封裝基板完整指南：材料、結構、類型與 PCB 的差異

封裝基板位於晶片封裝內部，因此您不會在原理圖上看到它，但它對高接腳數處理器的實現扮演重要角色。裸晶使用非常細密的接點，而封裝底部的焊球尺寸更大、間距也更寬。封裝基板負責將這些訊號向外扇出、提供機械支撐，並承受反覆的回焊循環。

本指南將帶您了解：

• 封裝基板與 PCB 在各個結構層次上的差異。
• 為什麼封裝內部使用 BT 樹脂與 ABF，而不是 FR-4。
• 芯板、增層與無芯板結構，以及各自的代價。
• 線寬與線距可以細到什麼程度，以及如何透過電鍍製作。
• 類載板 PCB 與真正 IC 封裝基板之間的分界。

圖：覆晶封裝剖面，顯示訊號如何由細間距凸塊扇出至較大的焊球。

什麼是封裝基板？

封裝基板是位於裸矽晶粒與 PCB 之間的多層載體，負責將裸晶上的微小焊墊，連接至封裝底部尺寸大得多的焊球。

封裝基板有哪些作用？

它有三項主要工作：

• 電氣扇出：將非常細密的裸晶接點，展開至間距較大的球柵陣列（BGA）接點。
• 機械支撐：為薄而脆弱的矽晶粒提供穩固的基座。
• 熱量擴散：利用內部銅層，將熱量從裸晶向外傳導。

例如，裸晶的焊墊間距可能約為 100 µm，而封裝的焊球間距可能為 0.8 mm。封裝基板負責銜接兩者之間的巨大尺度差異。它不處理訊號，也不執行運算，工作就是連接兩種截然不同的尺寸尺度。BGA、CSP 與覆晶封裝設計，都採用相同的基本概念。

封裝基板與半導體基板的差異

• 在晶圓製造中，基板是用來製作元件的晶體，例如矽、碳化矽或氮化鎵，會直接影響元件的電氣與熱性能。
• 在積體電路（IC）封裝中，基板是位於裸晶與 PCB 之間的有機載體，主要提供佈線、扇出與機械支撐。

因此，當規格書提到「基板」時，請先確認上下文。它可能指半導體晶體，也可能指封裝用的積層基板。

封裝基板與 PCB：主要差異

封裝基板與 PCB 都使用銅層與介電層，但製造尺度截然不同。封裝基板能使用更細的電鍍走線，而標準 PCB 則依賴較粗的蝕刻圖形。

圖：從標準 PCB、HDI、IC 封裝基板到矽中介層的互連密度。

上述 JLCPCB 製造能力取自其公布的製程能力資料，而 10／10 µm 與 7／7 µm 的線寬／線距數據，則來自 TOPPAN 的 FC-BGA 規格。

差異很容易看出：0.09 mm 等於 90 µm，因此標準多層 PCB 走線的寬度，約為 10 µm 封裝基板走線的九倍。

封裝基板材料：BT 樹脂、ABF 與陶瓷

FR-4 並不適合先進封裝基板。其編織玻纖使雷射鑽孔變得十分困難，而且受熱時的膨脹程度遠高於矽。FR-4 的平面方向熱膨脹係數（CTE）約為 14～17 ppm/°C，而矽約為 2.6 ppm/°C。這種不匹配會在加熱與冷卻過程中，對封裝連接處施加額外應力。

基板越靠近矽晶粒，其熱膨脹特性就越應接近矽。否則，加熱與冷卻會使焊點承受額外應力。

BT 樹脂清楚呈現了這種差異。三菱瓦斯化學列出的通用 BGA、CSP 與系統級封裝（SiP）材料，熱膨脹係數約為 14 ppm/°C；低熱膨脹係數的覆晶封裝材料則可降至約 3 ppm/°C，更接近矽，有助於降低大型裸晶下方的應力。

圖：玻纖補強積層板與無玻纖增層膜的比較，呈現邊緣整齊與粗糙的雷射孔。

ABF（味之素增層膜）採取不同做法。它是一種薄型、不含玻纖的絕緣膜，具有低熱膨脹與低介電損耗特性。由於不含編織玻纖，雷射可以形成非常小且一致的微導通孔，因此 ABF 廣泛用於先進處理器的封裝基板。

封裝基板結構

基板疊構的中央是一片薄而剛硬的芯板，內含金屬化通孔。接著，在芯板兩面依序壓合增層，每層都有自己的雷射微導通孔，直到達到所需的佈線層數。

各個結構都有自己的作用：

• 芯板：由薄型 BT 或玻纖補強積層材料製成，提供剛性，並透過金屬化通孔連接兩側的增層結構。
• 增層：通常以 ABF 薄膜壓合而成，每次在兩側各增加一個佈線層，並透過雷射微導通孔連接至下方圖層。
• 微導通孔：由雷射加工形成，尺寸遠小於機械鑽孔可達到的範圍，通常直接堆疊在下方導通孔之上。
• 防焊層：經圖形化處理的塗層，用來定義焊墊開窗，並防止其他區域沾附焊料。
• 表面處理：通常採用化學鎳鈀浸金（ENEPIG）或有機塗層，保護供打線接合、凸塊製作或植球使用的焊墊。

其表示方式與您熟悉的HDI 增層疊構相同。在 2+4+2 基板中，中間數字代表芯板層數，兩側數字則分別代表該側的增層階數。因此，3+2+3 結構是在雙層芯板的上方與下方，各配置三階微導通孔增層。它能提供更多佈線空間，但每側需要三次壓合循環，而不是兩次。

圖：增層表示法，顯示基板芯板兩側的微導通孔階數。

每增加一個增層，都需要再執行一次壓合、雷射鑽孔、電鍍與圖形製作步驟，這會同時增加成本與良率損失的機會。堆疊微導通孔能提供更高的佈線密度，但也會增加製程複雜度與成本。

為什麼有些基板不使用芯板？

什麼是無芯板封裝基板？

無芯板基板移除了中央芯板及其金屬化通孔，所有圖層都以增層膜建構。訊號改為通過短而堆疊的微導通孔，而不是較長的通孔，因此電感降低，完成後的封裝也更薄。

圖：有芯板與無芯板基板的比較，顯示無芯板結構移除了金屬化通孔。

主要取捨在於翹曲。剛性芯板有助於保持基板平整，但無芯板設計在回焊加熱時更容易彎曲。如果封裝彎曲過大，角落焊球就可能翹起並失去接觸。

封裝基板製造

非常細的基板走線，通常透過電鍍而不是蝕刻製作。蝕刻會同時從銅的頂部與側面移除材料，造成側蝕與傾斜的走線側壁。當線寬低於約 30 µm 時，側蝕占整條走線的比例會大幅增加，使製程更難控制。

圖：改良型半加成製程，從種子銅層、圖形電鍍到快速蝕刻的流程。

改良型半加成製程從幾乎沒有銅的狀態開始，讓可被側蝕的銅量降至極少，藉此避開上述問題。流程如下：

1. 在增層介電材料上壓合極薄的銅箔，厚度約為數微米。
2. 以雷射鑽出微導通孔，並對孔洞進行除膠渣處理。
3. 透過乾膜光阻的開口，精確界定銅層將生長的位置。
4. 在這些開口中電鍍銅，使走線向上增厚，而不是從整片銅中蝕刻出走線。
5. 移除光阻，再以快速蝕刻去除走線之間的薄種子銅箔。

改良型半加成製程（mSAP）與完全半加成製程（SAP）的關鍵差異，在於種子層。

在 mSAP 中，最後的快速蝕刻會移除薄種子銅層，同時也使已電鍍的走線略微變薄。種子層越厚，需要的蝕刻量越大，因此限制了可達到的最小線寬。完全半加成製程則以極薄的化學鍍銅種子層開始，因而能製作更精細的圖形。

封裝基板設計規則

基板的線寬與線距能力並不是固定數值，而是取決於所採用的製程。下表呈現從標準 PCB 製造，到先進封裝基板精細圖形的不同範圍。

每往下縮小一個尺度，代表的都是製程變更，而不是在相同製程上收緊公差。如果需要比目前製程能力更細的線路，就必須更換設備，而不只是縮小容差。

打線接合與覆晶封裝基板比較

兩者的主要差異，在於裸晶如何連接至基板。

打線接合讓裸晶正面朝上，並使用沿周邊配置的細導線連接；覆晶封裝則將裸晶正面朝下，透過凸塊陣列直接連接至基板。

如需詳細比較這兩種互連方式，請參閱打線接合與覆晶封裝指南。

圖：同一裸晶分別採用周邊打線接合與面陣列覆晶凸塊的比較。

• 焊墊位置：打線接合使用沿周邊排列的一圈焊墊，因此輸入／輸出（I/O）數量只能隨裸晶周長增加。覆晶使用整個裸晶表面，I/O 數量可隨面積增加，擴展能力更高。
• 互連長度：接合導線的長度約為一至數毫米，而覆晶凸塊的高度只有數十微米。更短的路徑意味著更低的電感，因此覆晶在高速與大電流元件中占主導地位。
• I/O 數量上限：周邊打線接合在數百個焊墊時便可能用盡空間。面陣列凸塊採用二維網格，而不是單一周邊排列，因此可達數千個接點。
• 對基板的需求：打線接合元件通常使用具備通孔的雙層或四層 BT 基板即可。覆晶元件則需要增層，以從密集凸塊區域引出訊號，因此層數與成本都會顯著增加。
• 散熱路徑：翻轉後的裸晶背面朝上，封蓋或均熱片可以直接接觸其背面。正面朝上的打線接合裸晶，則被導熱能力較差的模封材料覆蓋。

封裝基板類型

大多數使用基板的封裝可分為四大類。其名稱通常結合裸晶連接方式與封裝類型，讓料號更容易理解。

圖：以相同比例呈現四類封裝，從打線接合 BGA 到覆晶 BGA。

• 打線接合球柵陣列封裝（WB-BGA）：裸晶透過打線接合，連接至具有金屬化通孔的雙層或四層 BT 基板，焊球間距為 0.5 mm（19.7 mil）及以上。它是微控制器與中階邏輯元件常用的低成本封裝。
• 打線接合晶片尺寸封裝（WB-CSP）：一種緊湊的打線接合封裝，設計目標是讓封裝占用面積接近裸晶尺寸。J-STD-012 將晶片尺寸封裝定義為可進行表面貼裝的單裸晶封裝，且封裝面積不超過裸晶面積的 1.2 倍。
• 覆晶晶片尺寸封裝（FC-CSP）：將翻轉後的裸晶安裝於小型增層基板上，常見於同時受限於高度與佈線密度的行動裝置應用處理器。
• 覆晶球柵陣列封裝（FCBGA）：將翻轉後的裸晶安裝於大型多層增層基板上，用於中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、現場可程式化閘陣列（FPGA）與 AI 加速器。TOPPAN 列出的 FC-BGA 結構可包含最多 10 層堆疊導通孔，顯示其增層結構可以達到相當深的層次。

為 PCB 設計選擇封裝時，可參閱我們的BGA 封裝類型指南，了解主要差異、應用與 PCB 設計注意事項。

先進封裝基板

高階處理器所需的連接數量，可能超出有機基板能直接處理的範圍。為提高密度，設計者會在裸晶與封裝基板之間，加入額外的載體，例如矽中介層。

矽中介層與 2.5D 封裝

矽中介層是一片不含電晶體的薄晶粒，只包含佈線與矽穿孔。它採用晶圓製程，而不是積層板製程，因此線寬可達次微米尺度；相較之下，有機增層的線寬約止於 7 µm。這種差距，正是需要每秒交換兆位元資料的多個裸晶，會放在中介層上，而不是直接放在封裝基板上的原因。

圖：2.5D 組裝結構，依序堆疊裸晶、中介層、封裝基板與系統電路板。

整個堆疊可包含四個層次：裸晶、中介層、封裝基板與 PCB。每個層次都將接點展開至更大的間距。在晶圓級封裝中，這種重新佈線直接在晶圓上完成，因此不需要獨立的有機基板。

玻璃芯板基板

玻璃被提出作為有機芯板的替代材料，因為其熱膨脹係數接近矽，而且受熱時仍能保持平整。回焊時更平整的載體，意味著超大型封裝角落焊球發生開路的機率更低，而這正是限制有機 FC-BGA 封裝尺寸的失效問題。玻璃也能支援比機械鑽孔在積層材料上所能形成的孔更細的通孔。

玻璃芯板有助於降低翹曲，但本身並不具備中介層等級的佈線密度。因此，早期玻璃芯板封裝仍在芯板周圍使用傳統增層結構。

為什麼 ABF 產能會限制 AI 晶片供應？

高階晶片封裝目前部分受限於封裝基板產能。Counterpoint Research 預估，2026 年底的 ABF 供應缺口約為 10%，並將在 2027 年擴大至 20%。T 玻璃纖維的供應也相當吃緊。

其中一個原因是尺寸規模：一顆 AI 晶片使用的封裝基板材料，可能約為一般個人電腦處理器的 10 倍，而新建封裝基板工廠需要數年才能達到全面量產。這不會直接影響一般 PCB 製造，但可能提高大型、先進 FC-BGA 元件的交期與供應風險。

結論

封裝基板負責銜接細間距裸晶接點，與 PCB 能處理的較大尺寸圖形。它所需的材料、設備與製程，也不同於標準 PCB 製造。對大多數電路板設計者而言，封裝基板本身並不是需要設計的部分。

真正的重點，在於周圍的介面：焊墊配置、焊墊內導通孔、扇出、疊構與回焊製程。

封裝基板看起來可能像微型 PCB，但使用不同的材料、更精細的圖形，以及更先進的增層製程。BT 樹脂與 ABF 取代了 FR-4，而有芯板、增層與無芯板設計，則在密度、成本與翹曲之間取得平衡。關鍵分界在於尺度：當佈線超出類載板 PCB 的能力範圍，設計就進入真正的 IC 封裝基板領域。

封裝基板常見問題