封装基板的常见材料

封装基板的常见材料主要包括以下几种：

·         塑料封装基板：导热率低，可靠性差，不太适合对性能要求较高的应用。

·         金属封装基板：导热系数高，但热膨胀系数往往不匹配，价格也较高。

·         陶瓷封装基板：

o    氧化铝陶瓷基板：原料来源丰富，成本低，机械强度和硬度高，绝缘性能好，热冲击性能好，耐化学腐蚀，尺寸精度高，与金属附着力好，是综合性能较好的陶瓷基板材料，广泛应用于电子工业，占陶瓷基板总量的 90%。

o    氮化铝陶瓷基板：具有良好的导热性、可靠的电绝缘性、低介电常数和介电损耗，与硅的热膨胀系数相匹配，是新一代高集成度半导体基板和电子封装的理想选择材料，但核心原料氮化铝粉的制备工艺复杂、能耗高、周期长、成本高。

o    氮化硅陶瓷基板：具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、抗氧化性好、热腐蚀性能好、摩擦系数小等优良性能，与 Si、SiC、GaAs 等材料具有良好的匹配性，但介电性能较差，生产成本高。

o    碳化硅陶瓷基板：具有较高的热导率，在高温下可达 100w/(m·k)～400W/(m·k)，但介电常数太高，抗压强度低，只适合低密度封装。

o    氧化铍陶瓷基板：热导率高，在高温、高频下电性能好，耐热性、耐热冲击性和化学稳定性好，但粉末具有毒性，生产成本高，限制了其生产和应用。

o    氮化硼陶瓷基板：可以以六方晶和立方晶两种形式结晶。

·         刚性基板：

o    FR4：由玻璃纤维布浸渍在环氧树脂中，然后经过热压和固化处理形成的复合材料，具有阻燃性好，机械强度高，电绝缘性能优，热稳定性佳等特点。

o    BT：具有高的玻璃化转变温度，较低的热膨胀系数与介电常数，良好的绝缘性等，是 BGA 封装的标准基板材料，也可用于 CSP 封装。

o    ABF：是一种应用于 CPU、GPU 等高端芯片封装中的高刚性及高度耐用的材料，通常用于作为封装基板的内层绝缘材料。

·         柔性基板：

o    PI（聚酰亚胺）

o    PEEK（聚醚醚酮）

o    PET（聚酯）

o    PDMS

封装基板材料的特性

封装基板材料的特性因材料种类而异：

·         氧化铝陶瓷基板：电绝缘性能好，热导率较高，热冲击性能良好，耐化学腐蚀，尺寸精度高，与金属附着力好，但热膨胀系数和介电常数相对较高。

·         氮化铝陶瓷基板：导热性出色，电绝缘性可靠，介电常数和介电损耗低，与硅的热膨胀系数匹配良好，但制备成本高。

·         氮化硅陶瓷基板：硬度和强度高，热膨胀系数小，抗氧化和热腐蚀性能好，摩擦系数小，但介电性能较差，生产成本高。

·         碳化硅陶瓷基板：热导率高，抗氧化性能好，但介电常数高，抗压强度低。

·         氧化铍陶瓷基板：热导率高，在高温高频下电性能好，耐热性等性能良好，但粉末有毒且生产成本高。

·         氮化硼陶瓷基板：具有不同的晶体结构，特性也有所不同。

·         FR4：阻燃性好，机械强度高，电绝缘性能优，热稳定性佳。

·         BT：玻璃化转变温度高，热膨胀系数和介电常数低，绝缘性好。

·         ABF：高刚性，耐用。

对于一般的封装基板，如 Al2O3 陶瓷，其热膨胀系数和介电常数相对 Si 单晶偏高，热导率不够高，不适合在高频、大功率、超大规模集成电路中使用；SiC 陶瓷热导率高，但介电常数高且介电强度低，只适于低密度封装；AlN 材料介电性能优良、化学性能稳定，热膨胀系数与硅较匹配，但热导率有发展瓶颈。

而金刚石作为新型半导体封装基板，热导率高达 2200~2600W/(m.K)，热膨胀系数约为 1.1×10-6/℃，在半导体、光学等方面具备其他封装材料所达不到的优良特性。

封装基板的作用

封装基板主要起到以下作用：

·         为芯片提供电连接，实现芯片与外部电路的有效通信。

·         对芯片起到保护作用，防止外界环境对芯片造成损害，如物理冲击、化学腐蚀等。

·         为芯片提供支撑，确保芯片在使用过程中的稳定性。

·         帮助芯片散热，将芯片工作时产生的热量有效地传导出去，避免芯片因过热而性能下降或损坏。

·         实现芯片的多引脚化，满足复杂电路的连接需求。

·         缩小封装产品的体积，提高集成度。

·         改善电性能，如降低信号干扰、提高传输速度等。

·         实现超高密度或多芯片的模块化，便于系统的设计和组装。

不同材料对封装基板作用的影响

不同的封装基板材料因其特性的差异，对封装基板的作用产生不同的影响：

·         对于散热性能，如氧化铝陶瓷基板的热导率相对较低，而氮化铝、氮化硅、碳化硅等陶瓷基板的热导率较高，能更有效地将芯片产生的热量散发出去。

·         在电性能方面，材料的介电常数和介电损耗会影响信号传输的速度和质量，低介电常数和介电损耗的材料如氮化铝更有利于高频信号的传输。

·         热膨胀系数的匹配程度也至关重要，若基板材料与芯片的热膨胀系数不匹配，在温度变化时会产生应力，可能导致芯片损坏或连接失效。例如，氮化铝的热膨胀系数与硅较为匹配，能减少热应力的影响。

·         材料的机械强度和硬度会影响基板的支撑性能，如氮化硅陶瓷基板的硬度和强度高，能为芯片提供更稳固的支撑。

·         材料的成本和可加工性也会影响封装基板的应用范围和生产效率。

封装基板材料和作用的最新研究进展

随着电子封装技术的不断发展，封装基板材料和作用也在不断演进：

·         在材料方面，研究人员致力于开发更高性能、更低成本的封装基板材料。例如，对陶瓷基板的研究集中在提高其导热性能、降低生产成本和改善工艺；对有机基板材料的研究则注重提高其耐热性、降低介电常数等性能。

·         在作用方面，封装基板不仅要满足传统的电连接、保护、支撑和散热等功能，还需要适应更高集成度、更小尺寸、更高频率和更复杂的系统需求。例如，在 5G 通信、人工智能等领域，对封装基板的信号传输速度、散热效率和可靠性提出了更高的要求。

·         同时，新的封装技术和工艺的出现，也推动了封装基板材料和作用的创新。例如，系统级封装（SIP）技术的发展，使得封装基板需要具备更好的兼容性和多层互连能力。

·         半导体封装清洗剂W3210介绍

·         半导体封装清洗剂W3210是合明自主开发的PH中性配方的电子产品焊后残留水基清洗剂。适用于清洗PCBA等不同类型的电子组装件上的焊剂、锡膏残留，包括 SIP、WLP等封装形式的半导体器件焊剂残留。由于其 PH 中性，对敏感金属和聚合物材料有绝佳的材料兼容性。

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