板級(jí)埋人式封裝工藝流程與技術(shù)

板級(jí)埋人式封裝是一種在基板制造工藝的基礎(chǔ)上融合芯片封裝工藝及 SMT工藝的集成封裝技術(shù)，既可以是單芯片封裝、多芯片封裝，也可以是模組封裝、堆疊封裝。與傳統(tǒng)封裝中在基板表面貼裝芯片或元件不同，板級(jí)埋人式封裝直接將芯片或元件嵌人基板中間，因此它具有更短的互連路徑、更小的體積、更優(yōu)的電熱性能及更高的集成度。

板級(jí)埋人式封裝概念的提出最早可以追湖到 1969 年通用電氣公司提出的一種帶有埋置芯片結(jié)構(gòu)的高密度 PCB，如圖所示。該概念提出后，由于受當(dāng)時(shí)的工藝及材料性能的限制，并沒有得以成功實(shí)現(xiàn)。

隨著基板工藝的不斷發(fā)展及材料性能的不斷提升，電子產(chǎn)品不斷向高性能多功能、小型化的方向發(fā)展，它在推動(dòng)半導(dǎo)體芯片制造工藝不斷向尺寸微縮方向前進(jìn)的同時(shí)，也推動(dòng)著芯片封裝技術(shù)不斷突破原有的封裝結(jié)構(gòu)，向新的三維堆孴封裝、模組封裝方向發(fā)展。這一發(fā)展趨勢(shì)再次推動(dòng)多家廠商和研究機(jī)構(gòu)積極投人對(duì)埋人式封裝結(jié)構(gòu)及工藝的研究，多種板級(jí)埋人式封裝的實(shí)現(xiàn)方式被提出。根據(jù)埋人器件類型的不同，可以分為埋人芯片、埋人元件、埋人封裝體或混合埋人等方式。

目前，板級(jí)埋人式封裝的主要代表技術(shù)有 Intel 的無凸點(diǎn)積層封裝技術(shù)(Bumpless Build Up Layer, BBUL)、德國 Fraunhofer IZM 研究所的 CiP ( Chip inPolymer）技術(shù)、芬蘭 Imbera 的IMB (Integrated Module Board）技術(shù)、AT&S公司的 ECT （ Embedded Component Technology）技術(shù)、日本oki公司的 EAD(Eimbedded Ac tive Device）技術(shù)等，盡管它們各自采用了不同的命名方式，但其核心工藝都集中在如下兩個(gè)方面。

(1）如何有效、可靠地將芯片或元件植人基板內(nèi)，并形成埋人組件與基板布線的互連；特別是芯片式埋人，成品率對(duì)于成本的影響至關(guān)重要。

（2）如何通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決在工作狀態(tài)下因器件散熱帶來的不同 CTE 材料(如芯片、基板及銅布線）之問熱應(yīng)力的有效匹配問題，防止由于不平衡的熱應(yīng)力或應(yīng)變帶來芯片裂紋、銅導(dǎo)線開裂、分層等結(jié)構(gòu)及性能失效問題的發(fā)生。

板級(jí)埋人式封裝（見圖7-104）與傳統(tǒng)鍵合封裝（見圖7-105）和常規(guī)倒裝封裝（見圖 7-106）相比，其最大的不同在于芯片或元件由放置基板表面上變?yōu)榍度嘶鍍?nèi)層中，因此它具有如下特有的優(yōu)勢(shì)及性能。

(1）芯片與基板之間的互連既可以直接通過電鍍銅來實(shí)現(xiàn)，也可以通過在基板制作過程中進(jìn)行板級(jí)封裝的鍵合或倒裝工藝來實(shí)現(xiàn)，在基板工藝中直接完成封裝，簡化從基板到封裝的過程。

(2）用電鍍銅直接實(shí)現(xiàn)芯片與基板布線的互連，縮短了互連導(dǎo)線的路徑，有效減小了寄生值，對(duì)于高頻信號(hào)具有更好的射頻性能，對(duì)于音頻信號(hào)具有更優(yōu)的信號(hào)質(zhì)量，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸具有更快的速度。

(3）由于芯片或元件被有效地植人基板內(nèi)層中，因此釋放了基板表面的空問，給進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) 了D 堆香提供了空間，更容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)模組封裝，如圖7-107 所示。圖7-108 所示的是埋人式3D堆香封裝結(jié)構(gòu)。芯片埋人后，為大電感器件留出了堆香空間，使了D堆疊結(jié)構(gòu)更易實(shí)現(xiàn)。圖7-109 所示的是元器件板級(jí)3D 堆香圖，圖7-110所示的是板級(jí)埋人式封裝整板包封效果圖。

基于板級(jí)埋人式封裝特有的結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)勢(shì)，目前其主要應(yīng) 用領(lǐng)域集中在模擬類射頻及電源產(chǎn)品方面。如RF-IPD、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、RFID、MOSFET、小型IC驅(qū)動(dòng)、多芯片系統(tǒng)級(jí)模組封裝等。

根據(jù)埋人器件是正面朝上（Face Up）還是正面朝下（Face Down)，基板與器件互連時(shí)是先鉆孔再電鍍銅還是先電鍍銅再研磨，以及帶載板單面電鍍或無載板雙面同時(shí)電鎮(zhèn)等不同的組合方式，埋人式封裝工藝的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，但其主要的工藝流程基本相似，如圖 7-111 至圖7-114 所示。以芯片面朝下帶載板單面電鍍銅柱再研磨的方式為例，其主要工藝流程為：光刻→電鎮(zhèn)線路→光刻→電鍍連接銅柱→貼裝芯片或元件→壓合絕緣材料→研磨露出銅柱→光刻→電鍍?cè)俨季€層→壓合絕緣材料→研磨露出外引腳→去除載板及表面處理。