Mit dem Aufkommen neuer IC-Typen wie BGA (Ball Grid Array) und CSP (Chip Scale Package), die neue Träger für das Packaging erfordern, hat sich das IC-Substrat stark weiterentwickelt. Als eine der fortschrittlichsten Arten von Leiterplatten (Printed Circuit Board, PCB) hat sich die IC-Substrat-Leiterplatte zusammen mit Any-Layer-Technologien sowohl in ihrer Beliebtheit als auch in ihren Anwendungsbereichen explosionsartig verbreitet.HDI-LeiterplatteundFlex-Rigid-Leiterplatte, die heute weit verbreitet in Telekommunikation und elektronischen Aktualisierungen eingesetzt wird.
Was ist ein IC-Substrat?
Das IC-Substrat ist eine Art Grundplatte, die zur Verpackung von blanken IC‑(Integrated‑Circuit‑)Chips verwendet wird. Es verbindet den Chip mit der Leiterplatte und gehört zu einem Zwischenprodukt mit den folgenden Funktionen:
• es erfasst Halbleiter-IC-Chips;
• Es gibt eine interne Leitungsführung, um Chip und Leiterplatte zu verbinden;
• Es kann den IC-Chip schützen, verstärken und stützen und einen Wärmeableitungskanal bereitstellen.
Klassifizierungen von IC-Substraten
a. Klassifiziert nach Verpackungsarten
• BGA-IC-Substrat. Diese Art von IC-Substrat weist eine gute Wärmeableitung und elektrische Leistung auf und kann die Anzahl der Chip-Pins erheblich erhöhen. Daher ist es für IC-Gehäuse mit einer Pin-Anzahl von über 300 geeignet.
• CSP-IC-Substrat. CSP ist eine Art von Single-Chip-Gehäuse mit geringem Gewicht und miniaturisiertem Maßstab, dessen Größe der eines ICs ähnelt. CSP-IC-Substrate werden hauptsächlich in Speicherprodukten, Telekommunikationsprodukten und elektronischen Produkten mit einer geringen Anzahl von Pins eingesetzt.
• FC-IC-Substrat. FC (Flip Chip) ist eine Art Gehäuse, bei dem der Chip umgedreht wird, und zeichnet sich durch geringe Signalstörungen, geringe Leitungsverluste, gute Leistung und effektive Wärmeableitung aus.
• MCM-IC-Substrat. MCM ist die abgekürzte Form von Multi-Chip-Modul. Diese Art von IC-Substrat integriert Chips mit unterschiedlichen Funktionen in einem einzigen Gehäuse. Dadurch kann das Produkt aufgrund seiner Eigenschaften wie Leichtigkeit, Dünnheit, Kürze und Miniaturisierung eine optimale Lösung sein. Da jedoch mehrere Chips in einem einzigen Gehäuse verpackt sind, schneidet diese Art von Substrat in Bezug auf Signalstörungen, Wärmeableitung, feine Leiterführung usw. nicht so gut ab.
b. Klassifiziert nach Materialeigenschaft
• Starres IC-Substrat. Es wird hauptsächlich aus Epoxidharz, BT-Harz oder ABF-Harz hergestellt. Sein CTE (Wärmeausdehnungskoeffizient) beträgt ungefähr 13 bis 17 ppm/°C.
• Flex-IC-Substrat. Es wird hauptsächlich aus PI- oder PE-Harz hergestellt und weist einen CTE von 13 bis 27 ppm/°C auf
• Keramisches IC-Substrat. Es wird hauptsächlich aus keramischen Materialien wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumkarbid hergestellt. Es zeichnet sich durch einen relativ niedrigen CTE von etwa 6 bis 8 ppm/°C aus.
c. Klassifiziert nach Verbindungstechnologie
• Drahtbonden
• TAB (Tape Automated Bonding)
• FC-Bonding
Anwendungen von IC-Substrat-Leiterplatten
IC-Substrat-Leiterplatten werden hauptsächlich in elektronischen Produkten mit geringem Gewicht, geringer Dicke und fortschrittlichen Funktionen eingesetzt, wie etwa Smartphones, Laptops, Tablet-PCs und Netzwerken in den Bereichen Telekommunikation, medizinische Versorgung, industrielle Steuerung, Luft- und Raumfahrt sowie Militär.
Starre Leiterplatten haben eine Reihe von Innovationen durchlaufen, von mehrlagigen Leiterplatten über herkömmliche HDI-Leiterplatten und SLP (substratähnliche Leiterplatten) bis hin zu IC-Substrat-Leiterplatten. SLP ist lediglich eine Art starrer Leiterplatte mit einem ähnlichen Herstellungsprozess in etwa im Halbleitermaßstab.
Herstellungsschwierigkeiten von IC-Substrat-Leiterplatten
Im Vergleich zuStandard-LeiterplatteDas IC-Substrat muss Fertigungsschwierigkeiten überwinden, um Hochleistung und fortschrittliche Funktionen zu realisieren.
a. IC-Substrat-Herstellung
IC-Substrate sind dünn und leicht verformbar, was sich besonders deutlich zeigt, wenn eine Leiterplatte weniger als 0,2 mm dick ist. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, müssen Durchbrüche in Bezug auf das Schrumpfverhalten der Leiterplatte, die Laminierparameter und das Lagenpositionierungssystem erzielt werden, sodass Substratverzug und Laminierdicke wirksam kontrolliert werden können.
b. Mikrovias-Fertigungstechnologie
Die Microvia-Technologie umfasst folgende Aspekte: konforme Maske, lasergebohrte Mikro-Blindvias-Technologie und galvanische Kupferfülltechnologie.
• Die konforme Maske soll die lasergebohrten Blindvias logisch ausgleichen, und Blindvia-Öffnungen sowie -Positionen können direkt über Kupferöffnungen definiert werden.
• Die Herstellung von lasergebohrten Microvias steht in Zusammenhang mit folgenden technologischen Aspekten: Via-Form, Aspektverhältnis, Seitenätzung, unter dem Via zurückgebliebenes Gel usw.
• Die Kupferplattierung von Blind Vias steht in Zusammenhang mit folgenden technologischen Aspekten: Fähigkeit zur Via-Füllung, Offenheit von Blind Vias, Einsinken, Zuverlässigkeit der Kupferplattierung usw.
c. Strukturierungs- und Kupferbeschichtungstechnologie
Die Strukturierungs- und Kupferbeschichtungstechnologie steht in Zusammenhang mit den folgenden technologischen Aspekten: Schaltungskompensationstechnologie und -steuerung, Feinstleiter-Fertigungstechnologie, Kontrolle der Gleichmäßigkeit der Kupferplattierungsdicke.
d.Lötstoppmaske
Die Herstellung der Lötstoppmaske für IC-Substrat-Leiterplatten umfasst Via-Fülltechnologie, Lötstoppmasken-Drucktechnologie usw. Bis jetzt erlaubt die IC-Substrat-Leiterplatte weniger als 10 µm Höhenunterschied der Oberfläche, und der Höhenunterschied zwischen Lötstoppmaske und Pad sollte 15 µm nicht überschreiten.
e.Oberflächenfinish
Die Oberflächenbeschaffenheit für IC-Substrat-Leiterplatten sollte die Dickenuniformität betonen, und bis jetzt umfasst die von IC-Substrat-Leiterplatten akzeptierbare OberflächenbeschaffenheitENIG/ENEPIG.
f. Inspektionsfähigkeit und Produktzuverlässigkeitsprüftechnologie
IC-Substrat-Leiterplatten erfordern Inspektionsausrüstung, die sich von der für herkömmliche Leiterplatten verwendeten unterscheidet. Darüber hinaus müssen Ingenieure zur Verfügung stehen, die in der Lage sind, die Inspektionsfertigkeiten auf der speziellen Ausrüstung zu beherrschen.
Alles in allem stellt das IC-Substrat-PCB höhere Anforderungen als herkömmliche Leiterplatten, und Leiterplattenhersteller müssen über fortschrittliche Fertigungskapazitäten verfügen und diese sicher beherrschen.
IC-Substrat-Leiterplatten sind eine Schlüsselkomponente der modernen Elektronik und bilden die Grundlage für High-End-IC-Gehäuse in Smartphones und Tablets. Sie ermöglichen Leichtbau, geringe Bauhöhe und erweiterte Funktionalität. Nach Typ, Material und Verbindungstechnologie verpackt, erfüllen die Substrate unterschiedliche Anwendungsanforderungen – von der Telekommunikation bis zur Luft- und Raumfahrt. Ihre Herstellung wird jedoch durch die Notwendigkeit erschwert, mit dünnen Leiterplatten umzugehen, Microvias zu erzeugen und einen präzisen Lötstopplack aufzubringen. Diese Herausforderungen werden durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien und hoher Fachkompetenz überwunden, um Leistung, Zuverlässigkeit und Flexibilität in verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen sicherzustellen.
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