隨著電子產(chǎn)品微小型化、多功能化和信號(hào)傳輸高頻高速數(shù)字化，要求PCB 迅速走向高密度化、高性能化和高可靠性發(fā)展。為了適應(yīng)這個(gè)要求，不僅 PCB 迅速走向 HDI BUM板、嵌入（集成）元件 PCB 等，而且 IC 封裝基板已經(jīng)迅速由無機(jī)基板（陶瓷基板）走向有機(jī)基板（PCB 板）。有機(jī) IC 封裝基板是在 HDI/BUM板的基礎(chǔ)上繼續(xù)‘深化（高密度化）’而發(fā)展起來的，或者說 IC 封裝基板是具更高密度化的HDI/BUM板。

1 封裝基板的提出及其類型

1.1 有機(jī)封裝基板的提出封裝基板是用于把多個(gè)一級(jí)（可用二級(jí)）封裝IC 組件再封（組）裝形成更大密度與容量的一種基板。由于這類基板的封裝密度很高，因此，其尺寸都不大，大多數(shù)為≤50*70mm2。

過去主要是采用陶瓷基板，現(xiàn)在迅速走向高密度PCB封裝基板。

（1）陶瓷封裝基板。

陶瓷封裝基板的應(yīng)用已有幾十年的歷史了，基優(yōu)點(diǎn)是CTE 較小，導(dǎo)熱率較高。但是，隨著高密度化、特別是信號(hào)傳輸高頻高速數(shù)字化的發(fā)展，陶瓷封裝基板遇到了嚴(yán)厲的挑戰(zhàn)。

① 介電常數(shù) εr 大（ 6∽8）。

信號(hào)傳輸速度 V 是由來介電常數(shù) εr 決定的，如下式可得知。

V=k ·C/(εr)1/2

其中： k——為常數(shù)； C——光速。這就是說，采用較小的介電常數(shù)εr，就可以得到較高的信號(hào)傳輸速度。還有特性阻抗值等問題。

②密度低。 L/S ≥O.1mm，加上厚度厚、孔徑大，不能滿足IC 高集成度的要求。

③電阻大。大多采用鉬形成的導(dǎo)線，其電阻率（燒結(jié)后）比銅大三倍多或更大，發(fā)熱量大和影響電氣性能。

④基板尺寸不能大，影響密度和容量提高。由于陶瓷基板的脆性大，不僅尺寸不能大，而且生產(chǎn)、組裝和應(yīng)用等都要格外小心。

⑤薄型化困難。厚度較厚，大多數(shù)為1mm以上。

⑥成本高。

（2）有機(jī)（ PCB）基板。

有機(jī)（ PCB）基板，剛好與陶瓷封裝基板相反。

①介電常數(shù) ε r 小（可選擇性大，大多用3∽ 4 的材料）。

②高密度化好。 L/S 可達(dá)到 20∽50μm，介質(zhì)層薄，孔徑小。

③電阻小。發(fā)熱低，電氣性能好。

④基板尺寸可擴(kuò)大。大多數(shù)為≤70*100mm2。

⑤可薄型化，目前，雙面/ 四層板，可達(dá)到100∽300μm。

⑥成本低。

在 1991 年，由日本野洲研究所開發(fā)的用于樹脂密封的倒芯片安裝和倒芯片鍵合（連接）的 PCB 和 HDI/BUM 板，這些有機(jī)封裝基板和HDI/BUM 板等比陶瓷基板有更優(yōu)越的的有利因素和條件，使它作為IC 的裸芯片封裝用基板是非常合適的，特別是用于倒芯片（FC）的金屬絲的封裝上，既解決了封裝的CTE 匹配問題，又解決了高密度芯片的安裝的可行性問題。

關(guān)于 PCB 基板的 CTE 較大和導(dǎo)熱差方面，可以通過改進(jìn)和選擇CCL 基材得到較好的解決。

1.2 IC 封裝基板的類型

1.2.1 IC封裝基板主要的兩個(gè)問題。

（ 1）搭載裸芯片的封裝基板與所要封裝元（組）件的CTE（熱膨脹系數(shù)）匹配（兼容）。

（ 2）搭載裸芯片的封裝基板的高密度化，要滿足裸芯片的高集成度要求。

1.2.2 封裝基板的三種類型。

到目前為止，用于裸芯片的封裝基板有三種類型，如表1 和圖 1 所示。

從本質(zhì)上來說， PCB 是為元（組）件提供電氣互連和機(jī)械（物理）支撐的。在今天的電子封裝市場(chǎng)上，主要存在著三種類型的的封裝：

（ 1）有機(jī)基板的封裝， 其 CTE 為 13∽19ppm/℃，采用金屬絲鍵合 （WB），然后，再 BGA/μBGA焊接到 PCB板上；

（ 2）陶瓷基板封裝， 其 CTE 為 6∽8ppm/℃，由于陶瓷基板的缺點(diǎn)， 逐步采用 6∽8ppm/℃有機(jī)封裝基板；

（ 3）與晶圓片匹配的有機(jī)封裝。既理想的尺寸與速度（即芯片級(jí)）匹配的封裝，如采用

特別低的 CTE封裝基板與晶圓 (片)級(jí)封裝（ WLP，wafer level package）、直接芯片安裝 （ DDA ，direct die attach）匹配的安裝 ,其 CTE 接近 2∽4ppm/℃（參見表 1）。

很顯然，常規(guī)的PCB是不具備這些高級(jí)封裝（低CTE場(chǎng)合）能力的，因此， PCB工業(yè)必須發(fā)展低 CTE材料，以滿足這些高級(jí)封裝基板材料的技術(shù)和產(chǎn)品。

表1 三種封裝基板的CTE及對(duì)CCL的CTE要求

注：陶瓷封裝基板對(duì)CCL要求是指‘裸芯片’已封裝在陶瓷基板，然后再安裝到 PCB基板上而言。

目前，按元（組）件封裝到 封裝基板 上的 CTE大小,可把封裝基板分為三種類型（如圖4 所示）。

圖1 三級(jí)基板的示意圖

1.2.3 基板封裝與元（組）件的 CTE 要求。

封裝基板與封裝元（組）件之間的 CTE匹配（兼容）問題。兩者的CTE不匹配或相差甚大（如過去要求≤5ppm/℃，現(xiàn)在要求更高）時(shí)，焊接封裝后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力便威脅著電子產(chǎn)品使用的可靠性和壽命。因此，封裝基板 與所封裝元（組）件之間的CTE匹配（兼容）問題，正隨著安裝高密度化和焊接點(diǎn)面積的縮小而要求兩者的CTE 相差越來越小，即Δ ≤5ppm/℃→ Δ ≤3ppm/℃→ Δ≤2ppm/℃→ Δ ≤1ppm/℃→ Δ =0。如表 2 所示。

表2 封裝基板與所安裝的元件間CTE差的要求是隨著安裝技術(shù)發(fā)展而不同

注： CTE差（ ppm/℃）是指 封裝基板 與所封裝元（組）件之間的 CTE（差別）匹配度。

2 陶瓷基板封裝技術(shù)

陶瓷基板封裝是把芯片（ die，系指裸芯片）安裝到陶瓷基板上，然后，它可以安裝到PCB基板上。首先，把硅芯片（silicon die ）安裝到陶瓷基板（CTE 為 6∽8ppm/℃）上，但是還不能安置到 PCB基板上，因?yàn)?/p>

PCB的 CTE大小為 16∽19ppm/℃，兩者的 CTE不匹配、差別太大。為了解決這個(gè)問題：

①大多采用圓柱形插裝（column instead of balls）來解決陶瓷基板與PCB基板之間的可靠性連接問題。因?yàn)椋瑘A柱形引腳是高而細(xì)長的固體圓柱形針（pins ），它可以隨著不同膨脹而擺動(dòng)， 從而是有理由提供可靠的焊接點(diǎn)的。但是， 目前常規(guī)的 BGA焊接已經(jīng)成為主流，要在每個(gè)連接區(qū)域除去球形（BGA）連接而改成柱形連接，那是很費(fèi)時(shí)和昂貴成本為代價(jià)的，顯然這不是根本的出路。

②最好而根本的辦法，應(yīng)該是把PCB基板的 CTE=16∽19ppm/℃下降到 8∽10ppm/℃或 6∽8ppm/℃的 CTE。這樣，就可以不必再采用陶瓷基板了。但是，隨著 IC 組件的高集成度化、特別是信號(hào)傳輸?shù)母哳l化和高速數(shù)字化的快速發(fā)展，由于陶瓷基板的（相對(duì)）介電常數(shù)大（εr=6.6 ），介電損耗也大，因此陶瓷封裝基板的應(yīng)用也受到了限制，特別是在10G以上頻率的信號(hào)傳輸與計(jì)算，因此，其應(yīng)用的領(lǐng)域越來越小。

3 有機(jī)基板封裝技術(shù)——金屬絲連（焊）接封裝

有機(jī)基板封裝是把裸芯片（ die，系指裸芯片）安裝到很高密度的有機(jī)基板上，然后，它再安裝到常規(guī)密度的大尺寸PCB基板上。 即把硅芯片 （silicon die ）以金屬絲安裝 （如 TSOP，thin small-outline package等）有機(jī)基板（ CTE 為 13∽19ppm/℃）上，然后再以 BGA安裝到常規(guī)密度的大尺寸 PCB基板上，或直接應(yīng)用到超小型的電子產(chǎn)品中，如表 3 所示。

從表 3 可看出：

（ 1）典型的芯片的熱膨脹系數(shù) CTE 為 2∽4ppm/℃，這就很難可以直接封裝在PCB上，因?yàn)?PCB的 CTE大小為 16∽19ppm/℃（有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為13∽15ppm/℃、 13∽17ppm/℃等，這是由基材所用類型決定著），很難能夠與芯片的CTE與之相匹配；

（ 2）采用金屬絲（金的CTE 為 14ppm/℃、銅絲的 CTE為 17 ppm/ ℃、 Al 絲的 CTE為 21∽23ppm/℃）連（焊）接封裝在不同CTE大小的有機(jī)基板（如目前大多數(shù)的IC 封裝基板）上，然后，再以TSOP（thin small-outline package）的金屬引腳或BGA形式再在 PCB基板上進(jìn)行安裝，因此，有機(jī)封裝基板與PCB 基板之間不存在著嚴(yán)重的CTE 不匹配問題。盡管， 采用金屬絲鍵合（連接）的有機(jī)基板封裝技術(shù)，比起陶瓷基板的封裝已具有很多的優(yōu)點(diǎn)，目前正在高速發(fā)展中。但是，比起倒芯片/FCOB/DDA封裝技術(shù)，仍然存在著封裝面積大，連接路線長 會(huì)降低信號(hào)傳輸速度的，對(duì)于很高速的信號(hào)傳輸是不理想的，一旦有機(jī)封裝

基板的 CTE減少到 2∽4ppm/℃或 3∽5ppm/℃時(shí)，才會(huì)把目前的有機(jī)封裝基板減少下來。

4 倒芯片 /FCOB/DDA封裝技術(shù)

倒芯片類型的元（組）件是具有很低的CTE，大多處在 2∽ 4ppm/℃之間。很顯然，把很低的倒芯片類型的元（組）件安裝到高膨脹系數(shù)的PCB 基板上是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，特別是高密度的細(xì)小焊盤的焊接，那是關(guān)系到焊接點(diǎn)的可靠性問題。很小的倒芯片在傳統(tǒng)的PCB上的安裝可行方法之一是借助于焊接部位不填充方法（underfill），但是，它限制了PCB返工（修）的可能性。因此，要把倒芯片可靠地安裝到PCB板上，必須要求 PCB具有很低的CTE ，目前正在開發(fā)碳纖維的CCL基板材料。

①低－彈性模量碳纖維。用得多的是ＰＡＮ碳纖維。低－彈性模量碳纖維具有接近于-０. ４ppm/℃，當(dāng)與樹脂結(jié)合起來形成的復(fù)合材料，其ＣＴＥ可達(dá)到４.５∽６.５ppm/℃。這樣的ＣＴＥ等級(jí)已經(jīng)可與傳統(tǒng)的ＩＣ芯片的ＣＴＥ（５∽７ppm/℃）嚴(yán)密匹配了。

②高－彈性模量碳纖維。正如大家了解的高－彈性模量碳纖維PITCH，其 CTE 也接近 -０. ４ ppm/℃，但當(dāng)高 -- 彈性模量PITCH 纖維與樹脂形成復(fù)合材料時(shí)，其CTE 為 1.0 ∽3.0ppm/ ℃。可以應(yīng)用于那些要求很低

CTE（2∽4ppm/℃）的 IC 芯片相匹配的場(chǎng)合。

總之， IC 封裝基板主要體現(xiàn)在：

（一） 基板材料的 CTE更小或匹配， 即此類 IC 基板的 CTE要明顯的減小，并接近（兼容）芯片引腳的CTE，才能保證可靠性；

（二）直接用于裸芯片（KGD）的封裝，因此要求IC 基板更高密度化；

（三）封裝基板的厚度薄，尺寸很小，大多數(shù)小于 70*70mm；（四） 大多選用薄型的低CTE基材，如 PI 材料、超薄玻纖布和碳纖維的CCL材料。

5 有機(jī)封裝基板的工藝技術(shù)

有機(jī)封裝基板的工藝技術(shù)路線，主要有兩種：

（一）傳統(tǒng)高密度的制造方法；

（二）高密度的 HDI/BUM方法。

2.1 有機(jī)封裝基板的主要技術(shù)指標(biāo)

有機(jī)封裝基板的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（ 1）成品外形尺寸。大多數(shù)為70*100mm

（ 2）基板層數(shù)，目前為2∽4。

（ 3）基板厚度， 0.1 ∽0.3mm。

（ 4）導(dǎo)線寬度 L/ 間距 S。L/S≤50μm（20∽50μm）。半加成法 L/S≥40μm。全加成法 L/S≤40μm（如 5μm）。

（ 5）孔徑 Φ為 50∽80μm。

2.2 CCL 材料

根據(jù)封裝基板的組裝要求和條件來選擇，因此要充分了解上、 下游的技術(shù)指標(biāo)性能與要求。如，采用 Cu 或 Au絲連接（鍵合）的封裝基板，應(yīng)該采用對(duì)溫度（包括高溫焊接的耐熱）尺寸穩(wěn)定性，關(guān)鍵是翹曲度問題，或CTE匹配問題。

（ 1）CTE小、 Tg高的材料。如 BT 材料、 PI 材料、改性 / 高 Tg 環(huán)氧材料等。

（ 2）薄型基材。即薄型玻纖布所形成的CCL。如 0.1 ∽0.3mm。

2.3 微小孔的形成

（ 1）鉆 / 蝕孔。主要有機(jī)械鉆孔和激光蝕孔。

①機(jī)械鉆孔。采用高速鉆機(jī)，轉(zhuǎn)速為20∽ 30 萬轉(zhuǎn) / 分，可達(dá)到 Φ50∽80μm

② 激光蝕孔。

（一）紅外（ UV）激光蝕孔，光波長（ 9.6 μm/10.6μm）孔的厚 / 徑比受到限制（應(yīng)≤ 0.5 ，否則，問題多） ，現(xiàn)在已經(jīng)可提供LG—PP 材料。 RCC材料有缺點(diǎn)，介質(zhì)厚度難保證（特別是均勻性） 。

（二）紫外（ UV）激光，可不開‘窗口’ ，提高位置度，光波短（大多采用 0.365μm），孔徑可更小。功率較低，生產(chǎn)率較低。目前已經(jīng)提高到6∽8 瓦，這個(gè)問題已得到解決。

（ 2）孔化 / 電鍍。

采用常規(guī)孔金屬化工藝和電鍍銅填孔技術(shù)是可以完成的

2.4 圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)

（ 1）L/S 微小化。減少側(cè)蝕和提高精細(xì)度：

①圖形電鍍（含填孔鍍） ，解決均勻性電鍍，然后蝕刻。

②銅箔減薄（≤ 6μm），然后圖形電鍍（含填孔鍍）/ 或全板鍍，蝕刻形成。

③ 在介質(zhì)是完成孔金屬化和電鍍（含填孔），然后蝕刻。

（ 2）曝光掩膜

①常規(guī)菲林。不適宜，不能滿足尺寸精細(xì)堵要求。

②玻璃底片。不適宜操作。

③鉻片。適宜。

（ 1）蝕刻抗蝕劑。

①干膜。厚度應(yīng)選≤ 25μm（ 80∽120mj/cm2）。

②采用激光直接成像用干膜（8∽12mj/cm2）。

（ 4）激光直接刻像。注意保證介質(zhì)層厚度。

2.5 表面涂（鍍）覆一般情況下，表面涂（鍍）覆層大多數(shù)采用化學(xué)鍍鎳/ 浸金，現(xiàn)在也可是采用化學(xué)鍍銀。當(dāng)然，采用化學(xué)（或電鍍）鎳/ 金/ 鈀，更好。

①化學(xué)鍍鎳 / 浸金。金層要厚，并屬軟金，其厚度應(yīng)≥0.15 μm 或更厚，因?yàn)榻鸾z是鍵合（焊接）在金層上的。如果采用銅絲鍵合（焊接）是可以用薄金的。

②化學(xué)鍍銀。銀是可以與金、銅絲鍵合（焊接），但銀的厚度要厚些，應(yīng)≥ 0.30 μm。而化學(xué)鍍銀是不能與Al 絲鍵合（焊接）的。