第三讲 封装有机基板简介

封 装 用 一 般 有 机 基 板
铜箔的种类
分为压延铜箔 压延铜箔（rolled copper foil）和电解铜箔 压延铜箔 电解铜箔 (electrode deposited copper foil)两大类； 在IPC标准（IPC-MF-150）中，将两大类铜箔 分别称为W类和E类。
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封 装 用 一 般 有 机 基 板 有机树脂基材与陶瓷材料相比，有如下优点: ①基板材料制造不像陶瓷材料那样要进行高温烧结，从 节省能源。 而节省能源 节省能源 ②它的介电常数 r) 比陶瓷材料低 介电常数(ε 比陶瓷材料低。这有利于导线电路 介电常数 的信息高速传输; ③它的密度比陶瓷材料低 密度比陶瓷材料低。表现出基材轻量的优点。 密度比陶瓷材料低 ④它比陶瓷材料易于机械加工 易于机械加工。外形加工较自由。可制 易于机械加工 作大型基板。 ⑤易实现微细图形电路加工 微细图形电路加工。 微细图形电路加工 ⑥易于大批量生产 易于大批量生产，从而可降低封装的制造成本。 易于大批量生产
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（2）电解铜箔 ）
电解铜箔是通过专用电解机连续生产出初产品(称为毛 箔)，毛箔再经表面处理（单面或双面处理)，得到最终 产品。 对毛箔所要进行的耐热层钝化处理，可按不同的处理 方式分为： ① 镀黄铜处理(TC处理) (TC ) ② 呈灰色的镀锌处理TS处理或称TW处理) ③ 处理面呈红色的镀镍和镀锌处理(CT处理) ④ 压制后处理面呈黄色的镀镍和镀锌处理(CY处理)等种 类。
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有机封装基板材料的发展特点
树脂(双马来酰亚胺三嗪树脂 ①在采用树脂方面，如BT树脂 双马来酰亚胺三嗪树脂 树脂 双马来酰亚胺三嗪树脂)、 PPE树脂（聚苯醚树脂）等，在世界范围内（主要指在日本、 树脂（ 树脂 聚苯醚树脂） 美国、欧洲等）首先在最初的有机封装基板上得到应用。而 高性能环氧树脂（ 后高性能环氧树脂（FR-4等）的封装基板紧追而上。它目 高性能环氧树脂 等 前已成为占有很大比例的品种。 ②由于高密度互连（HDI）积层多层板（BUM）在封装基板 中越来越占有更加突出的地位，它在有机封装基板中是最有 发展前景的一类印制电路板。由此，在封装基板用基材品种 上，它所用的基材在技术、生产中，都是比其他封装基板用 基材发展更快的一类。 ③在前沿技术方面，今后有机封装基板用基材，将向高性能 高性能 ）、高可靠性 （高Tg、低εr、低α）、高可靠性、低成本 、 ）、高可靠性、低成本以及适于环保发 展的“绿色型”方向发展。
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国外还推出一些压延铜箔的新品种： 加入微量Nb、Ti、Ni、Zn、Mn、Ta、S等元素 的合金压延铜箔(以提高、改善挠性、弯曲性、 导电性等) 超纯压延铜箔(纯度在>99.9%） 高韧性压延铜箔(如：三井金属的FX-BSH； BDH；BSO等牌号)，具有低温结晶特性的压延 铜箔等。
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封 装 用 一 般 有 机 基 板 刚性基材：玻璃布/环氧树脂基材（一般FR-4基材)；纤 维(有机或无机)/树脂的高Tg、低α基材；积层多层板用 基材。 高Tg基材（Tg>150℃）一般也同时具有低介电常数(εr) 特性。 高Tg和低α性的封装基板用基材常用的有：高耐热性的 环氧树脂(简称EP树脂)、双马来酰亚胺三嗪树脂(简称 BT树脂)、热固性聚苯醚树脂(简称PPE树脂)、聚酞亚 胺树脂(简称PI树脂)、聚氰酸树脂等。
封 装 用 一 般 有 机 基 板 三大类基材，绝大多数具有阻燃特性 阻燃特性。阻燃性达到UL标 阻燃特性 准中规定的UL94-V0级的，其传统技术是加入含卤素的阻 燃剂或阻燃树脂。而近几年来，随着对环境保护的重视， 在阻燃型基材中，又产生出一类不含卤素化合物的新基材 品种。它们被称为绿色型基材，或称作“环境协调性”基 材。这种基材，目前已在上述主要三大类有机封装基板上 得到应用。
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2、具有高耐吸湿性 、
极性有机分子易于吸附水分子，因此有机树脂材料比陶瓷 材料在高湿条件下易吸湿。 根据JEDEC（联合电子器件工程理事会)标准规定:对基板 材料的耐湿性考核项目之一，是“耐爆玉米花”性。 爆玉米花(popcorn)现象 现象，是指由于基板材料吸湿量较大， 爆玉米花 现象 而造成在微组装时基板与半导体芯片的界面等易产生像 “爆玉米花”似的剥离问题。 在耐湿性方面，需要采用诸如耐压力锅蒸煮性试验 耐压力锅蒸煮性试验(PCT) 耐压力锅蒸煮性试验 等进行测试，以作为对它的耐湿性可靠性的评价。基材耐 湿性的提高，同时还有利于增强其耐金属离子迁移性。
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OMPAC型塑料封装的发展
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不同类型封装对基板材料性能需求的侧重点
图 ( a)所示结构的封装(OMPAC型PKG)：基材在高温条件下的硬度保 持不下降，以保证高的金属丝焊接的可靠性。同时要求高温下弹性模 量高。这样在再流焊时，基板的翘曲度会小。 图（b）所示结构的封装(FC PKG)，已从金属丝对芯片的键合连接方 式，转变成FC微组装方式。后者的连接方式，目前主要通过高温焊 料、金-金连接、金-锡连接等。这样对基板材料性能的重点要求，就 着眼于在高温焊接中具有优异的耐热性和高温下弹性模量高等方面。 以达到在高温下的焊接可靠性和FC连接时好的基板平滑性。由此可 以看出，FC连接方式的封装，更加注重基板材料的高Tg性。 图 (c)所示结构的封装(薄型PKG)，更强调要求在微组装时的工艺性良 好。如基板材料要具有较高的高温弹性模量，薄型化绝缘基材，在它 的耐湿性，保证导通孔可靠性方面，对基板材料也有更严的要求。
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三、有机封装基板用基板材料的分类
从总体上按状态划分为刚性与挠性两大类。 刚性基材又分为含有纤维增强的一般型PCB用基材、积 层多层板用基材、复合化多层板用基材。 挠性基材主要作为带载型封装用有机基材。它主要有薄 膜类(聚酞亚胺树脂薄膜、其他特殊性树脂薄膜)和玻璃布/ 环氧树脂卷状薄型覆铜板等。
（1）压延铜箔 ）
一般制造过程 制造过程是：原铜材→熔融/铸造→铜锭加热→回 制造过程 火韧化→刨削去垢→在重冷轧机中冷轧→连续回火韧化 及去垢→逐片焊合→最后轧薄→处理→回火韧化→切边 →收卷成毛箔产品。 毛箔生产后，还要进行粗化处理 由于耐折性优良，弹性模量高，经热处理韧化后仍可保 留的延展性大于电解铜箔等，非常适用于制作挠性覆铜 板 它的纯度(>99.9 %)高于一般电解铜箔(>99.8 %)，而且 其表面也比电解铜箔平滑，因此有利于信号的快速传输
封装用一般有机基板
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封装用一般有机基板材料，是指制造电子封装 基板、制造搭载电子元器件的母板(又称印制电 路板，简称PCB)的基础材料。 传统的PCB是由有机树脂做粘合剂、玻璃纤维 布(简称玻璃布)做增强材料，采用传统的工艺 法所制成。 这类一般有机基板材料从组成结构划分，包括 单、双PCB用基板材料(覆铜箔板)和一般多层 PCB用基板材料(内芯薄型覆铜箔板、半固化片 材料)。
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4、具有低介电常数特性 、
有机封装基板用基材，一般具有较低的介电常数(εr)， 与陶瓷基材相比，更适用于高频信号的传输，因此更适应 电路信号高速化的发展趋势。尽管如此，随着高速电路封 装技术的发展，以及封装体内信号传输速度的提高，对降 低有机封装基板用基材的介电常数，提出更高的要求。
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有机封装基板用基材，在整个封装印制电路板上， 主要担负着导电、绝缘和支撑三大方面的功能 功能。 功能 导电----主要是以基板材料所含有的铜箔来实现； 导电 绝缘----主要是由所含的有机树脂来实现； 绝缘 支撑----由所含的树脂、补强材料或填充料来实现。 支撑---封装及其基板(印制电路板)的性能、可靠性、制造中 的加工性、制造成本、制造水平以及新技术在封装 中的实现等，在很大程度上，取决于基板材料。
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有机封装基板材料的发展
1989年Motorola和Citigen Watch(西铁城时计)公司共同 开发成功OMPAC型塑料封装。它促进了面阵列封装， 即球栅阵列(BGA)封装的发展和应用。 1991年，世界上又出现了刚性有机树脂基板的BGA(即 称PBCA)。这一新型封装，首先开始在无线电收发报机、 微型电脑，ROM和SRAM中得到应用。 1993年，PBGA正式投放市场。它不但驱动了这种新型 BGA进入实用化阶段，而且还标志着封装用一般有机 基板高速发展时期的开始。
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3、具有低热膨胀性 、
一般FR-4基板材料的热膨胀系数(α)为：(13-18)× 10-6/℃ (纵、横方向)。而目前认定α小于8×10-6/℃ 的低热膨胀系 数的基材，才是封装基板材料较理想的基材。 这种应力的很大部分会传递到基板与芯片的界面上，并 由连接二者的焊球端子来承担，而位于周边端角处的焊球， 所受热应力最大。 基材热膨胀系数的大小，是影响基板尺寸稳定性的重要 因素。为了保证封装基板微细电路的精度，选用低热膨胀 系数的基材制作封装基板。
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源自文库
四、制造基板材料的主要原材料
一般有机封装基板的基板材料（包括单、双覆铜板和多层 板基材）在生产中所用的主要原材料： 1、铜箔 2、增强材料（玻璃纤维布、芳香族聚酰胺纤维无纺布）
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1、铜箔 、
铜箔生产是在1937年由美国新泽西州的Anaconda公司炼铜厂 最早开始的。 1955年，美国Yates公司开始专门生产印制电路用的电解铜箔。 经过四十几年的发展，目前这类铜箔在全世界的年产量已达到 约14万吨。 日本是世界上目前最大的PCB基材用铜箔生产国，其次为中国 台湾。 月产铜箔能力在1000t以上的厂家有：日本三井金属株式会社 （Mitsui、国内部分)、日本古河电气公司(Furukawa、国内部 分),中国台湾铜箔公司、日本能源公司等。日本福田金属箔粉 工业公司在日本、中国内地、英国、美国各投资厂生产的铜箔， 总共月产能力也达到1800t左右。 电解铜箔是PCB基材用最大量的一类铜箔(约占98%以上)。近 几年适于PCB制作微精细图形、处理面为低轮廓度的电解铜箔 产品，无论在技术上，还是市场上都得到迅速发展。它已成为 基板材料所采用的，具有更高技术含量、有广阔发展前景的新 型电解铜箔。
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从整机产品所用的这类封装基板的主要产品品种， 以所用的BGA、CSP的市场规模大小排序分别是: 携带型电脑（ ）、 携带型电脑（PC）、 PC卡、移动电话、DVD等。 卡 移动电话、 从此调查统计数据也可以看出:以PC中的MPU为例， 1997-1999年间，出现了有机封装基板迅速替代陶 年间， 年间 瓷封装基板的趋势。 瓷封装基板的趋势
封 装 用 一 般 有 机 基 板 广泛采用的有机封装基板产品BGA、CSP的封装，以 日本的发展为例，到目前经历了两个发展阶段:19931996年为萌芽发展阶段。1997年起，开始步入一定规 模的工业化发展阶段。 封装基板的调查结果表明：日本所用的BGA基板和 CSP基板产值，到2002年分别发展到6000亿日元和 940亿日元的规模。调查结果还表明：这类封装基板所 用的基材近几年将迅速地走向有机树脂化。
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二、主要性能要求
1、具有高耐热性 、
高玻璃化温度(Tg) 高玻璃化温度 高Tg基材所制成的基板，可以提高封装的耐再流焊性(如 高温再流焊的适用性、倒装芯片微组装的再流焊反复性、 再流焊接稳定性等)。高Tg基材，还可以提高封装基板通 孔的可靠性，可以使它在热冲击、超声波作用下的金属 线压焊时，基板保持稳定的物理特性(如平整性、尺寸稳 定性、稳定的弹性模量和硬度变化等)。