HDI板、UHDI板和类载板、载板

2024-02-27龚永林

印制电路信息 2024年1期

龚永林

（本刊主编）

0 引言

高密度互连（high density interconnector，HDI）板、超高密度互连（ultra high density interconnector，UHDI）板和类载板（substrate-like printed circuit board，SLP）、集成电路（integrated circuit，IC）载板是一脉相承印制电路板（printed circuit board，PCB），本文对此做相关介绍。

1 细线化的板

随着电子设备的小型化及轻量化，PCB 向小型、轻薄、高密度方向发展，手机等便携小型化的产品导致了HDI 板的大量应用。HDI 板市场动力主要来自手机设计的变化，以及IC 封装的需要。

当前手机厚度越来越薄，虽然屏幕尺寸因视野需要不再缩小，但由于需要容纳更大的电池，因此提供给PCB 的空间将更小。PCB 通过孔、连接盘和导线的小型化来提高HDI 板的互连密度，还需要最大限度地提高电气性能，减少延迟和增加信号速度。

自20 世纪90 年代中期以来，HDI 板线路密度经历了三代变化，从最初的减成法技术，线宽/线距下降到60 μm；到任意层互连技术，线宽/线距降到40 μm；再到改进型半加成法技术，实现线宽/线距小于30 μm。如图1所示。

图1 不同阶段HDI板线路密度

以球栅阵列（ball grid array，BGA）结构为代表的IC 封装普遍应用，HDI 板的关键设计参数包括线路尺寸和间距、导通孔直径和连接盘尺寸，通常受BGA 连接盘的I/O 节距制约。随着BGA 的I/O 数增加，节距普遍小于0.5 mm，使用节距0.30 mm和0.25 mm的BGA增加，就需要25 μm和30 μm的线宽/线距。

2 界于HDI 板和IC 载板之间的SLP

智能手机对小型化有着很强烈的需求，2017年，苹果手机（iPhone）要求PCB 密度类似于封装载板，于是产生了SLP，也促进了改进型半加成法（modified semi additive process，MSAP）的发展。2018 年初，三星Galaxy 手机也采用了系统化布置设计（systematic layout planning，SLP），此后采用SLP的手机厂商越来越多。

SLP 的命名来源是其主要特征线宽和线距（L/S）尺寸界于常规PCB 和IC 载板之间。传统PCB 以及HDI板的线宽和线距尺寸大于30/30 μm，而IC 载板的线宽和线距通常小至15/15 μm。因此，将L/S达到小于30/30 μm 的HDI 板称为SLP，目前SLP 的L/S范围为30/30 μm 与20/20 μm 之间，见表1。SLP 是具有接近于IC 载板特征尺寸的PCB。

表1 类载板的界限

SLP 制造工艺釆用半加成法（semi additive process，SAP）和MSAP，这也是IC 载板制造中常用的工艺。SAP 和MSAP 处理都从介质芯板和薄的铜层开始。一般来说，SAP 处理从薄的化学镀铜层（小于1.5 μm）开始，MSAP 从薄的层压铜箔（1.5～5.0 μm）开始，以薄铜箔为种子层然后进行图形电镀与闪蚀。

MSAP 能够实现线宽与间距30/30 µm 甚至20/20 µm，达到大批量和较低成本的生产能力，目前已成为类载板的主流工艺。SLP 的规格需求则是30/30 μm。类载板的基材与IC 封装用载板相似，主要是BT 树脂的CCL 与ABF 树脂的积层介质膜。

3 超高密度互连的 HDI 板（UHDI板）

从智能手机到可穿戴设备，以及需要小尺寸的医疗设备，这些需求推动了HDI 的发展，于是就有了超高密度互连（Ultra HDI）的概念。IPC Ultra HDI 小组委员会定义超高密度互连（UHDI）为线宽和间距小于50 μm，微导通孔直径75 μm 及以下的PCB（参照PCBDesignMagazine2022 年第10期资料）。如图2所示。

图2 UHDI剖析

UHDI 应用如下：穿戴设备、植入式医疗设备、医用摄像头、助听器、5G 设备、高性能计算机等。

4 最高密度的IC载板

IC 载板是承载IC 芯片的基板，对裸芯片起到保护和与外界连接的作用。IC 有许多种不同的封装形式，也就有多种不同的载板类型，按基板材料区别就有无机载板和有机载板，如采用陶瓷与玻璃基板的是无机载板，采用聚合物树脂基板的是有机载板。现在大多数为有机载板，树脂基板相对于陶瓷基板加工容易、成本低。有机载板也有刚性和挠性之区分，通常所说IC 载板都是指有机刚性载板。

IC 载板与PCB 的生产工艺技术是相同的，尤其有机IC 载板是HDI 板及UHDI 板精细化的成果，只是因为其用于IC 封装而被称IC 封装载板（或IC 载板）。IC 的超高集成度设计和先进封装工艺，使PCB 做得更小，推进HDI 板、UHDI 板、类载板和IC载板向高密度发展。

有机IC 载板都采用SAP 或MSAP 工艺制造，只是载板生产需要更高水平的设备，如直接成像、激光钻孔、差分蚀刻、微孔电镀及高分辨力自动化光学检测（automated optical inspection，AOI）等，还需要精密计量和测试装置以及洁净生产环境。

现在，倒装芯片（flip chip，FC）封装及2.5D/3D封装采用硅通孔技术（through silicon via，TSV），组件的先进封装载板之线宽/线距（L/S）己在15/15 μm 内，并向10/10 μm 过渡。有些高端产品需要封装载板的L/S＜10/10 μm，已经出现有L/S为6/8 μm甚至更小的封装载板；同时，微导通孔也小至50 μm 甚至更小，更高密度IC 载板仍在发展之中。

半导体芯片不可能飘浮在空中，必须有载板承载才起作用。IC载板充分体现了PCB与IC的骨肉相连关系，还有IC测试板同样是PCB之一。