基板(Substrate)是半导体芯片封装的载体之一,它为芯片提供电连接、保护、支撑、散热等。利用基板进行封裝,能达到增加引脚数量、减小体积、改善电性能、实现多芯片模块化的目的。基板类封装是指以封装基板作为芯片载体的封装形式。封装基板按材料的不同主要分为陶瓷基板、有机基板和玻璃基板3类。
(1)陶瓷基板:依烧结温度的不同,主要有高温共烧陶瓷(HighTemperature Co-fired Ceramies, HITCC)基板、低温共烧陶瓷 (Iow TemperatureCo-fired Ceramies, LTCC)基板;依基体材料的不同,可分为氧化铝陶瓷基板氮化铝陶瓷基板、氧化铍陶瓷基板、碳化硅陶瓷基板等。陶瓷基板具有机械强度优异,热导率高,耐热性好,化学稳定性好,热膨胩系数与芯片更接近,低翘曲度等优点,但由于陶瓷介电常数较大会降低信号传输速度,且厚度较大封装密度低、质量大,难以满足高集成度的薄型化、轻量化的需求,同时陶瓷基板的成本也较高。
(2)有机基板:按照基材的不同,可以分为刚性基板和挠性基板两种。有机基板是应用最广泛的基板类型。与陶瓷基板相比,有机基板不需要高温烧结,介电常数低,易加工,厚度可以做得更薄,成本较低,适合大批量生产。其主要缺点是热膨账系数与芯片相差较大,容易导致翘曲的产生,而且热导率较低,目前主要通过改进基材来减小这两方面带来的影响。利用有机基板作为载体的封装形式主要有球栅阵列(BCA)封装和触点阵列(IGA)封装,多采用引线键合(WB)和倒装芯片(FC)工艺进行互连。有机基板缩短了芯片到引出端的距离,减小了信号传输路径长度和引线电感、电阻,改善了电路的性能。有机基板厚度越水越薄,线统/线间距、引出端焊盘直径或焊球尺寸和节距也在减小,在封装尺寸不变的情况下可以满足 I0 端口数量大幅增加的需要,如高密度互连基板(High Density Interconnector, HDI) 大幅提高了产品的容量和性能。有机基板可以将多个不同功能的芯片集成在一个基板上,还可以根据需要在基板中埋人无源器件,使封装成为一个完整的微系统,这样不仅缩小了系统的体积,减小了系统间的信号传输距离和外界千扰,世降低了耗散功率,进一步提升了产品性能。
(3)玻璃基板:主要用于平板品示 (Flat Panel Display, FPD)器件,是平板显示器的基础材料之一。其工作原理是,在表面平整度很高的玻璃上经过蒸镀导电膜、光刻加工制成导电图形,再通过导电橡胶条或导电胶带等连接形成电路以达到FDP 器件对高电阳率、低热膨账性、良好的化学性和超高平整度的要求。不同材质的基板有不同的应用领域。陶瓷基板一般用于高可靠性产品(如航天用集成电路)、大功率密度的射频电路、电源管理电路等;有机基板广泛应用于微处理器、存储器、FPGA、DSP、功率放大器(PA)等,由于其具有良好的产品性能,常被应用到航空、汽车、医疗等特殊领域;玻璃基板主要应用于平板显示等领域。
未来,基板类封装凭借其技术优势,将会朝着更轻薄、更高封装密度、更大容量(三维系统级封装)的方向发展。扇出(Fan-out)型封装采用有机基板、玻璃基板或硅基板作为封装载体,包括扇出型圆片级封装 (Fan-out WaferLevel Package. FoWLP)和扇出型大板级封装 ( Fan - out Panel Level Package,FoPLP)。扇出结构能大幅度增加I/0 端口数量,而利用圆片级或大板级封装工艺能提高生产效率,降低生产成本。扇出型封装将是基板类封装的一个发展趋势,包括扇出型多芯片封装 (Fan-out Muli- Chip Package, FoMCP)、扇出型层叠封装 ( Fan - out Package on Package, FoPOP)、扇出型系统级封装(Fan-out Package in Package, FoPOP)、扇出型三维层叠封装(3D FoPOP),如下图所示。
