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浅析封装基板的规划开发
发布时间:2022-06-30 13:29:06 来源:华体会注册送 浏览次数:4433 [返回]

   

  摘要:简述了封装基板在 IT 年代的杰出位置;须厘清或了解的相关常识;电子封装需处理的技能课题;封装基板需处理的技能课题及基板类型;有机封装基板的开展、封装用有机基板、有机封装基板的特色、首要功用要求及分类;介绍了封装基板的规划准则,从原辅资料的挑选、配方规划、工艺规划等方面浅析封装基板的开发;并引荐了 DCPD 酚环氧及 DCPD 酚活性脂在封装、高频/高速、高功用、高可靠性基板中的运用。

  电子信息年代 PCB 作为最根底、最生动的电子部件登上国际电子工业舞台,成为电子工业不行短少的重要组成部分。从消费类到出资类电子产品,从民用到军用电子设备,PCB均发挥着史无前例的功用和效果。20 世纪末国际上逐步将沿袭上百年的 PCB 改称为电子基板(electronic substrate),此称谓的改动意味着传统的 PCB 业已跨入高密度多层基板年代,封装基板被说到杰出位置。

  电子基板按其结构可分为一般基板、印制电路板、模块基板等几大类。其间 PCB 在原有双面板、多层板的根底上,近年来又呈现积层(build-up)多层板;模块基板是指新式开展起来的能够搭载在PCB之上,以BGA、CSP、TAB、MCM为代表的封装基板(package substrate,简称 PKG 基板)。电子基板是半导体芯片封装的载体,搭载电子元器材的支撑,构成电子电路的基盘。小到芯片、电子元器材,大到电路系统、电子设备整机,都离不开电子基板。近年来在电子基板中,高密度多层基板所占份额越来越大。

  诞生于上世纪 90 年代初,并于中期在全球得到快速开展的积层多层板(build-up multplayer board,简称 BUM 基板)是完结高密度布线的有用办法。积层多层板在欧美称为高密度互连基板(high density interconnection substrate,简称 HDI 基板);在台湾称为“微细通孔基板”(简称微孔板),虽然称谓不同,但在超微细、多层立体布线、微细孔、层间互连等方面却是完全一致的。在完结节距微细化的一起,其面积、厚度、质量可大大下降,产品的质量、安稳性、可靠性则大大前进。

  “封装”一词用于电子工程的前史并不长。在真空电子管年代,将电子管等器材设备在管座上构成电路设备一般称为“拼装”或“设备”,其时还没有“封装”这一概念。

  自从三极管、IC 等半导体元件的呈现,改动了电子工程的前史。一方面,这些半导体元件细微娇嫩;另一方面,其功用又高,并且多功用、多规范。为了充分发挥其功用,需求补强、密封、扩展,以便与外电路完结可靠地电气联接,并得到有用地机械支撑、绝缘、信号传输等方面的维护效果。“封装”的概念正是在此根底上呈现的。

  封装(packaging,PKG):首要是在后工程*中完结的。即运用膜技能及微细衔接技能,将半导体元器材及其他构成要素在结构或基板上安置、固定及衔接,引出接线端子,并经过塑性绝缘介质灌封固定,构成全体主体结构的工艺。

  封装工程:是封装与实装工程及基板技能的总和。行将半导体、电子元器材所具有的电子的、物理的功用,转变为适用于机器或系统的办法,并使之为人类社会服务的科学技能,统称为电子封装工程。

  半导体器材制作分为前工程和后工程:所谓前工程是从整块硅圆片下手经屡次重复的制膜、氧化、涣散,包含照相制版和光刻等工序,制成三极管、集成电路等半导体元件及电极等,开发资料的电子功用,以完结所要求的元器材特性;所谓后工程是从由硅圆片分切好的一个一个的芯片下手,进行装片、固定、键合联接、塑料灌封、引出接线端子、按印查看等工序,完结作为器材、部件的封装体,以确保元器材的可靠性,并便于与外电路联接。

  电子封装是一个杂乱的系统工程,类型多、规模广,触及林林总总资料和工艺。可按几许维数将电子封装分化为简略的“点、线、面、体、块、板”等。电子封装所触及的各个方面简直都是在基板上进行或与基板相关。在电子封装工程所触及的四大根底技能,即薄厚膜技能、微互连技能、基板技能、封接与封装技能中,基板技能处于要害与中心位置。跟着新式高密度封装办法的呈现,电子封装的许多功用,如电气衔接,物理维护,应力平缓,散热防潮,尺度过渡,规范化、规范化等,正逐步部分或悉数的由基板来承当。

  封装的规模触及从半导体芯片到整机。在这些系统中,构成整个电子设备包含 6 个层次(即设备的 6 个阶段):

  它是特指半导体集成电路元件(IC 芯片)。由半导体厂商供给,分为两类,一类是系列规范芯片,另一类是针对系统用户特别要求的专用芯片。即未加封装的裸芯片(电极的制作、引线的衔接等均在硅片之上完结)。

  分为单芯片封装和多芯片封装两大类。前者是对单个裸芯片进行封装,后者是将多个裸芯片装载在多层基板(陶瓷或有机)上进行气密性封装构成 MCM。

  它是指构成板或卡的设备工序。将多个完结层次 2 的单芯片封装和 MCM,实装在 PCB板等多层基板上,基板周边设有插接端子,用于与母板及其它板或卡的电气衔接。

  将多个完结层次 3 的板或卡,经过其上的插接端子搭载在称为母板的大型 PCB 板上,构成单元组件。

  从电子封装工程的视点,按习气一般称层次 1 为 0 级封装;层次 2 为 1 级封装;层次 3为 2 级封装;层次 4、5、6 为 3 级封装。

  从硅圆片制作开端,微电子封装可分为 0、1、2、3 四个等级,触及上述六个层次。基板技能现触及 1、2、3 三个等级和 2~5 的四个层次。

  (2)一级封装 经 0 级封装的单芯片或多芯片在封装基板(一般基板、多层基板、HDI基板)上的封装,构成集成电路模块(或元件)。即芯片在各类基板(或中介板)上的装载办法。

  (3)二级封装 集成电路(IC 元件或 IC 块)片在封装基板(一般基板、多层基板、HDI基板)上的封装,构成板或卡。即各种实装办法(二级封装或一级加二级封装)。如前面谈到的 DIP、PGA 归于 DIP 实装型,GFP、BGA、CSP 等归于 SMT 实装型。这些都归于二级封装。

  (4)三级封装 包含 4、5、6 三个层次。行将多个完结层次 3 的板或卡,经过其上的插接端子搭载在称为母板(或载板)的大型 PCB 板上,构成单元组件(此层次也是实装办法之一);或是将多个单元构成架,单元与单元之间用布线(刚挠 PCB)或电缆相衔接;或是将多个架并排,架与架之间由布线(刚挠 PCB)或电缆相衔接,由此构成大型电子设备或系统(此两个层次称为装联)。

  封装基板首要研讨前 3 个层次的半导体封装(0、1、2 级封装),0 级封装暂与基板无关,因而封装基板一般是指用于 1 级 2 级封装的基板资料。母板(或载板)、刚挠结合板等用于三级封装。

  一般来说顾客所需求的并不是芯片,而是由芯片和 PKG 构成的半导体器材。PKG 是半导体器材的外缘,是芯片与实装基板间的界面。因而不管 PKG 的办法怎么,封装最首要的功用应是芯片电气特性的坚持功用。其首要功用如下:

  PKG 的芯片维护功用很直观,维护芯片外表以及衔接引线等,使在电气或物理等方面适当娇嫩的芯片免受外力危害及外部环境的影响。确保可靠性。

  因为热等外部环境的影响或许芯片自身发热等都会发生应力,PKG 缓解应力,防止发生损坏失效。确保可靠性。

  由芯片的微细引线间隔调整到实装基板的尺度间隔,然后便于实装操作。例如,从亚微米(现在已小于 0.13μm)为特征尺度的芯片到以 10μm 为单位的芯片电极凸点,再到以100μm 为单位的外部引线端子,最终到以 mm 为单位的实装基板,都是经过 PKG 来完结的。在这里 PKG 起着由小到大、由难到易、由杂乱到简略的改换效果。然后可使操作费用及资材费用下降,并且前进作业功率和可靠性。确保有用性或通用性。

  PKG 的尺度、形状、引线端子数量、节距、长度都有规范规范,既便于加工又便于与实装基板相配合,相关的出产线及出产设备都具有通用性。这关于 PKG 用户、PCB 厂家、半导体厂家都很便利,并且便于规范化。比较之下,裸芯片实装及倒装片实装现在尚不具有这方面的优势,确保通用性。

  电子封装开展极为敏捷,PKG 种类繁复、结构多样、开展改动大,而在封装结构、封装资料、加工工艺、键合技能、可靠性和本钱是各有不同,因而分类的办法许多。一般按芯片的装载办法、基板类型、封接办法、PKG 的外形 结构 尺度以及实装办法来分类。

  按芯片上电极面相关于基板来说,可分为电极面朝上的正装片和电极面朝下的倒装片;按芯片的电气衔接办法分为有线键合和无线键合办法;后者又有倒装片键合、主动带状键合(TAB)及微机械键合之分。

  从资料上可分为有机基板和无机基板两大类;从结构上可分为单层(包含挠性带基)、双层、多层、复合基板等。多层基板包含通用制品(玻璃-环氧树脂)、积层多层基板、陶瓷多层基板、每层都有埋孔多层基板。

  半导体元件的封接或封装办法分为气密性封装和树脂封装两大类,气密性封装又可分为金属封装、陶瓷封装和玻璃封装。封接和封装的意图是与外部温度、湿度、气氛等环境阻隔,除了起维护和电气绝缘效果外,一起还起向外散热及应力平缓效果。一般来说,气密性封装可靠性高,但价格也高。现在因为封装技能及资料的改进,树脂封装已占绝对优势,但在有些特别领域(军工、航空、航天、帆海等),气密性封装是必不行少的。

  此分类首要是根据 PKG 接线端子的排布办法对其进行分类。根据 PKG 的开展次序,先后呈现引脚刺进型、外表贴装型;DIP、PGA、QFP、BGA、CSP 等及塑料封装(P)和陶瓷封装(C)。

  此分类反映了 1979 年前后,在国际规模内电子封装从无到有,从三极管到芯片部件封装,从刺进式封装到外表贴装(SMT),从金属封装、陶瓷封装、玻璃封装到塑料封装的开展进程。但因为塑料封装本钱低价、工艺简略并适于大批量出产,具有极强的生命力,自诞生起开展越来越快,在封装中占的份额越来越大,因而这种分类办法早已过期。现在塑料封装已占国际集成电路封装商场的 98%,与此一起种类越来越多,功用越来越优秀,在消费类电路和器材领域基本上是塑料封装一致天下。

  能够说这是最早的 PKG,针脚散布于两边且平行安置,直接刺进 PWB 以完结机械固定和电气衔接,DIP 一般仅运用 PWB 的单面。因为针脚直径和节距都不能太细,故 PWB 上的通孔直径、节距甚至布线节距都不能太细。这种 PKG 难以完结高密度封装。

  在 DIP 的根底上,为习惯高速、多针脚化(前进端子密度)而呈现的,针脚不是单排或双排,而是在整个平面呈栅阵摆放。与 DIP 比较在不添加针脚节距的状况下,能够按近似平方的联系前进针脚数。若选用导热性杰出的基板,还能够习惯高速度、大功率器材的要求。

  QFP 由小外形外表封装(small out-line package,SOP)而来,其外形呈扁平状、鸟翼状,引脚一端由 PKG 的四个旁边面引出,另一端沿四边安置在同一平面上。由 QFP 派生出的 PKG还有 LCCC、PLCC 以及 TCP(TAB 型)。

  BGA 实践上是在 PGA 和 QFP 的根底上开展而来,取前者端子平面阵列安置,将刺进式的针脚改换成键合用的微球;取后者能够选用 SMT 等由一次再流焊完结实装等长处。从办法上看 BGA 首要有以下几种类型:

  e、FCBGA(flip chip BGA),倒装芯片 BGA,是 BGA 中多端子、窄节距、高功用的高档办法,是现在研讨开发的要点。

  CSP 封装的元年应是 1996 年,CSP 技能的揭露宣布,在电子封装的开展史上具有划年代的含义。这种与半导体芯片尺度简直相同巨细,具有半导体封装功用(互换性、质量确保、维护芯片即实装简略)的球栅阵列 CSP 型封装一经呈现,封装成套设备厂商当即投入到超小型配套设备的竞赛中。

  c、从诞生之日 CSP 逐步在便携式电子设备中运用,其规范化、一次再流焊特性及价格等应与 QFP 平起平坐;

  e、CSP 可使消费类便携式电子设备完结超高密度化、小型化。因而 CSP 的开展极为敏捷,各种新式的 CSP 结构会不断的呈现。

  (1)封装 是指构成“体”的进程(packaging)。即经过封装(如将可塑性绝缘介质经模注、灌封、压入、下充填等),使芯片、封装基板、电极引线等封为一体,构成三维的封装体,起到密封、传热、应力平缓及维护等效果。此即狭义的封装。

  (2)实装 此词来自日文,此处借用。“块”搭载在“板”上称为实装,裸芯片实装在模块基板(BGA 基板、TAB 基板、MCM 基板)上可别离构成 BGA、TAB、MCM 封装体,称其为一级封装(或微拼装);DIP、PGA 等选用引脚刺进办法实装在 PCB 上;QFP、BGA、CSP、TBA 等选用外表贴装办法实装在 PCB 之上,称其为二级封装;裸芯片也能够直接实装在 PCB上,如 COB、COF 等,在此一级封装、二级封装合二为一。即实装专指上述的“块”搭载在基板上的衔接进程及工艺,包含常用的刺进、插装、外表贴装(SMT)、设备、微拼装等。

  块:与下面行将触及的“板”能够当作是多维体。带有引线端子的封装体即为“块”,进行裸芯片设备的芯片也能够当作块。

  (3)设备 行将板(主板或副板)经过刺进、机械固定等办法,完结惯例印制电路板承载、衔接各功用电子部件,以构成电子系统的进程称为设备。

  板:搭载有半导体集成电路元件,L、C、R 等分立器材,变压器以及其他部件的电子基板即为“板”。

  (4)装联 将上述系统装载在载板(或架)之上,完结单元内(板或卡内)布线、架内(单元间)布线以及彼此间的衔接称为装联。

  PWB(printed wiring board,印制线路板):泛指外表和内部安置有导体图形的绝缘基板。PWB 自身是半成品,作为搭载电子元器材的基板而起效果。经过导体布线,进行衔接构成单元电子回路,发挥其电路功用。

  PCB(printed ciruid board,印制电路板)是指搭载了电子元器材的 PWB 的整个基板为印制电路板。

  在大都状况下,一般将 PWB 与 PCB 按近义词处理而不加区分。实践上 PWB 和 PCB 在有些状况下是有差异的,例如,PCB 有时特指在绝缘基板上选用单纯印刷的办法,构成包含电子元器材在内的电路,能够自成一体;而 PWB 更着重搭载元器材的载体功用,或构成实装电路,或构成印制电路板组件。一般简称二者为印制板。

  多层板:跟着 LSI 集成度的前进、传输信号的高速化及电子设备向轻浮矮小方向的开展,仅靠单双面导体布线已难以担任,再者若将电源线、接地线与信号线在同一导体层中安置,会遭到许多约束,然后大大下降布线的自由度。假如专设电源层、接地层和信号层,并安置在多层板的内层,不只能够前进布线的自由度并且可防止信号搅扰和电磁波辐射等。此要求进一步促进了基板多层化的开展,因而,PCB 集电子封装的要害技能于一身,起着越来越重要的效果。能够说,今世 PCB 是集各种现代化技能之大成者。

  封装基板能够简略的理解为是具有更高功用或特种功用的 PCB(封装基板是可为芯片、电子元器材等供给电气衔接、维护、支撑、散热、拼装等成效,以完结多引脚化,缩小封装产品体积、改进电气功用及散热性、超高密度或多芯片模块化以及高可靠性的电子基板。因而可将封装基板理解为是具有更高功用或特种功用的 PCB 或薄厚膜电路基板)。即 IC 封装基板起到了芯片与惯例印制电路板(多为母板、副板,背板等)的不同线路之间的电气互联及过渡效果,一起也为芯片供给维护、支撑、散热、拼装等成效。

  电子基板(PCB)可用于电子封装的不同层级(首要用于 1~3 级封装的第 2~5 层次),仅仅封装基板用于 1、2 级封装的 2、3 层次,一般 PCB 用于 2、3 级封装的 3、4、5 层次。它们都是为电子元器材等供给互联、维护、支撑、散热、拼装等成效,以完结多引脚化,缩小封装产品体积、改进电气功用及散热性、超高密度或多芯片模块化以及高可靠性为意图。归于多学科穿插的技能,它触及到电子、物理、化工、高分子等常识。

  惯例 PCB(多为母板、副板,背板等)首要用于 2、3 级封装的 3、4、5 层次。其上搭载 LSI、IC 等封装的有源器材、无源分立器材及电子部件,经过互联构成单元电子回路发挥其电路功用。一般可分为副板、主板、载板等。

  副板:又称子板或组件板,是在面积较小的 PCB 上设备部分电子元器材,构成具有各种功用的卡、存储组件、CPU 组件以及带有其它元器材的基板。再经过衔接器(接插件、电缆或刚挠板等)完结与主板的承载与互联。这样使得毛病元器材的修理及电子产品的晋级变得更为简洁。

  主板:又称为母板。是在面积较大的 PCB 上设备各种有源、无源电子元器材,并可与副板及其它器材可完结互联互通的电子基板。通讯职业一般称其为背板。

  载板:承载各类有源、无源电子器材、衔接器、单元、子板及其它林林总总的电子器材的印制电路板。如封装载板、类载板、各种一般 PCB 及总装板。

  类载板(SubstrateLike-PCB,简称 SLP):望文生义是类似载板规范的 PCB,它本是 HDI板,但其规范已挨近 IC 封装用载板的等级了。类载板仍是 PCB 硬板的一种,仅仅在制程上更挨近半导体规范,现在类载板要求的线μm,无法选用减成法出产,需求运用 MSAP(半加成法)制程技能,其将代替之前的 HDI PCB 技能。行将封装基板和载板功用集于一身的基板资料。但制作工艺、原资料和规划计划(一片仍是多片)都还没有结论。类载板的催产者是苹果新款手机,在 2017 年的 iPhone8 中,首度选用以挨近 IC 制程出产的类似载板的 HDI 板,可让手机尺度更轻浮矮小。类载板的基材也与 IC 封装用载板类似,首要是 BT 树脂的 CCL 与 ABF*树脂的积层介质膜。

  *HDI 基板:一般选用积层法(Build-up)制作,积层的次数越多,板件的技能层次越高。一般的 HDI 板基本上是 1 次积层,高端 HDI 选用 2 次或以上的积层技能,一起选用叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等先进 PCB 技能。高端 HDI 板首要运用于 4G 手机、高档数码摄像机、IC 载板等。

  跟着电子设备技能的不断前进与开展,电子设备各阶层的边界越来越不明晰,各阶层设备的穿插、互融,此进程中 PCB 的效果越来越重要,对 PCB 及其基板资料在功用、功用上都提出了更高、更新的要求。

  首要触及第 2 至第 6 层次。在第 2 层次中不选用单芯片封装,而选用 MCM 此技能显得尤为重要。

  为确保电气信号衰减和推迟最小,布线越短越好;为防止一起开关构成的噪声,应精心规划布线及各条信号线的守时特性,操控布线长度差错到达最低极限。

  2)为下降反射噪声、音串噪声以及接地噪声,需选用多层布线 层次卡用 PWB 板,第 4 层次单元中担任卡间布线 层次中 MCM用多层布线板中,都要采纳办法下降反射噪声、音串噪声以及接地噪声。与此一起要确保各层次之间衔接用插接端子及电缆的特性阻抗相匹配。为此需求开发高层数、高密度的多层布线基板,确保信号的平行传输。

  一般插接端子的特性阻抗为 100Ω,电缆及多层布线Ω)很难与之匹配,因而需开发特性阻抗匹配的多端子插接板;为减小接触压力,需选用低或零接触压力型插接端子。未来还要开发光插接端子。

  高效冷却、散热是大规模集成电路有必要考虑的问题,这首要与封装的第 2 至第 6 层次相关联。从节能观念考虑,集成电路自身有必要做到低功耗,现在正向低作业电压方向尽力。即使如此,跟着集成度的前进、信号速度的添加,功耗仍是在不断上升。跟着发热密度添加,前进散热功率是燃眉之急。特别是在第 2 层次中选用 MCM 的状况,需求开发高导热的多层基板,以习惯在多层基板上搭载多个 LSI 元件的各种高效散热技能。

  首要与第 2、3 层次(1、2 级封装)相关联。在第 2 层次中选用单芯片封装的场合,需求开发超越 2000 条引脚的多引脚封装以及与之相习惯的外表封装技能;在第 3 层次中,为了满意 QFP、PGA、LGA、TAB、BGA、CSP 等超小型、多引脚封装外表实装的要求,需开发新的 SMT 技能。特别指出的是,为满意系统高速、多功用的要求,在第 2 层次中有必要选用MCM 封装。

  首要与第 5、6 层次相关联。架内单元与单元间连线 层次)及架间连线 层次)好像天线,会发生 EMC 或 EMI 等电磁波搅扰。频率越高,此现象越严峻。

  为处理此问题最好选用光缆,光缆经过光波传输信号不会发生 EMC 和 EMI 等问题。但从现状来看,架内及架间信号衔接都选用光缆不太实践。架内的 EMC 问题相对来说比较简略处理,因而来看,架内选用电气办法、架间选用光缆办法是比较好的计划。

  电子产品的小型轻量化、多层高密度化及高速高/频化、高功用、高可靠性、多功用的开展,给封装基板提出了更为严苛的技能要求。

  跟着电子产品不断向“轻、薄、短、小”方向开展,对有机封装基板总的要求可用“密、薄、平”来归纳,并以“密”为主导或中心而敏捷开展着。这必定要触及各种精密工艺技能。

  惯例的印制线路板已开展成为集成电路芯片的高密度封装基板。PCB 的高密度化,首要是选用精密的线宽/间隔、微小孔技能、狭小环宽(或无环宽)技能、埋/盲孔与盘中(内)孔技能和薄介质层厚度的来完结的。

  导体尺度微细化首要是指:微小孔孔径尺度的改动(不大于 0.15mm 的孔径成为微孔,而称 0.15-0.30mm 的为小孔,现微孔的孔径已小于 0.05mm);精密布线的线宽/间隔的改动(已到 0.03mm/0.04mm)及多层板的厚度的薄型化(介质层厚度小于 0.10mm,据报道 8层板的总厚度可达 0.28mm)。

  导体尺度的精度化:PCB 高密度的开展,必定带来高精度化的要求。即高密度是指 PCB走向“细、小、薄”的成果,必定导致精度的高要求。这一改动包含两方面要求:当差错百分数(%)相对固守时,跟着产品的“细、小、薄”化程度的开展,其差错的绝对值越来越小,即精度越来越高;规则的绝对值差错的规模越来越小,其精度越来越高。

  这种精度的前进和尺度的微细化,均需求经过 PCB 出产用的资料、设备、工艺技能、环境条件等进行革新或革新才干处理。因而,高密度化总是和高精度化相结合而得到处理的。从某种含义上来说,处理高密度化问题不如说是处理高精度化问题更切当。

  出产实践标明:PCB 的高密度化开展有必要要求出产 PCB 的资料、设备、工艺技能、环境条件等需求进行相应的改进才干满意需求。例如,当线mm 时,则铜箔厚度应小于 18μm。只需薄的铜箔才干得到侧蚀小的导线;再如当要求 PCB 翘曲度更小(不大于 0.5%)时,就有必要细心全面的剖析发生翘曲的原因,从各方面下手归纳处理翘曲大的问题等。

  首要与第 2、3 层次相关联。要求封装基板具有高强度、高模量,并且刚挠并济,以确保强度、承载、平坦及消除内应力等。

  首要与第 2、3 层次相关联。要求基板高的尺度安稳性和低 CTE,以确保与与芯片相匹配。(尺度安稳性是不行逆进程,CTE 是可逆进程)。

  粉体资料特别是纳米粉体可前进 CCL 的刚性,下降 CTE,前进尺度安稳性;前进耐热性;前进阻燃性;纳米介电泡沫介电资料可下降介电常数;前进耐温性、耐化学药性格;并具有化学催化效果等。

  封装用电子基板,按其电气绝缘或机械支撑资料可分为无机基板、有机基板、复合基板、带载型封装用基板资料(TAB)、封装用积层多层基板(BUM)、高密度互连基板(HDI)、类载板等几大类。

  1)无机基板:传统的无机基板是以 Al 2 O 3 、SiC、BeO、AlN 等为基材,因为其在热导率、抗弯强度、热膨胀系数等方面的优秀特性,广泛运用于 HIC 和 MCM 等大功率器材。无机基板可分为一般陶瓷基板(HTCC),如氧化铝、莫来石、氮化铝、碳化硅、氧化铍基板;低温共烧陶瓷(LTCC)多层基板;其它类型的无机基板还有,如 LCD 用玻璃基板、PDP 用玻璃基板、玻璃基覆铜板。

  无机基板完结高密度多层布线的办法有 HTCC 和 LTCC 两条途径。玻璃基板一般用 PVD或 CVD 技能。HTCC 由多层 Al 2 O 3 生片与 W 或 Mo/Mn 浆料,在 1650℃共烧而成;LTCC 选用玻璃—陶瓷生片,可使烧结温度从 1650℃下降到 900℃以下,然后能够用 Cu、Ag、Ag-Pd 等低熔点的金属代替 W、Mo 等难熔作布线导体,既能够前进电导率,又能够在大气中烧成。

  选用 LTCC 便于制作较大尺度、大容量基板,本钱低,可植入电阻、电容、电感等无源元件,特别是玻璃陶瓷与硅的热膨胀系数相匹配,介电常数低,在高频带具有显着的低损耗功用,特别适合于射频、微波、毫米波器材,在无线电通讯、军事及民用等领域有广泛的运用。无机基板虽然在电子封装中所占份额不大,近年来还在进一步的下降(被有机基板代替),但在不少领域,如超级核算机用高密度多层基板、航天核算机用 MCM 基板、晶体振荡器载体、SAW 载体以及电力器材等方面,仍具有不行代替的效果。

  3)复合基板:跟着高密度封装技能的开展,单一资料、单一结构的基板已不能满意运用要求。复合基板能够完结多功用、高功用。例如,除了基板搭载元器材、布线衔接以及导热功用之外,还附加有电阻、电容、电感、电磁屏蔽、光学结构体等功用;在高功用方面,做到电阻下降、阻抗匹配、传输功用前进,力学功用改进,更便于高密度封装等。

  为到达上述意图,需求在结构、功用、工艺等方面采纳必要地办法,例如:在结构上,采纳多层化,薄膜化、微孔化及微细布线等办法;在资料上,运用不同的资料在强度、热导率、热膨胀系数、介电常数、绝缘功用等方面彼此补偿。与此相应,需求采纳各种不同的工艺。复合基板在功用上类型各异,资料和结构上种类繁复,工艺上更是林林总总,并且还在敏捷的开展,现在还没有一致的命名规范。一般按复合的意图将其分为功用复合、结构复合、资料复合三种。

  有机 PCB 已有百余年的开展前史,因为其体薄量轻,具有优秀的电气绝缘及介电特性,并且原资料廉价,便于主动化,生成价格较低,易于完结多层化,在电子封装领域已有广泛运用。近年来,积层多层 PCB、高密度互连 PCB 的开发成功和模块基板的很多选用,为高密度多层基板创始了宽广的用武之地。在短时刻内,人们就开宣布二三十种不同的工艺用于积层多层板的制作。从绝缘层构成来区分,大致可分为四大类:感光树脂/光刻成孔法;热固性树脂/激光成孔法;附树脂铜箔/激光成孔法;无“芯板”全层导通孔法,如 ALIVH、B 2 it、半固化片构成法等。

  20 世纪 90 年代中晚期,IC 工业迈入高密度封装年代。与之紧密配合,敏捷构成积层多层板和有机封装基板这两大新商场,使 PCB 工业发生了以产品结构为首要特征的战略性搬运,并对整个微电子工业发生深远的影响:

  1)电子基板工业将更有力地推进电子封装甚至整个微电子工业的前进和开展。电子基板,特别是高密度多层基板技能已成为一个国家、一个区域在开展微电子工业中的要害与中心技能之一。

  2)半导体封装所要完结的高速化、高功用、小型化、低本钱等特色,将由封装基板来承当。跟着半导体封装向高层次、高水平开展,基板所承载的功用越来越多,要求越来越高。因而,就需求封装基板制作技能(包含基板资料制作技能)向着更顶级方向开展。

  3)积层多层板和封装基板是顶级电子基板的主体。开展这两大类附加值高、具有宽广商场前景的高密度基板,是带动整个 PCB 工业开展的新的“经济增长点”。

  4)积层多层板和封装基板商场的构成,给 PCB 工业及其相关原资料工业、设备制作业,带来深入的革新。这种革新触及产种类类结构、工艺技能、经营策略、生成系统结构、跨职业和跨国界的技能合作等各个方面。

  封装用有机基板是可为芯片、电子元器材等供给电气衔接、维护、支撑、散热、拼装等成效,以完结多引脚化,缩小封装产品体积、改进电气功用及散热功用、超高密度或多芯片模块化以及高可靠性意图的电子基板资料。封装基板能够简略的理解为是具有更高功用或特种功用的 PCB 用基板资料。封装基板应该归于多学科穿插的技能,它触及到电子、物理、化工、高分子等常识。有机封装基板所用基板资料包含一般环氧树脂玻璃布基的基板资料、聚酰亚胺树脂基板资料、BT 树脂基板资料、PPO 树脂基板资料、挠性覆铜箔聚酰亚胺薄膜基材、卷装环氧树脂玻璃布基挠性覆铜箔基板、RCC、高功用高热传导半固化片或胶膜等。

  近年,跟着有机封装基板商场的扩展,用于制作这种基板的基板资料—覆铜板,不管是技能上,仍是在产值上,都得到了迅猛的开展。现在国际许多覆铜板出产厂家,都把有机封装基板的开发、出产作业,列入企业新产品、新技能开展的要点。此类基板资料的技能开展将向高功用(高 T g 、T d 、低ε r 、低 CTE)、高可靠性、高频化、薄型化、高模量、高导热、低本钱、绿色化方向开展。对有机封装基板总的要求是薄型化、高强度、高模量、平坦度、高功用、刚耐性统筹等。因而可用“密、薄、高、平”等几个字归纳封装基板资料的开展。

  要使基板资料具有优异的耐热功用,需求基板资料具有较高的玻璃化温度(T g )和高的热分化温度(T d )。高耐热性基板,能够前进封装的再流焊性,封装基板的通孔可靠性,能够使它在热冲击、超声压焊等封装工艺进程中,基板资料坚持安稳的物理特性(如平坦度、尺度安稳性等)。

  下降有机基板资料的吸湿性是十分重要的。假如资料的吸湿性大,将使资料的绝缘电阻下降,介电常数添加,耐热冲击功用下降,PCT 及耐 CAF 功用下降,在下流工序中简略呈现爆板等现象。

  一般 FR-4 基板资料的热膨胀系数(α)为:(13~18)×10- 6 /℃(x、y 方向)。从技能视点来看,以为热膨胀系数α小于 8×10- 6 /℃低热膨胀系数的基板资料,才是封装基板较抱负的基材(因为硅晶体的α约为 6×10- 6 /℃)。基材热膨胀系数的巨细,是影响基板尺度安稳性的重要要素,为了确保封装的精度、可靠性,选用低热膨胀系数的基材作为封装基板,已成为规划者的一致。

  有机封装基板资料,一般具有较低的介电常数(ε r ),与陶瓷基板比较,更适合用于高频信号的传输,因而更习惯于信号高速化的开展趋势。虽然如此,跟着高速电路技能的封装,以及信号传输频率的前进,对下降有机封装基板资料的介电常数提出了更高的要求。

  要求基板资料薄型化,是为了前进封装密度,使产品轻、薄、短、小,别的,因为高频化的开展也要求基板薄型化,一般经历是介质层厚度≤λ/8,以减小层间的电磁搅扰。例如:在频率为 300GHz 时,基板资料的厚度应小于 0.125mm。现在薄和超薄的多层板所用覆铜板介质厚度为 0.02~0.127mm。

  有机封装基板资料,首要担负着导电、绝缘、支撑、信号传输等方面的功用。封装及其基板(PCB)的功用、可靠性、制作中的加工性、制作本钱、制作水平以及新技能在封装中的完结等,在很大程度上取决于基板资料(CCL)。

  在全球整个印制电路板用基板资猜中,运用量最大、最重要的种类当属覆铜板。制作覆铜板所用的半固化片、半固化胶膜、RCC 都是制作一般多层板不行短少的基板资料。PCB 用基板资料已开展到上百个种类,他已成为电子元器材中不行短少的重要根底资料。在推进电子封装技能、印制电路板技能不断向前开展起着重要的效果。

  近年有机封装基板技能和运用的敏捷开展,封装基板资料,不管在商场规模上仍是技能水平上,在整个 PCB 资猜中,占有越来越杰出的位置。他成为显现一个国家或区域 PCB 资料和技能水平的重要标志之一。

  封装基板资料,按物态一般可区分为刚性和挠性两大类。刚性基材又分为纤维增强的基板资料,如改性 FR-4、高 T g 、低α、复合基板、有机纤维增强基板资料等;积层多层板用基板资料,如感光性绝缘资料(液状、干膜)、热固性绝缘资料(液状、干膜)、RCC;复合化多层有机板用基材,如金属基、金属芯、陶瓷填充等。挠性基材首要作为带载型封装(TAB)用有机基板资料,它首要有薄膜类及环氧树脂/玻璃布卷状薄型资料。

  现在广泛选用的刚性有机封装基板资料首要有三大类,即 E-玻璃布/环氧树脂基材(FR-4基材);纤维(有机或无机)/高功用树脂的基板资料;积层多层板用基板资料。

  封装基板的规划准则是,挑选满意有机封装基板要求的原、辅资料、相关助剂;开发合理的系统配方;规划有用合理的工艺道路;处理好不同工序中的各种界面等问题。

  封装基板是由基体树脂、固化剂、促进剂、玻纤布、填充资料、助剂、铜箔等组成的复合资料系统,制作进程中还需运用各种溶剂。挑选好这些原辅资料十分重要,对其质量和功用均有无足轻重的影响,应特别重视各组分资料的物化功用(如填料的形状、粒径、外表状况、长径比、比外表积等)、相容性及各种助剂的正确挑选(流平剂、成膜助剂、潮湿涣散剂、偶联剂、防沉剂、触变剂、光反射剂等)。当然也不能忽视其它要素,特别是各制作工序中,各种介质资料(介观、微观)的界面的处理技能和操控技能。其制备是一较为杂乱的进程,因为它触及的学科类别较多,既有化学问题,又有物理问题,还有界面问题等。因而,在规划时所考虑的技能、工艺等问题应贯穿从研讨开发到实践运用的整个进程,不能过于偏重某一方面的功用,才干到达归纳功用的平衡,取得较好的性价比。

  封装基板常用的树脂是:聚酰亚胺树脂(BMI、PI)、CE 树脂、BT 树脂、PPO 树脂、PCH及其它耐高温热塑性树脂(PTFE 在外)。开始封装所用的基板资料多为 BT 树脂等高功用树脂基板资料,为了下降本钱,近年高功用环氧封装基板得到快速的开展,在封装基板中已占有很大的比重。如高功用树脂改性环氧树脂或具有特别结构的高功用环氧树脂。

  常用的增强资料有:E-玻璃纤维布、S-玻璃纤维布、D-玻璃纤维布、NE-玻璃纤维布、石英玻璃纤维布、HDI 专用玻璃纤维布。纤维布的厚度及其厚度均匀性对基板资料功用影响很大。增强资料 E-玻璃纤维布一般挑选 2116、1080、106 或更薄的玻璃纤维布,很少选用 7628玻璃纤维布。为取得高强高模的基板资料,可选用更小纤维直径(5 或 6μm)的玻纤布以及前处理玻纤布。

  在基板制作中参加功用性填料,其意图是为了添加基板的强度和模量、调整介电常数、前进耐热性、导/散热功用、下降本钱、增容等。运用时应特别重视填料的粒径巨细、粒径散布以及填料的外表处理、填充资料与基体树脂的相容性和界面等状况,为取得高强高摸、刚挠兼具的基板资料,可引进纳米粉体资料,特别是纳米硅微粉。

  覆铜板的制作进程为湿法工艺,溶剂系统的挑选十分重要。可是一般规划人员简略疏忽此点,需引起高度重视。

  铜箔虽不归于电介质资料的领域,可是铜箔所构成的导体(线)是用来传输信号的,因而铜箔的微观结构(宽度、厚度、外表粗糙度等)将会影响高频信号的传输功用。

  跟着信号传输频率的高频化,其波长越来越短,要求选用的介质层厚度(≤1/8 或 1/10波长)越来越薄。可是为了坚持带状线或微带线阻抗(Stripline Impedance)值在 50Ω,则要求覆铜板的铜箔厚度减薄(一般铜箔厚度≤18μm、12μm),才干满意制作上的要求。

  因为只需铜箔厚度≤18μm、12μm ,在图形搬运(特别是蚀刻方面的侧蚀构成)中的“线宽差错,才干满意”出产要求。带状线的特性阻抗公式如下:

  式中:Z 0 — 阻抗;D —介质层厚度;W — 导线宽度;T — 导线(铜箔)厚度;从上式看出,介质层厚度 D 减小,只需减小导线的宽度(W)和厚度(T),才干坚持 Z 0值不变。假如只减小导线的宽度(W),不减小厚度(T),则侧蚀大,Z 0 值的差错很难操控,因而减小铜箔的厚度是首要的方向。

  铜箔外表粗糙度将会显着影响高频信号的传输及能量丢失,并且跟着频率的前进,丢失愈加严峻。这是因为频率越高,趋肤效应约严峻。趋肤深度与频率的联系如下表所示。

  根据反响类型、反响活性、反响机理、相容性等要素,确认加料办法和次序,反响是一步完结,仍是分步完结;然后根据相关理论及试验成果确认反响的温度、时刻、填充资料的涣散、拌和办法、拌和速度等条件。

  封装基板常需参加适当数量的功用性填料,参加前须对填充资料进行烘焙处理,,以除掉填料外表吸附的水分、蒸发成分及部分结晶水;并对烘焙过的填料进行偶联、包覆或接枝处理;为了添加潮湿、涣散功用,在树脂组成的进程中,参加潮湿剂、涣散剂、偶联剂、低分子量的反响树脂,对填料进行外表处理及超声波处理,真空、高速剪切拌和;并以必定的办法参加树脂系统,即可得到涣散均匀、功用安稳的树脂浸胶液。

  根据配方规划确认物料组成、反响类型、加料次序及各种技能要求,拟定树脂组成工艺道路和技能条件。当系统中有填料时,应特别重视其外表处理、参加次序、涣散效果、贮存安稳性以及涣散效果的表征办法等。

  为了取得杰出的滋润、涣散及界面功用,在浸胶进程中,可添加单涂、预浸设备、调整呼吸间隔、下降树脂粘度、加强树脂胶液的循环活动、对胶槽进行预热,还可在浸胶出产线上添加超声设备;胶膜制备一般选用流延、刮涂、丝网漏印或涂胶设备来制备胶膜和 ACC。

  进程中应操控好各种工艺参数,如车速、温度、含量、胶化时刻、活动性、光洁度、介质层厚度及均匀性等要素,特别是介质层厚度均匀性。

  介质层的结构、厚度及均匀性对高频高速信号的传输影响很大,频率越高影响越大。因而对基板介质层厚度及均匀性提出了更高的、更严厉的要求。

  跟着信号高频化的开展,其波长越来越短,则要求介质层也越来越薄(高密度布线中,介质层越薄,串扰就越小),但若介质层太薄,则会导致特性阻抗(Z 0 )下降。因而,要全面加以权衡,或选用低介电常数(ε 0 )和低介电损耗(tgδ)的资料来补偿。只需传输信号的波长大于 10 倍(IPC-2141 是 7 倍)的 PCB 导线长度时,PCB 导线便能够当作一般的导线,或不受特性阻抗的约束,而不用做信号传输线来处理。别的为减小信号串扰,一般介质层的厚度应小于信号传输波长的 1/8 或 1/10。例如:若按信号波长的 1/10 来核算,10GHz频率的信号(其波长为 30mm),介质层的厚度应为≤3mm,一般覆铜板均满意此条件;关于频率为 300GHz 的 1mm 波长来核算,介质层的厚度应为≤100μm 。

  因为覆铜板是电介质复合资料,它的均匀性对资料的介电功用影响很大,特别是传输信号走向“毫米波”段后,其影响愈加明显。因而主张选用薄型玻璃布、扁平开纤玻璃布或玻璃纤维纸(减小 skew)。别的还要求介质层厚度均匀、厚度公役小,因为介质层的厚度及其均匀性,对 PCB 的特性阻抗及其安稳性影响极大。

  介质层厚度及其均匀性,对 Z 0 影响从下式(微带线的特性阻抗公式)能够看出,特性阻抗与介质厚度的自然对数成正比,因而介质层越厚,其特性阻抗越大。

  式中:Z 0 — 阻抗;H —介质层厚度;W — 导线宽度;T — 导线(铜箔)厚度;与带状线比较,微带线在,相同介质厚度、导线宽度和资料下,具有较高的特性阻抗,一般要大 20~40Ω。因而,对高频和高速数字信号的传输大多选用微带线结构。一起,特性阻抗随介质厚度的添加而增大。所以,对特性阻抗值需严厉操控的高频线路来说,对覆铜板基材的介质厚度应提出严厉的要求,一般来说,其介质厚度改动不得超越 10%,严厉要求,其介质厚度改动不得超越 5%。

  关于多层板来说,介质层厚度还与加工要素相关,特别是与多层板的层压工艺密切相关,对此也应严厉加以操控。特别应留意的是,跟着导体走线密度的添加,其介质层厚度的添加,将会引起电磁搅扰的添加。因而,关于高频线路和高速数字线路的信号传输线,跟着导体布线密度的添加,应减小介质厚度以消除或下降电磁搅扰(EMI)带来的杂音或串扰问题。为了统筹阻抗匹配和下降串扰,出路只需大力下降ε r 。在此根底上,才有或许选用更薄的介质层。

  层压是制程的最终一道工序,应依配方系统的技能要求及半固化片技能目标等,来确认升温速率、时刻、初始压力、保温温度、保温压力、保温时刻、真空度等层压工艺的技能目标;在确认这些目标时,应考虑对前段工序一些缺陷的补偿;当系统中含有填料时,成型压力应适当前进,这些办法均是为了前进各组分资料及其界面得到杰出的潮湿、吸附、涣散、键合,晶须的取向等效果,取得功用优异的介质层,制作出功用优异的产品。

  自己十分看好 DCPD 酚树脂、DCPD 酚环氧树脂、DCPD 酚活性酯这几种资料及它们所组成的不同树脂系统在封装基板及其它高功用覆铜板中的运用。信任经过各业界广阔工程技能人员的共同尽力,可使环氧树脂成为封装、高频/高速及高功用覆铜板的一大树脂系统!理由如下:

  1、DCPD 首要来自煤焦油或石油裂解的 C 5 馏分,是一种一级质料,无需经过有机组成制得,资料易得、本钱低;

  2、DCPD 的另一个长处是聚合功用生动,因含有双键且是双官能的(好像甲醛),故易于进行加成反响和自聚反响,很简略与苯酚反响生成双环戊二烯酚树脂;

  3、DCPD 酚树脂别离与环氧氯丙烷和酰基化合物(如羧酸、酰氯等)反响生成双环戊二烯酚环氧树脂和双环戊二烯酚活性酯;

  4、DCPD 酚活性脂/环氧树脂系统;DCPD 酚环氧树脂/DCPD 酚活性酯系统固化后,产品中仅有醚键和酯基,不发生仲羟基(酯基代替羟基即以酰基代替了仲羟基中的氢原子)。因而该系统可用来制作环氧树脂高频/高速覆铜板;

  5、DCPD 酚环氧树脂/DCPD 酚活性酯系统,固化产品中的主链是由脂肪环与氧原子构成的醚键,侧基为酯基(DCPD 酚活性脂/双酚 A 环氧树脂系统,固化产品中的主链是由苯环及脂肪环组成的两类醚键,侧基为酯基)。该固化产品具有极低的吸水性、高的耐热性、优异的耐候性(克服了双酚 A 环氧树脂耐候性差、易粉化的缺陷)、高的尺度安稳性、低 CTE、高强高摸等特性(经过改动活性脂中酰基的结构使固化产品具有不同的功用)。因而该系统不只可用来制作高频/高速覆铜板,还可用来制作其它高功用的覆铜板,特别是类载板和封装基板。

  IT 技能的飞速开展及电子产品的更新换代,不只需求封装基板具有优异的归纳功用,更是要求有很高性价比。因为环氧树脂具有比较优异的归纳功用、优秀的工艺功用、长时间的运用经历及较好的本钱优势,封装基板的绝大部分将以改性环氧及高功用环氧树脂系统为主或该树脂系统加纳米粉体技能。