封裝基板的案例
一文看懂封裝基板
封裝基板的主要結構和生產技術
目前，在封裝基板行業還沒有形成統一的分類標準。通常根據適用基板制造的基板材料、制作技術等方面進行分類。根據基板材料的不同，可以將封裝基板分為無機封裝基板和有機封裝基板。無機封裝基板主要包括：陶瓷基封裝基板和玻璃基封裝基板。有機封裝基板主要包括：酚醛類封裝基板、聚酯類封裝基板和環氧樹脂類封裝基板等。根據封裝基板制作方法不同，可以將封裝基板分為有核（Core）封裝基板和新型無核（Coreless）封裝基板。
有核和無核封裝基板
有核封裝基板在結構上主要分為兩個部分，中間部分為芯板，上下部分為積層板。有核封裝基板制作技術是基于高密度互連（HDI）印制電路板制作技術及其改良技術。
無核基板，也叫無芯基板，是指去除了芯板的封裝基板。新型無核封裝基板制作主要通過自下而上的電沉積技術制作出層間導電結構—銅柱。它僅使用絕緣層（Build-up Layer）和銅層通過半加成（SemiAdditive Process，縮寫為SAP）積層工藝實現高密度布線。
展開 亞洲“三雄”搶灘封裝基板
當前，雖然消費電子市場所有疲軟，但5G、自動駕駛、云計算和人工智能等應用層面仍在不斷提高，全球對芯片的需求依舊居高不下，帶動著芯片封裝需求也成倍增長，而封裝基板作為芯片封裝的重要材料自然成為了瘋搶的焦點。
雖然市場火熱依舊，但缺貨問題卻早已存在，持續旺盛的芯片需求將其缺口越扯越大，哪怕到了2022年也未曾紓解。與此同時，封裝基板亞洲三雄的擴產之路仍在繼續。
日本，“頂配”供應鏈獨占優勢
雖然在過去30年中，日本IC銷售市場份額從1990年代的49%跌至2021年的6%，但其在半導體材料和設備領域中的地位仍是毋庸置疑。無論是味之素的ABF、昭和Materials的Core材料，還是牛尾電機、維亞美科機械的設備，這條堪稱“頂配”的基板材料以及相關設備供應鏈，讓日本在封裝基板領域更是獨占優勢。
作為封裝基板的開創者，日本技術實力位列全球頂端，掌握著利潤最豐厚的CPU載板。在上世紀九十年代，有機封裝基板發展的初期階段，日本就走在了最前列，占據了IC封裝基板絕大多數的市場。到了2004年，全球半導體產業迎來倒裝芯片封裝發展轉折點，FC封裝基板開始高速發展，日本企業也迅速借機轉向更高階的 FC BGA 封裝基板，并占有FC封裝基板（主要指FC—BGA、FC-PGA、FC—LGA等封裝基板）過半的市場。
展開 淺析封裝基板的設計開發
摘要：簡述了封裝基板在 IT 時代的突出地位；須厘清或了解的相關知識；電子封裝需解決的技術課題；封裝基板需解決的技術課題及基板類型；有機封裝基板的發展、封裝用有機基板、有機封裝基板的特點、主要性能要求及分類；介紹了封裝基板的設計原則，從原輔材料的選擇、配方設計、工藝設計等方面淺析封裝基板的開發；并推薦了 DCPD 酚環氧及 DCPD 酚活性脂在封裝、高頻/高速、高性能、高可靠性基板中的應用。
一、引言
電子信息時代 PCB 作為最基礎、最活躍的電子部件登上國際電子產業舞臺，成為電子產業不可缺少的重要組成部分。從消費類到投資類電子產品，從民用到軍用電子設備，PCB均發揮著前所未有的功能和作用。20 世紀末國際上逐漸將沿用上百年的 PCB 改稱為電子基板（electronic substrate），此稱謂的改變意味著傳統的 PCB 業已跨入高密度多層基板時代，封裝基板被提到突出地位。
電子基板按其結構可分為普通基板、印制電路板、模塊基板等幾大類。其中 PCB 在原有雙面板、多層板的基礎上，近年來又出現積層（build-up）多層板；模塊基板是指新興發展起來的可以搭載在PCB之上，以BGA、CSP、TAB、MCM為代表的封裝基板（package substrate，簡稱 PKG 基板）。電子基板是半導體芯片封裝的載體，搭載電子元器件的支撐，構成電子電路的基盤。小到芯片、電子元器件，大到電路系統、電子設備整機，都離不開電子基板。近年來在電子基板中，高密度多層基板所占比例越來越大。
誕生于上世紀 90 年代初，并于中期在全球得到快速發展的積層多層板（build-up multplayer board，簡稱 BUM 基板）是實現高密度布線的有效方式。
展開 揖斐電決定對封裝基板進行史上最大規模投資
半導體封裝基板是一種連接IC芯片（如CPU等）和主板（Mother Board）的部件。封裝基板內部也有線路，其主要作用是接收IC芯片與外部連接的電氣信號、為IC芯片提供電源。半導體的生產主要分為前后兩段工序，前段工序是在晶圓上刻畫線路；后段工序主要是將芯片封裝在基板上。
近年來，隨著半導體廠家的大幅度擴產，半導體封裝基板市場也急劇增長。其中，尖端基板的增長尤其顯著。日本富士總研調查顯示，2022年，服務器方向高性能半導體封裝基板（FCBGA）的市場規模預計為1兆368億日元（約人民幣541.21億元），較2021年增長34.2%。預計2028年將達到1兆9031億日元（約人民幣993.42億元），是2021年的2.5倍。日本揖斐電和富士通旗下子公司新光電氣工業在高端基板領域占有極高的市占率。
迄今為止，都是“前段工序”在引領半導體性能的提升。臺積電（TSMC）、美國英特爾、韓國三星電子等多家大型半導體廠家一直在線路微縮化方面開展競爭。但是，這一趨勢正在發生變化。主要原因表現為隨著IC芯片的微縮化、高性能化發展，用于輸入、輸出電氣信號的管腳（Pin）數量也在不斷增加，“后段工序”封裝基板的線路也越來越細、越來越復雜。此外，封裝基板的尺寸也在越來越大。
（圖片出自：日本經濟新聞）
此外，“多層化”已在半導體封裝基板行業取得明顯進步。為了讓電氣信號順暢地流動，除了簡單地繪制線路以外，還需要控制電氣的性能。因此，需要堆疊多層微米級（一微米=1/1000毫米）的絕緣樹脂。一般的計算機方向封裝基板為8層，而服務器方向尖端基板為20層以上。在基板的線寬愈來愈細、尺寸越來越大的情況下堆疊絕緣樹脂時，不容許有任何的偏差。
半導體行業的焦點轉向“后段工序”
半導體“前段工序”中的微縮化發展速度越來越慢。
展開 
2021年日本封裝基板行業現狀：材料與設備企業競相投資
一方面，隨著電動汽車（EV）的普及，氮化硅（SiN）基板作為一種絕緣基板，因為被應用在汽車功率半導體模塊的核心部位而備受關注。另一方面，在相關基板部件和設備行業，各企業都瞄準了全球電子電路市場的良好預期，為滿足其旺盛的市場需求，都在積極進行投資布局。
封裝基板投資火爆
新冠疫情給日本基板行業的業務戰略也帶來了重大紅利。為高端服務器提供高性能CPU封裝基板的IBIDEN公司以及新光電氣工業公司，正享受著這一紅利帶來的旺盛需求，在積極擴大日本國內的投資項目。
CPU、AI芯片和GPU等高性能邏輯的封裝基板需求旺盛。不僅僅IBIDEN和新光電氣工業公司收到不少訂單問詢，甚至中堅力量—凸版印刷、京瓷，以及富士通（FICT）等擁有技術實力的企業，也都收到了來自英特爾、AMD和NVIDIA等公司的提高封裝基板產能，加強封裝基板供應的請求。歸根結底，這是因為封裝基板的制造工藝不同于普通的多層基板，它不僅需要精細的電路形成，而且在高速傳輸處理和散熱措施方面，還需要多維度的生產管理和可靠性。目前，因為擁有這種穩定生產能力的廠商并不多，所以客戶的這種“需求熱”可能還會持續一段時間。
為了滿足高端封裝基板日益增長的需求，行業領跑者IBIDEN自2018年以來，一直在其核心據點—大垣中央工廠進行大規模的投資活動。一期投資的生產線已經于2020年10月正式投入生產，預計這將直接提高2020財年的后期業績。此外，該公司還計劃在2020年花費800億日元（約人民幣48億元）對大垣中央工廠電子部門的設備升級進行二期投資。預計該投資額將創歷史新高，該投資將成為其核心項目。
展開 聚焦 | 封裝基板材料
上游材料核心是基板
封裝基板是 IC 封裝最大的成本，占比超過 30%。IC 封裝成本包括封裝基板、包裝材料、設備貶值和測試等，其中 IC 載板成本占比超過 30%，是集成電路封裝的成本大頭，在集成電路封裝中占據重要的地位。對于 IC 載板來說，其基板材料包括銅箔、基板、干膜（固態光阻劑）、濕膜（液態光阻劑）及金屬材料（銅球、鎳珠及金鹽），其中基板占比要超過 30%，是 IC 載板最大的成本端。
1）主要原材料之一：銅箔
與 PCB 類似，IC 載板所需銅箔也為電解銅箔，且需是超薄均勻性銅箔，厚度最低可達 1.5μm，一般為 2-18μm，而傳統 PCB 所用銅箔厚度為 18、35μm左右。超薄銅箔的價格要高于普通電解銅箔，在加工難度上也要更大一些。
2）主要原材料之二：基板板材
載板的基板類似于 PCB 的覆銅板，主要分為硬質基板、柔性薄膜基板和共燒陶瓷基板三大種類，其中硬質基板和柔性基板具備更大的發展空間，而共燒陶瓷基板發展趨于減緩。
展開 報名抽華為MATE30：ANSYS官方封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析課程
本期研討會：《封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析（R3新功能）》將于11月5日 20:00-21:00舉辦。
封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析課程
日期/時間
2019年11月5日 下周二
20:00 – 21:00
課程受眾
電子產品散熱設計的企業, 尤其是涉及封裝基板和PCB板
講師簡介
柴輝生
ANSYS Icepak 高級應用工程師
2018年底加入ANSYS公司, 具有多年的電子產品熱仿真和熱設計工作經歷, 涉及的產品包括逆變器, APF, SVF, 電機控制器, 鋰電池包, 雷達, HUD (汽車抬頭顯示器), 電源模塊, 通信機箱, 交換機等.
課程簡介
作為新一代的電子散熱仿真工具, AEDT-Icepak更加偏重于電和熱的耦合, 也更加適合于電工程師的操作習慣, 產品一經推出, 便得到了廣大電/熱工程師的歡迎. AEDT-Icepak 2019R1增加了與HFSS, Q3D和Maxwell的雙向電熱耦合仿真功能, 最新版的2019R3又增加了與3D Layout的雙向電熱耦合. 同時, AEDT-Icepak 2019R3 還增加了順態熱仿真功能[Beta], 多頻段的EM Loss耦合功能(HFSS, Maxwell), EM Loss可視化, 及純導熱熱仿真情況下的網格增強功能等。新版本亮點多多，值得期待。
本直播將以講解結合實際操作的方式，介紹AEDT-Icepak 2019R3的主要新功能, 并以實際操作的形式演示PCB板的電熱雙向耦合。
展開 【福利】報名抽華為MATE30：ANSYS官方封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析課程
本期研討會：《封裝基板/功率電路板雙向電熱耦合分析（R3新功能）》將于11月5日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
電子產品散熱設計的企業, 尤其是涉及封裝基板和PCB板
日期/時間
2019年11月5日 明天20:00 正式開講
課程受眾
電子產品散熱設計的企業, 尤其是涉及封裝基板和PCB板
講師簡介
柴輝生
ANSYS Icepak 高級應用工程師
2018年底加入ANSYS公司, 具有多年的電子產品熱仿真和熱設計工作經歷, 涉及的產品包括逆變器, APF, SVF, 電機控制器, 鋰電池包, 雷達, HUD (汽車抬頭顯示器), 電源模塊, 通信機箱, 交換機等.
課程簡介
作為新一代的電子散熱仿真工具, AEDT-Icepak更加偏重于電和熱的耦合, 也更加適合于電工程師的操作習慣, 產品一經推出, 便得到了廣大電/熱工程師的歡迎. AEDT-Icepak 2019R1增加了與HFSS, Q3D和Maxwell的雙向電熱耦合仿真功能, 最新版的2019R3又增加了與3D Layout的雙向電熱耦合.
展開 三星電機 | 計劃投資約15.7億元在釜山增設FCBGA產線
CINNO Research產業資訊，根據韓媒Zdnet報道，三星電機3月21日表示，將投資3000億韓元（約15.7億人民幣）擴建釜山工廠的半導體封裝基板(FCBGA、倒裝芯片球柵格陣列)工廠，并建設生產設備。
包括此次投資在內，三星電子在增設封裝基板上共投入了1.6萬億韓元（約83.6億人民幣）。此前，曾決定在越南生產法人投資1.3萬億韓元。
三星電機解釋稱，為了搶占高附加值的半導體封裝基板市場，三星電機將進行大規模投資。
三星電機釜山工廠
封裝基板用于連接高密度半導體芯片和主基板，傳遞電氣信號和功率。主要用于高性能中央處理器(CPU)和圖形處理裝置(GPU)。
三星電機強調，如果智能手機等移動產品的封裝基板是公寓，FCBGA就像建造100層以上的高層建筑時需要的技術一樣。
三星電機預測，高端封裝基板供應到2026年將出現不足。因為在新冠疫情之后，需求出現激增。
三星電機半導體封裝基板
三星電機社長張德賢表示：“隨著人工智能(AI)、云、元宇宙的擴大，對于半導體廠商來說獲得具有技術力的封裝基板變得至關重要，三星電機將專注于開發為客戶將帶來新體驗的技術。”
展開 三星電機｜計劃約59億元在越南投建FC-BGA工廠
CINNO Research產業資訊，12月20三星電機決定對FC-BGA(Flip Chip-Ball Grid Array)基板投資1萬億韓元（約53.7億人民幣）。FC-BGA基板主要用于要求高性能、高密度電路連接的中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)。
三星電機半導體封裝基板（CPU用）產品圖片
根據韓媒ETNews報道，三星電機12月23日召開董事會，決議投資1.102萬億韓元(59億美元) 投資越南法人FC-BGA生產設備和基礎設施建設。投資將在2023年之前分階段進行。三星電機計劃將精力集中在預計將實現高增長的半導體封裝基板業務上。
半導體封裝基板是連接高密度半導體芯片和主基板，傳遞電信號和電力的產品。隨著5G、人工智能(AI)、電裝等半導體高性能化，基板層數增加，為實現微細電路、層間細微整合、整機厚度降低的超薄化等高難度技術。
FC-BGA是半導體封裝基板中最難制造的產品。是一種將半導體芯片和主基板以Flip Chip Bump連接的高密度封裝基板，。
隨著服務器、網絡等需要高速信號處理的各種應用需求的增加，FC-BGA有望在中長期內每年實現14%以上的增長。以移動、PC用高多層、大型化為中心需求持續增加，預計到2026年FC-BGA將出現供應緊缺。
展開 SIP封裝工藝流程
4.2.3倒裝鍵合、下填充
在整個芯片鍵合表面按柵陣形狀布置好焊料凸點后，芯片以倒扣方式安裝在封裝基板上，通過凸點與基板上的焊盤實現電氣連接，取代了WB和TAB 在周邊布置端子的連接方式。倒裝鍵合完畢后，在芯片與基板間用環氧樹脂進行填充，可以減少施加在凸點上的熱應力和機械應力，比不進行填充的可靠性提高了1到2個數量級。
五、封裝的基板
封裝基板是封裝的重要組成部分，在封裝中實現搭載器件和電氣連同的作用，隨著封裝技術的發展，封裝基板的設計、制造技術有了長足的進步。2001年國際半導體技術發展預測機構（ITRS）設定半導體芯片尺寸為310mm2，但隨著元件IO數目的不斷增加，就必須增加基板上的端子數量，對封裝基板有了更精細化的要求，從而對封裝基板的加工和設計有了更嚴格要求。
5.1封裝幾班的分類
封裝基板的分類有很多種，目前業界比較認可的是從增強材料和結構兩方面進行分類。
從結構方面來說，基板材料可分為兩大類：剛性基板材料和柔性基板材料。剛性基板材料使用較為廣泛，一般的剛性基板材料主要為覆銅板。
展開 
基于Simsolid的MCM-BGA封裝體運行溫度及熱應力分析與優化設計
優化設計的結構為封裝基板及熱接觸材料。通過改變其厚度進行熱分析與熱應力分析，得到不同模型下的溫度場及熱應力。模型建立過程與前述相同，在此不再闡述。
3.1 封裝基體的厚度對熱應力的影響
圖12為不同封裝基板厚度模型下計算得到的最高溫度及最大熱應力。從圖12可以看出，當封裝基板的厚度為1.1mm時，該封裝體在運行時的溫度最低，熱應力峰值最小，因此選擇封裝基板厚度為1.1mm更為合理。值得說明的是，不同封裝基板厚度下的最大熱應力均產生在芯片與封裝基板連接處的熱點焊位置，如圖13所示。
圖12 不同封裝基板厚度模型下的最高溫度及最大熱應力
圖13 不同封裝基板厚度模型下的最大熱應力位置
3.2散熱罩的厚度對對熱應力的影響
圖14為不同散熱罩厚度下的MCM-BGA封裝體上的溫度及熱應力結果。在進行分析時，設定封裝基板的厚度統一為1.1mm。可以看出，隨著散熱罩的厚度增加，封裝體運行時的最高溫度及熱應力的峰值不斷降低。散熱罩的厚度每增加1mm，封裝體的溫度下將約1℃左右。這是由于散熱罩的厚度增大，冷卻通道的表面積增大，使得封裝體散熱罩的散熱效果增加，因而封裝體運行時的最大溫度降低，熱應力也相應的降低。在實際設計過程中，因充分考慮散熱罩厚度增加造成的重量增加及芯片運行溫度的要求對散熱罩的厚度進行選擇。在本案例中選取散熱罩厚度為2.2mm時為最合理的方案。
展開 干貨 | SIP封裝工藝流程
4.2.3倒裝鍵合、下填充
在整個芯片鍵合表面按柵陣形狀布置好焊料凸點后，芯片以倒扣方式安裝在封裝基板上，通過凸點與基板上的焊盤實現電氣連接，取代了WB和TAB 在周邊布置端子的連接方式。倒裝鍵合完畢后，在芯片與基板間用環氧樹脂進行填充，可以減少施加在凸點上的熱應力和機械應力，比不進行填充的可靠性提高了1到2個數量級。
五、封裝的基板
封裝基板是封裝的重要組成部分，在封裝中實現搭載器件和電氣連同的作用，隨著封裝技術的發展，封裝基板的設計、制造技術有了長足的進步。2001年國際半導體技術發展預測機構（ITRS）設定半導體芯片尺寸為310mm2，但隨著元件IO數目的不斷增加，就必須增加基板上的端子數量，對封裝基板有了更精細化的要求，從而對封裝基板的加工和設計有了更嚴格要求。
5.1封裝幾班的分類
封裝基板的分類有很多種，目前業界比較認可的是從增強材料和結構兩方面進行分類。
從結構方面來說，基板材料可分為兩大類：剛性基板材料和柔性基板材料。剛性基板材料使用較為廣泛，一般的剛性基板材料主要為覆銅板。它是用增強材料，浸以樹脂膠黏劑，通過烘干、裁剪、疊合成坯料，然后覆上一層導電率較高、焊接性良好的純銅箔，用鋼板作為模具，在熱壓機中經高溫高壓成型加工而制成。
從增強材料方面分類，基板可以分為有有機系（樹脂系）、無機系（陶瓷系、金屬系）和復合系，前兩種材料在性能上各有優缺點，而復合機系的出現綜合了兩者的優點，很快成為基板的發展方向。
展開 電子封裝用陶瓷基板材料及其制備工藝
DPC基板制備工藝流程
DPC技術具有如下優點：低溫工藝（300℃以下），完全避免了高溫對材料或線路結構的不利影響，也降低了制造工藝成本；采用薄膜與光刻顯影技術，使基板上的金屬線路更加精細，因此DPC基板非常適合對準精度要求較高的電子器件封裝。但DPC基板也存在一些不足：電鍍沉積銅層厚度有，且電鍍廢液污染大；金屬層與陶瓷間的結合強度較低，產品應用時可靠性較低。
聲 明：文章內容來源先進陶瓷材料，僅作分享，不代表本號立場，如有侵權，請聯系小編刪除，謝謝
2024電子封裝測試展|2024上海電子封裝測試展|基板|元件
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六、高密度基板及組裝技術: 嵌入式無源和有源元件基板技術;高密度互連基板、印刷線路板、高密度高性能基板;及其它能夠提高基板密度和性能的各種新型基板技術等；
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