封装基板作为半导体封装的载体,为芯片提供电连接、保护、支撑和散热。受到电、热、尺寸、功能性以及周期成本的综合驱动,封装基板向着薄厚度、高散热性、精细线路、高集成度、短制造周期方向发展。
近些年,为满足高性能计算机、新一代移动通信、人工智能、汽车电子以及国防装备等领域的需求,电子产品朝着高性能、高集成度的方向发展。在摩尔定律接近极限,先进晶圆制程成本过高的大环境下,先进封装技术在产业链中的重要性越来越突出。作为先进封测产业中,子模块和子系统设计与集成以及终端产品的核心基础,先进基板是支持先进工艺下巨量I/O提升以及SIP(系统级封装)的核心载体,是异质集成技术的基础与支撑,后摩尔时代,对国家重点行业与重点领域起到核心支撑作用。
1 先进封装基板发展方向与市场概况
IC 封装基板是半导体封装体的重要组成材料 ,用于搭载芯片 ,为芯片提供电连接 、保护 、支撑和散热等。为实现 3D-SiP 的系统级集成需求 ,满足未来5G、高性能计算机等高端应用的需求 ,业界对先进基板提出了提高布线密度 、减小线宽线距 、减小尺寸与重量 ,改善热性能的要求。目前 ,先进封装基板的研究方向主要有工艺改进 、精细线路 、倒装芯片球栅格阵列 封装 基 板( flip chip ball grid array ,FCBGA)、无芯封装基板 、有源 、无源器件的埋入基板等 。
2018~2021 年 ,先进 封 装 基 板 行 业 的 年 销 售 额增长率达 12% ,预计到2022 年 ,基板行业将有 100 亿美元市场[1]。目前 ,国内制造企业的品类集中于引线键合 球 栅 阵 列 封 装( wire bonding ball grid array package ,WBBGA)封装 基 板 、倒装 芯 片 尺 寸 封 装( flip chip chip scale package ,FCCSP)封装基板 、无芯封装基板 、无源元件埋入 ,对于高端 FCBGA 基板 、有源元件埋入基板等少有涉及 ,先进基板在国内仍处蓝海市场 。
2 FCBGA 基板
FCBGA 有机基板 ,是指应用于倒装芯片球栅格阵列封装的高密度 IC 封装基板。FCBGA 有机基板的基 础[2]——build-up( 积层 )基板 技 术 ,最初 诞 生 时被 IBM 应用于笔记本电脑 ,以作为板级封装基板 ,在较小 的 空 间 内 承 载 大 量 电 子 元 器 件 。 由于 build-up基板优秀的电学性能和低廉的制造成本 ,它开始取代陶瓷基板 ,被应用于倒装芯片封装领域。之后 ,英特尔逐渐推动这项技术的成熟化和标准化 ,在其整个 CPU 产品线中使用 build-up 基板。近年来 ,AI 、5G和大 数 据 等 技 术 的 蓬 勃 发 展 使 得 市 场 对 高 性 能CPU 、GPU 、FPGA 以及 网 络 路 由 器/转换 器 用 ASIC等器件的需求陡增 ,大尺寸 FCBGA 封装基板产能十分紧缺。由于 FCBGA 基板具有层数多 、面积大 、线路密 度 高 、线宽 线 距 小 以 及 通 孔 、盲孔 孔 径 小 等 特点 ,其加 工 难 度 远 大 于 FCCSP 封装 基 板 。 目前 ,FCBGA封装基板产业主要集中在中国台湾 、日本和韩国等国家和地区 ,如三星 、南亚 、欣兴 、京瓷 、景硕等公司 ,中国大陆仅深南 、越亚 、华进等少部分企业具备 小 批 量 量 产 线 宽/线距 为 15/15 μm ,盲孔 直 径 ≤40 μm 的 FCBGA 封装基板的能力 ,大陆 FCBGA 基板行业仍有很大发展空间。图 1 是华进半导体小批量量产的 FCBGA 封装基板 。
FCBGA 封装 基 板 通 常 以 日 本 味 之 素 生 产 的 味之素积层介质薄膜( Ajinomoto build-up film ,ABF)作为积层绝 缘 介 质 材 料 ,采用 半 加 成 法( semi-additive process ,SAP )制造 。 ABF 材料 是 一 种 低 热 膨 胀 系数 、低介 电 损 耗 的 热 固 性 薄 膜 ,其易 于 加 工 精 细 线路 、机械 性 能 良 好 、耐用 性 好 的 特 性 ,使它 成 为FCBGA 封装 基 板 的 标 准 积 层 介 质 材 料 。 高密 度 大尺寸FCBGA 封装基板的研究方向主要有 ABF 材料工艺 、薄型FCBGA 封装基板和细线路加工工艺等 。
Lee[3] 等针 对 味 之 素 的 适 用 于 高 频 场 景 的 低 介 电 常数 、低介电损耗 ABF 材料 GL102 ,研究了压合 、预固化 、除胶 、激光打孔等关键条件对 ABF 与 Cu 之间的结合 力 以 及 盲 孔 加 工 能 力 的 影 响 ,以解决 GL102 可能表现出的低 ABF-Cu 结合力和难以去除胶渣等现象带 来 的 可 靠 性 风 险 。Chiang[4]等研 究 无 芯 封 装 基板与 标 准 FCBGA 封装 基 板 在 电 源 完 整 性 和 信 号 完整性上的差异 ,为芯片封装设计人员提供参考 。
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