浅谈集成电路封装环节的IC载板

IC 载板即封装基板，在HDI板的基础上发展而来，是适应电子封装技术快速发展的技术创新，具有高密度、高精度、高性能、小型化以及轻薄化等优良特性。完整的芯片由裸芯片（晶圆片）与封装体（封装基板及固封材料、引线等）组合而成。    

  封装基板作为芯片封装的核心材料，一方面能够保护、固定、支撑芯片，增强芯片导热散热性能，保证芯片不受物理损坏，另一方面封装基板的上层与芯片相连，下层和印制电路板相连，以实现电气和物理连接、功率分配、信号分配，以及沟通芯片内部与外部电路等功能。  

IC 载板性能优良，应用占比持续提升。

  与常规 PCB 板相比，封装基板线宽、线距更小，板子尺寸更小，能达到主流芯片的严苛要求。线宽/线距 50μm/50μm 属于 PCB 高端产品，而封装基板制造领域，线宽/线距在 30μm/30μm 以内属于常规产品。   随着技术朝高密度、高精度发展，高端产品封装基板在PCB板中占比也逐步提升。根据 prismark，2000 年封装基板在PCB板中占比8.43%，2020年封装基板占比为 15.68%，预测至 2026 年，封装基板占比将达到 21.11%，占比稳步提升。  

IC 载板主要用于集成电路封装环节，是封装环节价值量最大的耗材。  

根据中研网，IC 载板在中低端封装中占材料成本的 40~50%，在高端封装中占 70~80%。原材料可分为结构材料（树脂、铜箔、绝缘材等）、化学品（干膜、油墨、金盐、光阻、蚀刻剂、显影剂）以及耗材（钻头）。   其中，树脂、铜箔、铜球为占 IC 载板成本比重最大的原材料，比分别为 35%，8%，6%。根据华经产业研究院数据，IC 载板下游主要应用于移动终端（26%）、个人电脑（21%）、通讯设备（19%）、存储（13%）、工控医疗（8%）、航空航天（7%）、汽车电子（6%）。  

从产业链上来看，IC 载板运用于集成电路封装阶段。

电子封装是器件到系统的桥梁，这一环节极大影响力微电子产品的质量和竞争力。随着半导体技术的发展， IC 载板的特征尺寸不断缩小、集成度不断提高，相应的 IC 封装向着超多引脚、窄节距、超小型化方向发展。   根据《中国半导体封装业的发展》，迄今为止全球集成电路封装技术一共经历了五个发展阶段。当前，全球封装行业的主流技术处于以 CSP、BGA 为主的第三阶段，并向以系统级封装（SiP）、倒装焊封装（FC）、芯片上制作凸点（Bumping）为代表的第四阶段和第五阶段封装技术迈进。  

以 2000 年为节点，将封装产业分为传统封装阶段和先进封装阶段。

  第一阶段：20 世纪 70 年代以前（插孔原件时代）。封装的主要技术是针脚插装（PTH），主要形式有 CDIP、PDIP、和晶体管封装（TO）、，由于难以提高密度与频率，不足以自动化生产的要求。  

第二阶段：20 世纪 80 年代中期（表面贴装时代）。从引脚插入时封装到表面贴片封装，极大地提高了印制电路板的组装密度，易于自动生产，但在封装密度、I/O 数以及电路频率方面表现欠佳，难以满足 ASIC、微处理器发展需要。

  第三阶段：20 世纪 90 年代进入了面积阵列封装时代。该阶段主要的封装形式有 BGA、CSP、WLP。BGA 技术缩短了芯片与系统之间的连接距离，使芯片封装技术跟上了芯片发展的步伐。CSP 技术解决了长期存在的芯片小而封装大的根本矛盾，引发了一场集成电路封装技术的革命。  

第四阶段：20 世纪末进入微电子封装技术堆叠式封装时代，从原来的封装元件概念演变成封装系统。典型封装形势有 MCM、3D、SIP、Bumping。

第五阶段：21 世纪前十年开始，典型封装形势为系统级单芯片封装（SoC）、微电子机械系统封装（MEMS）。  

IC 载板分类方式多样。

不同的材料、技术和工艺所生产的载板属性存在差异，最终适用范围有别。封装基板的主流分类方式是通过封装工艺、基板材料与应用领域进行分类。  

（1）封装工艺运用最为广泛的是引线键合（WB）与倒装（FC）。

  引线键合（WB）使用细金属线，利用热、压力、超声波能量为使金属引线与芯片焊盘、基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通，大量应用于射频模块、存储芯片、微机电系统器件封装；倒装（FC）封装与引线键合不同，其采用焊球连接芯片与基板，即在芯片的焊盘上形成焊球，然后将芯片翻转贴到对应的基板上，利用加热熔融的焊球实现芯片与基板焊盘结合，该封装工艺已广泛应用于 CPU、GPU及 Chipset 等产品封装。  

（2）从基板材料来看，IC 载板可分为陶瓷基板、塑料基板与金属基板。

根据华经产业研究院，塑料封装为我国最主要的封装方式，占比约 90%，塑料封装中，有 97%以上都是利用 EMC（环氧塑封料）进行封装。   环氧塑封料，是由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料。   世界上集成电路封装绝大部分采用树脂封装，其中，BT树脂与ABF树脂应用最为广泛。

  BT树脂用于生产BT载板，由于BT树脂具备耐热性、抗湿性，低介电常数、低散失因素等多种优良特性，常用于稳定尺寸，防止热胀冷缩改善设备良率。   由于BT载板具有玻纤纱层，较ABF材质的FC基板更硬，比较难布线，钻孔难度高，无法满足细线路的要求，主要应用于存储芯片、MEMS芯片、RF芯片与 LED芯片，应用终端主要为智能手机等各类移动设备。ABF树脂主要用于生产ABF载板，由Intel主导研发，目前被日本味之素垄断，用于导入FC等高阶载板的生产。   相比于BT树脂，ABF材质可用做线路较细、适合高脚数高传输的IC，但材料易受热胀冷缩影响，可靠性较低，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能计算（HPC）芯片FC封装。  

（3）从最终应用来看，按照 IC 成品类型不同，封装基板（IC 载板）又可分为存储芯片封装基板、微机电系统封装基板、射频模块封装基板、处理器芯片封装基板和高速通信封装基板等。存储芯片封装基板主要用于智能手机及平板电脑的存储模块、固态硬盘；   微机电系统封装基板主要用于智能手机、平板电脑、穿戴式电子产品的传感器；射频模块封装基板主要用于智能手机等移动通信产品的射频模块；处理器芯片封装基板主要用于智能手机、平板电脑等的基带及应用处理器。  

（4）将封装工艺与封装技术结合起来，又可将封装基板分为不同类型。使用不同封装工艺与封装技术生产的封装基板应用领域不同。  
编辑：黄飞