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IC载板发展历程,类载板有望取代HDI引领新一轮变革

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人气:2545发布日期:2017-09-16 02:53【

1、前 言

  近年来,我国PCB行业一批企业在考虑、评估、策划、投资IC载板项目,并在现有的企业内研发IC载板。 为什么? 中国PCB发展到今天,已不缺量,不缺数,更不缺比例。产量,2012年约为1.9亿全球最大;数量,中国PCB企业数,一两千家,全球最多;比例,中国PCB占全球比例40%,全球最高; 产值,中国PCB产值1520亿元(约235亿美元),连续多年全球第一中国PCB,还缺什么?其中之一是缺高档印制板。 任意层HDI、软硬结合板、IC载板是当今发展最快,目前应用在通信、电子最新科技产品中最为高端的 印制板品种。 IC封装载板2012年全球产值82.30亿美元,占全球PCB比例约15.2%,而中国本土企业刚起步。 中国IC载板2012年产值是6.48亿美元,占中国PCB总产值216.36亿美元的3.0%,而且这一部分产值外资 企业还占大部分。中国IC载板占全球IC载板比例为7.9%. (Prismark 2013.3.) IC载板技术,日本、韩国、台湾遥遥领先。 所以,不少企业家们想上IC载板项目就可以理解了。

2、IC载板技术概述

2.1、定义与作用 *英文IC Substrate 称之为IC载板。用以封装IC裸芯片的基板。

作用:

(1)承载半导体IC芯片。

(2)内部布有线路用以导通芯片与电路板之间连接。

(3)保护、固定、支撑IC芯片,提供散热通道。 是沟通芯片与PCB的中间产品。 诞生:20世纪90年代中期.其历史不到20年。 BGA(球栅阵列封装)、CSP(芯片尺寸封装)为代表的新型集成电路(IC)高密度封装形式问世,从而产生了一种封装的必要新载体 ——IC封装基板。 *半导体的发展历程: 电子管→晶体管→通孔揷装→表面封装(SMT)→芯片级封装(CSP,BGA)→系统封装 (SIP) *印制板与半导体技术相互依存,靠拢,渗透,紧密配合。PCB才能实现各种芯片、元器件之 间的电绝缘和电气连接,提供所要求的电气特性。

2.2、技术参数层数,2~十多层; 板厚,通常0.1~1.5mm,最小板厚公差*0微米;最小孔径,通孔0.1mm,微孔0.03mm;* 最小线宽/间距,10~80微米;*最小环宽,50微米;* 外形公差,*0~50微米;* 埋盲孔,阻抗,埋阻容;* 表面涂覆,Ni/Au,软金,硬金,镍/钯/金等;* 板子尺寸,≤150*50mm(单一IC载板);

就是说,IC载板要求更精细,高密度,高脚数,小体积,孔、盘、线更小,超薄芯层。因而必须具有精密的层间对位技术,线路成像技术,电镀技术,钻孔技术,表面处理技术。对产品可靠性,对设备和仪器,材料和生产管理全方位地提出了更高的要求。因此,IC载板的技术门槛高,研发不易

2.3、技术难点与传统的PCB制造比较,IC载板要克服的技术难点:

(1) 芯板制作技术芯板薄,易变形,尤其是板厚≤0.2mm时,配板结构,板件涨缩,层压参数,层间定位系 统等工艺技术需取得突破,从而实现超薄芯板翘曲和压合厚度的有效控制。

(2)微孔技术* 包括:开等窗工艺,激光钻微盲孔工艺,盲孔镀铜填孔工艺。* 开等窗工艺(Conformal mask)是对激光盲孔开窗进行合理补偿,通过开出的铜窗直接 定义出盲孔孔径和位置。* 激光钻微孔涉及的指标:孔的形状,上下孔径比,侧蚀,玻纤突出,孔底残胶等。* 盲孔镀铜涉及的指标有:填孔能力,盲孔空洞、凹陷、镀铜可靠性等。* 目前微孔孔径是50~100微米,叠孔层数达到3阶,4阶,5阶。 (3)图形形成和镀铜技术* 线路补偿技术和控制;精细线路制作技术;镀铜厚度均匀性控制技术;精细线路的微蚀量 控制技术。* 目前线宽间距要求是20~50微米。镀铜厚度均匀性要求为18*微米,蚀刻均匀性为≥90%。

(4)阻焊工艺* 包括塞孔工艺,阻焊印制技术等。* IC载板阻焊表面高度差小于10微米,阻焊和焊盘的表面高度差不超过15微米。

(5)表面处理技术* 镀镍/金的厚度的均匀性;在同一板上既镀软金,也镀硬金工艺;镀镍/钯/金工艺技术。

* 可打线的表面涂覆,选择性表面处理技术。

(6)检测能力和产品可靠性测试技术* 配备一批与传统PCB厂不同的检测设备/仪器。* 掌握与常规不同的可靠性检测技术。

(7)综合起来,生产IC载板涉及的工艺技术有十余个方面:

图形动态补偿; 镀铜厚度均匀性的图形电镀工艺;全流程材料涨缩控制; 表面处理工艺,软金加硬金选择性电镀,镀镍/钯/金工艺技术;* 芯板薄片制作; * 高可靠性检测技术;

微孔加工; * 若叠微3阶,4阶,5阶,生产流程;* 多次叠层层压; 层压≥4次;钻孔≥5次;电镀≥5次。* 导线图形形成和蚀刻; * 高精度对位系统;* 阻焊塞孔工艺,电镀填微孔工艺;

2.4、IC载板分类2.4.1 以封装形式区分

(1)BGA载板* Ball Grid Airy, 其英文缩写BGA,球形阵列封装。* 这类封装的板子散热性、电性能好,芯片管脚可大量增加,应用于300管脚数(pin count)以上的IC封装。

(2)CSP载板* CSP即chip scale packaging 的英文缩写,芯片级尺寸封装。* 属单一晶片的封装,轻量、小型,其封装尺寸和IC本身尺寸几乎相同或稍大。应用于记忆性产品,通信产品,管脚数不高的电子产品。

(3)覆晶载板* 其英文是Flip Chip(FC),将晶片正面翻覆(Flip),以凸块直接连接载板的封装形式。

这类载板具有低讯号干扰,连接电路损耗低,电性能佳,有效率的散热途径等优点。

(4)多芯片模组* 英文是Multi-Chip(MCM),中文叫作多芯(晶)片模组。

将多种不同功能的芯片置于同一封装体内。* 这是为电子产品走向轻、薄、短、小于高速无线化的最佳解决方案。用于高阶大型电脑或特种性能电子产品上。* 因有多个芯片在同一封装体内,讯号干扰、散热、细线路设计等目前还没有较完整的解决 方案,属于积极发展的产品。

2.4.2 以材料性质分

(1)硬板封装载板* 以环氧树脂,BT树脂,ABF树脂作成的刚性有机封装基板。其产值为IC封装基板的大多数。CTE(热膨胀系数)为13~17ppm/℃。

(2)软板封装载板* 以PI(聚酰亚胺),PE(聚酯)树脂作成的挠性基材的封装基板,CTE为13~27ppm/℃。

(3)陶瓷基板* 以氧化铝、氮化铝、碳化硅等陶瓷材料作为的封装基板。CTE很小,6~8ppm/℃。

2.4.3 以连接的技术区分

(1)打线接合载板* 金线将IC和载板连接。

(2)TAB载板* TAB—Tape Automated Bonding,卷带式自动绑定封装生产。* 芯片内引脚与芯片互联,外引脚与封装板连接。

(3)覆晶接合载板* Filp chip,将晶片正面翻过来(Filp),后以凸块(Bumping)形式直接与载板连接。* 也叫倒贴装。

3.市场和应用

(1)Prismark数据*2010年全球IC载板产值为81亿美元,同比增幅37.5%。*2011年全球PCB554.09亿美元,增幅5.6%;而IC载板产值为86.36亿美元,增幅6.6%。IC载板占当年全球PCB的比例为约16%。是近年来增幅最快的PCB品种之一。2012/2011全球PCB同比增幅为-1.8%,中国-1.7%.但中国IC载板是正增长,增幅21.4%,挠性 板22.4%,HDI板7.8%.IC载板发展速度很快.预测2013-2016年每年都有二位数的增长.

(2) NT.Information数据*2010年全球IC载板产值为85.45亿美元,其中中国/香港6.45亿美元,占全球比例为7.5%。而日本占37.8%;韩国占21.6%;台湾占29.1%。*2010年,中国IC载板占中国PCB的比例仅为2.53%,主要生产厂家为外国在华投资的大型企业。 (3)CPCA* 任意层HDI,IC载板,多层FPC等是未来PCB发展的主力。

(4) 预测到2015年,IC载板全球产值为112亿美元,529亿片(pcs),IC载板、FPC(挠性板)、HDI板是增幅最快的PCB品种,目前,中国IC载板技术落后于日、韩、台。

(5)各种数据表明,IC载板需求呈上升趋势,前景广阔。在中国发展IC载板已成为当务之急,势在必行。

(6)应用:

IC载板主要用于轻、薄、功能强的电子产品上,如手机(智能型),电脑(平板型),网络,以及通信、医疗、工控、航空航天国防上。

IC载板发展历程,类载板有望取代HDI引领新一轮变革

苹果将导入类载板,带来硬板的新一轮升级:iPhone 将迎来十周年纪念版,引入类载板取代HDI 主板是大概率。硬板的创新升级经历了多层板- 传统HDI- anylayer HDI- 类载板。类载板仍是PCB 硬板的一种,只是制程上更接近半导体规格,目前类载板要求的线宽线距为30/30 微米,但制造工艺、原材料和设计方案(一片还是多片)都还没有定论。

类载板的竞争格局变化,载板厂新晋加入:此次类载板升级中的最大不同,是除了既有高端HDI 厂商,载板厂也可以生产、成为新晋供应商。载板厂和高端HDI 厂都需要对生产设备做出调整,对载板厂需要调整用较低端设备,而高端HDI 厂则是需要新增设备和工序。

三类竞争厂商各有优劣:

1)高端HDI 制造商:技术是门槛,良率可能较低;但优势在于用调整后的HDI 设备生产成本较低;如华通、臻鼎、AT&S。

2)IC 载板厂商:技术上有经验和优势,但载板的生产成本较高;如景硕。

3)兼具高端HDI 和IC 载板的厂商:理论上可以在HDI 和载板间进行产能的平衡调整,但生产工艺仍有挑战,需权衡产品组合及产能利用率对整体运营效益的影响;如欣兴。

 

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