2.4.4 无芯积层基板

无芯积层基板是指采用ALIVH和B2it等技术制作的积层多层基板。其最大的特点是不用芯板、通孔及电镀来实现层间电气互连，即无须采用常规方法生产具有较低层间互连密度的多层芯板，而采用超高密度的层间互连技术直接制造BUM基板。

（1）ALIVH BUM基板在结构上没有芯板部分和积层部分的区别，可以在所有布线之间的任意位置形成内连导通孔（IVH），故整个基板具有相同的层间互连密度，可达到更高密度的互连等级，具有厚度更薄、尺寸更小等特点，大大缩短了各元器件间的信号传输距离，有利于封装基板向着更小型化、更高密度及更高可靠性方向发展。

图2.26是四层ALIVH BUM基板的IVH剖面结构。其中芳纶纤维无纺布（Aramide）/环氧树脂（EP）复合材料（Ar/EP）介质层的厚度为0.10mm，铜箔厚度为18μm，线宽/间距达到60μm/90μm，因此所制作的四层基板厚度为350μm，六层基板厚度为550μm（0.55mm）。由Ar/EP半固化片加热固化形成的Ar/EP层压板具有很低的CTE，可在6～10×10-6/℃范围内调控，与芯片的CTE很接近。所制备的ALIVH BUM基板质量更轻、热膨胀系数较低、介电常数较小、平滑性好（见表2.23），可取代陶瓷基板应用于CSP、SiP等先进封装领域。

ALIVH BUM基板制造关键技术，主要包括半固化片材料制作、激光蚀孔操作/填充导电胶及对位层压等。图2.27是四层ALIVH BUM基板的制造过程。①按照结构设计，先采用CO₂激光在Ar/EP半固化层压板上打孔加工，然后在孔洞中填充环氧树脂导电胶，形成Ar/EP半固化片；②通过热压工艺，将Ar/EP半固化片的上下两面与铜箔压合形成Ar/EP覆铜板，继而将铜箔光刻形成带布线图案的芯板（IVH）；③将芯板的上下两面分别叠合Ar/EP半固化片和铜箔，形成铜箔/半固化片/芯板/半固化片/铜箔叠层结构，通过热压固化形成含两层线路芯板的双面覆铜板，继而将两面的铜箔进行光刻形成四层ALIVH BUM基板。

ALIVH BUM基板采用芳酰胺纤维无纺布而不是玻璃纤维布作为增强材料，浸渍热固性环氧树脂后，经加热、加压部分固化形成Ar/EP半固化片，再使用CO₂激光钻孔机对固化片进行红外激光（波长9.6μm）蚀孔。芳酰胺和环氧树脂都是碳氢有机聚合物，在红外区的吸收率很高，能将绝大部分高能量的红外光吸收并转化为热能，引起树脂熔化甚至燃烧形成CO₂、H₂O和NO₂等小分子挥发份，形成微孔。如果采用玻璃纤维布/环氧树脂半固化片，则必须采用UV激光蚀孔。近年来，随着紫外激光蚀孔技术的快速发展，采用UV激光（193～308nm）、尤其是固态Nd:YAG紫外激光，对玻璃布/环氧树脂层压板进行刻蚀，可形成孔壁光洁的“冷”孔，比CO₂红外激光蚀孔技术具有明显的优势。

ALIVH BUM基板制造过程中由激光刻蚀形成的微小通孔，采用导电胶来填充以实现电气互连，导电胶的主要成分包括铜粉（或含少量银粉等）、环氧树脂及固化剂等。通常采用不锈钢模板刮印方法将具有适当流动性的导电胶液刮压入激光刻蚀的微孔中后，在其上下两个表面黏贴粗化的铜箔（18μm），在180～200℃下进行真空层压，使半固化片与导电胶固化，形成双面覆铜板，并按照常规的图形转移或直接成像技术制作所需的布线图形，形成两层互连的基板。如果以该两层互连基板作为芯板，在其上下两侧面各加一个由激光蚀孔和导电胶填充的半固化片及粗化铜箔，经过真空层压和常规图形转移或直接成像形成导电线路，则可得到四层互连基板。如果采用两个双层互连基板作为芯板，四层半固化片分别加以隔开，再在上下两面分别加覆一层粗化铜箔，便可制成六层互连基板。根据同样的方式可制作层数更多的基板。

另外，芳酰胺纤维具有负的CTE，而浸渍的环氧树脂具有正的CTE，通过调控两者的组成比例可以有效调节Ar/EP层压板的CTE（5～7×10-6/℃），使之接近芯片的CTE，以降低焊接过程中尺寸随温度变化过大而引起的内应力，有效提高甚高密度互连（VHDI）的可靠性，大大提高各种通信设备的可靠性和使用寿命。

由于ALIVH BUM基板的层间电气互连是通过铜粉/环氧树脂导电胶实现的，而不是通过通常的孔金属化，其导电胶的层间电气连接电阻小于1mΩ，层间连接呈现很好的黏结力和导电性。经过低温和高温老化试验、高温高湿试验、PCT试验，基板电阻变化率都低于10%，具有十分稳定的导电性，即使经过200℃的高温冲击试验，也不会发生断路等问题，显示出很高的抗热冲击性能（见表2.24）。

采用ALIVH工艺制作BUM基板，尤其是采用导电胶取代传统的打孔、电镀工艺来优化层间连接工艺技术，大大简化了工艺流程，降低了制作成本，达到了更高的布线密度。与有芯板的BUM相比，ALIVH BUM基板具有更高的密度、更简单的工艺、更优的性能、更低的成本等优点，已经成功应用于手机、笔记本电脑等领域。表2.25总结了三种不同类型的ALIVH BUM基板的主要性能。

（2）B2it积层基板（BUM）技术是将PCB制造技术与厚膜制造技术结合而成的新型甚高密度互连布线技术，将预先在铜箔表面上使用导电胶制作的导电凸块穿透熔融态的半固化片使两面的铜箔连接在一起，从而实现层间互连。不需要孔加工、电镀铜等工艺，比ALIVH技术具有更显著的优点，是高密度基板制造技术的一个重大技术突破。

在B2it BUM基板制作过程中，首先将导电胶（含铜粉或少量银粉）刮印在铜箔表面，加热固化后，形成圆锥形状的导电凸块，其直径为0.2～0.3mm。如果制作两层B2it BUM基板，则将带有导电凸块的铜箔、半固化片、铜箔上下依次叠合后放入加热，加热至半固化片完全熔融后，加压使圆锥状凸块能顺利穿透熔融态的半固化片，并与另一面的铜箔表面接触，实现熔融黏结，形成层间电气互连。对于四层B2it BUM基板，以上述方法制作的两层B2it BUM基板为芯板，在其上下两面分别叠合半固化片、带导电凸块铜箔，形成带导电凸块铜箔/半固化片/两层B2it BUM芯板/半固化片/带导电凸块铜箔的叠合结构后，放入压机中加热，加热至半固化片完全熔融后，加压使铜凸块能顺利穿透熔融态的半固化片，并与另一面的铜箔表面接触，实现熔融黏结，形成四层电气互连的B2it BUM基板。

导电胶由导电铜粉（银粉或含少量银粉的铜粉等）、高T_g热固性树脂（如环氧树脂、BT树脂等）和固化剂等组成，不能含有挥发性物质，如溶剂等。导电胶固化形成的柱状导电凸块应具有较强的耐热性，其玻璃化转变温度（T_g1）应该要比半固化片树脂的玻璃化转变温度（T_g2）高30～50℃。在层压过程中，加热使半固化片的树脂熔融处于流动状态时，导电凸块还处于固体未软化状态，就可以顺利穿透半固化片的熔融流动态树脂，与另一面的铜箔黏结而实现层间电气连接。导电胶的导电颗粒粒径应尽量小，以利于穿透增强纤维无纺布的孔径。采用对导电胶进行印刷的不锈钢模板的漏印窗口，应具有高的孔壁垂直度及光洁度，以保证能够漏印出最佳的导电凸块形状。

在通过加热、加压的层压方法实现铜箔的层间互连的过程中，层压温度、压力、导电凸块外形等都需要精准调控，才能保证导电凸块能够穿透或滑进半固化片的纤维层并显露出尖端与另一面铜箔接触，再设置所需的层压条件进行层压，从而固化成型。

将层压覆铜板制作完成后，按常规方法制作表面电路图形，得到双面布线的基板或芯板，依此类推，在此双面芯板的两面上各依次叠加半固化片和带导电凸块的铜箔，再经过层压、图像转移加工可得到4层B2it BUM基板。以4层B2it BUM基板整体作为芯板，可制作8层B2it BUM基板。由这种方法制作的基板也叫全B2it BUM基板。将B2it基板技术与传统PCB技术结合起来，也可以制作混合式B2it BUM基板。因此，B2it BUM基板共包括4种类型：①双面B2it BUM基板；②多面B2it BUM基板；③混合式6层B2it BUM基板，由两个双面B2it BUM芯板和一个传统双面基板组成；④混合式10层B2it BUM基板，由四层双面B2it BUM芯板和一个传统双面芯板组成。图2.28是4种类型B2it BUM基板的剖面结构图。

混合式B2it BUM基板的制作过程是先分别制作双面或4层B2it BUM芯板及PCB板，再根据具体需要对位层压而成。相比纯粹的B2it BUM基板，这些多种多样的混合式B2it BUM基板具有特殊的贯通孔结构，有助于改善基板的散热性。相比传统的多层互连基板，混合式基板具有更高的布线密度和布置内部导通孔等优点。制作B2it BUM基板的关键技术是导电胶性能调控、导电胶凸块印制和层间互连层压工艺的精确控制。为了实现导电凸块的穿透，需要采用单层结构与合适厚度的半固化片。为了满足高速元器件的实装要求，需要采用低介电常数的树脂，如改性双马树脂、改性BT树脂、改性PPE树脂等，合理地利用这些材料技术可使B2it BUM基板满足高频、高速电路的各种实装要求。

总结与展望：刚性高密度封装基板是在PCB技术基础上，为了满足高密度IC封装的需求而发展起来的新型基板技术，目前已经成为国家微电子产业的核心技术。随着IC电路封装朝着高速化、高性能化、小型化、薄型化、低成本化等方向的快速发展，高密度封装基板需要承担的责任越来越重要，承载的功能越来越多，要求封装基板及其材料制造技术必须朝着更高水平快速发展。高密度封装基板制造技术由多层互连芯板及关键材料制造技术与积层多层板及其关键制造技术共同构成，主要用于BGA、CSP、WLP、SiP等高密度封装，大力发展刚性封装基板材料技术对于推动微电子产业的快速发展具有至关重要的作用。