集成电路基板是芯片封装内的薄层载体。它通过将微小的焊盘扩展到焊球间距，将硅芯片与主PCB连接起来，传递信号和电源，增加回流时的刚性，并帮助热量扩散。本文介绍了基材类型、结构、材料、布线、工艺、表面处理、设计规则及可靠性检查等内容。
集成电路基板概述
集成电路基板，也称为集成电路封装基板，是芯片封装内的薄层载体。它位于硅芯片和主印刷电路板（PCB）之间。它的主要工作是将芯片上非常小的接触焊盘连接到间距较远的焊球上，以便封装能够连接到电路板上。它还能帮助固定芯片，防止封装在加热时过度弯曲，并让热量有更宽的路径传播到整整封装和主板内部。
IC基板与PCB的比较
| 特色 | 集成电路基底 | 标准PCB |
|---|---|---|
| 主要工作 | 通过封装触点将封装内的硅芯片连接到电路板 | 连接整个电路板上的零件和连接器 |
| 布线密度 | 非常高的布线密度，线条和间距非常细 | 布线密度较低，线条和间距也比基底更宽 |
| Vias | 微孔常见于层间短而密集的垂直连接 | 微孔可用于HDI板，但许多板子使用较大的孔 |
| 典型用途 | 用于芯片封装内，如BGA、CSP和翻转芯片封装 | 作为手机、路由器和个人电脑等产品的主系统板使用 |
信号通过集成电路基板的路由
封装内部，基板为芯片与焊球之间的信号和电源提供短且受控的路径。
• 芯片垫通过线键、凸起（翻转芯片）或TAB连接到基材。
• 内部层将信号向外路由，同时保持阻抗目标一致。
• 电源和接地平面分配电流并减少电源反弹。
• 底部的焊球将封装连接到主印刷电路板。
核心与堆积基底结构
• 核心：结构骨干;介质较厚;在使用时支持机械刚性和更宽的布线
• 堆积层：薄介质 + 细铜布线，实现密集扇状扩散
• 微孔：邻近堆积层之间的短垂直连接
常见的集成电路基板材料及选择因素
| 物质家族 | 示例 | 典型优势 |
|---|---|---|
| 刚性有机 | ABF、BT、环氧系统 | 支持精细的铺设布线，适量生产，并平衡电气和机械需求 |
| Flex有机 | 聚酰亚胺基 | 允许铣路在保持纤细的同时弯曲，有助于需要灵活连接的布局 |
| 陶瓷 | 铝₂氧₃，AlN | 与许多有机材料相比，低热膨胀以获得更好的尺寸稳定性和强热处理能力 |
封装样式下的集成电路基板类型
| 基质类型 | 最佳匹配 |
|---|---|
| BGA基底 | 支持高输入输出数量和强大的整体封装性能 |
| CSP底材 | 专为紧凑体积的薄包装设计 |
| 翻转芯片基板 | 使芯片与基板之间实现短连接和非常密集的布线 |
| MCM基底 | 支持在一个封装内放置和连接多个芯片 |
芯片到基板互连方法
• 连接方式影响焊盘布局、间距限制和组装要求。
• 线键：细线连接芯片垫与基板上的粘结指。
• 翻转芯片：小凸起直接将芯片连接到基板上的焊盘，形成短电路径。
• TAB：基于磁带的粘接，利用薄膜承载并连接引脚，通常用于需要磁带格式时。
细线集成电路基板制造工艺
| 过程 | 核心思想 | 目的 |
|---|---|---|
| 减法 | 从铜层开始，通过蚀刻去除不需要的铜 | 广泛使用且理解良好，且对多种基底层具有良好的重复性 |
| 加法 | 仅在需要走线和焊盘的地方制造铜，采用选择性电镀 | 有助于形成非常细微的特征，并更紧密地控制小形状 |
| MSAP/mSAP | 使用薄层种子，然后以受控方式进行盘状和轻微蚀刻 | 支持更小的线条和空间目标，同时保持良好的厚度控制 |
微管形成与制造质量
微孔连接密集堆叠层。由于体积小，其几何结构和铜质对长期连续性和电阻稳定性有很大影响。
激光钻孔在邻近层之间形成小而浅的通孔。铜板覆盖通孔壁，形成连续的导电路径。通过填孔通过减少空隙和支撑垫来完善结构，当通路位于垫层下方时，这很有帮助。
集成电路基板的表面处理
| 结尾 | 它有什么帮助 |
|---|---|
| ENIG | 提供光滑、可焊接的表面，有助于保护铜免受腐蚀。 |
| ENEPIG | 支持更多粘接方式，帮助形成坚固可靠的焊点。 |
| 金色变体 | 当表面需要稳定的接触性能或适合某些结合方法的金层时，会使用。 |
影响产量的基材设计规则
线路/空间目标
尽早锁定最小线宽和间距，并保持目标与流程能在所有布线层中一致重复的范围对齐。
维亚策略
尽早定义微过管层对和深度限制。为通路板、填补呼叫以及保护精细路由的禁区设定明确规则。
堆叠
尽早确定核心层和构建层数量，并为每层分配路由角色，避免路由变更迫使后续大规模叠加重做。
变速预算
定义回流和组装步骤的翘曲极限，并控制铜平衡和层对称性，确保基板保持在极限内。
测试策略
规划测试接入以实现连续性和短路控制。预留足够的发射台和布线路径，确保覆盖范围不会随着密度上升而缩小。
结论
集成电路基板通过提供密集的布线、电源和地平面，以及通过微孔的短垂直连接来支持芯片封装。其核心和结构层决定了扇形能力和封装刚性。材料选择、细线工艺、微晶管制造质量和表面处理都会影响结果。当量取决于在线/空间目标，通过战略、堆叠、曲速控制和测试计划，并结合AOI、电气测试、截面和X射线支持。
常见问题解答 [常见问题解答]
IC基板的线宽和间距是多少？
集成电路基板在构建层上可使用小于10微米的线/空间，在先进工艺上目标更为紧密。
IC基板有多厚？
厚度取决于包装样式和层数，薄CSP的厚度从不到0.3毫米，到高层BGA的超过1.0毫米不等。
哪些材料的电性质最为重要？
介电常数（Dk）、耗散因子（Df）和绝缘电阻。稳定Dk支持阻抗控制;低阻频能降低信号损耗。
常见的IC基板失效模式有哪些？
球体界面出现微透裂、铜疲劳、层层剥离和焊点疲劳。
高速信号还需要哪些额外设计？
更严格的阻抗控制、短回波路径、降低串扰，以及通过实心参考平面精确的轨距。
集成电路基板在人工智能和高性能计算套件中的变化如何？
更高的层数、更细的线条/空间、更强的功率输出、更大的机身尺寸，以及对多芯片或芯片组布局的更好支持。
