第四章微电子封装基板技术(1)

4.2 封装基板的分类
在人们的印象中，PCB(printed circuit board: 印刷电路板)无非就是使绝缘体和导体组合，能实 现元器件和芯片搭载以及电气连接即可，并没有什 么特殊复杂之处。
实际上，PCB不仅种类繁多，而且涉及的材料和 工艺多种多样。因此，PCB的分类方法很多，一般 情况下可按照绝缘材料及其软硬程度、导体材料、 导体层数、Z方向的连接方式来分类。
4.1概论
基板是实现元器件功能化、组件化的一个平台 ，是微电子封装的重要环节。目前，微电子封装所 用的基板材料主要由金属、合金、陶瓷、塑料盒复 合材料等，其主要有以下几个功能：
(1)互连和安装裸芯片或封装芯片的支撑作用； (2)作为导体图形和无源元件的绝缘介质； (3)将热从芯片上传导出去的导热媒体； (4)控制高速电路中的特性阻抗，串扰以及信号 延迟。
4.3 有机基板
1. 概述
有机基板是指由绝缘隔热、不易弯曲的有机材料 制成，并在表面制造金属导线图形，用来提供板上 器件和芯片的电路连接或电磁屏蔽，具有介电常数 低、工艺简单和成本低廉等特点。
通常采用的有机材料有FR-4环氧玻璃、BT环氧树 脂、聚酰亚胺和氰酸盐脂等。
基板制作一般采用PCB工艺，形成的基板叫印刷 电路板。随着电子设备越来越复杂，需要的器件和 芯片自然越来越多，PCB上的线路、器件和芯片也 越来越密集，需要没有器件和芯片的裸板，这种裸 板 常 被 称 为 印 刷 线 路 板 (printed wiring board: PWB)。目前，国际封装专业越来越多的场合采用 PWB代替PCB。
2. PWB制作方法
(1)电路的形成方法
通用PWB的制造按照表面金属层制备方法不同 分为：加成法和减成法两类。
加成法是指通过在绝缘板表面添加导电性材料 形成电路图形的方法。在加成法中又可分为全加 成法、半加成法和部分加成法。
减成法是指在预覆铜箔的基材上通过化学腐蚀 铜箔所形成的电路图形的方法。作为主流工艺的 减成法又可分为全面电镀法和图形电镀法。
与全面电镀法不同之处在于，图形电镀法是通过在 不需要电路的部分涂敷光刻胶，然后在电路部分镀 铜和表面保护金属层，再剥离光刻胶、最后经刻蚀 来实现电路连接，制成PWB电路图形。
(5)图形电镀工艺优缺点
优点：光刻胶形成电镀阻挡层，侧壁光滑、平直 、线条规则，可以实现精细化产品。
缺点：对不同的电路图形设计和面积的变化存在 逐个对应的问题，而且同一板面上镀层厚度的一 致性也较差。
随着集成电路芯片技术和组装技术的持续发展，
对基板技术性能方面的要求也越来越高。因此， 基板技术将面临来自三个不同方面的挑战：
(1)微电子芯片发展的要求，即大面积化、针脚 四边引出和表面贴装化、引脚阵列化和引脚间距 密度化；
(2)元器件发展的要求，即无引线化、小型化、 片式化和集成化都需要与基板一起设计和制造,并 制成埋入式结构；
(1)材料参数方面：介电常数、热膨胀系数和热导率等 重要参数；
(2)在结构方面：实现布线图形的精细化、层间互连小 孔径化和电气参数最优化；
(3)在热性能方面：重点考虑耐热性、与Si等芯片材料 的热匹配 和系统的良好导热性；
(4)电参数方面：
a. 减小信号传输延迟时间Tpd，
Tpd r /c
b. 系统内部特性阻抗的匹配；
(b)不需要像图形电镀法那样根据导电图形的面积而 进行电镀电流调整作业，适合批量生产，实际采用较 多；
(c)光刻形成刻蚀阻挡层，对光刻胶的性能要求也不 苛刻。
(4)为减少水汽等有害气体成分，封盖工艺一般在氮 气等干燥保护气氛下进行。
缺点：要刻蚀的铜膜较厚，不易制成高分辨率图形
(4)图形电镀工艺
图形电镀法也是基于基板钻孔之后，表面触媒处理 和化学电镀在孔中形成铜膜，实现电气导通。
3.1概论 3.2按封装材料、封装器件、封装结构分类
3.2.1金属封装(M) 3.2.2塑料封装(P) 3.2.3陶瓷封装 (C) 3.3按封装的外形、尺寸、结构分类
4.1 概论 4.2 基板分类 4.3 有机基板 4.4 陶瓷基板 4.5 低温共烧陶瓷基板 4.6 其他类型的无机基板 4.7 复合基板
在微电子封装中主要按照基板的基体材料来分， 可以分为三类：
(1)有机基板：包括纸基板、玻璃布基板、复合材 料基板、环氧树脂类、聚酯树脂类、耐热塑性基板 和多层基板等；
(2)无机基板：包括金属类基板、陶瓷类基板、玻 璃类基板、硅基板和金刚石基板等；
(3)复合基板：包括功能复合基板、结构复合基板 和材料复合基板等。
3. 有机基板的分类
通用的有机基板按导体布线层数可分为：单面 板、双面板和多层板。
(1)单面板 在最基本的PCB上，器件集中在其中一面，导
线则集中在另一面，由于导线只出现在其中一面， 所以就称这种PCB叫作单面板，如下图所示：
(3)MEMS应用方面的要求，布线高密度化、层 间互联精细化、结构的三维化/立体化。
(4)应用环境的要求.
为了能保持芯片和器件的固有性能，不引起信号 传输性能的恶化，需要认真选择基板材料，精心设 计布线图形。因此，基板选择与设计时需要重点考 虑基板的材料参数、电参数、热参数和结构参数等 ，具体体现在以下方面：
C. 降低L、C和R等的寄生效应，使引线间距最短化，使用 低磁导率的导体材料、低介电常数的基板材料等；
d. 降低交调噪声，要尽量避免信号线之间距离太近和平行布 置，同时为了减小此影响，应选用低介电常数的基板材料；
e.电路图形设计要考虑到防止信号发射噪声。
上述要求反映到基板材料及结构上，主要体现在： 精细化的布线图形 小孔径的层间互连孔 多层布线以实现)全面电镀法工艺流程
全面电镀法工艺如下： a. 在双面覆铜基板上钻孔； b. 表面触媒处理后，在孔的内壁化学镀铜，实 现电气导通； c. 再全面电镀一层铜膜； d. 涂光刻胶； e. 曝光、显影； f. 刻蚀掉不需要的铜膜，去除光刻胶。
全面电镀法工艺流程图
(3)全面电镀法的优缺点
(a)电镀层均匀分布，不会发生由于导线不均匀而使 线路稀疏部电流集中的情况；