封裝基板標準現狀與發展方向

李其聰 曹可慰 吳怡然

關鍵詞：先進封裝，封裝基板，標準，標準體系

0 引言

傳統的集成電路封裝是以引線框架作為導通線路和支撐電路的載板，主要連接引腳于框架的四周。隨著封裝技術的發展，QFP等框架類的封裝形式無法滿足多引腳的產品需求，以BGA、CSP為代表的先進封裝逐漸發展，先進封裝對應的封裝基板開始占據更多市場。國際電子工業聯接協會（IPC）調查報告認為，先進封裝是未來半導體產業發展的關鍵和驅動力，可推動IC超大規模化發展[1]。對于IC技術發展，由于芯片密度增長已經趨緩，因此未來集成電路高密度多功能會越來越依賴于先進封裝。封裝基板在實現多引腳，縮小封裝尺寸，提高布線密度等方面具有突出優勢，是先進封裝環節中極為重要的一環[2]。根據封裝基板與芯片的連接方式和基板與印制板之間的連接方式，封裝基板可分為四大類：塑封球珊陣列封裝（PBGA）、引線鍵合晶圓級封裝（WBCSP）、倒裝芯片球柵格陣列（FCBGA）和倒裝芯片級封裝（FCCSP），表1為封裝基板的分類及應用。

1 國內外產業現狀和發展趨勢

隨著智能手機的普及和智能制造，5G應用，智能駕駛的快速發展，全球半導體市場出現了供不應求的市場格局，同時也帶動了封裝材料市場規模的持續快速增長。根據行業權威機構統計，全球封裝材料市場規模204億美元，其中封裝基板市場規模達到67.3億美元[3]。

全球封裝基板市場基本由中國臺灣省、日本、韓國等企業占據。中國臺灣省基板企業領跑全球，其中欣興電子占基板市場總產值的20%，是基板市場中的龍頭企業。日本企業主要引領全球封裝基板企業的發展方向和技術水平，如：揖斐電、新光電器、京瓷等企業在封裝基板市場上有較大的份額。TOP10企業市場占有率高達85%，具體市場份額占比如圖1所示。

中國企業雖起步較晚，但由于市場規模巨大，所以成長較快，未來可期，代表企業有深南電路、興森快捷、珠海越亞等[4]。深南電路在FCBGA、CSP等基板領域已相對成熟，MEMS系統封裝基板全球市場占有率已突破30%；興森科技產品現已通過三星認證，主要產品包括PBGA、FCCSP；珠海越亞的射頻芯片封裝基板全球市場占比達到25%，無芯封裝基板已向安華高科等供貨多年[5]。

2 封裝基板國內外標準現狀

2.1 國外標準體系及標準現狀

封裝材料的行業分類，按照GB/T 4754-2017的分類方式，屬于C3985電子專用材料制造，其中的互聯與封裝材料。封裝材料沒有對應的國際標準，ASTM和JEDEC中也沒有相關材料標準，相關標準集中于國外先進團體標準SEMI標準中。SEMI標準中封裝基板標準共12項，其中產品標準11項，方法標準1項，均為陶瓷基板相關標準。但目前在基板領域，SEMI標準的技術指標偏低，且多根據產品的型號來制定產品標準，標準的顆粒度過細，通用性較低，且缺乏先進封裝用封裝基板標準。

2.2 國內標準體系及標準現狀

目前我國的PBGA、WBCSP等封裝基板已基本實現國產化替代，是我國封裝材料的潛在長板產品，但封裝材料中的FCCSP、FCBGA等基板仍是典型的短板材料。封裝基板的原材料中極薄銅箔、樹脂、阻焊油墨、激光干膜等關鍵材料在技術上仍未實現突破，需完全依賴日韓等國進口。

我國電子材料領域標準以國家標準、電子行業標準為主，也包括少數有色行業標準和化工行業標準，由于我國的封裝產業相對國際發展較晚，因而標準化工作進程也較慢，此外國內對于標準的整合力度較大，標準顆粒度普遍高于SEMI標準，因此封裝材料標準只有18項，相比SEMI標準更少。但現行標準中也沒有封裝基板相關的標準，只有一項國家標準《剛性有機封裝基板通用規范》在研，該標準由興森快捷電路科技有限公司牽頭，全國半導體設備和材料標準化技術委員會（TC203）和全國印制電路標準化技術委員會（TC47）聯合歸口管理，該標準只對剛性單、雙面和多層封裝基板進行技術規范，與封裝基板產業發展相比，仍存在大量標準空白。

3 標準化發展建議

雖然通過國標體系優化工作，對封裝材料進行統籌規劃，按產業體系分類分級方式優化重構標準體系，但體系中封裝基板的標準與產業發展形勢要求仍存在差距，因此建議從以下3方面加快封裝基板的標準化發展步伐。

3.1 統籌規劃標準體系設計

我國在先進封裝領域中封裝基板的全球價值鏈位置仍偏低，核心材料、技術仍受制于人，因此產業發展的關鍵行動是推動產業鏈升級，力推自主研發、國產化，使得關鍵環節自主可控。在未來我國封裝產業轉型升級的重點應解決產業鏈中的瓶頸和制約，對產業鏈中的先進封裝用封裝基板這一薄弱環節應統籌資源發展、集中力量攻關，提升基礎材料和工藝的產業發展水平，著力優化產業配套半徑，建立關鍵產業配套備選清單，以“鏈主企業”帶動全產業鏈創新。TC203現已完成國標體系優化，電子材料標準體系相較之前有較大改變，其中封裝基板位于封裝材料標準體系中，產品標準根據封裝應用大類展開分類，方法標準則根據相關性能測試進行分類，同時與先進封裝工藝標準緊密聯系，將關鍵工藝指標和封裝基板產品研制同步推進，服務產品的驗證導入。封裝材料標準體系如圖2所示。

3.2 加強短板材料標準研制

當代科學技術的迅猛發展和全球經濟一體化進程的推進，標準化已經滲透到現代科技發展的前沿，促進高新技術轉化為新的生產力，形成新的經濟增長點，實施標準戰略已經成為我國加強自主創新，建設創新型國家戰略的重要組成部分。雖然我國短板產品近幾年有較大突破，但是國內制造企業對于新技術的掌握以及產品設計和制造質量的控制手段等方面仍同國外存在較大差距，因而制定擁有自主知識產權的短板材料標準不僅可以起到固化科技創新成果，助力產品推廣實施，促進形成研發合力，更是推動我國整個封測產業的保障。

3.3 先進標準支撐質量提升

與此同時，隨著人工智能、5G、大數據為代表的新基建國家戰略的推進，高密度、高速率、高可靠性、低功耗和低時延的技術要求催生出以系統級封裝技術為代表的一系列復雜的先進封裝技術，將為整個封測行業帶來廣闊的發展前景。目前封裝基板的產品分類仍多根據下游客戶進行定制化生產，因而需要建立完善的標準技術指標體系和測試方法體系從而規范基板產業的發展，保障質量檢測，從而促進質量升級。而且我國具有自主知識產權的先進封裝基板標準尚屬空白，因而急需聚焦先進封裝，完善標準體系，引領封裝產業升級。