IC 基板是晶片封裝內的薄層載體。它透過將微小的晶片墊擴展到焊球間距，將矽晶片與主電路板連接起來，將訊號與電源路由，增加回流時的剛性，並幫助熱量擴散。本文提供有關基板類型、結構、材料、路由、工藝、表面處理、設計規則及可靠性檢查的資訊。
IC基板概述
IC基板，也稱為IC封裝基板，是晶片封裝內的薄層載體。它位於矽晶片與主印刷電路板（PCB）之間。其主要任務是將晶片非常小的接觸墊連接到間距較遠的焊球，使封裝能與電路板相連。它也有助於固定晶片，防止封裝在加熱時過度彎曲，並讓熱量有更寬的路徑傳導到整個封裝和電路板。
IC基板與PCB比較
| 特色 | IC 基板 | 標準 PCB |
|---|---|---|
| 主要工作 | 透過封裝接點將封裝內的矽晶片連接到電路板 | 連接整個電路板上的零件與連接器 |
| 路由密度 | 非常高的布線密度，線條和間距非常細緻 | 比基材更寬的線條和間距，布線密度較低 |
| Vias | 微孔常見於層間短且密集的垂直連接 | 微孔可用於HDI板，但許多板子使用較大的孔 |
| 典型用途 | 用於晶片封裝內，如 BGA、CSP 及翻轉晶片封裝 | 作為手機、路由器和個人電腦等產品的主系統板使用 |
訊號透過IC基板路由
在封裝內部，基板提供短且受控的訊號與功率路徑，連接晶片與焊球。
• 晶片墊透過線接、凸起（翻轉晶片）或 TAB 連接基板。
• 內部層將訊號向外路由，同時保持阻抗目標一致。
• 電源平面與接地平面分配電流並減少電源反彈。
• 底部的焊球將封裝與主PCB連接。
核心與堆積基底結構
• 核心：結構骨幹;介質較厚;在使用時，支持機械剛度及更寬的走徑
• 堆積層：薄介電層 + 細銅布線以實現密集扇狀擴散
• 微孔：鄰近堆積層間的短垂直連結
常見的積體電路基板材料與選擇因子
| 物質家族 | 範例 | 典型優勢 |
|---|---|---|
| 剛性有機 | ABF、BT、環氧樹脂系統 | 支援細緻的組裝路由，能良好擴展量產，並平衡電氣與機械需求 |
| 彈性有機 | 聚醯亞胺基 | 允許銑刀彎曲且保持纖細，有助於需要彈性連接的佈局 |
| 陶瓷 | Al₂O₃，AlN | 與許多有機材料相比，低熱膨脹以提升尺寸穩定性與強熱處理能力 |
依封裝型式的IC基板類型
| 底材類型 | 最佳合適 |
|---|---|
| BGA 基底 | 支援高 I/O 數量及強大的整體封裝效能 |
| CSP 底材 | 專為體積緊湊的薄封裝設計 |
| 翻轉晶片基板 | 使晶片與基板間的連接短且布線密度極高 |
| MCM 基底 | 支援在同一封裝中放置並連接多個晶片 |
晶片與基板互連方法
• 連接方式會影響墊片的佈局、間距限制及組裝需求。
• 線結合：細線連接晶片墊與基板上的結合指。
• 翻轉晶片：小凸起直接將晶片連接到基板上的焊盤，形成短電路徑。
• TAB：基於磁帶的黏合，利用薄膜承載並連接引腳，常用於需要磁帶格式時。
細線IC基板製造工藝
| 過程 | 核心理念 | 目的 |
|---|---|---|
| 減法 | 從銅層開始，透過蝕刻 | 廣泛使用且理解良好，且對多種基板層具有良好的重複性 |
| 加法 | 僅在需要走線與焊盤時製造銅板，採用選擇性電鍍 | 有助於形成非常細緻的特徵，並更緊密地控制小形狀 |
| MSAP/mSAP | 使用薄層種子，然後以受控方式輕量雕刻 | 支援較小的線條與空間目標，同時保持良好的厚度控制 |
微型外線形成與製造品質
微孔連接密集堆疊的堆疊層。由於體積小，其幾何結構與銅質對長期連續性與電阻穩定性有強烈影響。
雷射鑽孔會在鄰近層之間形成細小且淺的通孔。銅板覆蓋通氣壁，形成連續導電路徑。Via 填充能透過減少空洞和支撐墊來完成結構，當 via 位於墊底時，這很有幫助。
IC基板的表面處理
| 結尾 | 它的幫助 |
|---|---|
| ENIG | 提供平滑且可焊接的表面，並有助於防止銅腐蝕。 |
| ENEPIG | 支持更多接合選項，並幫助形成堅固可靠的焊接點。 |
| 金色變體 | 當表面需要穩定的接觸性能或適合某些結合方法的金層時，會使用。 |
影響產量的基質設計規則
線路/空間目標
早期鎖定最小線寬與間距，並保持目標與流程能在所有布線層一致重複的範圍對齊。
維亞策略
及早定義微過管層對與深度限制。為過孔、填報、以及任何保護精細路由的禁區訂立明確規則。
堆疊
及早修正核心與建置層數量，並為每層分配路由角色，避免路由變更後造成大幅堆疊重工。
曲速預算
定義回流與組裝步驟的翹曲極限，並控制銅平衡與層對稱性，以確保基板在極限內。
測試策略
規劃測試存取權以控制連續性和短路控制。預留足夠的發射台和路線路徑，避免隨著密度上升而覆蓋範圍縮減。
結論
IC基板透過提供密集的路由、電源與接地平面，以及透過微孔的短垂直連結來支援晶片封裝。其核心與組裝層決定了扇出能力與封裝剛性。材料選擇、細線工藝、微孔製造品質及表面處理都會影響結果。當量取決於線上/太空目標，透過策略、堆疊、曲速控制與測試規劃，並以AOI、電氣測試、截面及X光為後盾。
常見問題 [常見問題]
IC 基板能達到多大的線寬與間距？
IC基板在堆積層上可使用低於10微米的線/空間，進階製程則可使用更緊密的目標。
IC 基板有多厚？
厚度取決於封裝樣式與層數，薄CSP可低於0.3毫米，高層BGA則可超過1.0毫米。
哪些材料的電性質最為重要？
介電常數（Dk）、耗散因子（Df）及絕緣電阻。穩定 Dk 支援阻抗控制;低 DF 會降低訊號損失。
常見的積體基板失效模式有哪些？
球面處出現微孔裂紋、銅疲勞、層層剝離及焊點疲勞。
高速訊號帶來哪些額外設計需求？
更緊密的阻抗控制、短回波路徑、降低串擾，以及用實心參考平面謹慎的軌距。
IC 基板在 AI 與 HPC 套件中如何變化？
更高的層數、更細的線條/空間、更強的功率輸出、更大的機身尺寸，以及更佳的多晶片或晶片組配置支援。
