 覆銅板的制造過程為濕法工藝，溶劑體系的選擇非常重要。但是一般設(shè)計人員容易忽略此點，需引起高度重視。 5）銅箔的厚度和粗糙度： 銅箔雖不屬于電介質(zhì)材料的范疇，但是銅箔所形成的導(dǎo)體（線）是用來傳輸信號的，因此銅箔的宏觀結(jié)構(gòu)（寬度、厚度、表面粗糙度等）將會影響高頻信號的傳輸性能。 銅箔的寬度和厚度： 隨著信號傳輸頻率的高頻化，其波長越來越短，要求采用的介質(zhì)層厚度（≤1/8 或 1/10波長）越來越薄。但是為了保持帶狀線或微帶線阻抗（Stripline Impedance）值在 50Ω，則要求覆銅板的銅箔厚度減?。ㄒ话沣~箔厚度≤18μm、12μm），才能滿足制造上的要求。 因為只有銅箔厚度≤18μm、12μm ，在圖形轉(zhuǎn)移（特別是蝕刻方面的側(cè)蝕造成）中的“線寬誤差，才能滿足”生產(chǎn)要求。帶狀線的特性阻抗公式如下： 
式中：Z 0 — 阻抗；D —介質(zhì)層厚度；W — 導(dǎo)線寬度；T — 導(dǎo)線（銅箔）厚度；從上式看出，介質(zhì)層厚度 D 減小，只有減小導(dǎo)線的寬度（W）和厚度（T）,才能保持 Z 0值不變。如果只減小導(dǎo)線的寬度（W），不減小厚度（T），則側(cè)蝕大，Z 0 值的誤差很難控制，因此減小銅箔的厚度是主要的方向。 銅箔表面粗糙度 Ra： 銅箔表面粗糙度將會明顯影響高頻信號的傳輸及能量損失，而且隨著頻率的提高，損失更加嚴(yán)重。這是因為頻率越高，趨膚效應(yīng)約嚴(yán)重。趨膚深度與頻率的關(guān)系如下表所示。 
2、配方設(shè)計 首先須了解所選定的樹脂體系、各種原輔材料、助劑等的物化特性；根據(jù)體系組成，分析找出各組分所含活性基團(tuán)的種類和數(shù)量，活化基團(tuán)之間的反應(yīng)類型，反應(yīng)活性，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式計算出各組分的理論需用量；根據(jù)設(shè)計對性能以及工藝的要求，確定功能填充材料（導(dǎo)熱、介電常數(shù)的控制等）的種類及用量，再根據(jù)實驗結(jié)果來最終確定各組分的配比。 依據(jù)反應(yīng)類型、反應(yīng)活性、反應(yīng)機(jī)理、相容性等因素，確定加料方式和順序，反應(yīng)是一步完成，還是分步完成；然后依據(jù)相關(guān)理論及實驗結(jié)果確定反應(yīng)的溫度、時間、填充材料的分散、攪拌方式、攪拌速度等條件。 封裝基板常需加入相當(dāng)數(shù)量的功能性填料，加入前須對填充材料進(jìn)行烘焙處理，，以除去填料表面吸附的水分、揮發(fā)成分及部分結(jié)晶水；并對烘焙過的填料進(jìn)行偶聯(lián)、包覆或接枝處理；為了增加潤濕、擴(kuò)散性能，在樹脂合成的過程中，加入潤濕劑、分散劑、偶聯(lián)劑、低分子量的反應(yīng)樹脂，對填料進(jìn)行表面處理及超聲波處理，真空、高速剪切攪拌；并以一定的方式加入樹脂體系，即可得到分散均勻、性能穩(wěn)定的樹脂浸膠液。 3、工藝設(shè)計 1）樹脂合成工藝 依據(jù)配方設(shè)計確定物料組成、反應(yīng)類型、加料順序及各種技術(shù)要求，制定樹脂合成工藝路線和技術(shù)條件。當(dāng)體系中有填料時，應(yīng)特別關(guān)注其表面處理、加入順序、分散效果、儲存穩(wěn)定性以及分散效果的表征方法等。 2）浸/涂膠工藝 為了獲得良好的浸潤、擴(kuò)散及界面性能，在浸膠過程中，可增加單涂、預(yù)浸裝置、調(diào)整呼吸距離、降低樹脂粘度、加強(qiáng)樹脂膠液的循環(huán)流動、對膠槽進(jìn)行預(yù)熱，還可在浸膠生產(chǎn)線上增加超聲裝置；膠膜制備通常采用流延、刮涂、絲網(wǎng)漏印或涂膠設(shè)備來制備膠膜和 ACC。 過程中應(yīng)控制好各種工藝參數(shù)，如車速、溫度、含量、膠化時間、流動性、光潔度、介質(zhì)層厚度及均勻性等因素，特別是介質(zhì)層厚度均勻性。 介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)、厚度及均勻性對高頻高速信號的傳輸影響很大，頻率越高影響越大。因此對基板介質(zhì)層厚度及均勻性提出了更高的、更嚴(yán)格的要求。 隨著信號高頻化的發(fā)展，其波長越來越短，則要求介質(zhì)層也越來越?。ǜ呙芏炔季€中，介質(zhì)層越薄，串?dāng)_就越?。艚橘|(zhì)層太薄，則會導(dǎo)致特性阻抗（Z 0 ）下降。因此，要全面加以權(quán)衡，或采用低介電常數(shù)（ε 0 ）和低介電損耗（tgδ）的材料來補償。只要傳輸信號的波長大于 10 倍（IPC-2141 是 7 倍）的 PCB 導(dǎo)線長度時，PCB 導(dǎo)線便可以看成普通的導(dǎo)線，或不受特性阻抗的限制，而不必做信號傳輸線來處理。另外為減小信號串?dāng)_，一般介質(zhì)層的厚度應(yīng)小于信號傳輸波長的 1/8 或 1/10。例如：若按信號波長的 1/10 來計算，10GHz頻率的信號（其波長為 30mm），介質(zhì)層的厚度應(yīng)為≤3mm，一般覆銅板均滿足此條件；對于頻率為 300GHz 的 1mm 波長來計算，介質(zhì)層的厚度應(yīng)為≤100μm 。 由于覆銅板是電介質(zhì)復(fù)合材料，它的均勻性對材料的介電性能影響很大，特別是傳輸信號走向“毫米波”段后，其影響更加顯著。因此建議采用薄型玻璃布、扁平開纖玻璃布或玻璃纖維紙（減小 skew）。另外還要求介質(zhì)層厚度均勻、厚度公差小，因為介質(zhì)層的厚度及其均勻性，對 PCB 的特性阻抗及其穩(wěn)定性影響極大。 介質(zhì)層厚度及其均勻性，對 Z 0 影響從下式（微帶線的特性阻抗公式）可以看出，特性阻抗與介質(zhì)厚度的自然對數(shù)成正比，因此介質(zhì)層越厚，其特性阻抗越大。 式中：Z 0 — 阻抗；H —介質(zhì)層厚度；W — 導(dǎo)線寬度；T — 導(dǎo)線（銅箔）厚度；與帶狀線相比，微帶線在，相同介質(zhì)厚度、導(dǎo)線寬度和材料下，具有較高的特性阻抗，一般要大 20～40Ω。因此，對高頻和高速數(shù)字信號的傳輸大多采用微帶線結(jié)構(gòu)。同時，特性阻抗隨介質(zhì)厚度的增加而增大。所以，對特性阻抗值需嚴(yán)格控制的高頻線路來說，對覆銅板基材的介質(zhì)厚度應(yīng)提出嚴(yán)格的要求，一般來說，其介質(zhì)厚度變化不得超過 10%，嚴(yán)格要求，其介質(zhì)厚度變化不得超過 5%。 對于多層板來說，介質(zhì)層厚度還與加工因素相關(guān)，特別是與多層板的層壓工藝密切相關(guān)，對此也應(yīng)嚴(yán)格加以控制。特別應(yīng)注意的是，隨著導(dǎo)體走線密度的增加，其介質(zhì)層厚度的增加，將會引起電磁干擾的增加。因此，對于高頻線路和高速數(shù)字線路的信號傳輸線，隨著導(dǎo)體布線密度的增加，應(yīng)減小介質(zhì)厚度以消除或降低電磁干擾（EMI）帶來的雜音或串?dāng)_問題。為了兼顧阻抗匹配和降低串?dāng)_，出路只有大力降低ε r 。在此基礎(chǔ)上，才有可能采用更薄的介質(zhì)層。 3）層壓工藝 層壓是制程的最后一道工序，應(yīng)依配方體系的技術(shù)要求及半固化片技術(shù)指標(biāo)等，來確定升溫速率、時間、初始壓力、保溫溫度、保溫壓力、保溫時間、真空度等層壓工藝的技術(shù)指標(biāo)；在確定這些指標(biāo)時，應(yīng)考慮對前段工序一些缺陷的彌補；當(dāng)體系中含有填料時，成型壓力應(yīng)適當(dāng)提高，這些措施均是為了提高各組分材料及其界面得到良好的潤濕、吸附、擴(kuò)散、鍵合，晶須的取向等作用，獲得性能優(yōu)異的介質(zhì)層，制造出性能優(yōu)異的產(chǎn)品。 七、DCPD 酚環(huán)氧及 DCPD 酚活性脂在封裝基板的應(yīng)用 本人非?？春?DCPD 酚樹脂、DCPD 酚環(huán)氧樹脂、DCPD 酚活性酯這幾種材料及它們所組成的不同樹脂體系在封裝基板及其它高性能覆銅板中的應(yīng)用。相信通過各業(yè)界廣大工程技術(shù)人員的共同努力，可使環(huán)氧樹脂成為封裝、高頻/高速及高性能覆銅板的一大樹脂體系！理由如下： 1、DCPD 主要來自煤焦油或石油裂解的 C 5 餾分，是一種一級原料，無需通過有機(jī)合成制得，材料易得、成本低； 2、DCPD 的另一個優(yōu)點是聚合性能活潑，因含有雙鍵且是雙官能的（如同甲醛），故易于進(jìn)行加成反應(yīng)和自聚反應(yīng)，很容易與苯酚反應(yīng)生成雙環(huán)戊二烯酚樹脂； 3、DCPD 酚樹脂分別與環(huán)氧氯丙烷和?；衔铮ㄈ玺人?、酰氯等）反應(yīng)生成雙環(huán)戊二烯酚環(huán)氧樹脂和雙環(huán)戊二烯酚活性酯； 4、DCPD 酚活性脂/環(huán)氧樹脂體系；DCPD 酚環(huán)氧樹脂/DCPD 酚活性酯體系固化后，產(chǎn)物中僅有醚鍵和酯基，不產(chǎn)生仲羥基（酯基替代羥基即以?；娲酥倭u基中的氫原子）。因此該體系可用來制造環(huán)氧樹脂高頻/高速覆銅板； 5、DCPD 酚環(huán)氧樹脂/DCPD 酚活性酯體系，固化產(chǎn)物中的主鏈?zhǔn)怯芍经h(huán)與氧原子構(gòu)成的醚鍵，側(cè)基為酯基（DCPD 酚活性脂/雙酚 A 環(huán)氧樹脂體系，固化產(chǎn)物中的主鏈?zhǔn)怯杀江h(huán)及脂肪環(huán)組成的兩類醚鍵，側(cè)基為酯基）。該固化產(chǎn)物具有極低的吸水性、高的耐熱性、優(yōu)異的耐候性（克服了雙酚 A 環(huán)氧樹脂耐候性差、易粉化的缺點）、高的尺寸穩(wěn)定性、低 CTE、高強(qiáng)高摸等特性（通過改變活性脂中?；慕Y(jié)構(gòu)使固化產(chǎn)物具有不同的性能）。因此該體系不僅可用來制造高頻/高速覆銅板，還可用來制造其它高性能的覆銅板，特別是類載板和封裝基板。 八、結(jié)語 IT 技術(shù)的飛速發(fā)展及電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代，不僅要求封裝基板具有優(yōu)異的綜合性能，更是要求有很高性價比。由于環(huán)氧樹脂具有比較優(yōu)異的綜合性能、優(yōu)良的工藝性能、長期的應(yīng)用經(jīng)驗及較好的成本優(yōu)勢，封裝基板的絕大部分將以改性環(huán)氧及高性能環(huán)氧樹脂體系為主或該樹脂體系加納米粉體技術(shù)。 來源：半導(dǎo)體封裝工程師之家 作者：師劍英 |
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