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(shí)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。
封裝基板可以簡(jiǎn)單的理解為是具有更高性能或特種功能的PCB或薄厚膜電路基板。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(guò)渡作用,同時(shí)也為芯片提供保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效。
PWB和PCBPWB(printed wiring board):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(guò)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)是指搭載了電子元器件的PWB的整個(gè)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(shí)際上PWB和PCB在有些情況下是有區(qū)別的,例如,PCB有時(shí)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(shí)裝電路,或構(gòu)成印制電路板組件。通常簡(jiǎn)稱二者為印制板。
主板主板:又稱為母板。是在面積較大的PCB上安裝各種有源、無(wú)源電子元器件,并可與副板及其它器件可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的電子基板。通訊行業(yè)一般稱其為背板。
實(shí)裝此詞來(lái)自日文,此處借用。“塊”搭載在“板”上稱為實(shí)裝,裸芯片實(shí)裝在模塊基板副板: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(chǔ)組件、CPU組件以及帶有其它元器件的基板。再通過(guò)連接器(接插件、電纜或剛撓板等)實(shí)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(jí)變得更為簡(jiǎn)便。
即實(shí)裝專(zhuān)指上述的“塊”搭載在基板上的連接過(guò)程及工藝,涵蓋常用的插入、插裝、表面貼裝(SMT)、安裝、微組裝等。
模塊: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。
載板載板:承載各類(lèi)有源、無(wú)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(lèi)載板、各種普通PCB及總裝板。
類(lèi)載板類(lèi)載板(SubstrateLike-PCB,簡(jiǎn)稱SLP):顧名思義是類(lèi)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(jí)了。類(lèi)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(lèi)載板要求的線寬/線距為≤30μm/30μm,無(wú)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HDIPCB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(jì)方案(一片還是多片)都還沒(méi)有定論。類(lèi)載板的催產(chǎn)者是蘋(píng)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(lèi)似載板的HDI板,可讓手機(jī)尺寸更輕薄短小。類(lèi)載板的基材也與IC封裝用載板相似,主要是BT樹(shù)脂的CCL與ABF*樹(shù)脂的積層介質(zhì)膜。
多層板:隨著LSI集成度的提高、傳輸信號(hào)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(hào)線在同一導(dǎo)體層中布置,會(huì)受到許多限制,從而大大降低布線的自由度。如果專(zhuān)設(shè)電源層、接地層和信號(hào)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(hào)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(lái)越重要的作用。可以說(shuō),當(dāng)代PCB是集各種現(xiàn)代化技術(shù)之大成者。
HDI基板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(shí)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(jí)數(shù)碼攝像機(jī)、IC載板等。
在電子封裝工程中,電子基板(PCB)可用于電子封裝的不同層級(jí)(主要用于1~3級(jí)封裝的第2~5層次),只是封裝基板用于1、2級(jí)封裝的2、3層次,普通PCB用于2、3級(jí)封裝的3、4、5層次。但是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(shí)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。
主板(母板)、副板及載板(類(lèi)載板)常規(guī)PCB(多為母板、副板,背板等)主要用于2、3級(jí)封裝的3、4、5層次。其上搭載LSI、IC等封裝的有源器件、無(wú)源分立器件及電子部件,通過(guò)互聯(lián)構(gòu)成單元電子回路發(fā)揮其電路功能。
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(lái)越不清晰,各階層安裝的交叉、互融,此過(guò)程中PCB的作用越來(lái)越重要,對(duì)PCB及其基板材料在功能、性能上都提出了更高、更新的要求。
封裝基板從PCB中分離獨(dú)立出來(lái)的歷程和原因
20世紀(jì)80年代以后,新材料、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用,集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)按照“摩爾定律”飛速發(fā)展,微小敏感的半導(dǎo)體元件問(wèn)世,大規(guī)模集成電路與超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出現(xiàn),高密度多層封裝基板應(yīng)運(yùn)而生,使集成電路封裝基板從普通的印制電路板中分離出來(lái),形成了專(zhuān)有的集成電路封裝基板制造技術(shù)。
目前,在常規(guī)PCB板的主流產(chǎn)品中,線寬/線距50μm/50μm的產(chǎn)品屬于高端PCB產(chǎn)品了,但該技術(shù)仍然無(wú)法達(dá)到目前主流芯片封裝的技術(shù)要求。在封裝基板制造領(lǐng)域,線寬/線距在25μm/25μm的產(chǎn)品已經(jīng)成為常規(guī)產(chǎn)品,這從側(cè)面反映出封裝基板制造與常規(guī)PCB制造比,其在技術(shù)更為先進(jìn)。封裝基板從常規(guī)印制電路板中分離的根本原因有兩方面:一方面,由于PCB板的精細(xì)化發(fā)展速度低于芯片的精細(xì)化發(fā)展速度,導(dǎo)致芯片與PCB板之間的直接連接比較困難。另一方面,PCB板整體精細(xì)化提高的成本遠(yuǎn)高于通過(guò)封裝基板來(lái)互連PCB和芯片的成本。
封裝基板的主要結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)
目前,在封裝基板行業(yè)還沒(méi)有形成統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。通常根據(jù)適用基板制造的基板材料、制作技術(shù)等方面進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)基板材料的不同,可以將封裝基板分為無(wú)機(jī)封裝基板和有機(jī)封裝基板。無(wú)機(jī)封裝基板主要包括:陶瓷基封裝基板和玻璃基封裝基板。有機(jī)封裝基板主要包括:酚醛類(lèi)封裝基板、聚酯類(lèi)封裝基板和環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)封裝基板等。根據(jù)封裝基板制作方法不同,可以將封裝基板分為有核(Core)封裝基板和新型無(wú)核(Coreless)封裝基板。
有核和無(wú)核封裝基板
有核封裝基板在結(jié)構(gòu)上主要分為兩個(gè)部分,中間部分為芯板,上下部分為積層板。有核封裝基板制作技術(shù)是基于高密度互連(HDI)印制電路板制作技術(shù)及其改良技術(shù)。
無(wú)核基板,也叫無(wú)芯基板,是指去除了芯板的封裝基板。新型無(wú)核封裝基板制作主要通過(guò)自下而上的電沉積技術(shù)制作出層間導(dǎo)電結(jié)構(gòu)—銅柱。它僅使用絕緣層(Build-up Layer)和銅層通過(guò)半加成(SemiAdditive Process,縮寫(xiě)為SAP)積層工藝實(shí)現(xiàn)高密度布線。
無(wú)核封裝基板的優(yōu)劣勢(shì)
優(yōu)勢(shì)
薄型化;
電傳輸路徑減小,交流阻抗進(jìn)一步減小,而且其信號(hào)線路有效地避免了傳統(tǒng)有芯基板上的PTH(鍍銅通孔)產(chǎn)生的回波損耗,這就降低電源系統(tǒng)回路的電感,提高傳輸特性,尤其是頻率特性;
可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的直接傳輸,因?yàn)樗械木€路層都可以作為信號(hào)層,這樣可以提高布線的自由度,實(shí)現(xiàn)高密度配線,降低了C4布局的限制;
除部分制程外,可以使用原來(lái)的生產(chǎn)設(shè)備,且工藝步驟減少。
劣勢(shì)
沒(méi)有芯板支撐,無(wú)芯基板制造中容易翹曲變形,這是目前最普遍和最大的問(wèn)題;
層壓板破碎易于發(fā)生;
需要引進(jìn)部分針對(duì)半導(dǎo)體封裝無(wú)芯基板的新設(shè)備。因此,半導(dǎo)體封裝無(wú)芯基板的挑戰(zhàn)主要在于材料與制程。
編輯:黃飛
評(píng)論
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