《第一章先进基板技术概述.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章先进基板技术概述.ppt（60页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、课程内容,第一章 先进基板技术概述 第二章 基板的结构与性能 第三章 陶瓷基板 第四章 复合基板 第五章 有机基板 第六章 纳米技术与基板性能 第七章 高端基板实例,1,1、电子基板(Electronic Substrate)的概念 半导体芯片封装的载体 搭载电子元器件的支撑 构成电子电路的基盘 Printed Circuit Board (PCB),2,第一节 基板的概念与内涵,2、电子基板的作用 从芯片、电子元器件，大到电路系统、电子设备整机，都离不开电子基板； 在电子基板中，高密度多层基板的比例越来越大； 实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，如
2、特性阻抗等。,第二节 基板材料及分类,1、按结构分类：,4,模块(module)基板,搭载在PCB上，以球栅阵列（Ball Grid Array, BGA)、芯片级封装（Chip Size Package, CSP)、多芯片模块（Multi-Chip Module, MCM)等为代表的封装基板。,2、按电气绝缘或材料分类：,6,7,无机基板,金属类基板,陶瓷类基板,其它基板,金属芯型,金属基型,包金属型,氧化铝基板（Al2O3, 3Al2O3.2SiO2),氮化铝基板(AlN),碳化硅基板(SiC),低温共烧陶瓷基板(LTCC),(硼硅酸玻璃-陶瓷，硼硅酸铅玻璃陶瓷）,玻璃基板（用于LCD,
3、PDP显示器等）,硅基板,金刚石基板,8,有机基板,纸基板,玻璃布基板,复合材料基板,耐热性塑性基板,挠性基板,积层多层板基材,9,纸、酚醛树脂覆铜板（FR-1, FR-2, XPC, XXXPC),纸、环氧树脂覆铜板（FR-3),纸、聚酯树脂覆铜板,纸基板,10,玻璃布基板,玻璃布、环氧树脂覆铜板（FR-4, G10),玻璃布、耐高温环氧树脂覆铜板(FR-5, G11),玻璃布、聚酰亚胺树脂(PI)覆铜板（GPY),玻璃布、聚四氟乙烯树脂（PTFE)覆铜板,玻璃布、BT树脂覆铜板,玻璃布、PPE树脂覆铜板,11,复合材料基板,环氧树脂类,聚酯树脂类,纸（芯）、玻璃布（面）的,环氧树脂覆铜板(
4、CEM-1),玻纤非织布（芯）、玻纤布（面）的,环氧树脂覆铜板（CEM-3),玻纤非织布（芯）、玻璃布（面）的,聚酯树脂覆铜板(CRM-7, CRM-8),12,耐热性塑性基板,聚砜系树脂基板,聚醚酰亚胺树脂基板,聚醚酮树脂基板,13,挠性基板,聚酯覆铜膜基板,玻璃布-环氧树脂覆铜积层板,聚酰亚胺覆铜膜基板,14,积层多层板基材,感光性树脂（液体、干膜）,热固性树脂（液体、干膜）,附树脂铜箔（RCC),其它半固化基材（芳酰胺纤维非织布的环氧树脂基材等）,15,有机基板,纸基板,玻璃布基板,复合材料基板,耐热性塑性基板,挠性基板,积层多层板基材,3、按基板结构分类： 导体层数 绝缘板材料的刚柔程
5、度 材料Z方向（厚度方向）的连接（立体连接）方式等分类,16,Z方向的连接方式举例,第三节 基板的特点与作用,1、无机基板: 传统无机基板：Al2O3、SiC、BeO和AlN等为基材； 优良的热导率、抗弯强度、热膨胀系数等特性； 广泛用于混合集成电路（Hybrid Integrated Circuit, HIC）和MCM等大功耗器件。,20,2、有机基板: 有机PCB己有100年的发展史； 体薄量轻； 具有优良的电气绝缘及介电特性； 原材料便宜，便于自动化大批量生产； 易于实现多层化，在电子封装领域己有广泛应用。,21,3、积层多层板(BUM): 电子电路（包括基板电路）要求实现HDI而出现和
6、发展的; 很好解决一般多层PCB难于完成的薄型化、微细内导通孔(IVH）和导线图形的制作、高密度布线PCB的高生产效率等问题。,22,第四节 先进基板的要求与制造,1、先进基板的性能要求： 具备必要的电气、机械、物理和化学特性； 能实现在重量、厚度、外形、层数等方面的种种要求； 在PCB制造和元器件搭载方向还要涉及许多高新技术。如印刷、金属化等。,23,2、先进制造技术： 材料技术（设计、制备、性能、表征、功能化、工程化）； 光加工技术（塑料薄膜印刷、粘接、复合。电镀、沉积、喷涂、表面改性、抛光、防腐蚀等）； 电镀及刻蚀等电化学技术； 丝网印刷技术，制孔、叠层、热压等机械加工技术； 材料表面处
7、理技术，以及多种特种加工技术；纳米技术。,24,当代电子基板是集各种现代化技术之大成者!,3、先进基板技术实例： 例1、氧化铝电子陶瓷基板制造,25,1) 氧化铝基板材料物理性能,2) 图纸及技术要求,3) 陶瓷基板烧结与精细加工工艺 (1) 控制素烧坯和烧结体尺寸 a) 素烧坯精度控制：外直径 D 0.2 mm, 厚度 B 0.3 mm, 误差范围 (13%)。,b）烧结体精度控制：厚度均匀， 厚薄差不得大于 0.3 mm ( 2.5%)，外圆及孔的尺寸精度 为 1 2.5%。大尺寸取1%，小尺寸取2.5%。,(2) 氧化铝陶瓷精细加工工艺 进行粗、精磨削加工，保证尺寸精度。再采用抛光处理保
8、证最低表面粗糙度。,例2、透明陶瓷超高压电极塞 1）技术要求： 陶瓷电极塞上表面粗糙度 Ry: 0.050.1m; 上表面陶瓷与金属导线接触处无间隙; Al2O3含量99.9%; 部分尺寸按照需方要求可调整,30,2) 透明陶瓷成品工艺路线： 氧化铝粉(性能同日本住友AES-21氧化铝微粉 )+石蜡热压铸成型素烧修坯烧结抛光(抛光介质 氧化铝粉，瓷米+抛光液+钻石粉) 成品检验,3) 透明Al2O3陶瓷组织： 高纯Al2O3（99.99）制造，由三种独特的晶粒组成，其中存在严格的两种大、小晶粒的配合，其晶界由非常小的晶界相组成，所以称为3GMC（Three Kind of Grain Micr
9、ostructure Ceramic）陶瓷材料，即由三类特殊晶粒显微结构组成的陶瓷材料。,4）透明陶瓷电路金属化工艺： 溶胶凝胶等方法制备金属化涂浆超细粉加入活化剂和粘接剂涂敷印刷在陶瓷表面在氢气气氛下合适的温度进行金属化选择电极材料较好焊接特性的焊料进行陶瓷、电极材料封接工艺。,第五节 基板的发展及特点,1、PCB和PWB的概念与区别： PWB (printed wiring board, 印制线路板）指表面和内部布置有导体图形的绝缘基板; PCB（printed circuit board，印制电路板）搭载电子电路的整个基板; 两者是同义词，但是 PCB (整体)，PWB (载体);,34
10、,电子基板（Electronic Substrate，ES): 封装基板（Package Substrate，PKG); 高密度互连基板（High Density Inter-connection substrate，HDI)。,2、基板的发展历程：,36,37,Albert P. Hanson(英）为了无线电装置接线，在绝缘板上利用金属粉末原沉积，实现了电气连接，并获得专利。,酚醛树脂被发明和应用；L. Baekland博士发明了用棉织物或纸等浸入酚醛树脂，由此制作绝缘材料的方法。,Berry（英）采用抗蚀剂涂敷在金属箔上，再进行蚀刻，以去除未加保护的部分。由这种方法发明制作的产品，成功用于
11、电阻加热元件。,M.U. Schoop 发明喷涂熔融金属形成导体图形的方法，并获得专利。,1903,1909,1913,1918,（摇篮期）,38,Formica将酚醛层压板首次用于无线电制品中。,Charles Ducas(美）成功地在绝缘材料上采用印刷方式制成图形，再利用电镀法形成导体。,Rhuysenaers通过不锈钢模板，在绝缘体上喷涂熔融金属，成功制作导体图形,Paragon Rubber公司提出了四种制作导电图形的专利申请，这四种方式是：金属喷涂法、金属镀法、金属箔冲压成形法、低熔点浇注法。,1920,1925,1926,1926,（摇篮期）,39,C.Paralimi(法）在绝缘
12、板（玻璃或陶瓷基板）上先印制绝缘树脂，再敷上金属粉，将金属粉与绝缘板通过绝缘树脂达到粘接，并用电（化学）镀法，来加强电路导体金属结构的致密性和连贯性。,OConnell 发明金属箔冲压成形法和以浆料做抗蚀剂的蚀刻成型法。,英国专利提出：把铜箔的背面贴在一块托板上，在铜箔表面上涂布一层薄的耐酸漆，然后用刀具在漆膜上刻出所要求的图形，再用王水等蚀刻掉铜箔，由此得到布线图形，这就是后来的铜箔蚀刻法的雏形；20世纪30年代初，Schlack（德）关于环氧树脂制造专利首次发表，引起众多商家的极大兴趣。,Bell电话研究所（美）采用喷涂高温（600C）熔融金属法，在基板上布线，并在基板的两面布线，以达到可
13、交叉布线的目的，这也是双面板发展的起源。,1927,1929,1930,1935,（摇篮期）,40,1936,（摇篮期）,41,宫田喜之助（日）提出金属喷涂布线法在绝缘板上制作电路图形的专利。,美国国防部为了满足第二次世界大战中对军事电子设备体积小、质量轻、可靠性高的要求，在世界上率先把PCB制造技术应用于军事产品中，他们在陶瓷基板上网漏印银（或铜）浆料，制成PCB。采用这种方法制造的PCB, 应用在迫击炮弹的微型近炸引信管（Proximity fuse)上。,用电木（Bakelite,酚醛塑料）基材料制作的覆铜箔层压板开始进入实用化。,1936,1941,1943,（摇篮期）,42,美国国家
14、标准局（NBS)开始研究在一张绝缘基板上，由印刷技术将线圈、电容、电阻等构成电路，制成PCB。,S.O.Greenlee对环氧树脂的潜心研究，于1945年和1946年取得两项专利，其中包括利用聚酰胺、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂固化环氧树脂的工艺法。这些研究成果，使环氧树脂进入了另一发展方向在绝缘材料上的应用。1947年，环氧树脂在PCB基板材料上开始得到应用。,Signal Corps（美）解决了大面积铜箔与绝缘基板的粘合问题。,1947,1945-1947,1947,（摇篮期）,（-摇篮期）,44,以蚀刻箔技术（Etched Foil Technique) 作为主流制作的晶体管，开始走向实用
15、化。,聚酰亚胺树脂层压板在世界上出现，它推进了PCB用基材所用树脂向着高耐热性方向发展。,美国摩托罗拉公司研制成功电镀通孔互连得双面PCB。 20世纪50年代中期，日本东芝公司提出在铜箔粘合面上形成氧化铜的工艺方法，从此，大面积、高粘合强度的覆铜板开始问世。,1950,1951,1953,（发展期）,45,日本利用输入铜箔生产的酚醛树脂纸基铜板，制作成单面PCB,并开始应用于无形电接收机上。,美国通用电气公司提出采用铅锡合金作为抗蚀的金属导体保护层制造PCB。它标志着图形电镀-蚀刻法的开始。,日本出现专门从事PCB生产的厂商。,1953,1954,1956,（发展期）,46,日本开发出聚酯纤维
16、布环氧树脂积层板。,电镀金属化通孔的工艺法制作双面PCB,在日本开始实现工业化，试制成功金属化孔的双面PCB。,V. Dahlgreen发明在热塑性薄膜上粘接金属箔制成的电路图形的挠性PCB。,（-发展期）,1959,1960,1960,47,美国德克萨斯仪器公司试制世纪上第一块集成电路。在此以后，随着集成电路生产技术的迅速发展，电子产品对PCB提出更高要求，以适应封装密度不断提高的需求。,Litton Systems公司首先介绍了应用A2F小型计算机上的一种6层印制板。,Rock Well-collins、IBM、Honeg Well及CDC等公司先后开始大规模生产多层板。,日本开始生产用环
17、氧树脂玻璃布基材的多层板。,1959,1960,1961,1963,（多层板期）,48,美国IBM公司Mr.Rodovsky等发表有关直接电镀构想的专利(US3099608)。提出用炭黑和Pd悬胶液涂敷在非导体面上，然后直接进行电镀的设想。该基本理论与设想具有重要意义。 但由于诸多原因，当时这种直接电镀工艺并没有得到及时的实际应用，而过了二十多年才在世界上得到广泛的应用和发展。,美国Western Electric公司在世界上首次开发成功具有高散热性的金属芯印制电路板。,Shipley公司于1961年发表了有关胶体Pd配方及工艺技术的专利。 PCK公司于1963年发表了有关化学镀铜的配方与工艺
18、技术。它们为双面或多层PCB通孔镀铜工序自动化生产线的实现奠定了基础，为多层或双面PCB形成工业规模化生产，创造了技术条件。,1963,1963,1961-1963,（多层板期）,49,我国第一块多层板（6层）在实验室条件下研制成功，并于1967年在大型计算机工业化生产中得到采用（6-8层多层板）。,由美国Photo-Circuit公司在1959年研制成功的Additive Process(即CC-4)工艺法，开始走入实用化。这种CC-4法是在层压板表面涂布一层含有催化作用的金属化合物的粘合剂，在以后的化学镀铜时起到促进铜还原反应的作用，从而形成导电图形。它打破了传统的铜箔刻蚀法（即减成法），
19、开创了一种新的图形电路形成法加成法。,1964,1964,（多层板期）,50,积层法之一的Plated-up Technology在世界PCB界发表 1968年，世界上出现大规模集成电路。对PCB的导线图形的布线密度、导线精度、可靠性等提出更高的要求。无论从基材，还是制造工艺技术、PCB品种等方面，都提出更新的课题。,美国杜邦公司（Dupont)发明了Riston光致聚合物干膜。随着PCB技术的发展，干膜已发展成为重要的“成像”技术重要材料之一。,日本三洋公司开发成功金属绝缘基（芯）覆铜板，后在20世纪70年代中期，在混合集成电路功率放大器等中得到较广泛的应用。,荷兰飞利浦公司开发成功用聚酰亚
20、胺薄膜做基材的挠性印制电路板FD-R。,1967,1968,1969,1969,（多层板期）,51,有屏蔽层加入的FR-4多层板技术在日本首次实现 70年代中期，美国通用电气公司、Norplex公司等开发出复合覆铜板，并且很快在双面PCB制造中得到应用。,日本开始生产制造10层的高多层PCB 20世纪70年代初，美国AT&T公司在全世界最先推出UV Ar+激光直接成像装置，可在有光致抗蚀剂覆盖的覆铜板上直接成像。,日本开始生产制造聚酰亚胺玻璃布基的多层PCB。,表面贴装技术（SMT)开始在世界上兴起。美国、欧洲、日本等开始可以制作较高密度布线的SMT用的PCB。,1970,1975,1975,
21、1975,（多层板期）,52,挠性印制电路板在计算机、照相机、传真机、打印机等电子产品中得到广泛应用。,经过5年左右的努力研制，日本三菱瓦斯化学公司使BT树脂（双马来酰亚胺三嗪树脂）实现工业化生产。BT树脂是一种低介电常数，高玻璃化温度（Tg)的新型PCB基材用树脂。 80年代中后期，在美国、欧洲、日本等国家、地区, BT树脂开始较大批量地应用多层板的基材中。,世界第一届印制电路大会在伦敦召开。,1975,1977,1978,（多层板期）,53,日本开始突破24层的高多层PCB的制作技术。,我国北京绝缘材料厂、华电材料厂（704厂）率先在我国引进了日本纸基覆铜板成套工艺技术。我国东莞生益覆铜板
22、有限公司首家引进美国FR-4环氧玻璃布基覆铜板成套工艺技术。这些初期引进技术工作，使我国PCB基材跃入一个更高水平。,富士通42层超过多层PCB的制造获得成功。,富士通62层玻璃陶瓷印制电路板开始制造。,1980,1985-1987,1985,1988,(-多层板期）,54,西门子公司在大型计算机上开始首次采用“Microwiring Substrate”的积层多层板。在这项多层板制造技术中，包括了通孔加工采用的等离子体和激光蚀孔技术。,以笔记本电脑、移动电话、摄录一体型摄像机为代表的便携型电子产品问世。这些便携型电子产品迅速地向着小型化轻量化发展，驱动着PCB向着微细孔、微细导线化的进展。,
23、日本IBM公司发表了称为“SLC”（Surface Laminar Circuit)的积层多层板研究成果。这项新型多层板技术是由壕田裕等人开发出的，用感光性绝缘树脂作为绝缘层，以含盲孔、埋孔、通孔的新技术为典型特点。SLC的出现开创了一代高密度互连（HDI)的多层板制造技术的新时期。,1988,1989,1990,（积层多层板期）,55,松下电子部品ALIVH(Any Layer Inner via Hole)构造的积层多层板开发工作取得成果，并开始广泛使用在移动电话等携带型电子产品中。,东芝公司称为B2it(埋入凸块互连技术，buried bump interconnection techn
24、ology)的积层多层板开发成功，并应用于笔记本电脑、移动电话等产品中。,1995,1996,（积层多层板期）,56,美国发表了用于微导通孔评估的“十月规划”第一阶段第二轮的报告（1997年7月15日发表）。 它标志着美国及欧洲PCB制作业，正式迈入以微导通孔为主的HDI时期。,有机封装基板开始走向工业化。它主要应用于BGA、CSP为典型代表的封装产品中。 有机封装基板给PCB也开辟一个新的广阔应用市场。并对这种PCB在低热膨胀系数、低介电常数、高耐湿耐热性方面提出了更高要求。,1997,1997,（积层多层板期）,57,1998,可实现HDI的积层多层板在全世界范围内（主要是日本、美国、欧洲
25、、韩国和中国台湾地区等），开始走向实用化，它的工艺路线已发展到二十几种。,1998,东芝化学公司所研究、开发的绿色型FR-4基材所制成的多层PCB，在东芝公司开发的笔记本电脑中得到应用。这种绿色型无卤化基材笔记本电脑，在世界上是首次出现。,1999,日本印制电路工业会（JPCA)将沿用几十年的“印制电路板”改为“电子基板”，这一称谓的改变意味着传统的印制电路板业已跨入高密度多层基板时代。,2000,中国海峡两岸共引进40多台激光制孔机用于积层多层PCB制造，这标着中国的印制电路板也也跨入高密度多层基板时代。,（积层多层板期）,58,2000,美国HADCO公司于公布了一种埋入在多层板内的、具有
26、电容功能的BC（Buried Capacitance ，隐藏电容）技术及其多层板基板材料产品（产品牌号：EmCaP ）的开发成果。 在此之后。这种特殊基材的应用领域和使用量都有较大的扩大。它现已成为高速、大容量的数据传输、处理装置用PCB的重要新基材。,2010-2001,日本Denso株式会社与三菱树脂株式会社共同联合研制出用热塑性树脂 聚醚醚酮(PEEK）制出的液晶聚合物类薄膜材料。它具有高耐热性、高粘接性低介电常数性原材料可再循环使用性等优点。用它制出的BUM，并可实现板的薄型化板面的高平滑性。,（积层多层板期）,59,日本松下电工株式会社公布的覆铜板发明专利（特开2002220433）
27、中，介绍了该公司采用制备聚合物层状硅酸盐（PLS）纳米复合材料的聚合物插层复合技术：即将一种经表面处理的层状粘土矿物作为填料加入到FR-4型树脂中。它起到了降低覆铜板的热膨胀系数的作用。该专利，成为了在世界基板材料业中较早的在覆铜板上应用纳米材料的开发成果。,欧盟（EU）的“电气电子产品废弃物指令案（WEEE）”和“关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令案（RoHS）”正式公布。 该两个指令案中提出：自2006年7月1日起，投放于市场的新电子和电气产品，不能包含有铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚（PBDE）或聚溴联苯（PBB）的有害物质。 “两个指令”对更广泛的生产、使用无卤化PCB基板材
28、料，是个强大的驱动。同时，两个指令案也推动了无铅焊剂在印制电路板制造和电子安装方面应用工作的开展。它也给基板材料提出更加严格的耐热性要求。,2002,2003,（积层多层板期）,60,埋入无源元件印制电路板大力兴起的一年。各国PCB业界掀起了无源元件印制电路板开发及走向实用化的热潮。 杜邦、Gould Electronics、Omega Technolog等公司开发出镍-磷合金与铜的复合作为导电层的薄型基板材料（用于制作埋入式电阻的多层板）。 杜邦、Omega Technolog、Park Nelco、Poly Clad等公司开发出高介电常数的层压薄板（用于制作埋入式电容的多层板）。,日本东芝公司发表了利用预埋凸块互连 (B2it)技术制作的内藏无源元件的积层法多层板的研究成果。,2003,2003,（-积层多层板期）,