有機封裝基板標準化工作現狀及發展思考

李錕，曹易，田欣，薛超

（1.中國電子技術標準化研究院，北京 100007；2.全國印制電路標準化技術委員會（SAC/TC47），北京 100007）

0 引言

有機封裝基板的標準化是當前優化印制電路標準體系一個關鍵的熱點問題。在面對有機封裝基板這個行業高端產品子領域時，我國需要開始逐步探索一種符合行業發展規律的新的標準化工作思路，而不是簡單地在體系中補充一個產品規范。我國企業在有機封裝基板上的競爭，將面對一個沒有成熟路徑可依賴的風險型環境，而非數十年來熟悉的產業轉移式發展。本文討論了新賽道中標準化工作所承擔的階段性任務、需要制定的方針和未來開展的工作重點，為后續標準化工作提供思路。

1 我國印制電路標準化“跟隨”方針的背景

全國印制電路標準化技術委員會（SAC/TC47，以下簡稱“標委會”）自1987 年成立起，即按照國家發展階段的實際情況，實施以“跟隨”為特征的工作方針。三十多年來，我國印制電路行業快速實現了從手工作坊到產值世界第一的發展奇跡。這一發展得益于從先進國家引進的成功市場經驗、經營模式以及設備技術與我國相對廉價的自然稟賦條件的結合。隨著國際印制電路板產能向東亞地區的轉移和擴散，引進來的市場需求、技術發展路徑和協作配套關系產生了高效的技術轉移，通過與國外原材料、專用化學品以及專用設備企業的合作，我國快速地形成了中低端全品種印制電路板的制造能力，并發展出了本土的供應鏈條。

這個時期的標準化工作，強調緊跟國際標準、對接國際先進，為技術和商品國際流動提供便利。在引進國外成果的過程中，中國大陸和臺灣地區、日本、韓國均將國際先進標準作為一種技術成果和商業文件模板引入，并植入產業鏈的日?；顒又?。不論這些先進標準是源自國際電工委員會（IEC）或是其他協會組織，其傳播事實上是國際產業鏈主動轉移的一個體現，也是對國外先進技術和市場依賴性的表現。這種依賴某種程度上有其合理性，代表了市場需求端的力量和要求。

默許、追認，甚至主動采用這些國外先進標準，是這一時期扶助產業發展的一個有效策略，符合當時的發展條件。此階段，印制電路國家標準體系的建設是在借鑒國外先進標準發展脈絡的基礎上，保證國家、行業標準對產業鏈各個領域的全覆蓋，促使標準的技術水平達到國際門檻，并關注完善標準體系各標準的配套性。產業壯大、發展的結果可以證明，這個方針達到了其目的。

2 工作方針調整的必要性

以“跟隨”為特征的工作方針，面臨一個比較麻煩的問題：當我國印制電路板企業希望升級成為最高端產品——有機封裝基板的主要玩家時，原有的標準化工作基礎與形成新的產業優勢的需求之間有差距。高端產品的競爭不是公司與公司個體間的競爭，而是高度協調的公司群之間的競爭。標準化水平則體現了這種協調性。我國借助國外產業轉移所構建的龐大的印制電路板產業基底的內在結構并不完全具備構建、維持高端產品相關公司間“黏合力”的能力，行業中的市場主體也很難隨著產業結構升級的要求，有意識地主動構建符合當前階段需要的標準群。

3 有機封裝基板產業的特點

3.1 產業鏈高度集中，公司間關系穩定且緊密

有機封裝基板的產能集中度遠高于其他印制電路板品種。全球約80%的市場被位于日本、韓國和中國臺灣地區的全球前十大有機封裝基板生產廠占據，規模優勢明顯。中國大陸目前僅在華南地區有少數幾家公司擁有相對簡單的封裝基板生產技術。

最終的采購需求集中于高通、三星、蘋果、小米和聯發科等大型科技公司。因訂購數量龐大且交期集中，業內通常采用包產方式訂購，確保供應穩定。

這一產業供貨資質要求高。由于對產品質量和交期要求嚴格，獲得合格供方資格的過程相當復雜且時間較長，如三星的認證周期達到24 個月。同樣，一旦被認定，也不會輕易更換。

從所屬關系上看，相當部分的有機封裝基板大廠直接源自集成電路設計或封測行業，具有產業垂直整合的特點，如矽品科技從封測企業延伸出了有機封裝基板廠家全懋，聯電科技從集成電路設計延伸出了有機封裝基板廠家欣興。只有南亞和景碩來自于其他領域。

3.2 相關技術發展迅速，但基板材料處于壟斷狀態

有機封裝基板在自身的技術特征、工藝方法以及產品形態上都存在不同技術發展路線的可能性。線寬和線距（L/S）是區分有機封裝基板和“板級”印制電路板的技術特征。目前，在有機封裝基板（15 μm/15 μm級）和印制電路板（30 μm/30 μm 級）之間出現了用于芯片封裝的類載板（SLP），其線寬和線距小于30 μm/30 μm。從工藝方法上看，存在減成蝕刻法、半加成法（SAP）和改良半加成法（mSAP）共用的趨勢。這種共用，不但產生了更細的引線扇出和更密的導線間距，而且產品可以經歷更少的層壓。在產品形態上，為了應對晶圓扇出封裝技術（InFo-WLP）的出現可能引起的價值鏈轉移和產業鏈前后整合，有機封裝基板公司開始從配套標準芯片級封裝（CSP）、焊球陣列（BGA）等產品形態轉向大力發展三維嵌入式基板產品。

不論工藝技術如何變化，除極個別產品采用FR-4或FR-5 材料外，大多數剛性有機封裝基板均采用被少數日本公司掌握的兩三種基材，如三菱瓦斯、昭和電工掌握的雙馬來酞亞胺三嗓樹脂（BT 樹脂）和味之素掌握的增層膠膜（ABF）材料。這些基材經過長期測試、驗證和迭代，與客戶工藝配合度很高，事實上處于一定程度的壟斷狀態。

3.3 企業和行業發展的關鍵是穩定的供應和用戶聯系

從上述行業現狀可以看到，阻礙有機封裝基板發展的關鍵是在極高的技術難度下產生的巨大的客戶門檻和材料壁壘。這種特點顯示出封裝基板的發展必須構建在廣泛客戶群以及穩定材料供應的基礎上，也就是下游聯系應用，上游抓住材料。一旦構建了穩定的上下游關系，在我國集成電路的趕超式發展階段中，我國有機封裝基板完全可能再現其他中低端印制電路板品種那樣的大發展歷史。

4 有機封裝基板標準化工作思路及當前重點任務

通過有機封裝基板國家標準或行業標準的制定，在國家層面上規定出最低質量門檻，協助行政機關區分出合格產品和不合格產品，還遠遠不能達到企業在質量和成本方面對標準化工作的要求，不能支撐我國企業建立穩固的市場能力。

有機封裝基板的標準化工作應從建立和壯大產業發展環境處著手，也就是從產業發展的核心“下游聯系應用，上游抓住材料”處著手。有機封裝基板廠家取得集成電路設計及制造廠家的認證問題，實際是建立保質、保量、按時交付能力的問題。交付的前提是有機封裝基板廠家與客戶（集成電路制造商）在數據要求及設計規則方面交流無礙；具有一個被各方認可的產品性能要求和考核能力體系，保證產品的合格率水平。同時，為了保證材料供應穩定，還應從標準化的角度，牽引關鍵性材料可能的突破。

基于這種思路，應從以下三個方面重點開展標準化工作：1）探索集成電路設計、制造、印制板制造、印制板組件等產業鏈各環節相通的設計規則和數據格式類標準；2）圍繞有機封裝基板成品合格率，研制關鍵測試、檢驗方法標準以及相關產品規范；3）梳理有機封裝基板關鍵基材評價指標，鼓勵國內材料研發企業制定相關產品標準，不必苛求其產品應用的廣泛性。

4.1 共通設計標準的探索

大量有機封裝基板制造企業直接由集成電路設計或封測廠家投資。這種上下游垂直整合的經營方式是這個領域的一個重要特征，也是面對全球電子產品設計、制造難度不斷增加，成本競爭日益激烈而做出的理性選擇。這種緊密的相互聯系，使大規模集成電路廠家、封裝廠家和印制電路板制造廠家形成合力，實現設計整體優化，提升了可靠性和開發效率。如果各自分別開展設計優化，則必然產生內耗，不能形成系統優勢。比如，在對電源完整性和信號完整性進行選擇時，集成電路封裝設計和印制電路板設計的關注點就會有所不同。作為封裝一部分的封裝基板，更多會考慮給芯片交流供電的問題，而印制板則會更關心信號的直流串擾控制。

因此，最終的設計目標需要上下游各部分設計人員緊密配合，在系統設計的過程中，運用仿真技術來確定設計準則?！洞笠幠＜呻娐罚↙SI）封裝印制電路板共通設計結構》（計劃編號：20194109-T-339）則為這一任務提供了基礎。這個標準可以減少設計人員在溝通中的誤解，提高效率。圖1 為該標準的三種設計工具（集成電路設計工具、封裝設計工具和印制板設計工具）間標準格式文件設計信息交換的示意圖。通過統一使用交換設計信息的文件符號可以防止誤解，并使設計工具設定自動化。

圖1 設計信息交換示意圖

在啟動集成電路設計、封裝設計和印制板設計時，設計人員之間通過共享信息和協作，可以減少開發成本和時間。傳統的設計流程和共通設計流程對比如圖2 所示，共通設計流程減少了開發成本和時間。

圖2 傳統設計流程和共通設計流程對比

4.2 成品檢測方法標準的補充

有機封裝基板是集成電路的重要零部件，其用于器件接近成品的階段。有機封裝基板的不良可能導致整個器件的報廢，因此成品率控制對于進入市場至關重要。成品率需要配套測試方法和性能指標。

有機封裝基板是印制板的一種，就測試方法而言，《印制板測試方法》（GB/T 4677—2002，該標準目前正在申請修訂的過程中）適用于封裝基板的外觀、尺寸、剖切分析、耐化學、電互連等大部分測試。測試工作的重點在于尺寸與裸芯片的配合性、金屬化層與焊球的兼容性以及特殊的表面特性三個方面。

與裸芯片的配合首先從封裝基板平整度體現。標委會將在《印制板及印制板組裝件的平整度控制要求》（20180210-T-339）的基礎上，進一步考慮芯片鍵合區的局部平整度測試方法、基板彎曲度測試方法和基板翹曲度測試方法等新方法的標準化，以從多維度配合客戶對芯片配合性進行評價。BGA 器件、焊盤陣列（LGA）器件及焊柱陣列（CGA）等集成電路引出端的焊接后空洞是一個普遍存在的問題，對可靠性有著非常重要的影響?！队≈瓢褰M裝件 第6 部分：BGA 和LGA 焊點空洞的評估要求及測試方法》（計劃編號：20193131-T-339）利用X 射線對器件焊球內部空洞、焊球/器件界面空洞等空洞類型進行分類、識別以及評估。該方法適用于從10 μm 到幾百微米的大空洞，不適用于直徑小于10 μm 的較小空洞（如平面微空洞）。封裝基板產品首先會被用于集成電路的封測，因此其表面阻焊的開窗狀態對器件測試的便利性以及測試準確性的影響很大，尤其是高密度、錯綜復雜的導線圖形極易被刮傷或磨損。因此，表面涂覆材料的表面能對形成更易成型的涂層十分重要。目前業內尚無專用的測試方法的國家或行業標準，標委會將擇時進一步開展表面狀態（能）測試方法的研究工作。

4.3 成品性能規范的確立

有機封裝基板可以粗略地認為是傳統高階印制電路板制造技術和半導體制造技術的綜合應用。以異構集成封裝用有機基板為例，傳統的倒裝球柵陣列封裝基板是在高性能的高密度互連印制板（HDI）的表面上疊加ABF 材料制成的電路層，同時涵蓋了傳統印制板的HDI 制造技術和加成法的SAP 或mSAP 技術。

根據這一實際情況，HDI 的技術要求應被有機封裝基板的標準體系所涵蓋。國家標準《高密度互連印制板分規范》（計劃編號：20202852-T-339）中規定了有微導通孔的HDI 的要求，給出了微導通孔的定義，即孔深度（X）與孔徑（Y）的比值不大于1，且捕獲連接盤到目標連接盤的距離（同孔深度）不超過0.25 mm。

同時，《剛性有機封裝基板通用規范》（計劃編號：20220107-T-339）正在制定過程中。對于有機封裝基板使用的金屬化技術而言，減成蝕刻法、SAP 和mSAP這些技術路線不是絕對相互排斥的，也有在同一產品上組合使用不同技術的情況，可獲得更好的綜合效果。比如，目前國內主要的剛性封裝基板工藝是采用了減成蝕刻法和mSAP 法結合的工藝路線，在較低成本下實現了更細的引線扇出和更密的導線間距，不但提供了更大的空間余量，而且可以經歷更少的層壓次數。在《剛性有機封裝基板通用規范》中，可考慮根據減成蝕刻法和mSAP 法的不同應用區域，分別制定不同的指標要求。

4.4 關鍵基板材料評價標準的研制準備

基板材料是制約封裝基板產業發展的關鍵要素。有機封裝基板上游的主要材料為樹脂基板、銅箔等結構材料，以及干膜、阻焊劑、電鍍液和其他化學品?；宀牧峡梢苑譃閯傂曰宀牧?、柔性基板材料和陶瓷基板材料，其中以剛性基板材料應用范圍最廣。剛性基板材料主要包括BT 樹脂、ABF 材料、預包封材料（MIS），其中BT 樹脂和ABF 材料是有機封裝基板應用最廣泛、最關鍵的材料，也是標準化工作的重點。

BT 樹脂和ABF 材料是有機封裝基板的主導性材料，市場幾乎被日本廠家統治。國內廠商在BT 樹脂方面已有所突破，可以量產供貨，標準化條件比較成熟。目前國內有幾家廠商研制出了ABF 材料的類似產品，但尚未進入標準化階段。通過前期工作，已經逐步開始形成對ABF 材料考核的共識，初步考慮其核心指標項目包括三個方面。1）基本性能：損耗為0.001 2～0.018（10 GHz 或5 GHz 條件下），溫度系數為15×10-6～40×10-6/℃（25～150 ℃條件下），伸長率為0.8%～5.6%。2）金屬化性能：線寬和線距。3）可靠性要求：高溫反偏老化、溫濕度加速老化、高壓蒸煮等。

從此類材料整體質量水平控制的角度考慮，可針對有機膜材料的化學、熱物理分析測試方法開展進一步的研究工作，建立共性的測試方法體系，為業界的專業檢測提供支撐，包括DSC 分析（測試玻璃轉化溫度、熔點、結晶點、吸放熱反應）、熱機械分析（TMA，分析膨脹系數、固化程度、應力反應、動態黏彈性等）、熱重分析（TGA）以及流變性分析等。

5 嵌入式基板是未來封裝基板標準化發展重點

我國在傳統的二維封裝用封裝基板方面是后來者，面臨較大競爭壓力。但三維封裝用基板（嵌入式基板）為我國企業跨越式發展提供了機會，是標準化工作必須關注的要點。

5.1 嵌入式基板帶來了產業鏈重新整合的機會

嵌入式基板提供了一種高性能、低成本的新商業模式，具有改變產業格局的可能性。封裝基板是重資產密度、高技術密度的行業，打破既有格局非常困難。嵌入式基板這個路線的本質是試圖通過合并印制電路板制造和系統裝聯這兩個完全獨立的子行業，來創建一種新的兼顧高密度制造技術和低成本的集成制造模式。我國完全可以作為新模式的“開創者”，充分利用這一新的“超車”機會。

嵌入式印制板是通過在印制板內部嵌入裸芯片和/或無源元件的方式，實現高密度封裝的封裝基板技術路線。從技術上看，在印制板內部嵌入無源元件和裸芯片，不但留出了基板頂部和底部的空間，而且元件和芯片間的線路大大縮短，簡化了鍵合引線結構，甚至消除了引線鍵合和二次成型過程，有利于復雜小節距封裝的實現。從成本效益上看，在印制電路板中嵌入一個50 μm 厚、100 μm I/O 焊盤間距的芯片的方式可以不再使用昂貴且脆弱的再布線層（RDL），降低了單品成本。從規模效益上看，已經產業化的印制電路板設備、基礎設施為實現高質量、低價的小節距封裝基板的生產提供了一個龐大的工業基礎。

電子裝聯委員會（IEC/TC 91）高度重視這一趨勢并認為“也可能是整個電子產品未來發生的重大變化”。2016 年左右，委員會籌建了器件嵌入式技術工作組，負責制定器件嵌入組裝技術領域的國際標準和其他可交付成果，包括器件嵌入基板和使用此類基板的模塊。

5.2 嵌入式基板標準化工作任務

嵌入式基板是封裝基板標準化工作的前沿，我國目前以辨別和采用符合產業發展要求的國際標準為技術研究和產業發展夯實基礎為主。具體工作任務應從測試方法、技術指南以及設計準則開始。

嵌入式基板技術工業化的挑戰是現有印制電路板制造工藝如何滿足嵌入芯片實施要求。目前看，SAP或mSAP 路線是一個解決方案，這項技術有可能形成高寬厚比導線。另一個問題是，在常規印制電路板制造環境中，將半加成工藝的設備、芯片組裝設備及制造環境集成進原有體系時，如何保持清潔度和無氧化物表面狀態。最后，印制電路板企業面臨如何測試產品以保證基本的交付質量的問題。因此，目前嵌入式基板標準化的重點是嵌入式基板性能測試方法、可靠性評價方法以及產品清潔度控制方法。

標委會已經制定了《嵌入式基板測試方法》（計劃編號：20204845-T-339）。它規定了采用有機材料制造的嵌入無源或有源元器件基板的測試方法。測試分為6 個方面，包括目檢和顯微剖切、電氣測試、機械測試、環境試驗、耐離子遷移以及交付測試。前5 種測試與GB/T 4677 中規定的測試原理并無本質差異，僅針對該類產品進行了適用性改進。交付測試中的電測試以及內部無損測試是專門針對嵌入式基板提出的，是嵌入式基板獨有的測試。

后續，標委會將繼續在IEC/TC91 的《器件嵌入式基板 第2-3 部分：設計指南》（IEC 62878-2-3）、《器件嵌入式基板 第2-4 部分：測試單元》（IEC 62878-2-4）、《器件嵌入式基板第2-5 部分：器件嵌入式基板的三維結構數據》（IEC 62878-2-5）、《器件嵌入式基板 第2-7 部分：器件嵌入式基板加速應力測試方法》（IEC 62878-2-7）和《器件嵌入式基板第2-8 部分：器件嵌入式基板翹曲度控制方法》（IEC 62878-2-8）等文件基礎上，開展相關研究工作，并結合國內實際制定相關標準。清潔度控制方法的研究尚待開展。

由于內嵌了其他元器件，所以可靠性評價是一個關鍵問題?！镀骷度胧交宓?-7 部分：器件嵌入式基板加速應力測試方法》的范圍僅限于移動電子設備，并不足以為主要應用提供一個適用范圍較寬的評價指南?？偟脑u價原則是嵌入式結構的牢固性應能夠與表面安裝（SMT）水平一致?；诖?，標準化的評估首先應基于標準測試單元開展：測試單元宜涵蓋用于單獨部件電氣測量的探針測試結構（以反映不同應力條件下電阻、電壓及功率等的變化），端子和導電結構絕緣的梳狀或樹狀測試圖形，互連電阻的菊花鏈結構，互連電鍍性的通孔結構等。除結構性能外，還應考慮嵌入的電阻、電容以及芯片網絡的性能測試等。其次，應充分利用不同產業鏈環節已有的工作程序和要求：電子元件、器件及基板制造材料應符合相關標準的規定，并涵蓋在嵌入式基板廠家的入廠檢驗和測試中；嵌入式基板廠家跟據最終整機用戶的半成品/零部件要求，對嵌入式基板進行出貨檢驗；用戶進行涉及一個或多個嵌入式基板的最終互連故障、電氣性能變化及系統絕緣測試。這一過程中，嵌入式基板廠家將面臨如何與最終整機用戶已有的印制板質量評價、材料兼容性以及設計規則相互協調的問題。

6 結束語

有機封裝基板作為印制電路板產品的發展方向，面對自身產業升級的內在要求以及全球產業、技術發展的外在機遇，客觀上要求重新思考標準化工作的方針和任務。標準化工作需要根據我國產業同時扮演的“后進者”和“開創者”的多重身份，清楚認識產業發展的規律和機遇窗口，結合我國實際的發展基礎，以支撐產業發展、形成自我發展能力為目的，針對不同情況，提出、制定具體的標準化發展策略和重點工作任務。作為“后進者”，我國應聚焦產業發展重點，研制具有競爭力的技術標準；在非重點方向，積極吸收、采納、維護先發技術標準已有的規則，避免全面標準競爭的風險。在嵌入式有機基板和硅基、陶瓷等無機基板等前沿方向，我國可以作為“開創者”，積極辨識業態變化可能帶來的機會，以我為主引進國際標準，充分利用行業先發者為適應變化而調整的難度，為產業超車提供一定的牽引。

總之，我國標準化的一切工作應服務于我國企業市場影響力，應有利于行業用戶數量的增長，有利于產業自身能力水平的提升。