3.1.3 挠性封装基板

挠性封装基板是在挠性印制电路板（Flexible Printed Circuit Board，FPCB）基础上发展起来的一类新型挠性封装基板（Flexible Packaging Substrate，FPS），按照布线电路的层数分为单面基板、双面基板和多层基板3类，具有薄、轻、结构灵活等突出优点，除可静态弯曲外，还可动态弯曲、卷曲和折叠等，可满足电子产品薄、轻、短、小的发展需求。挠性封装基板从军品应用开始，现在快速转到民用市场，几乎应用于所有的高科技电子产品，包括笔记本电脑、手机、数码相机、数码摄像机、汽车卫星方向定位装置、液晶电视等。近年来，电子产品正在越来越多地采用挠性封装基板代替原来惯用的刚性基板，主要原因是挠性封装基板具有非常突出的优势。表3.11总结了挠性封装基板在适应市场需求方面的性能优势。

1.COF封装基板

挠性封装基板主要用于载带自动键合（Tape Automated Bonding，TAB）、薄膜直接搭载芯片封装（Chip On Film，COF）等先进IC封装。TAB是将IC芯片直接搭载实装在已形成布线电路的聚酰亚胺薄膜载带（TAB）表面上的IC封装技术。TAB载带由Cu/TPI/PI 3层结构的覆铜板，经机械或激光打孔、曝光刻蚀形成布线电路和焊盘等，形成可搭载裸露IC芯片的电极及用于连接外部的引线，主要用于封装LCD的驱动IC芯片。近年来，在TAB封装技术上又发展了带载封装（Tape Carrier Package，TCP），主要用于封装手机中的小型LCD芯片。另外，在聚酰亚胺薄膜基板上直接搭载IC裸露芯片的覆晶薄膜（COF）技术正在逐渐代替TAB技术，导致TAB载带的市场增长速度正在减缓。

COF是将IC芯片直接搭载在挠性印制电路板上的一种基于挠性基板的封装形式，利用挠性薄膜衬底作为封装芯片的载体，将半导体裸露芯片（Bare Chip）直接键合在挠性印制电路上，形成一类挠性基板封装的产品，是一种高密度挠性封装形式。COF基板是指还未绑定装联芯片、元器件的挠性封装基板，具有承载IC芯片、电路连通、绝缘支撑的作用。COF挠性基板具有三大特点，包括高密度微细线路、高安装引线位置精度及采用二层无胶型挠性覆铜板。COF挠性基板的快速发展，给PCB产业、挠性覆铜板及相关配套产业等都带来了市场、品类竞争的新机遇，在平板显示领域发挥着越来越重要的作用。图3.39是COF结构示意图。图3.40是COF基板产品。COF除具有连接面板的功能外，还可承载主被动元件，实现布线电路的微细化，对LCD驱动IC电路封装具有重要作用，是一种很有发展前景的主流封装形式，主要用于大尺寸显示面板的LCD驱动IC电路封装。

在LCD显示器中搭接驱动IC的COF，通过ACF（Anisotropic Conductive Film，异性导电胶膜），将COF基板、裸芯片（但对裸芯片装联、键合时，ACF不是唯一的工艺方法）、玻璃面板线路进行连接，并采用传统的回流焊（再流焊），将COF挠性基板与被动元件（电容、电阻等）焊接在一起，构成一个完整的COF封装体。ACF是因膜状胶黏剂中导电性微粒子均一分散，是一种集黏结、导通、绝缘于一体的线路连接材料。在实装工序中，在连接各元件的端子间夹入ACF，当上下端子的位置合适后，通过热压进行连接，可使端子间在厚度方向上具有导电性，在面内方向上具有绝缘性，由微细线路板连接材料替代了焊料连接。

2.WABE封装基板

WABE（Wafer and Board Level Device Embedded，晶圆和板级器件嵌入）封装基极是一种在Cu/PI覆铜板上通过积层互连技术将元器件内埋的多层挠性互连基板，最初产品具有5层布线电路，基板总厚度为260μm，在基板内层采用芯片级封装（Wafer Level Package，WLP）形式，封装了有源器件（IC芯片）和无源器件（0603/1005，厚度0.15mm）。WABE封装基板结构的剖面图如图3.41所示。运用元器件内埋多层互连技术，可明显减小基板面积、缩小模块或已装联元器件的空间尺寸，降低元器件受到外界环境的影响等。2012年，WABE封装基板的出货量达到6525万个，年增长率达110.5%，自2013年起，在三星等品牌的手机及平板电脑上获得广泛应用。

WABE封装基板的制作过程从单面Cu/PI覆铜板开始（见图3.42）：①将Cu/PI单面覆铜板通过曝光、刻蚀后形成单面布线电路的挠性印制电路板（FPC）；②在Cu/PI FPC的背面压制一层黏结膜层（Adhesive Layer，AL），形成Cu/PI/AL；③在Cu/PI/AL铜布线电路的背面，通过激光钻孔，刻蚀黏结膜层和PI膜层，露出导体铜层，形成盲孔；④在激光刻蚀的盲孔中填满导电膏，形成导电胶填充的Cu/PI/AL芯板；⑤在导电胶填充的Cu/PI/AL芯板一侧叠合另一层含导电胶填充的Cu/PI/AL FPC板，同时在导电胶填充的Cu/PI/AL芯板的另一侧叠合带连接凸块的内埋IC芯片，在其外面再叠合一层带黏结层的聚酰亚胺覆盖膜，形成FPC/芯板/内埋IC芯片/胶膜/覆盖膜的5层结构；⑥将该多层结构放入真空压机中，加热、加压使黏结层熔融、固化形成内部无缺陷的WABE多层互连封装基板。随着WABE封装基板制造技术向着更小、更薄方向的发展，所制作的元器件内埋挠性基板封装模块，比原有刚性基板封装模块面积减小50%。对WABE多层基板进行不同弯曲方向的三点弯曲性能测试，再进行导通电阻测试，结果表明，经弯曲性能测试后，绝缘电阻没有发生变化。图3.43是WABE封装基板产品照片。图3.44比较了WABE封装基板与原来的SiP封装基板的尺寸变化。

3.多层挠性封装基板

包括BGA、CSP、WLP、SiP、MCM-D等在内的先进电子封装都是在高密度封装基板上制造的。例如，SiP封装就是将处理器、内存、内储、支持处理器、传感器等都整合到单一封装内，不再需要传统的FPC，从而大大简化了系统、缩小了体积。iPhone 6、iPhone 7、Apple Watch都是朝这个方向发展的。SiP封装大大缩小了FPC的用量，大约原来50%以上的芯片都整合到SiP模块中。Apple Watch有3种机型：标准版、运用版、18K金版，均采用了多种SiP芯片系统级封装。但是，无论芯片封装技术如何变化，芯片都必须通过封装基板实现电子产品的互连、绝缘、导通、特性、支撑，封装基板的作用越来越重要。图3.45和图3.46分别是几种挠性多层互连封装结构。表3.12展示了苹果iPhone 5S使用的FPC。

挠性封装基板可显著提高空间利用率和产品设计的灵活性，有利于电子产品的更小型化和更高密度化，同时使得组装工序减少，可靠性提高。此外，它目前是可使电子产品同时满足小型化和移动化要求的唯一解决方案。对于薄、轻、结构紧凑的电子器件，设计方案必须从单面导电线路封装提高到复杂的多层三维互连封装。与传统配线方法相比，挠性封装的总质量和体积具有明显优势，相对可节省70%的布局空间，此外，使用增强材料或补强衬板等方法可有效增强基板的强度和刚度，提高器件的机械稳定性。

现代电子产品在制造及使用过程中，希望负载导电线路的基板材料具有可活动的、挠性连接功能，并可承受上百万次的反复挠曲运动。挠性封装基板在制作加工过程中需要经历打孔、电镀、刻蚀等工艺，在整机安装过程中需要多次反复弯折，必须具有足够挠曲性。这是刚性基板材料难以做到的。即使大幅缩小刚性基板的厚度，其介电基体材料仍易受外力导致弯折破裂。挠性封装基板可以在导线不受影响的情况下实现移动、弯曲、扭转，可以满足特殊形状和不同封装尺寸的需求。挠性封装基板可随意卷绕，能够承受数百万次的动态弯曲，适合应用在连续运动或定期运动的内部连接系统中，保障其中的金属导体或绝缘层不会被折断。挠性封装基板具有优良的电绝缘性能、较低的介电常数和介电损耗，可实现电子信号的快速传输，具有优良的耐热性能，可使封装器件产品在更高的温度下良好地运行。

挠性封装基板主要应用包括以下几点。

（1）便携式电子产品，包括手机、笔记本电脑、液晶平面显示器、数码相机等。例如，一部传统手机一般采用2片或3片FPC，高阶手机增到5片或6片，而近年来的智能手机则增至13片或14片。随着手机功能的不断增加，其需求量会持续上升。

（2）随着高频、高速通信领域的快速发展，挠性封装基板在通信领域，尤其在电信交换站领域的需求快速增长。

（3）BGA（球栅阵列封装）、CSP（芯片级封装）、COF（芯片直接封装在挠性基板上）及MCM-D/L（多芯片模块）对挠性封装基板都有大量的需求。

（4）目前应用的具有高可靠性的轻小型医疗器械、航空航天设备及大部分信息科技设备等都对挠性封装基板存在大量需求。

图3.47是挠性封装基板的市场需求。可以看出，手机、汽车、笔记本电脑等都是挠性封装基板市场增长较快的领域，2019年达到139亿美元。