第八讲 集成电路封装 基板技术.pdf

School of MicroelectronicsXIDIAN UNIVERSITY第八讲基板技术电子封装原理与技术1封装基板简介封装基板正在成为封装领域一个重要的和 发展迅速的行业，国内现在的基板主要依 靠进口，如日韩以及台湾地区等等。MoldCompoundDieDie AttachAu WireSolderEutecticSolder BallViaRigid Laminate电子封装原理与技术2ITRS中关于基板技术的描述Coordinated Design Tools and Simulators to address Chip.Package,and Substrate Co-designMix signal co-design and simulation environmentRapid tum around modeling and simulationIntegrated analysis tools for transient thermal analysis and mtegrated thermal mechanical analysis International Technology Roadmap for Semiconductors 2005 Edition,Assembly and Packaging-Assembly and Packaging Difficult Challenges-Near-term-Assembly and Packaging Difficult Challenges-Long-term-Package substrates are both the most expensive component of most packages and the factor limiting package performance.The technology of package substrates will need to be expanded in several areas if the cost and performance projections of the Roadmap are to be met.Flexible System PackagingConformal low cost organic substratesSmall and thin die assembly Handling m low cost operation电子封装原理与技术3基板【互连类型】MultiLayer Ceramic(MLC)一 Stacked via structure一 Sintered metal conductors Laminate substrates一 Plated copper interconnects PTH micro-via Stacked organic substrates一 Interconnect schemes:Electrically Conductive Adhesives Transient Liquid Phase bonding Solder基板互连如何实现?基板互连【多层陶瓷基板】多层陶瓷基板Stacked Via Structure9211 Alumina100pmDate 8 Jan 2001SPJA7B9 SarinaeMag-256 XEHT e 10 00 kV A=RBSDWD 11 mm FM Name v area2sintered Mo paste vias and lines多层陶瓷基板Cordierite Glass-Ceramic/CuSubstrate 70层）多层陶瓷基板技术原料粉末1 有机粘结剂一溶剂、山口攵田叱 基板日在北饯烧成制作印刷叠层烧成电子封装原理与技术9基板互连【微孔叠压基板】Micro-via or build-up,layers基板互连【微孔叠压基板】流程PTH drillingPTH pluggingRougheningPatterning(Subtractive)Dielectric laminationVia drilling(laser)Patterning(Semi-additive)Roughening Dielectric laminationVia drilling(laser)Patterning(Semi-additive)RougheningSolder resist coating Exposure and development CureElectroless Ni/Immersion GoldBumping Reflow Deflux3D Schematic of RoutingBGA及CSP有机基板工艺电子封装原理与技术12内层引线图形化电子封装原理与技术13内层规则 篌1,Inner Tace(l1)(Min.Bottom Width/MinInner Copper clad 130um pitch 135um Bottom Space)140um 145um150um12um or 18um 60/40um 65/4070/40 75/4080/4035um 55/40um 60/402.Inner Land and Clearance for PTHMinimum Size65/40 70/40/II 居f 一75/40Land(l2)I Drill Dia.+200um 1Clearance(l3)Drill Dia.+300um/BL yrs：-5 电子封装原理与技术14钻孔Drill Bit Size0.1000.150,0.20 0,0.25 0TypeCO2 Laser and MechanicalMechanicalAvailable Layer2Layer(Only 0.10T,0.15T Core)2Layer&4Layer&6Layer电子封装原理与技术15层间互连 Dog Bone电子封装原理与技术16外层引线图形化电子封装原理与技术17阻焊膜（绿油）Artwork Film电子封装原理与技术18双面PBGA基板的制造流程电子封装原理与技术19双面PBGA基板的制造流程H HH H口 口一口 口一口liftfit!自动光学检测显影蚀刻褪膜 表面打磨w半固化塞孔喷沙、黑化电子封装原理与技术20双面PBGA基板的制造流程印刷阻焊剂印刷阻焊剂liiMiii半固化UV00000O镀金镀银固化显影电子封装原理与技术21双面PBGA基板的制造流程*+分割Water Cleaningj j j j水洗、干燥电子封装原理与技术22加成法4层（1/2/1）基板工艺外层线 路与绿 油涂敷双面层 压与机 械钻孔银金、固化分割、检验及出品镀铜、填 孔、化学 镀铜电子封装原理与技术23减成法4层（1/2/1）基板工艺线路蚀刻双面层 压与机 械钻孔绿油、电镀 银金、固化检验及出品电子封装原理与技术24多层PBGA基板6层PBGA基板结构示意图阻焊剂半固化片双面芯板电子封装原理与技术25高密度BGA基板互连技术机械钻扎破坏多层基板内层线路完整性，导致不必 要的寄生也叁等大扎径将占据元件组装面彳只、减小布线面点，不利 于高密度封装受机械钻扎能力的限制，导致成本的升高电镀能力的限制（高的深宽比）电子封装原理与技术26积层（增层）法基板的制造通孔电镀 PTH 微孔(MicroVia),金属柱(Post),填孑L(Via Filling).积层（增层）法基板的制作(Build Up Multi-layer Substrate)(BUM)电子封装原理与技术27积层技术的提出与引入 传统多层镀通孔PCB中，板上超过50%的面积用于通孔及相关 焊盘。盲孔和埋孔技术是一个发展阶段。通过控制钻孔深度及层压技术。积层技术引入，对于HDI(High Density Interconnect)基板特 别有意义。电子封装原理与技术28ITRS的描述 The invention of build-up technology introduced redistribution layers on top of cores.While the build-up layers employed fine line technology and blind vias,the cores essentially continued to use printed wiring board technology with shrinking hole diameters.The next step in the evolution of substrates was to develop high density cores where via diameters were shrunk to the same scale as the blind vias i.e.50|im.The full advantage of the dense core technology is realized when lines and spaces are reduced to 25 pirn or less.Thin photo resists(15 pim)and high adhesion,low profile copper foils are essential to achieve such resolution.In parallel coreless substrate technologies are being developed.One of the more common approaches is to form vias in a sheet of dielectric material and to fill the vias with a metal paste to form the basic building block.The dielectric materials have little or no reinforcing material.Control of dimensional stability during processing will be essential.电子封装原理与技术29积层技术发展光致微孔技术(Photo-Via)-1993年IBM(日 本)公司率先提出；激光烧蚀微孔技术(Laser Via)-1992年由 Siemens-Nixdorf 公司提出；等离子体微孔技术(Plasma Via)-1994年瑞 壬Diconex公司首先报道。电子封装原理与技术30Photo-via利用光敏介质作为感光介近层(Photo-Imageable Dielectric)，先在完工的双面核 心板上涂布PID层，并针对特定孔位进行光 亥再以化学镀铜与电镀铜进行全面加成;也贝通过银浆等进行填孔。可多次积层得 到高密薄形的Build up多层板。其中IBM公司1989年在日本Yasu工厂推出 SLC制程(Surface Laminar Circuits),采用 Ciba Probimer 52作为感光介质，得到 3mil/3mil 之基板。电子封装原理与技术31Laser via二氧化碳激光：是利用C02及掺杂其它如N2、He、CO等气体，产生脉冲红外激光，用于Resin Coated Copper Foil(RCC),一般采取选择性铜蚀刻去除需要 激光钻孔位置的铜，再以C02激光得到盲孔。YAG激光：固体激光器，高能量可以直接穿透铜皮得到盲 孑L。准分子激光电子封装原理与技术32Chemical Etching当孔位铜箔被蚀刻去除后，以强碱性化学 溶液对特殊配方的基材进行腐蚀，直到露 出底部铜后即得到被淘空的盲孔。电子封装原理与技术33成孔技术比较Via Size(jum)Source:ESI电子封装原理与技术34不同钻孔方式比较感光等离子体激光C02YAG设备投资较小很大很大很大产能/良率有问题0K0K0K专利授权需要需要无需无需材料专用PID所有树脂所有树脂所有基材键合能力不行可行尚可可行平坦性有问题0K0K0K市场接受有问题有问题0K0K增层能力12层12层12层13层产品类型消费类消费类消费类消费类电子封装原理与技术35盘内互连孔(Via in Pad)a.TraditionalDog-bone Designb.New Via-in-padDesign高密度可靠性问题(焊接时的左洞等等)电子封装原理与技术36几种BUM基板结构示意（I）4L(1/2/1)BUM基板电子封装原理与技术37几种BUM基板结构示意(II)6L(2/2/2)BUM基板6L(1/4/1)BUM基板电子封装原理与技术383/2/3 Build up FCBGA ProfileHeat SpreaderThermallv C onductiveInterfaceo o ooOQQ1.0 mm BGA PitchEpoxy Buildup Based Substrate8 layer(3-2-3)Actual Cross Section of 3-2-3 structure40mm,1160 I/O Structure电子封装原理与技术39微孔叠压基板断面效果图微孔叠压基板两种方式微孔叠压基板Sequential Build-Up ProcessParallel Assembly ProcessFabricate All LayersSeparatelyJoin&Interconnect Layers微孔叠压基板Stacked Vias with Electrically Conductive Adhesives微孔叠压基板COREIncoming raw mat1!士 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S H 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s t s e 一 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S Q 士 S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q 一 S S S S S S S S S S S 5 s s s s s s s s s e 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e%久久久久久立久久会久久 6 S S S S S S S S S S 5 s s s S S S S S S 公-ssssssssssssssssssssse 一 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S H KSSSSSSSSSS8sssSSSSSSH 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s n 出s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e玄 ssss%八久久 改tss.Sts 芸 ssss sssss.ssssssssssss-Ada sssssss公 sssssss公 SSSSSSN SSSSSSSQ SSSSSSN.，、：、yssssssssss5ssssssssseSSSSSSSS-LSSSSSSSSSSS a SSSSSCSSR 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s n 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e 一 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S H 一 S s s t s s s s s s 8 s s s S S S S S S H-sssssssssss5sssSSSSSSH 6SSSSSSSSSS5sssSSSSSSQ 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e%八;久久八久a久八公 一 S S S S S S S S S S S 8 S S S S S S S S S H 一 S S S S S S S S S S S 8 S S S S S S S S S Q 6SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSQ 一 S S S S S S S S S S S 5 s s s s s s s s s e 土 S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q-ssssssssssssssssssssse ysssssssssssssssssssse X;八:八八八八八只久八八;久久-ssssssssssssssssssssse:SSSSSSSSSS8sssSSSSSSH KSSSSSSSSSS8sssSSSSSSH 土 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSi 士 S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q 一 S S S S S S S S S S S 8 s s s S S S S S S B 一 S S S S S S S S S S S 8 s s s s s s s s s e%久久八久：公久久久久久久 士 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e 6SSSSSSSSSS5ssssssssse 一 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e 士 SSSSSSSSSS5sssssssss公 一 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S Q 出 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e 一 ssssssssssssssssssssss-八八;久久久久只久久会;八公 一 S S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q 士 SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS-士 SSSSSSSSSS5sssSSSSSS公 一 S S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q 士 S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q 一 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSf 士 S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S*%久久久久久只会八久；久公 士 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS-一 S S S S S S S S S S S 8 s s s s s s s s s e 士 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S Q 6SSSSSSSSSS5sssSSSSSSH 一 S S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S Q-ssssssssssssssssssssse 二大m大sm i八o Drilling o Plating(electroless&electrolytic Cu)o Roughening o PluggingX久久久久R;八;八八公o 士 sssssssssssssssssssss K S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S一;SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS.6SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS 士 sssssssssssssssssssss KSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS yssssssssssssssssssss”久久久久久：只久久久八;士 sssssssssssssssssssss-士 sssssssssssssssssssss-:SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一 士SSSSSSSSSS5sssSSSSSSS:SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一 士 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一K s s s s s m i i s s s s s s s s一 s s s s s一 SSSSS-K S S S S S一 yssssso csssssss-ssssssss sssssss-ssssssss 6SSSSSSS三s s s s s w w i m s s s s s s s s.士 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS.N S S S S S S S S S S 6 S S S S S W S S S.s s s s s s s s s s s 5 s s s S S S S S S S.一 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS.一 SSSSSSSSSSS5sssSSSSSSS.:S S S S S S S S S S 5 S S S S S S S S S S.:S S S S S S S S S S 8 S S S S S S S S S S.士 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS.士 SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS.%久久久久久只八八久久久？-s s s s s s s s s s s 3 s s s S S S S S S S.-s s s s s s s s s s s 5 s s s S S S S S S S.士 sssssssssssssssssssss.;s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s、t、6 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S一 士 SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS一;sssssssssssssssssssss-%久久久久久ac久久;久 士 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS 士 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS 士 SSSSSSSSSS5sssSSSSSSS:SSSSSSSSSS5sssSSSSSSS-ssssssssssssssssssssss-y s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s一 士SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS一%久久久夕久只久：久久久一:SSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS ysssssssssssssssssssss 一 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一 士 SSSSSSSSSS5sssSSSSSSS-夕 SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一:SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一CORE/FIRST LAYERo Grindingo Patterning(subtractive)o Roughening%八;：久久一 SSSSSSSSSSSS5sssssssss-士SSSSSSSSSSS5sssssssss一-ssssssssssss5sssssssss-ssssssssssssssssssssss一一 SSSSSSSSSSSS5sssssssss一-ssssssssssssssssssssss,SSSSSSSSSSSS5SSSSSSSSS%八；：;久久只久久久久八一-SSSSSSSSSSSS5SSSSSSSSS一-SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS一-ssssssssssss5sssSSSSSS-X S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S一ssssssssssss5 sssSSSS3 ksls;ssssssss5sssSSSSSS-ssssss 女 ssss sssss-ssssss-ssssss 一ssssss 一ssssss方ssssssss:八:久久久；六八八久久：-ssssssssssssssssssssss.次 5ssssssssssssssssssss.夕SSSSSSSSSSS5sssssssss.6SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS SSSSSSSSSSSSS5ssssssss 工 夕SSSSSSSSSSS5ssssssss工 Kssssssssssssgssssssss%:久久八只:：；：,一 ssssssssssssssssssssss.-ssssssssssssssssssssss.-ssssssssssssssssssssss.-sssssss5sssS5sssssssss.次 SSSSSSSSSSS5sssssssss.-ssssssssssss5sssssssss.，：，：，：o Lamination o Cure公公q公公公#公公公；:S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S SSS芸芸芸SS次SS芸5 S S S S S S S S S S S S 3 s s s S S S S S S S S S S S S S S S S S S S 5 s s s S S S S S S S SS 王 SS 王 SSSS5SSSS 王 ssss s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s sssssssssssssssss 王 ssss S S S S S S S S S S S S 5 s s s s s s s s s s 芸芸SS芸谈芸SS芸5 SS 王 SSSSSSSS5SSSS 王王 ss SSSSSS 王王 SS5SSSSSSSSSS S S 5 S S S S S S S S S 5 s s s s s s s s s s 一 SSSSSSSSSSSS5ssssssssss-22:久久 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S 22 s s s s s s s s s 夕；公公 sssssssss sssssssss sssssssss sssssssss ssssss女,sssssssssss 王 tss 王 sss 王 ss 王 ssss sssqsssssss6ssssssssss sssssssssssssssssssssss 一 SSSSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS_-ssssssssssssssssss5ssss SSSSSSSSSSSS5sssSS5SSSS 芸sssssss簌s芸S S S 2 SSSSSSSSSSSS3ssssssssss 宾 sssssssssssssssssss SS 王 sssssssssssssssssss SSSSSSSSSSSSS 王 ss-ssss SSSSSSSSSSSS5ssssssssss sssssssssssssssssssssss芸芸芸芸5sssSSS芸S SSSSSSSSSSSS5SSSS 王 ssss SMSSSSSSSSS5sssSS5SSSS sssssssssssss 王 ssss 王 ss SSSS 王 SSSSSS5SSSSSSSSSS SSSSSSSSSSSS5ssssssssss-SS5SSSSSSSSS5sssSSSSS5S_-ssssssssssssgssssssssss SSSSSSSSSSSS5SSSSSSSSSS sssssssssssssssssssssss一 SSSSSSSSSSSS5 王 ssssssss ss 王 SSSSSSSS5SSSS 王 ssss SS 王 SSSSSSSS5ssssssssss SSSSSSSSSSSS5ssssssssss ssssssssssssssssstssss SMSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS微孔叠压基板Via/lnternateo Via drilling o Desmears s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s-S S S S S S S S S S S S 3 s s s s s s s s e e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e K s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e,2222222 s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e S S S S S S S S S S S S 5 s s s s s s s s e S S S S S S S S S S 5 S 5 s s s s s s s s eE s s s s s s s e-w-se s s s s s s s e 1sssS S S S N si s s s s s s s e sio electroless Cu plating o Patterningo electrolytic Cu platingo Quick etcho RougheningKq公会公公#公公公公(s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s w s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s t s s s s s s s s s s s s s s s 3:八会#公公与公公 S S S S S S S S S S S S 5 s s s s s s s s e S S S S S S S S S S S S 3 s s s s s s s s e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e ssisss微孔叠压基板SECOND LAYER/Via Drillingo Lamination o Cureili iii iil,ili lssi 公公公公公公a公公33。ili ili ili 女芸玄女sssssssssysw k公公久 i 1 1 i i 1W W W公公公一ili ili 公公公公公公公公一 igli iliN-iii 公公公公公公a公公公公公 lli ssssw芸三芸芸三/芸芸芸三芸芸芸 公公公公公公a3公公 iii ili ili lli iii:KKKKKK:KCK二口o Via drilling o Desmear-：，,公八公公33a公公公公 学芸芸芸手芸芸S五芸三W芸W H W W W 3 S W 芸 W ii，公公公公公公f3公公公SwellerPTH关键技术：:、：.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssss5sssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.3久久公；久久，久久才.sssssssss5sssSSSSSSSSSS.sssssssss5sss*SSSSSSS.SSSSSSSSS6SSSSSSSSSSSSS.sssssssss6sssSSSSSSSSSS.ssssssstssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.ssssse.ssssse.SSSS2.ssssss一.s s s s s s-sssssssss sssssssss sssssssss sssssssss sssssssss sssssssss.sssssswwwsssssssss.SSSSSSSSS5SSSSSSSSSSSSS 久;久久立久才;久久；.SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS.sssssssss6sssSSSSSSSSSS.sssssssssssssssssssssss.SSSSSSSSS6SSSSSSSSSSSSS.SSSSSSSSS5SSSSSSSSSSSSS.sssssssssssssswsssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssss6sssssssssssss.sssssssss6sssssssssssss.SSSSSSSSS6SSSSSSSSSSSSS.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.ssssssss 浣 ssssssstssss.sssssssss6sssssssssssss sssssssss 6 ssssstsssss.sssssssss6sssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.SSSSSSSSS6SSSSSSSSSSSSS.SSSSSSSSS3SSSSSSSSSSSSS.SSSSSSSSS5SSSSSSSSSSSSS.SSSSSYSS5sssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.ssssssss 浣 sssssssssssss.SSSSSSSSS3SSSSSSSSSSSSS.sssssssssssssssssssssss.SSSSSSSSS5SSSSSSSSSSSSS.ssssssss 浣 sssssssssssss 3久久久.sssssssss6sssssssssssss.sssssssss5sssssssssssss.SSSSSSSSS5SSSSSWSSSSSS.sssssssssssssssssssssss.sssssssss6sssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssswsssssssswsssssss.SSSSSSSSS5SSSS5ssssssss.sssssssssssssssssssssss.sssssssss6sssssssssssss.sssssssssssssssssssssss.久:久八久久八八会才.s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e.SSSSSSSSSSSS 浣 ssssssse.S S S S S S S S S S S S S 6 S S S S S S S Q.s s s s s s s s s s s s s 5 s s s s s s s e.s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s e.s s s s s s s s s s s s s 5 s s s s s s s n.s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s n.s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s i.sssssssssssssssssssss 公.