封装基板技术的发展

封装基板技术的发展

芯片封装基板是印刷电路板中一个特殊的类别。它提供给先进芯片封装，例如BGA，CSP和倒装芯片使用．它的尺寸较小。通常在3、4厘米或更小。它要求在较小的区域具有较高的布线密度，以便将芯片上的所有引线脚通过金线键合或倒装芯片技术连接到封装基板上的焊盘上。制成封装体，再通过封装体上焊点连接到系统组装基板上。对用倒装芯片互连的封装体，在芯片正下方封装基板局部地区往往要求极高的布线密度。芯片封装基板都采用层积技术制造。

集成电路正在发生巨大变革。它对电子封装和印刷电路板正在产生重大影响。近几年来，集成电路芯片制造技术已进入纳米范围，并正在向物理”极限”挑战。集成电路的集成度越来越高。功能越来越强，所需引线脚数越来越多。集成电路的这种快步发展使得集成电路芯片封装基板面临着巨大的挑战。相对于半导体集成电路技术的发展，印刷电路板技术的发展却显得相对落后。两者的差距甚至在扩大。二十年来刻线能力的进展。印刷电路板工业没能跟上半导体工业的步伐。集成电路功能增强，使得管脚引线增多。在八十中叶，IBM(美国)就展示了具有10，000个焊盘的芯片。传统的周边引线封装型式已变得不可能。解决办法则是从周边引线封装型式转变为面阵列分布型封装型式。球栅阵列封装，芯片规模封装和倒装芯片等面阵列型芯片封装型式的采用和发展使得电子系统高性能化和微型化。特别是

倒装芯片技术将是下一代新型高性能电子系统内，芯片至次一级封装内连的最关键的技术。然而在设计和制造安装这些芯片的基板方面却遇到了巨大的困难。常规的印刷电路板技术包括单层板和多层板都不能满足这些新型封装的布线要求。在这种先进封装需求驱动下而发展起来的高密度互连封装基板技术已经成为了所有高端电子产品和移动电子产品，包括移动手机，笔记本电脑，游戏机，工作站，直至航天航空仪器所必需的基本技术。多年来INEMI，SIA，ITRS，IPC等学会组织了大量的学者和专家进行了长期调研，预测了今后十数年内半导体集成电路技术发展趋势和半导体工业的需求。表一展示了由ITRS发布的2005至2010年间微电子技术发展和对高端产品对倒装芯片技术的需求。可以看到在今后四至五年内，倒装芯片的引线脚将增加到4600至4800个，引线脚中心间距将减小到100微米。假设焊盘尺寸为中心间距的一半(50微米)，为在此间距内布入二至三根金属导线，则线宽和线距必需在10微米或更细．即使布入一根线，线宽和线距也必需小于16、17微米。目前最先进的印刷电路板技术约在20、30微米，与这要求还有相当大的差距。

印刷电路技术今后将继续提高布线密度，制造更薄更小的

基板，实现电子系统微型化和高性能化。与此同时，将向多功能和高集成方面发展，向多功能集成印刷电路技术转化。其发展趋势将会表现在以下几个方面：

在高密度方面

·在近期，降低成本和进一步提高布线密度，包括研究减除法精密细线技术和发展平整式无空洞微通孔技术，以满足目前日益成长的集成封装3S技术：System—On—Chip(SOC)，System—in—Package(SiP)，和System一0n—Package(SOP)．SiP 目前主要型式为芯片叠加或称为3D封装。SOC的功能的强化和多芯片的叠加必定需要更高密度的基板来支撑。SOP由于高度集成化，它要求更先进的高密度集成基板。

·在中长期，则是超高密度基板的研究和探索，配合半导体工业的发展，跟上半导体工业的步伐，为满足未来5、10年较长时期的需求作准备。2009—2010年4600引线100微米间距的倒装芯片将会进入市场。现在就需要开发小直径(<35微米)的微通孔技术，超精密窄间距金属细线((10微米)技术，低成本平整式微通孔及其直叠多层互连技术，为将出现的新的倒装芯片提供基板保证。

在高性能方面

·保持信号的完整性和功率的一致性。这要求在缩短信号传播路径的同时，要求严格的阻抗匹配要求。基板制造工艺要求严格控制。

·减薄基板厚度和开发超薄基板或无内芯基板。在元器件集成方面埋入式无源元件。将被动元件，电容，电阻，电感等埋入到基板内，埋入式有源元件，将芯片，主要是高性能芯片，视频元件等埋入到基板内，以获得最好的系统性能。

光学集成和光互连

将超高速光学系统集成到印数电路中，应用光束在波导中的传播来传递信号，即用光互连来替代金属导线互连。以期用于需要快速大容量信号交换的宽带系统以及用于将来的超级计算机和将来的超高速通信系统。

系统封装集成(System-On—Package-SOP

由Rao R Tummala教授提出的系统封装集成SOP技术是一种为构造高度集成的超微型化的多功能系统的新概念．这种系统要求相应的超微型化的高度集成的多功能电路板(SOP—Board)，多管脚，窄间距倒装芯片将直接安装在SOP组装电路板上．免除了芯片封装这一过程，实现无芯片封装封装。减少了封装级数，系统进一步微型化，集成化，性能进一步提高，成本进一步下降．一些国际大公司开始实施SOP计划。它将成为今后高端电子系统最强有力的封装手段．在2004年五月IEEE的”先进封装学报”专门出了一期特刊，称为System—On-Package(SOP) 特刊。有关SOP和相关技术方面的资料，请参阅该期学报特刊。