集成电路正在发生巨大变革,它对电子封装和电路板正在产生重大影响。近几年来,集成电路芯片制造技术已经进入纳米范围,并正在向物理“极限”挑战。集成电路的集成度越来越高。功能越来越强,所需引线脚数越来越多。
集成电路的这种快步发展使得集成电路芯片封装基板面临着巨大的挑战。相对于半导体集成电路技术的发展,电路板技术的发展却显得相对落后。两者的差距甚至在扩大。在图一显示了半导体工业(图中下方用IC表示)和电路板工业(图中上方用PCB表示)。
二十年来刻线能力的进展。电路板工业没能跟上半导体工业的步伐。集成电路功能增强,使得管脚引线增多。在八十中叶,IBM(美国)就展示了具有10,000个焊盘的芯片[1]。传统的周边引线封装型式已变得不可能。解决办法则是从周边引线封装型式转变为面阵列分布型封装型式。球栅阵列封装,芯片规模封装和倒装芯片等面阵列型芯片封装型式的采用和发展使得电子系统高性能化合微型化。特别是倒装芯片技术将是下一代新型高性能电子系统内,芯片至次一级封装内连得最关键的技术,然而在设计和制造安装这些芯片的基板方面却遇到了巨大的困难。常规的
电路板抄板技术包括单层板和多层板都不能满足这些新型封装的布线要求。在这种先进封装需求驱动下而发展起来的高密度互连封装基板技术已经成为了所有高端电子产品和移动电子产品,包括移动手机,笔记本电脑,游戏机,工作站,直至航天航空仪器所必需的基本技术。
多年来 INEMI,SIA,ITRS,IPC等学会组织了大量的学者和专家进行了长期调研,预测了今后十数年内半导体集成电路技术发展趋势和半导体工业的需求。表一展示了由ITRS发布的2005至2010年间微嗲子技术发展和对高端产品对倒装芯片技术的需求[2].可以看到在今后四至五年内,倒装芯片的引线脚将增加到4600至4800个,引线脚中心间距将减少到100微米。由此而对封装基板的要求见于表二。假设焊盘尺寸为中心间距的一半(50微米),为在此间距内布入二至三根金属导线,则线宽和线距必需在10微米或更细。即使布入一根线,线宽和线距也必需小于16~17微米。目前最先进的电路板技术约在20~30微米,与这要求还有相当大的差距。
表一:五年期间微电子技术发展和对倒装芯片技术的需求
年份 |
2005 |
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
DRAM,半间距,纳米 |
80 |
70 |
65 |
57 |
50 |
45 |
MPU,门长度,纳米 |
45 |
40 |
35 |
32 |
28 |
25 |
引线脚数ASIC |
3800 |
4000 |
4200 |
4400 |
4600 |
4800 |
面阵列型倒装芯片间距,微米 |
130 |
130 |
120 |
110 |
100 |
100 |
芯片时钟频率,GHZ |
5.2 |
6.78 |
9.29 |
10.97 |
12.37 |
15.08 |
表二:2009-2010年倒装芯片技术对精密超窄间距金属细线技术的需求
焊盘中心间距,微米 |
100 |
焊盘直径,微米 |
50 |
线数/间距 |
1 |
2 |
3 |
4 |
可外连管脚排(列)数 |
2 |
3 |
4 |
5 |
线宽,微米 |
17 |
10 |
7.3 |
5.6 |
线间距,微米 |
16 |
10 |
7.0 |
5.5 |
微通孔直径,微米 |
20-30 |