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          行業新聞

          一文讀懂IC載板!

           發布時間:2022-07-11 點擊:載入中...

          IC 載板即封裝基板,在HDI板的基礎上發展而來,是適應電子封裝技術快速發展的技術創新,具有高密度、高精度、高性能、小型化以及輕薄化等優良特性。完整的芯片由裸芯片(晶圓片)與封裝體(封裝基板及固封材料、引線等)組合而成。

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          封裝基板作為芯片封裝的核心材料,一方面能夠保護、固定、支撐芯片,增強芯片導熱散熱性能,保證芯片不受物理損壞,另一方面封裝基板的上層與芯片相連,下層和印制電路板相連,以實現電氣和物理連接、功率分配、信號分配,以及溝通芯片內部與外部電路等功能。

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          IC 載板性能優良,應用占比持續提升。

          與常規 PCB 板相比,封裝基板線寬、線距更小,板子尺寸更小,能達到主流芯片的嚴苛要求。線寬/線距 50μm/50μm 屬于 PCB 高端產品,而封裝基板制造領域,線寬/線距在 30μm/30μm 以內屬于常規產品。

          隨著技術朝高密度、高精度發展,高端產品封裝基板在PCB板中占比也逐步提升。根據 prismark,2000 年封裝基板在PCB板中占比8.43%,2020年封裝基板占比為 15.68%,預測至 2026 年,封裝基板占比將達到 21.11%,占比穩步提升。

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          IC 載板主要用于集成電路封裝環節,是封裝環節價值量最大的耗材。

          根據中研網,IC 載板在中低端封裝中占材料成本的 40~50%,在高端封裝中占 70~80%。原材料可分為結構材料(樹脂、銅箔、絕緣材等)、化學品(干膜、油墨、金鹽、光阻、蝕刻劑、顯影劑)以及耗材(鉆頭)。

          其中,樹脂、銅箔、銅球為占 IC 載板成本比重最大的原材料,比分別為 35%,8%,6%。根據華經產業研究院數據,IC 載板下游主要應用于移動終端(26%)、個人電腦(21%)、通訊設備(19%)、存儲(13%)、工控醫療(8%)、航空航天(7%)、汽車電子(6%)。

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          從產業鏈上來看,IC 載板運用于集成電路封裝階段。

          電子封裝是器件到系統的橋梁,這一環節極大影響力微電子產品的質量和競爭力。隨著半導體技術的發展, IC 載板的特征尺寸不斷縮小、集成度不斷提高,相應的 IC 封裝向著超多引腳、窄節距、超小型化方向發展。

          根據《中國半導體封裝業的發展》,迄今為止全球集成電路封裝技術一共經歷了五個發展階段。當前,全球封裝行業的主流技術處于以 CSP、BGA 為主的第三階段,并向以系統級封裝(SiP)、倒裝焊封裝(FC)、芯片上制作凸點(Bumping)為代表的第四階段和第五階段封裝技術邁進。

          以 2000 年為節點,將封裝產業分為傳統封裝階段和先進封裝階段。

          第一階段:20 世紀 70 年代以前(插孔原件時代)。封裝的主要技術是針腳插裝(PTH),主要形式有 CDIP、PDIP、和晶體管封裝(TO)、,由于難以提高密度與頻率,不足以自動化生產的要求。

          第二階段:20 世紀 80 年代中期(表面貼裝時代)。從引腳插入時封裝到表面貼片封裝,極大地提高了印制電路板的組裝密度,易于自動生產,但在封裝密度、I/O 數以及電路頻率方面表現欠佳,難以滿足 ASIC、微處理器發展需要。

          第三階段:20 世紀 90 年代進入了面積陣列封裝時代。該階段主要的封裝形式有 BGA、CSP、WLP。BGA 技術縮短了芯片與系統之間的連接距離,使芯片封裝技術跟上了芯片發展的步伐。CSP 技術解決了長期存在的芯片小而封裝大的根本矛盾,引發了一場集成電路封裝技術的革命。

          第四階段:20 世紀末進入微電子封裝技術堆疊式封裝時代,從原來的封裝元件概念演變成封裝系統。典型封裝形勢有 MCM、3D、SIP、Bumping。

          第五階段:21 世紀前十年開始,典型封裝形勢為系統級單芯片封裝(SoC)、微電子機械系統封裝(MEMS)。

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          IC 載板分類方式多樣。

          不同的材料、技術和工藝所生產的載板屬性存在差異,最終適用范圍有別。封裝基板的主流分類方式是通過封裝工藝、基板材料與應用領域進行分類。

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          (1)封裝工藝運用最為廣泛的是引線鍵合(WB)與倒裝(FC)。

          引線鍵合(WB)使用細金屬線,利用熱、壓力、超聲波能量為使金屬引線與芯片焊盤、基板焊盤緊密焊合,實現芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通,大量應用于射頻模塊、存儲芯片、微機電系統器件封裝;倒裝(FC)封裝與引線鍵合不同,其采用焊球連接芯片與基板,即在芯片的焊盤上形成焊球,然后將芯片翻轉貼到對應的基板上,利用加熱熔融的焊球實現芯片與基板焊盤結合,該封裝工藝已廣泛應用于 CPU、GPU及 Chipset 等產品封裝。

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          (2)從基板材料來看,IC 載板可分為陶瓷基板、塑料基板與金屬基板。

          根據華經產業研究院,塑料封裝為我國最主要的封裝方式,占比約 90%,塑料封裝中,有 97%以上都是利用 EMC(環氧塑封料)進行封裝。

          環氧塑封料,是由環氧樹脂為基體樹脂,以高性能酚醛樹脂為固化劑,加入硅微粉等為填料,以及添加多種助劑混配而成的粉狀模塑料。

          世界上集成電路封裝絕大部分采用樹脂封裝,其中,BT樹脂與ABF樹脂應用最為廣泛。

          BT樹脂用于生產BT載板,由于BT樹脂具備耐熱性、抗濕性,低介電常數、低散失因素等多種優良特性,常用于穩定尺寸,防止熱脹冷縮改善設備良率。

          由于BT載板具有玻纖紗層,較ABF材質的FC基板更硬,比較難布線,鉆孔難度高,無法滿足細線路的要求,主要應用于存儲芯片、MEMS芯片、RF芯片與 LED芯片,應用終端主要為智能手機等各類移動設備。ABF樹脂主要用于生產ABF載板,由Intel主導研發,目前被日本味之素壟斷,用于導入FC等高階載板的生產。

          相比于BT樹脂,ABF材質可用做線路較細、適合高腳數高傳輸的IC,但材料易受熱脹冷縮影響,可靠性較低,主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能計算(HPC)芯片FC封裝。

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          (3)從最終應用來看,按照 IC 成品類型不同,封裝基板(IC 載板)又可分為存儲芯片封裝基板、微機電系統封裝基板、射頻模塊封裝基板、處理器芯片封裝基板和高速通信封裝基板等。存儲芯片封裝基板主要用于智能手機及平板電腦的存儲模塊、固態硬盤;

          微機電系統封裝基板主要用于智能手機、平板電腦、穿戴式電子產品的傳感器;射頻模塊封裝基板主要用于智能手機等移動通信產品的射頻模塊;處理器芯片封裝基板主要用于智能手機、平板電腦等的基帶及應用處理器。

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          (4)將封裝工藝與封裝技術結合起來,又可將封裝基板分為不同類型。使用不同封裝工藝與封裝技術生產的封裝基板應用領域不同。

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