玻璃基板、柔性基板和陶瓷基板的優(yōu)劣勢

在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，玻璃基板、柔性基板和陶瓷基板各自具有獨(dú)特的優(yōu)勢和劣勢，這些特性決定了它們在不同應(yīng)用場景中的適用性。

玻璃基板

圖1 玻璃基板應(yīng)用于3維集成(圖源：廈門云天)

優(yōu)勢

1、低介電常數(shù)：玻璃基板具有較低的介電常數(shù)，能夠有效降低信號傳輸過程中的延遲與損耗，這對于高頻高速信號傳輸要求極高的現(xiàn)代芯片而言至關(guān)重要。

2、高耐熱性和熱穩(wěn)定性：玻璃基板的耐熱性和熱穩(wěn)定性較高，能夠適應(yīng)芯片在工作過程中產(chǎn)生的高熱量，保障芯片在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

3、高平整度：玻璃基板的表面平整度高，有利于實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的線路制作與芯片封裝工藝。

4、良好的電氣絕緣性能：玻璃基板的電氣絕緣性能優(yōu)異，可以有效防止電氣故障，提高半導(dǎo)體器件的安全性。

圖2 玻璃通孔基板SEM圖(圖源：廈門云天)

劣勢：

1、成本高昂：與有機(jī)材料相比，玻璃基板的生產(chǎn)成本相對較高，這可能會(huì)限制其在某些低成本產(chǎn)品中的應(yīng)用。

2、加工難度大：雖然玻璃基板具有良好的加工性能，但在某些特定工藝上，如精細(xì)打孔和超薄切割等方面，仍存在一定的技術(shù)難度。

3、脆性：玻璃基板雖然硬度高，但表現(xiàn)出一定的脆性，可能在加工、運(yùn)輸和安裝過程中導(dǎo)致破損。

柔性基板

圖3貼裝了射頻器件的柔性基板

優(yōu)勢：

1、柔韌性和彎曲能力：柔性基板能夠彎曲和折疊，適用于需要?jiǎng)討B(tài)連接或復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

2、輕薄：柔性基板通常比剛性基板更輕、更薄，適合空間有限的應(yīng)用。

3、良好的散熱性能：由于其薄且靈活的特性，柔性材料有利于散熱，改善高散熱型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

4、減少焊點(diǎn)應(yīng)力：柔性基板可以減少焊點(diǎn)的應(yīng)力，提升連接可靠性。

5、動(dòng)態(tài)連接：柔性基板可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連接，支持立體化組裝設(shè)計(jì)。

劣勢：

1、翹曲不可控：柔性基板存在嚴(yán)重的翹曲問題，可能影響組裝質(zhì)量和良率。

2、加工復(fù)雜：柔性基板的加工過程比較復(fù)雜，尤其是形狀變化難以通過工具實(shí)現(xiàn)。

3、成本高：柔性基板的單價(jià)比同面積的剛性板要高，且加工成本昂貴。

4、特性阻抗穩(wěn)定性差：由于線路形狀不固定，柔性基板的特性阻抗穩(wěn)定性較差。

陶瓷基板

圖4應(yīng)用于IGBT組件封裝的直接覆銅陶瓷基板

優(yōu)勢：

1、優(yōu)異的絕緣性能：陶瓷基板具有出色的絕緣性能，確保電子元件保持隔離并受到外部影響的保護(hù)。

2、低介電常數(shù)：陶瓷基板的低介電常數(shù)有助于最小化信號損失和干擾，實(shí)現(xiàn)電路內(nèi)電信號的高效傳輸。

3、低熱膨脹系數(shù)：陶瓷基板的低熱膨脹系數(shù)確保了電子元件在不同熱條件下的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性。

4、高熱導(dǎo)率：陶瓷基板具有高熱導(dǎo)率，能夠有效散熱，防止熱量積聚。

5、氣密性好和化學(xué)穩(wěn)定性：陶瓷基板具有出色的氣密性和化學(xué)穩(wěn)定性，適用于需要高度防護(hù)環(huán)境因素的應(yīng)用。

劣勢：

1、脆性：陶瓷基板具有一定的脆性，處理時(shí)可能存在破損風(fēng)險(xiǎn)。

2、成本高：高性能陶瓷基板的制造成本較高，尤其是采用HTCC等早期技術(shù)的基板。

3、尺寸精確度略差：某些陶瓷基板(如LTCC)的尺寸精確度有待突破。

玻璃基板以其低介電常數(shù)、高耐熱性和高平整度在高頻高速信號傳輸中具有優(yōu)勢;柔性基板則以其柔韌性和輕薄特性適用于動(dòng)態(tài)連接和復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的應(yīng)用;而陶瓷基板則以其優(yōu)異的絕緣性能、低熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)率在高功率、高頻和高可靠性要求的芯片產(chǎn)品中表現(xiàn)出色。在選擇封裝材料時(shí)，需要綜合考慮具體應(yīng)用的需求和各種材料的優(yōu)缺點(diǎn)。