浅析封装基板的设计开发

作者：杨超月

浅析封装基板的设计开发

2022-03-16 09:57 来源: 半导体技术

原标题：浅析封装基板的设计开发

北软失效分析赵工半导体工程师 2022-03-16 09:50

摘要：简述了封装基板在 IT 时代的突出地位；须厘清或了解的相关知识；电子封装需解决的技术课题；封装基板需解决的技术课题及基板类型；有机封装基板的发展、封装用有机基板、有机封装基板的特点、主要性能要求及分类；介绍了封装基板的设计原则，从原辅材料的选择、配方设计、工艺设计等方面浅析封装基板的开发；并推荐了 DCPD 酚环氧及 DCPD 酚活性脂在封装、高频/高速、高性能、高可靠性基板中的应用。

一、引言

电子信息时代 PCB 作为最基础、最活跃的电子部件登上国际电子产业舞台，成为电子产业不可缺少的重要组成部分。从消费类到投资类电子产品，从民用到军用电子设备，PCB均发挥着前所未有的功能和作用。20 世纪末国际上逐渐将沿用上百年的 PCB 改称为电子基板（electronic substrate），此称谓的改变意味着传统的 PCB 业已跨入高密度多层基板时代，封装基板被提到突出地位。

电子基板按其结构可分为普通基板、印制电路板、模块基板等几大类。其中 PCB 在原有双面板、多层板的基础上，近年来又出现积层（build-up）多层板；模块基板是指新兴发展起来的可以搭载在PCB之上，以BGA、CSP、TAB、MCM为代表的封装基板（package substrate，简称 PKG 基板）。电子基板是半导体芯片封装的载体，搭载电子元器件的支撑，构成电子电路的基盘。小到芯片、电子元器件，大到电路系统、电子设备整机，都离不开电子基板。近年来在电子基板中，高密度多层基板所占比例越来越大。

诞生于上世纪 90 年代初，并于中期在全球得到快速发展的积层多层板（build-up multplayer board，简称 BUM 基板）是实现高密度布线的有效方式。积层多层板在欧美称为高密度互连基板（high density interconnection substrate，简称 HDI 基板）；在台湾称为“微细通孔基板”（简称微孔板），尽管称谓不同，但在超微细、多层立体布线、微细孔、层间互连等方面却是完全一致的。在实现节距微细化的同时，其面积、厚度、质量可大大降低，产品的质量、稳定性、可靠性则大大提高。

二、须了解的知识

1、电子封装的基本概念

1）封装和封装工程

“封装”一词用于电子工程的历史并不长。在真空电子管时代，将电子管等器件安装在管座上构成电路设备一般称为“组装”或“装配”，当时还没有“封装”这一概念。

自从三极管、IC 等半导体元件的出现，改变了电子工程的历史。一方面，这些半导体元件细小柔嫩；另一方面，其性能又高，而且多功能、多规格。为了充分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便与外电路实现可靠地电气联接，并得到有效地机械支撑、绝缘、信号传输等方面的保护作用。“封装”的概念正是在此基础上出现的。

封装（packaging，PKG）：主要是在后工程*中完成的。即利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过塑性绝缘介质灌封固定，构成整体主体结构的工艺。

封装工程：是封装与实装工程及基板技术的总和。即将半导体、电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学技术，统称为电子封装工程。

半导体器件制作分为前工程和后工程：所谓前工程是从整块硅圆片入手经多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性；所谓后工程是从由硅圆片分切好的一个一个的芯片入手，进行装片、固定、键合联接、塑料灌封、引出接线端子、按印检查等工序，完成作为器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性，并便于与外电路联接。

2）封装的范围

电子封装是一个复杂的系统工程，类型多、范围广，涉及各种各样材料和工艺。可按几何维数将电子封装分解为简单的“点、线、面、体、块、板”等。电子封装所涉及的各个方面几乎都是在基板上进行或与基板相关。在电子封装工程所涉及的四大基础技术，即薄厚膜技术、微互连技术、基板技术、封接与封装技术中，基板技术处于关键与核心地位。随着新型高密度封装形式的出现，电子封装的许多功能，如电气连接，物理保护，应力缓和，散热防潮，尺寸过渡，规格化、标准化等，正逐渐部分或全部的由基板来承担。

封装的范围涉及从半导体芯片到整机。在这些系统中，构成整个电子设备包括 6 个层次（即装配的 6 个阶段）：

(1) 层次 1 即裸芯片。