第四章 微电子封装的基板技术(1)

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1、 3.1概论概论 3.2按封装材料、封装器件、封装结构分类按封装材料、封装器件、封装结构分类 3.2.1金属封装金属封装(M) 3.2.2塑料封装塑料封装(P) 3.2.3陶瓷封装陶瓷封装 (C) 3.3按封装的外形、尺寸、结构分类按封装的外形、尺寸、结构分类 4.1 概论概论 4.2 基板分类基板分类 4.3 有机基板有机基板 4.4 陶瓷基板陶瓷基板 4.5 低温共烧陶瓷基板低温共烧陶瓷基板 4.6 其他类型的无机基板其他类型的无机基板 4.7 复合基板复合基板 基板基板是实现是实现元器件功能化、组件化的一个平台元器件功能化、组件化的一个平台，是，是微电子封装的重要环节。随着集成电路芯片技

2、术和组微电子封装的重要环节。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来越高。因此，基板技术将面临来自三个不同方面三个不同方面的的挑战：挑战：(1)微电子芯片发展的要求微电子芯片发展的要求，即大面积化、针脚四边引出，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；和表面贴装化、引脚阵列化和引脚间距密度化；(2)元器件发展的要求元器件发展的要求，即无引线化、小型化、片式化和，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；集成化都需要与基板一起

3、设计和制造并制成埋入式结构；(3)MEMS应用方面的要求应用方面的要求，布线高密度化、层间互联精，布线高密度化、层间互联精细化、结构的三维化细化、结构的三维化/立体化。立体化。(4)应用环境的要求应用环境的要求. 4.1概论概论 为了能保持为了能保持芯片和器件的固有性能芯片和器件的固有性能，不引起信号传，不引起信号传输性能的恶化，需要认真输性能的恶化，需要认真选择基板材料，精心设计布选择基板材料，精心设计布线图形线图形。因此，基板选择与设计时需要重点考虑。因此，基板选择与设计时需要重点考虑基板基板的材料参数的材料参数、电参数电参数、热参数热参数和和结构参数结构参数等，具体体等，具体体现在以下方

4、面：现在以下方面：(1)材料参数方面材料参数方面：介电常数、热膨胀系数和热导率等重：介电常数、热膨胀系数和热导率等重要参数；要参数；(2)在结构方面在结构方面：实现布线图形的精细化、层间互连小孔：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；径化和电气参数最优化；(3)在热性能方面在热性能方面：重点考虑耐热性、与：重点考虑耐热性、与Si等芯片材料的热等芯片材料的热匹配匹配 和系统的良好导热性；和系统的良好导热性； (4)电参数方面电参数方面： a. 减小信号传输延迟时间减小信号传输延迟时间Tpd， b. 系统内部特性阻抗的匹配；系统内部特性阻抗的匹配； C. 降低降低L、C和和R等的

5、寄生效应等的寄生效应，使引线间距最短化，使用，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；低磁导率的导体材料、低介电常数的基板材料等； d. 降低交调噪声降低交调噪声，要尽量避免信号线之间距离太近和平，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；材料； e.电路图形设计要考虑到防止信号发射噪声。电路图形设计要考虑到防止信号发射噪声。cTrpd/上述要求反映到基板材料及结构上，主要体现在：上述要求反映到基板材料及结构上，主要体现在：u精细化的布线图形精细化的布线图形u小孔径的

6、层间互连孔小孔径的层间互连孔u多层布线以实现布线最短多层布线以实现布线最短u低介电常数的基板材料低介电常数的基板材料u特性阻抗匹配以及防止噪声的图形布置特性阻抗匹配以及防止噪声的图形布置4.2 封装基板的分类封装基板的分类 在人们的印象中，在人们的印象中，PCB(printed circuit board:印刷电路板印刷电路板)无非就是使无非就是使绝缘体和导体绝缘体和导体组合，能实组合，能实现现元器件和芯片搭载以及电气连接元器件和芯片搭载以及电气连接即可，并没有什即可，并没有什么特殊复杂之处。么特殊复杂之处。 实际上，实际上，PCB不仅种类繁多，而且涉及的材料不仅种类繁多，而且涉及的材料和工艺

7、多种多样。因此，和工艺多种多样。因此，PCB的分类方法很多，的分类方法很多，一般情况下可按照一般情况下可按照绝缘材料及其软硬程度绝缘材料及其软硬程度、导体材导体材料料、导体层数导体层数、Z方向的连接方式方向的连接方式来分类。来分类。 在微电子封装中主要按照在微电子封装中主要按照基板的基体材料基板的基体材料来分，可来分，可以分为三类：以分为三类： (1)有机基板有机基板：包括纸基板、玻璃布基板、复合：包括纸基板、玻璃布基板、复合 材料材料基板、环氧树脂类、聚酯树脂类、耐热塑性基板和多基板、环氧树脂类、聚酯树脂类、耐热塑性基板和多层基板等；层基板等； (2) 无机基板无机基板：包括金属类基板、陶瓷

8、类基板、玻璃：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；类基板、硅基板和金刚石基板等； (3) 复合基板复合基板：包括功能复合基板、结构复合基板和：包括功能复合基板、结构复合基板和材料复合基板等。材料复合基板等。4.3 有机基板有机基板 1. 概述概述 有机基板有机基板是指是指由绝缘隔热、不易弯曲的有机材料由绝缘隔热、不易弯曲的有机材料制成制成，并在表面制造金属导线图形，用来提供板上，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，具有器件和芯片的电路连接或电磁屏蔽，具有介电常数介电常数低、工艺简单和成本低廉低、工艺简单和成本低廉等特点。等特点。 通常

9、采用的有机材料有通常采用的有机材料有FR-4环氧玻璃环氧玻璃、BT环氧环氧树脂树脂、聚酰亚胺和氰酸盐脂聚酰亚胺和氰酸盐脂等。等。 基板制作一般基板制作一般采用采用PCB工艺工艺，形成的基板叫，形成的基板叫印刷印刷电路板电路板。随着电子设备越来越复杂，需要的器件和。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，芯片自然越来越多，PCB上的线路、器件和芯片也上的线路、器件和芯片也越来越密集，需要没有器件和芯片的越来越密集，需要没有器件和芯片的裸板裸板，这种裸，这种裸板常被称为板常被称为印刷线路板印刷线路板(printed wiring board: PWB)。 目前，国际封装专业越来越多的

10、场合采用目前，国际封装专业越来越多的场合采用PWB代替代替PCB。2. PWB制作方法制作方法 (1)电路的形成方法电路的形成方法 通用通用PWB的制造按照的制造按照表面金属层制备方法表面金属层制备方法不同不同分为：分为：加成法和减成法加成法和减成法两类。两类。 加成法加成法是指通过在绝缘板表面添加是指通过在绝缘板表面添加导电性材料导电性材料形成电路图形的方法。在加成法中又可分为形成电路图形的方法。在加成法中又可分为全加全加成法成法、半加成法半加成法和和部分加成法部分加成法。 减成法减成法是指在预覆铜箔的基材上通过是指在预覆铜箔的基材上通过化学腐蚀化学腐蚀铜箔铜箔所形成的电路图形的方法。作为主

11、流工艺的所形成的电路图形的方法。作为主流工艺的减成法减成法又可分为又可分为全面电镀法和图形电镀法全面电镀法和图形电镀法。 (2)全面电镀法工艺流程全面电镀法工艺流程 全面电镀法工艺如下：全面电镀法工艺如下： a. 在双面覆铜基板上钻孔；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，实表面触媒处理后，在孔的内壁化学镀铜，实现电气导通；现电气导通； c. 再全面电镀一层铜膜；再全面电镀一层铜膜； d. 涂光刻胶；涂光刻胶； e. 曝光、显影；曝光、显影； f. 刻蚀掉不需要的铜膜，去除光刻胶。刻蚀掉不需要的铜膜，去除光刻胶。 全面电镀法工艺流程图全面电镀法工艺流程图 (3)全面