我們來對芯片先進封裝基板的種類和材料進行一次詳細的分析。

引言：為什么需要先進封裝基板？

隨著摩爾定律逼近物理極限，單純依靠縮小晶體管尺寸來提升芯片性能變得越來越困難且昂貴。先進封裝技術成為延續“超越摩爾定律”發展的關鍵路徑。而封裝基板作為連接芯片（Die）與印刷電路板（PCB）的“中間橋梁”，其性能直接決定了最終芯片產品的信號傳輸速度、功率密度、散熱能力和可靠性。

先進封裝基板的核心需求是：

• 更高密度：支持更細的線寬線距，以連接數量更多、間距更小的芯片凸點。

• 更高性能：更低的信號損耗（低Dk/Df）、更快的傳輸速度。

• 更好散熱：高效導出高功耗芯片產生的熱量。

• 更高可靠性：在熱、機械應力下保持穩定。

一、 先進封裝基板的種類（按結構和功能分）

先進封裝基板主要可以根據其結構和在封裝中的功能角色進行分類。

2. 按在封裝中的功能角色分類（更為重要）

這是理解先進封裝基板的核心分類方式。

二、 先進封裝基板的主要材料分析

材料是決定基板性能的根本。不同的材料應用于不同的基板類型和場景。

1. 有機材料（主流選擇）

這是目前使用最廣泛的封裝基板材料，主要通過積層法制造。

• 核心絕緣層材料：

• 優點：耐高溫、柔性極好、機械強度高。

• 缺點：吸濕性較高，介電性能一般，成本較高。

• 應用：主要用于柔性基板。

• 優點：介電性能極佳（Dk~3.3，Df~0.005），非常適合高頻高速信號傳輸；可以制作極細的線路（線寬/線距可達10μm/10μm以下）；填充性好。

• 缺點：本身較軟，需要芯板支撐。

• 應用：絕對是當前高端封裝基板的霸主。幾乎所有的CPU、GPU、AI芯片的FC-BGA基板的積層層都使用ABF材料。它是實現高密度互連的關鍵。

• 優點：剛性高、耐熱性好（Tg約180-240°C）、尺寸穩定性好、吸濕性低。

• 缺點：介電性能（Dk/Df）相對較差，不適合最高速的應用。

• 應用：主要用于硬質基板的芯材，以及一些對可靠性要求高的FC-CSP、FC-BGA基板。

• BT樹脂：雙馬來酰亞胺三嗪樹脂。

• ABF：味之素堆積膜。

• 聚酰亞胺：

• 導電材料：

• 銅箔：幾乎是唯一的導體材料。對于超細線路，需要采用超薄銅箔（如2-5μm）并通過半加成法或改良型半加成法工藝進行加工。

2. 無機材料（用于中介層等特殊場景）

• 硅：

• 優點：可以利用成熟的硅工藝（光刻、刻蝕等）制作線寬/線距極細（<1μm）的超高密度中介層；其熱膨脹系數與芯片一致，熱機械可靠性極高。

• 缺點：成本高昂；硅是半導體，需要做絕緣處理（如沉積SiO?）；導電性不如銅。

• 應用：2.5D封裝的中介層（如臺積電的CoWoS技術）。在硅片上制作TSV和多層布線，實現多顆芯片（如HBM和計算芯片）的互連。

• 玻璃：

• 優點：作為一種新興材料，具有優異的平整度和可調的熱膨脹系數；是天然的絕緣體，高頻損耗（Df）極低；成本有望低于硅；易于進行大面積面板級加工。

• 缺點：機械強度和脆性處理是挑戰，工藝還不夠成熟。

• 應用：被視為下一代中介層和天線基板的潛在理想材料，英特爾等公司正在大力推廣其Glass Core技術。

• 陶瓷：

• 優點：耐高溫、導熱性好、強度高、氣密性好。

• 缺點：介電常數高（導致信號延遲）、重量大、難以制作高密度線路、成本高。

• 應用：主要用于航空航天、軍事等對可靠性要求極高的領域，在消費電子先進封裝中已較少使用。

三、 總結與對比

未來趨勢

1. 材料創新：玻璃基板的商業化進程加速，有望在更大尺寸、更高性能的封裝中替代硅和有機材料。同時，開發更低Dk/Df、更高導熱性的新型有機材料也是重點。

2. 集成度提升：基板內部集成無源元件（IPD）、甚至有源器件（“芯粒”式基板）將成為趨勢，進一步提升系統性能和縮小尺寸。

3. 制造工藝：從晶圓級加工向更大尺寸的面板級加工演進，以降低成本，玻璃基板尤其適合此路徑。

4. 多材料融合：在一個封裝體內，根據不同區域的需求（如高密度區、高速區、散熱區）混合使用有機、硅、玻璃等多種材料，實現最優性能。

總而言之，先進封裝基板的世界是一個多種技術和材料激烈競爭與融合的舞臺。沒有一種材料或類型是萬能的，選擇取決于對性能、成本、尺寸和可靠性的綜合權衡。目前，ABF有機基板是絕對的主流，而硅中介層統治著高端2.5D市場，玻璃則代表著未來最具潛力的發展方向。

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