系統(tǒng)級封裝SiP為何用陶瓷基板材料

系統(tǒng)級封裝（SIP）技術(shù)是指將不同類型的元件通過不同的技術(shù)混載于同一封裝之內(nèi)，具有封裝效率高、兼容性好、電性能好、低功耗和低噪音等優(yōu)點。SIP技術(shù)要能滿足集成微系統(tǒng)封裝多樣性的要求，需要采用陶瓷基板封裝，那么這其中的緣由是什么呢？

一，SIP系統(tǒng)級封裝對基板材料的要求以及陶瓷基板的優(yōu)勢

SIP在核心基板(Core)上造出各元件連線層，各有源無源元件埋入層，光學(xué)系統(tǒng)層等；再在造好的基板上用倒裝形式(Flip—Chip)或線焊(Wire—Bollding)方式安裝上各個IC和MEMS，也包括不能埋入的無源元件和傳感器。

                              大部分灰色部分均由陶瓷材料組成

SIP涉及到多種材料(半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料)、多種芯片、多種互連、多種封裝(BGA、CSP、無源集成)、多種組裝和多種測試等。其中，陶瓷基板材料是SIP的基礎(chǔ)材料之一，對電路起到支撐和絕緣的作用。SIP需要實現(xiàn)高功率、高集成的需求。

只有制備出各項性能優(yōu)異的封裝材料，才能實現(xiàn)SIP多種封裝結(jié)構(gòu)、組裝方式等。具體來說，SIP要求基板材料要求主要包括以下幾個方面：

(1)低的介電常數(shù)；

(2)低介電損耗；

(3)高熱導(dǎo)率；

(4)適宜的熱膨脹系數(shù)；

(5)良好的力學(xué)性能；

絕大多數(shù)陶瓷基板材料一直沿用Al2O3和BeO陶瓷，但Al2O3基板的熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)和Si不太匹配；BeO其較高的生產(chǎn)成本和劇毒的缺點限制了它的應(yīng)用推廣。此外，雖然AlN陶瓷的應(yīng)用前景十分廣闊，但還存在著成本高，高溫下難致密燒結(jié)，生產(chǎn)中的重復(fù)性差等問題。未來電子封裝材料將會朝著多相復(fù)合化的方向持續(xù)發(fā)展。

      二，SIP未來電子封裝陶瓷基板材料的發(fā)展趨勢

      1、具有系列化性能的材料體系

      SIP會涉及多種芯片、多種互連、多種封裝等，因此必然要求其材料具有多種性能。比如，介電常數(shù)系列化；熱膨脹系數(shù)系列化可以使得基板與多種芯片和封裝結(jié)構(gòu)匹配良好；收縮率系列化滿足共燒等。因此，系列化的陶瓷材料能夠很好地實現(xiàn)SIP對材料性能的多樣化需求，

      2、超高導(dǎo)熱陶瓷材料的研究

      為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能多樣，SIP必然也與高導(dǎo)熱材料有密不可分的關(guān)系。解決電子元器件的散熱問題，熱導(dǎo)率介于300~400W/m·K之間的高熱導(dǎo)材料和熱導(dǎo)率大于400W/m·K的超高熱導(dǎo)材料，且具有與半導(dǎo)體材料相匹配的熱膨脹系數(shù)的新型封裝材料越來越成為目前的研究熱點。

       3、新型納米陶瓷的開發(fā)

      采用諸如溶膠－凝膠法、共沉淀法等納米粉體的合成工藝制備的新型納米陶瓷粉體具有很多傳統(tǒng)陶瓷材料不具備的性能。例如，Si-AI-O-N材料可能就即具有AIN材料高導(dǎo)熱的特性，又具有氮化硅的高強度和氧化硅的良好的介電性能；AI-B-N材料由于原子級的復(fù)合可能就比傳統(tǒng)的AIN/BN復(fù)合材料具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱性能而且燒結(jié)溫度可能更低。因此，新型納米陶瓷的開發(fā)將促進SIP技術(shù)的發(fā)展。

      4、低維材料的開發(fā)

      電子元器件小型化越來越高，傳統(tǒng)三維材料甚至二維材料可能都不能滿足要求，封裝材料很有可能向一維材料（纖維或晶須）發(fā)展。例如，制備晶須或纖維復(fù)合陶瓷基板的一維材料，達到良好的散熱作用。這些都對SIP的小型化和功能集成化起到革命性作用。

SIP技術(shù)能夠很好地滿足集成微系統(tǒng)封裝多樣性的要求。但是，首先需要從基礎(chǔ)的基板材料進行相關(guān)的研究，實現(xiàn)材料性能的系列化和多樣化，才能滿足系統(tǒng)對封裝的多樣化需求。