HDI板、UHDI板和類載板、載板

龔永林

（本刊主編）

0 引言

高密度互連（high density interconnector，HDI）板、超高密度互連（ultra high density interconnector，UHDI）板和類載板（substrate-like printed circuit board，SLP）、集成電路（integrated circuit，IC）載板是一脈相承印制電路板（printed circuit board，PCB），本文對(duì)此做相關(guān)介紹。

1 細(xì)線化的板

隨著電子設(shè)備的小型化及輕量化，PCB 向小型、輕薄、高密度方向發(fā)展，手機(jī)等便攜小型化的產(chǎn)品導(dǎo)致了HDI 板的大量應(yīng)用。HDI 板市場(chǎng)動(dòng)力主要來自手機(jī)設(shè)計(jì)的變化，以及IC 封裝的需要。

當(dāng)前手機(jī)厚度越來越薄，雖然屏幕尺寸因視野需要不再縮小，但由于需要容納更大的電池，因此提供給PCB 的空間將更小。PCB 通過孔、連接盤和導(dǎo)線的小型化來提高HDI 板的互連密度，還需要最大限度地提高電氣性能，減少延遲和增加信號(hào)速度。

自20 世紀(jì)90 年代中期以來，HDI 板線路密度經(jīng)歷了三代變化，從最初的減成法技術(shù)，線寬/線距下降到60 μm；到任意層互連技術(shù)，線寬/線距降到40 μm；再到改進(jìn)型半加成法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線寬/線距小于30 μm。如圖1所示。

圖1 不同階段HDI板線路密度

以球柵陣列（ball grid array，BGA）結(jié)構(gòu)為代表的IC 封裝普遍應(yīng)用，HDI 板的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)包括線路尺寸和間距、導(dǎo)通孔直徑和連接盤尺寸，通常受BGA 連接盤的I/O 節(jié)距制約。隨著BGA 的I/O 數(shù)增加，節(jié)距普遍小于0.5 mm，使用節(jié)距0.30 mm和0.25 mm的BGA增加，就需要25 μm和30 μm的線寬/線距。

2 界于HDI 板和IC 載板之間的SLP

智能手機(jī)對(duì)小型化有著很強(qiáng)烈的需求，2017年，蘋果手機(jī)（iPhone）要求PCB 密度類似于封裝載板，于是產(chǎn)生了SLP，也促進(jìn)了改進(jìn)型半加成法（modified semi additive process，MSAP）的發(fā)展。2018 年初，三星Galaxy 手機(jī)也采用了系統(tǒng)化布置設(shè)計(jì)（systematic layout planning，SLP），此后采用SLP的手機(jī)廠商越來越多。

SLP 的命名來源是其主要特征線寬和線距（L/S）尺寸界于常規(guī)PCB 和IC 載板之間。傳統(tǒng)PCB 以及HDI板的線寬和線距尺寸大于30/30 μm，而IC 載板的線寬和線距通常小至15/15 μm。因此，將L/S達(dá)到小于30/30 μm 的HDI 板稱為SLP，目前SLP 的L/S范圍為30/30 μm 與20/20 μm 之間，見表1。SLP 是具有接近于IC 載板特征尺寸的PCB。

表1 類載板的界限

SLP 制造工藝釆用半加成法（semi additive process，SAP）和MSAP，這也是IC 載板制造中常用的工藝。SAP 和MSAP 處理都從介質(zhì)芯板和薄的銅層開始。一般來說，SAP 處理從薄的化學(xué)鍍銅層（小于1.5 μm）開始，MSAP 從薄的層壓銅箔（1.5～5.0 μm）開始，以薄銅箔為種子層然后進(jìn)行圖形電鍍與閃蝕。

MSAP 能夠?qū)崿F(xiàn)線寬與間距30/30 μm 甚至20/20 μm，達(dá)到大批量和較低成本的生產(chǎn)能力，目前已成為類載板的主流工藝。SLP 的規(guī)格需求則是30/30 μm。類載板的基材與IC 封裝用載板相似，主要是BT 樹脂的CCL 與ABF 樹脂的積層介質(zhì)膜。

3 超高密度互連的 HDI 板（UHDI板）

從智能手機(jī)到可穿戴設(shè)備，以及需要小尺寸的醫(yī)療設(shè)備，這些需求推動(dòng)了HDI 的發(fā)展，于是就有了超高密度互連（Ultra HDI）的概念。IPC Ultra HDI 小組委員會(huì)定義超高密度互連（UHDI）為線寬和間距小于50 μm，微導(dǎo)通孔直徑75 μm 及以下的PCB（參照PCBDesignMagazine2022 年第10期資料）。如圖2所示。

圖2 UHDI剖析

UHDI 應(yīng)用如下：穿戴設(shè)備、植入式醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)用攝像頭、助聽器、5G 設(shè)備、高性能計(jì)算機(jī)等。

4 最高密度的IC載板

IC 載板是承載IC 芯片的基板，對(duì)裸芯片起到保護(hù)和與外界連接的作用。IC 有許多種不同的封裝形式，也就有多種不同的載板類型，按基板材料區(qū)別就有無機(jī)載板和有機(jī)載板，如采用陶瓷與玻璃基板的是無機(jī)載板，采用聚合物樹脂基板的是有機(jī)載板?，F(xiàn)在大多數(shù)為有機(jī)載板，樹脂基板相對(duì)于陶瓷基板加工容易、成本低。有機(jī)載板也有剛性和撓性之區(qū)分，通常所說IC 載板都是指有機(jī)剛性載板。

IC 載板與PCB 的生產(chǎn)工藝技術(shù)是相同的，尤其有機(jī)IC 載板是HDI 板及UHDI 板精細(xì)化的成果，只是因?yàn)槠溆糜贗C 封裝而被稱IC 封裝載板（或IC 載板）。IC 的超高集成度設(shè)計(jì)和先進(jìn)封裝工藝，使PCB 做得更小，推進(jìn)HDI 板、UHDI 板、類載板和IC載板向高密度發(fā)展。

有機(jī)IC 載板都采用SAP 或MSAP 工藝制造，只是載板生產(chǎn)需要更高水平的設(shè)備，如直接成像、激光鉆孔、差分蝕刻、微孔電鍍及高分辨力自動(dòng)化光學(xué)檢測(cè)（automated optical inspection，AOI）等，還需要精密計(jì)量和測(cè)試裝置以及潔凈生產(chǎn)環(huán)境。

現(xiàn)在，倒裝芯片（flip chip，F(xiàn)C）封裝及2.5D/3D封裝采用硅通孔技術(shù)（through silicon via，TSV），組件的先進(jìn)封裝載板之線寬/線距（L/S）己在15/15 μm 內(nèi)，并向10/10 μm 過渡。有些高端產(chǎn)品需要封裝載板的L/S＜10/10 μm，已經(jīng)出現(xiàn)有L/S為6/8 μm甚至更小的封裝載板；同時(shí)，微導(dǎo)通孔也小至50 μm 甚至更小，更高密度IC 載板仍在發(fā)展之中。

半導(dǎo)體芯片不可能飄浮在空中，必須有載板承載才起作用。IC載板充分體現(xiàn)了PCB與IC的骨肉相連關(guān)系，還有IC測(cè)試板同樣是PCB之一。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了HDI 板、UHDI 板和類載板、IC載板的基本特性與相互關(guān)系。將其基本特征歸納如下。

（1）HDI 板是最小線寬/線距不大于0.100 mm，最小導(dǎo)通孔直徑不大于0.125 mm。

（2）UHDI 板最小線寬/線距小于0.050 mm，最小導(dǎo)通孔直徑小于0.075 mm，層間介質(zhì)層厚度小于0.050 mm的HDI板。

（3）SLP最小線寬/線距0.030/0.020 mm。

（4）IC 封裝載板最小線寬/線距小于0.010 mm，最小導(dǎo)通孔直徑小于0.050 mm。

以上電路板的共性是含有盲孔和/或埋孔，且都是采用積層法工藝的多層板。

PCB 的HDI 及UHDI 發(fā)展為PCB 帶來了新的市場(chǎng)機(jī)遇，HDI 及UHDI 過渡到SLP，為IC 載板技術(shù)打下了基礎(chǔ)；IC 載板為PCB 開拓了新途徑，達(dá)到更高境界?，F(xiàn)在，IC 載板和HDI 工藝趨于融合、相互依賴、相互促進(jìn)，從而取得共同成功。