先進(jìn)封裝基板技術(shù)

智芯仿真

1 人贊同了該文章

關(guān)鍵詞：封裝基板、FCBGA、無芯封裝基板、埋入式基板

IC封裝基板是半導(dǎo)體封裝的重要組成材料，用于搭載芯片，為芯片提供電連接、保護(hù)、支撐和散熱等。為實現(xiàn)3D-SiP的系統(tǒng)級集成需求，滿足未來5G、高性能計算機等高端應(yīng)用的需求，業(yè)界對先進(jìn)基板提出了提高布線密度、減小線寬線距、減小尺寸與重量，改善熱性能的要求。目前，先進(jìn)封裝基板的研究方向主要有工藝改進(jìn)、精細(xì)線路，以及倒裝芯片球柵格陣列封裝基板（FCBGA）、無芯封裝基板、有源無源器件的埋入基板等。

1.FCBGA（Flip Chip Ball Grid Array）

FCBGA是目前圖形加速芯片最主要的封裝格式。這種封裝技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時IBM為了大型計算機的組裝，而開發(fā)出了所謂的C4(Controlled Collapse Chip Connection)技術(shù)，隨后進(jìn)一步發(fā)展成可以利用熔融凸塊的表面張力來支撐芯片的重量及控制凸塊的高度，并成為倒裝技術(shù)的發(fā)展方向。

FCBGA的優(yōu)勢有以下幾點：第一點是解決了電磁兼容(EMC)與電磁干擾(EMI)問題。采用Wire Bond封裝技術(shù)的芯片，其信號傳遞是透過具有一定長度的金屬線來進(jìn)行，這種方法在高頻下會產(chǎn)生阻抗效應(yīng)。但FCBGA用小球代替原先采用的針腳來連接處理器，采用這一封裝不僅提供優(yōu)異的電性效能，同時可以減少組件互連間的損耗及電感，降低電磁干擾的問題，并承受較高的頻率。第二點是提高I/O的密度。一般而言，采用WireBond技術(shù)的I/O引線都是排列在芯片的四周，但采用FCBGA封裝以后，I/O引線可以以陣列的方式排列在芯片的表面，提供更高密度的I/O布局，產(chǎn)生最佳的使用效率，也因為這項優(yōu)勢，倒裝技術(shù)相較于傳統(tǒng)封裝形式面積縮小30%至60%。第三點是基于FCBGA 獨特的倒裝封裝形式，芯片的背面可接觸到空氣，能直接散熱。同時基板亦可透過金屬層來提高散熱效率，或在芯片背部加裝金屬散熱片，更進(jìn)一步強化芯片散熱的能力，大幅提高芯片在高速運行時的穩(wěn)定性。

圖片來源:CSDN

2.無芯封裝基板

根據(jù)是否有芯板，IC封裝基板可被分為有芯基板和無芯基板。它使用帶有雙面銅箔的聚酰亞胺（Polyimide,PI）作為基材，PI膜作為絕緣層，通過加成法實現(xiàn)高密度布線。無芯封裝基板厚度僅為傳統(tǒng)基板厚度的1/3，厚度降低，不僅使無芯基板更能適應(yīng)消費類電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的趨勢，還使它具有更高的信號傳輸速度、更好的信號完整性、更低的阻抗、更自由的布線設(shè)計、以及能夠?qū)崿F(xiàn)更精細(xì)的圖形和間距等特點。但由于缺乏鋼性芯板的機械支撐，使得無芯封裝基板強度不足，易于翹曲。如何減少制造和裝配過程中的翹曲，成為無芯封裝基板研究和生產(chǎn)領(lǐng)域的重要課題。常見的降低無芯封裝基板翹曲的方法有：在半固化片中添加玻璃纖維以增加剛度，將基板表層電介質(zhì)材料更換為剛度更強的半固化片，使用低熱膨脹系數(shù)電介質(zhì)材料以降低Cu線路-電介質(zhì)材料之間熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致的翹曲，針對制程開發(fā)能夠減少翹曲的合適夾具，平衡基板各層覆銅率以減少上下層熱膨脹系數(shù)失配等。下圖展示的是一種無芯封裝基板制作方法。

圖片來源:知乎

3.埋入式基板

根據(jù)埋入的元器件種類，可大致分為無源元件埋入、有源器件埋入以及無源、有源混埋技術(shù)和Intel的嵌入式多核心互聯(lián)橋接（Embedded Multi-die Interconnect Bridge，EMIB）技術(shù)。

3.1無源元件埋入基板技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的、將元器件全部焊接至PCB板表面的技術(shù)，元器件埋入基板技術(shù)有四個優(yōu)點。第一點是可以增加PCB設(shè)計布線的靈活性和自由度，而且可以減少布線和縮短布線的長度，從而大大提高PCB高密度化的程度。第二點是提高PCB組裝的高可靠性，通過這樣的工藝方法，極為明顯地減少PCB板面的焊接點，從而提高了組裝板的可靠性，大大地降低由于焊接點引起的故障率的幾率。第三點是改善PCB組裝件的電氣性能，這是因為將無源元件埋入到高密度化PCB中，消除了分立無源元件所需要的連接焊盤、導(dǎo)線和自身的引線焊接后所形成回路。第四點是非常明顯節(jié)省產(chǎn)品或PCB組裝件的成本。

3.2 有源器件埋入基板技術(shù)

按照芯片埋入的制程先后順序，有源器件埋入基板技術(shù)可分為芯片先置型（chip-first）埋入技術(shù)和芯片后置型（chip-last）埋入技術(shù)。芯片先置型埋入技術(shù)先將芯片埋入有機絕緣介質(zhì)中，之后再制作電路圖形以實現(xiàn)信號傳輸和電源供應(yīng)。芯片后置型埋入技術(shù)先制作build-up基板，在制作好的基板上開槽并制作好電路圖形，將芯片放置在槽中，實現(xiàn)電氣連接后再使用樹脂填充芯片與槽體之間的間隙。

與芯片先置技術(shù)相比，chip-last技術(shù)埋入的芯片位于基板的最上層，可返工且散熱更好，埋入芯片后沒有其他基板增層工藝步驟，加工良率更高。但是芯片先置技術(shù)也有其優(yōu)勢，芯片后置技術(shù)埋入芯片只能埋入一層芯片，且埋入芯片的基板表面無法再貼裝器件，因此芯片先置技術(shù)對基板空間縱向利用率較芯片后置技術(shù)更好。

3.3EMIB技術(shù)

EMIB是將帶有多層導(dǎo)電金屬（Back End Of Line，BEOL）互連的超薄硅片埋入有機封裝基板的最上層，通過焊球與倒裝芯片的連接，以實現(xiàn)兩個或多個芯片之間的局部高密度互連。這種埋入式結(jié)構(gòu)可被放置在有機基板的任意位置以實現(xiàn)超高密度局部互連，在遠(yuǎn)大于典型掩膜版尺寸范圍內(nèi)集成大芯片，使用非常靈活。下圖為EMIB技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖片來源:半導(dǎo)體技術(shù)

資料來源：

1.失效分析（知乎），半導(dǎo)體先進(jìn)封裝基板 - 知乎 (http://zhihu.com)，https://zhuanlan.zhihu.com/p/477004217。

2.BGA封裝技術(shù)介紹.ppt (http://book118.com),

https://max.book118.com/html/2019/0209/7141166133002005.shtm

3.半導(dǎo)體技術(shù)，https://www.sohu.com/a/527867397_120498874

三大半導(dǎo)體BGA封裝工藝及流程

東莞兆恒機械

19年專注高端裝備一體化服務(wù)（機加工、標(biāo)準(zhǔn)件、設(shè)備OEM）

17 人贊同了該文章

一、引線鍵合半導(dǎo)體PBGA的封裝工藝流程

1、PBGA基板的制備

在BT樹脂/玻璃芯板的兩面層壓極?。?2~18μm厚）的銅箔，然后進(jìn)行鉆孔和通孔金屬化。用常規(guī)的PCB加3232藝在基板的兩面制作出圖形，如導(dǎo)帶、電極、及安裝焊料球的焊區(qū)陣列。然后加上焊料掩膜并制作出圖形，露出電極和焊區(qū)。為提高生產(chǎn)效率，一條基片上通常含有多個PBG基板。

2、封裝工藝流程

圓片減薄→圓片切削→芯片粘結(jié)→等離子清洗→引線鍵合→等離子清洗→模塑封裝→裝配焊料球→回流焊→表面打標(biāo)→分離→最終檢查→測試斗包裝。

二、FC-CBGA的封裝工藝流程

1、陶瓷基板

FC-CBGA的基板是多層陶瓷基板，它的制作是相當(dāng)困難的。因為基板的布線密度高、間距窄、通孔也多，以及基板的共面性要求較高等。它的主要過程是：先將多層陶瓷片高溫共燒成多層陶瓷金屬化基片，再在基片上制作多層金屬布線，然后進(jìn)行電鍍等。在CBGA的組裝中，基板與芯片、PCB板的CTE失配是造成CBGA產(chǎn)品失效的主要因素。要改善這一情況，除采用CCGA結(jié)構(gòu)外，還可使用另外一種陶瓷基板--HITCE陶瓷基板。

展開剩余44%

2、封裝工藝流程

圓片凸點的制備->圓片切割->芯片倒裝及回流焊->底部填充導(dǎo)熱脂、密封焊料的分配->封蓋->裝配焊料球->回流焊->打標(biāo)->分離->最終檢查->測試->包裝。

三、引線鍵合TBGA的封裝工藝流程

1、TBGA載帶

TBGA的載帶通常是由聚酰亞胺材料制成的。在制作時，先在載帶的兩面進(jìn)行覆銅，然后鍍鎳和鍍金，接著沖通孔和通孔金屬化及制作出圖形。因為在這種引線鍵合TBGA中，封裝熱沉又是封裝的加固體，也是管殼的芯腔基底，因此在封裝前先要使用壓敏粘結(jié)劑將載帶粘結(jié)在熱沉上。

2、封裝工藝流程

圓片減薄→圓片切割→芯片粘結(jié)→清洗→引線鍵合→等離子清洗→液態(tài)密封劑灌封→裝配焊料球→回流焊→表面打標(biāo)→分離→最終檢查→測試→包裝。

BGA封裝流行的主要原因是由于它的優(yōu)勢明顯，封裝密度、電性能和成本上的獨特優(yōu)點讓其取代傳統(tǒng)封裝方式。BGA封裝會有越來越多的改進(jìn)，性價比將得到進(jìn)一步的提高，BGA封裝有靈活性和優(yōu)異的性能，未來前景廣闊。