SiP基板选择（1）——有机基板

Long_龙1993 2020-06-29

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SiP基板系列文章

在SiP系统级封装中，基板作为整个封装的载体，起着支撑和电气互联的作用，目前，常用的基板包括有机基板、陶瓷基板、硅基板等等，我们将逐一介绍，这篇文章，我们主要来讨论有机基板。

有机基板的材料

有机基板一般是由有机树脂和玻璃纤维布为主要材料制作而成，导体通常为铜箔。有机树脂通常包括：环氧树脂（FR4），BT树脂（双马来酰亚胺三嗪树脂），PPE树脂（聚苯醚树脂），PI树脂（聚酰亚胺树脂）等。

有机基板常用的铜箔厚度为17μm（半盎司），35μm（一盎司），70μm（两盎司）等多种。柔性有机基板铜箔厚度比较薄，5μm、9μm、12μm等规格的铜箔在柔性板上应用较多。铜箔厚度和载流量成正比关系，如果需要通过比较大的电流，则需要选择较厚的铜箔和较宽的布线。

以FR4为例，介质材料根据树脂和玻璃纤维含量的不同，可分为106，1080、2116、7628等多种型号。一般型号数值越大，树脂含量越少，玻璃纤维含量增大，硬度增加，介电常数也越高。例如，106树脂含量75%，1080树脂含量63%，2116树脂含量53%，7628树脂含量44%。另外，还有一种RCC(Resin Coated Copper)，树脂含量100%。树脂含量越多，材质越软，激光打孔效率高。

下图为不同型号的介质材料的树脂含量、介电常数DK及损耗因子DF

通常为了兼顾各方面的性能，SiP基板会采用多种型号的基材，一般表层用树脂含量较高的，例如RCC，106，1080，而内层则采用硬度较大的例如2116，7628，用于增强支撑强度，详见下面基板层叠结构实例图示。

有机基板的特点

有机基板有其自身的特点和优点，和陶瓷基板相比，有机基板不需要烧结，加工难度较底，并且可制作大型基板，同时具有成本优势，另外有机基板介电常数低，有利于高速信号的传输。

当然，有机基板也有自身的劣势，例如传热性能较差，传热系数通常只有0.2-1W/(m·K)之间，而氧化铝陶瓷材料可以达到18W/(m·K)左右，氮化铝更是可达到200W/(m·K)左右。

此外，有机基板的CTE也通常相对芯片比较大，这样就容易在热循环的时产生和IC的焊接处电气连接失效。

CTE（Coefficient of Thermal Expansion）是指热膨胀系数α ，理想的封装基材：α < 8×10-6/ºC，或者为8ppm/ºC，（ppm-parts per million，百万分之一）。

半导体芯片的主要成分是硅，而硅的膨胀系数只有2.5ppm/ºC，如果半导体芯片与基板的热膨胀系数相差过大，在温度变化时，它们之间产生较大的应力。因此，为了保证SiP或者封装基板微细电路的精度，适宜用低热膨胀系数的基板材料。

Tg玻化温度，是板材在高温受热下的玻璃化温度，一般Tg的板材为140度以上，高Tg一般大于170度，中等Tg约大于150度。Tg值越高，板材的耐温度性能越好，印制板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征都会提高和改善。尤其在无铅制程中，高Tg应用比较多。目前，高耐热性基板的Tg通常可以达到200度以上。

有机基板层叠结构

SiP或封装基板通常采用盲埋孔结构，这里我们用m N m代表，其中m代表Buildup层，采用积层法工艺进行制作，通常采用激光钻孔，每次只钻一层，层层往上累积成多层，因而被称为积层法，积层法英文为：Buildup。

N代表Laminate层，采用层压法工艺进行制作，通常采用机械钻孔，先将多层叠加在一起压合，然后统一钻孔，层压法英文为：Laminate。

下图为2 4 2的8层基板侧面示意图：