陶瓷基板封装优势：高密度封装电子基板简介

陶瓷基板封装优势：高密度封装电子基板简介高耐热性，低吸湿性表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等特征应具备的条件机械性质机械强度高，搭载元器件外，也能作为支持构件使用；加工性好，尺寸精度高；容易实现多层化

电子基板是半导体芯片封装的载体，按其电气绝缘或机械支撑材料，可分为无机基板、有机基板及复合基板几大类。从芯片、电子元器件到电路系统、电子设备整机，都离不开电子基板。小到生活中使用的电脑、手机、游戏机、平衡车等娱乐设备，大到工业设备、航空领域，都会看到电子基板的身影。随着化学工艺及材料技术的发展，电子基板中高密度多层基板所占比例越来越多。

电子基板最早是作为无线电装置的接线板（当时在真空电子管时代，就已经普及），在绝缘板上利用金属粉末原位电沉淀，实现电气连接，后续随着有机化学的发展以及新材料的发现，酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺甲醛树脂和聚酯树脂等绝缘材料被应用到半导体行业，以及芯片制造工艺上的刻蚀技术和金属离子成膜技术被大量应用到基板制造领域，电子基板向着高速化、高性能、小型化、低成本等方向发展，这一点正契合了当时集成电路发展的需求，电子基板从早期的布线功能扩展为可以承载芯片IC和独立器件（电阻、电容等）复合基板。因此到20世纪90年代中期，随着IC行业的快速发展，高密度封装基板也得到了长足发展。

高密度封装电子基板因为其低介电常数、低热膨胀系数、高热导率等突出性能，在电子行业中的PCB板领域的占比越来越高。其中无机封装基板因其性能优异，在基板技术领域占有相当重要的地位，但有因为其高昂的生产加工成本，限制了它的使用范围。无机封装基板主要应用在军工业、航天领域，在常规民用市场中应用较少。无机封装基板主要包括氧化铝基板、莫来石基板、氮化铝基板、碳化硅基板和氧化铍基板以及玻璃基板，如图为Flipchip-BGA封装无机基板。与有机基板相比，其性能如下：

性质	应具备的条件
机械性质	机械强度高，搭载元器件外，也能作为支持构件使用；加工性好，尺寸精度高；容易实现多层化 表面光滑，无翘曲、弯曲、微裂纹等特征 高耐热性，低吸湿性 在高温、高湿度等特殊条件下性能稳定，可靠性高
电学性质	绝缘电阻及绝缘破坏电压高 介电常数低 节点损耗小
热学性质	热导率高 热膨胀系数与Si相匹配 耐热性优良
其他性质	化学稳定性好；容易金属化，电路图像与其附着力强 无吸湿性；耐油、耐化学药品

有机封装基板主要有BT树脂（双马来酰亚胺三嗪树脂）基板、PPE树脂（聚笨醚树脂）基板、环氧树脂（FR-4）基板、聚酰亚胺（PI）基板，其中制造基板主还需要使用铜箔、玻璃纤维布、芳酰胺纤维无纺布等材料，当前环氧树脂基板是市场上销售占比最高的有机基板，如图为WL-BGA封装有机基板及纵切图。与无机基板相比，其性能如下：

性质	应具备的条件
机械性质	密度比无机基板低，易于机械加工，外形加工自由，易于实现微细图形电路加工 机械加工温度低，不需要经过陶瓷基板的高温烧结
电学性质	介电常数比多数无机基板低，有利于高速信号传输 比无机基板更适用与高频信号的传输
热学性质	热导率较无机基板低 热膨胀系数高于无机基板 耐热性、吸湿性，虽然比无机基板差，基本满足常规环境的使用
其他性质	电路图像与其附着力比无机基板强 吸湿性、耐油、耐化学药品比无机基板差，基本满足常规环境的使用

随着高密度基板技术的发展，对于结构单一，材料单一的基板已经不满足业界的使用要求，复合基板技术应用而生。复合基板技术是这几年刚刚成熟的技术，基板内部出了搭载元器件、布线连接以及导热功能外，还可以附加电阻、电容、电感、传感器等其他独立器件，其中有一些独立器件往往放置在基板的层间介质中（也就是我们常说的孔层）（同理，这项层间介质放置器件的技术也经常使用在芯片制造中，一般放置在多晶层PL和金属层M1之间的层间介质PMD层），还有将独立器件放置在基板的表面，如图有机复合基板Flipchip-BGA。复合基板大致分为功能复合、结构复合、材料复合三大类。

随着汽车电子、5G、人工智能、大数据等领域兴起，电子设备对高速化、多功能、小型化的要求越来越高，与此相伴的，BGA、CSP、3D等封装对基板的材质要求越来越高，为寻找适合制作微细布线、高密度、低阻抗的基板材料，对于基板材料的低介电常数、低热膨胀系数、高热导率等方面的要求越来越高。