IC板元件及IC板設計：完整指南

An IC基板 （也稱為積體電路基板）是一種特殊的電路板，用於封裝裸露的積體電路晶片並將其連接到更大的印刷電路板 (PCB) 上。它位於晶片和主電路板之間，起到…的作用。 中介換句話說，積體電路基板就像一塊小型電路板，它承載著晶片，內部的線路將晶片連接到主PCB板上。據業內人士稱，“集成電路基板…充當集成電路晶片和PCB板之間的連接橋樑”，其關鍵功能包括容納晶片、提供內部線路以及作為散熱器來保護和冷卻晶片。[1]簡單來說，積體電路基板的主要功能是： 握住積體電路晶片, 將其連接到PCB板上。以及 保護和冷卻晶片.

例如，EFPCB解釋說，IC基板（IC封裝板）「具有多種用途」。[1]： 它 “容納半導體積體電路晶片”，但 “透過內部線路將晶片連接到PCB板”，它 “可以屏蔽、加固和支撐積體電路晶片，同時還能起到散熱器的作用”[1]這意味著除了電氣連接之外，基板還起到支撐和散熱的作用。積體電路基板還可以傳輸電源和訊號，幫助散熱，並確保晶片訊號保持強勁清晰。

IC 電路板組件 本文涵蓋了這塊小型電路板上所使用的所有電子元件。常見的積體電路板組件包括積體電路晶片本身，以及其他元件，例如電阻器、電容器、電感器、連接器等等。正如 GreatPCB 在其 PCB 部落格中指出的那樣，「印刷電路板組裝所需的電子元件包括積體電路晶片、電阻器、電容器、電感器、變壓器、連接器、顯示器、感測器等等」。[2]實際上，積體電路板上可能在晶片附近有一些小型被動元件（電阻器、電容器）以提高穩定性，以及任何必要的連接器或跳線。如果晶片以引線鍵合方式連接到基板上，則電路板上可能還包含微小的橋接或鍵合線。無論如何， IC基板上的元件 這些部件使晶片能夠與更大的系統進行通訊和協同工作，因此必須在電路板設計中仔細選擇和放置這些部件。

當談論 IC板設計基板的佈局和疊層結構至關重要。積體電路板設計包括設計內部佈線、選擇層數以及放置所需的過孔或散熱焊盤。良好的設計可確保晶片訊號傳輸幹擾最小，並且熱量能夠透過基板散發出去。例如，設計積體電路板需要創建一個滿足裝置要求的佈局——正如GreatPCB解釋的那樣，設計印刷電路組件涉及「為PCB上的元件和電路創建佈局，以滿足電子設備的功能要求」。[3]實際上，積體電路板設計涵蓋了晶片與電路板之間的走線方式、所需的層數（通常採用高密度互連）以及散熱區域的位置。它還包括製造規劃：由於積體電路基板通常非常薄且間距很小，因此設計必須考慮製造能力。

總的來說，一個 IC基板 積體電路基板是裸晶片與更大電路板之間的橋樑，其功能包括固定晶片、將晶片連接到印刷電路板以及保護和散熱。[1]IC板組件包括晶片以及板上的所有小型元件（電阻器、電容器、連接器）。[2]在接下來的章節中，我們將探討積體電路基板的類型、材料、組裝方法、應用和設計考量。

IC基板的封裝類型

IC基板通常以以下方式分類： 晶片封裝類型 它們用於封裝。每種封裝類型都定義了晶片的引腳或焊盤如何連接到基板。積體電路基板的常見封裝類型包括：

• SO（小型外型）包：這些封裝尺寸小，引腳相對較少，用於引腳數較少的晶片。它們通常用於記憶體和小型積體電路。中國標準名稱包括 SOP（窄封裝，約 8-40 個引腳）、SOL（寬封裝，≥44 個引腳，用於 RAM）、SOW（寬封裝，≥44 個引腳，常用於 EEPROM），以及小型化變體，例如 SSOP 以及 TSOPSO封裝採用鷗翼形（翼狀）引腳（有些記憶體晶片使用稱為J形引腳的引腳）。 特種部隊典型的引腳間距包括 1.27 毫米、1.0 毫米、0.8 毫米、0.65 毫米或 0.5 毫米。 SO 封裝允許與 IC 基板進行基本連接，並且相對簡單。
• QFP（四方扁平封裝）：QFP封裝的腳位呈「L」形，四邊均有腳位。這是一種常見的表面貼裝封裝，適用於中高引腳數的積體電路，例如微控制器、FPGA晶片或音訊/視訊積體電路。其基座可以是塑膠、陶瓷或金屬（塑膠最常見）。引腳間距因類型而異：從0.3毫米到1.27毫米不等。例如，一個0.65毫米間距的QFP最多可以有大約304個腳位。一些QFP包含 緩衝區 在角落（稱為） BQFP 或採用「角焊盤」的QFP封裝，以在搬運過程中保護引腳。這些封裝可以安裝在基板上，也可以直接安裝到插座上。
• PLCC（塑膠引線晶片載體）：PLCC 是一種方形或長方形封裝，引腳呈 J 形（引腳向內彎曲到封裝下方）。它通常有 20 到 124 個引腳，引腳間距為 1.27 毫米。許多可程式記憶體都使用 PLCC（因為這種晶片可以插入插座）。 PLCC 可以透過插座或焊接的方式連接到電路板上。它有 JEDEC MO-047（方形，20 到 124 個引腳）和 MO-052（矩形，18 到 32 個引腳）兩種封裝標準。由於腳位呈 J 形，表面貼裝 PLCC 在焊接時需要格外小心。
• LCCC（引線陶瓷晶片載體，有時也稱為無引線 CC）：這是一種陶瓷表面貼裝封裝，沒有突出的引腳。取而代之的是，側面和底部設有金屬化焊盤（呈城堡狀排列）。方形LCCC的腳位數可以是16、20、24，最多可達156個。矩形LCCC的腳位數可以是18-32個。引腳間距通常為1.0毫米或1.27毫米。陶瓷載體能夠實現非常可靠的連接和更佳的高頻性能（路徑更短、電感更低）。它們採用全密封設計，可靠性極高（常用於軍事領域），但價格昂貴。由於熱膨脹係數（CTE）匹配問題，必須嚴格控制熱膨脹。
• PQFN（功率四方扁平無腳位封裝）：PQFN封裝是一種無引腳封裝，其底部有一個較大的裸露金屬焊盤（用於散熱），周圍環繞著用於電氣連接的焊盤。它通常呈方形或矩形。由於沒有長側引腳，因此電路路徑很短（電感和電阻都很低），導熱性也很高。 PQFN封裝體積小、重量輕，是功率晶片和射頻晶片的理想選擇。由於其在小尺寸下仍能保持良好的性能，因此被廣泛應用於行動裝置（手機、相機等）。
• BGA（球柵陣列）：在 BGA晶片的接點位於底面，以焊球網格的形式排列。這使得在較小的區域內可以容納許多引腳（整個底面都可以使用，而不僅僅是邊緣）。一個BGA封裝可以輕鬆容納數百個引腳。例如，如果一個大型QFP晶片邊緣有400個引腳，那麼類似的BGA封裝可以使用20×20的焊球網格，並安裝在一個更小的正方形區域內。[4]由於焊球間距通常約為 0.3–1.5 毫米，因此無需佔用大量電路板面積即可實現高引腳數。此外，由於焊球高度一致，BGA 封裝的公差控制也更加容易（晶片在焊接過程中可以自動對準）。更短的距離（焊球到晶片的距離）有助於提高高速訊號傳輸性能。[4]BGA封裝現在廣泛應用於引腳數多的積體電路（例如記憶體、CPU、FPGA等）。 BGA有多種類型：塑膠BGA（PBGA）、陶瓷BGA（CBGA）和微型BGA（尺寸非常小時有時稱為CSP）。焊球間距可以是1.5毫米、1.27毫米、1.0毫米，微型BGA的焊球間距甚至可以小至0.3毫米。
• CSP（晶片級封裝）：CSP（晶片封裝）本質上是最小的封裝，尺寸幾乎與晶片本身相同。根據IPC標準，其面積必須≤晶片面積的1.2倍。典型的CSP具有非常短的連接線（幾乎與晶片尺寸相同），並且可以容納比同等尺寸的TSOP或BGA更多的引腳。例如，TSOP最多可容納約304個引腳，普通BGA約600個引腳，而CSP理論上可以支援1000個以上的引腳（因為它採用晶圓級封裝）。[5]CSP晶片極為緊湊輕薄，因此能夠降低阻抗和訊號損耗。此外，它們的散熱路徑也非常短（晶片焊盤距離散熱器僅約0.2毫米）。目前，CSP晶片主要用於儲存晶片和便攜式設備（手機、平板電腦）。未來，CSP晶片將在高密度電子產品中得到更廣泛的應用。[5].

每種封裝類型都要求積體電路基板與之相符。例如，BGA積體電路基板上會有一個用於焊球的焊盤陣列。 CSP基板通常採用晶圓級製程製造。封裝的選擇會影響… IC板設計例如，BGA 需要更多的層或微孔來佈置許多引腳。

按材質分類

IC基板也依以下方式分類： 材料 底板：

• 剛性基底：由環氧樹脂製成（FR-4）、BT樹脂、ABF（味之素增材膜）或其他剛性層壓板。熱膨脹係數（CTE）通常在13–17 ppm/°C左右。剛性基板在許多積體電路中很常見。
• 柔性基板：由聚醯亞胺 (PI) 或聚乙烯 (PE) 等柔性材料製成。這些材料允許彎曲或製成非常薄的尺寸。它們的 CTE 通常為 13–27 ppm/°C（可能略微膨脹）。柔性基板可以貼合各種形狀，適用於需要彎曲或安裝在狹小空間內的電路板。
• 陶瓷基板：由陶瓷（氧化鋁 Al₂O₃、氮化鋁 AlN、碳化矽 SiC 等）製成。這些材料的熱膨脹係數 (CTE) 非常低（約 6–8 ppm/°C）。陶瓷基板具有優異的散熱性能，常用於高頻或高功率積體電路（例如某些射頻或軍事應用）。由於其低膨脹係數，它們能更好地與某些晶片材料匹配，從而降低應力。

基材的選擇取決於需求：陶瓷適用於高溫/高密度應用，柔性材料適用於可彎曲或輕巧的應用，剛性環氧樹脂適用於標準用途。

黏合和組裝方法

IC基板透過不同的方式將晶片連接到基板上。 黏合技術。常見的方法包括：

• 引線鍵合：晶片焊盤與基板焊盤之間通常使用細導線（通常是金線或鋁線）連接。這是最傳統、最常用的方法，尤其適用於BGA或QFP封裝。導線從晶片端繞到引腳或焊盤。
• 膠帶自動黏合（TAB）：導線預先製作在薄聚醯亞胺膠帶上。膠帶將導線固定到位，晶片則透過膠帶黏合到導線上。這種封裝方式（TAB）適用於一些引腳數較多或特殊用途的積體電路組件。
• 倒裝晶片（FC）鍵結：在倒裝晶片技術中，積體電路晶片被翻轉，使其焊盤朝下貼合在基板上。晶片對準後直接連接到基板上的凸點或焊盤上（通常使用焊錫）。這省去了鍵合線，可以縮短電路路徑，並提高高頻性能。倒裝晶片基板的設計旨在容納翻轉後的晶片。倒裝晶片技術廣泛應用於處理器、GPU 和超高性能晶片。

每種鍵合方法都要求基板具有匹配的特徵（例如焊盤、凸點下方的金屬層等）。在設計中，必須規劃焊盤位置，並在需要時填充底部膠層。

IC板應用

IC基板PCB幾乎應用於所有需要高性能或緊湊尺寸的現代電子產品。它們尤其常見於：

• 智能手機和平板電腦：這些設備需要非常輕薄且高密度的電路板。設備內部的積體電路基板（用於CPU、基頻晶片、記憶體）有助於實現小型化和高速運作。
• 筆記型電腦:許多小型電路或儲存模組都使用積體電路基板。
• 電信設備：高速網路和電信設備使用多層積體電路基板來放置處理器和FPGA。
• 醫療設備：便攜式醫療電子產品的晶片依賴於緊湊、可靠的積體電路基板。
• 工業控制：為了獲得穩定的性能，機器人和控制單元的控制器通常採用積體電路基板。
• 航空航天和國防：陶瓷或剛撓性積體電路基板具有高可靠性和高性能，並應用於衛星、航空電子設備和軍事系統。

一般來說，任何需要輕量化、高速電子元件的應用都傾向於使用積體電路基板。正如某資料顯示，積體電路基板（包括先進的高密度互連和剛撓性PCB）的需求“呈爆炸式增長”，如今已廣泛應用於電信和數位設備領域。[6]。 現代 剛性PCB 為了滿足這些需求，技術已經發展到 HDI（高密度互連）甚至 SLP（基板狀 PCB，一種類似半導體製程的薄而剛性的堆疊板）。

製造挑戰

製造積體電路基板比製造標準印刷電路板更難。一些主要挑戰包括：

• 極薄板材和翹曲：積體電路基板通常非常薄（有時小於0.2毫米）。薄板往往… 變形或彎曲 在製造過程中容易出現問題。正如EFPCB所指出的那樣，超薄芯板「非常薄，容易變形。只有改進加工方法（例如板材膨脹和層壓參數），才能妥善控制超薄芯板的翹曲和層壓厚度」。[7]實際上，這意味著製造商需要新的層壓設備，並嚴格控製材料，以保持板材平整。
• 微孔和精細特徵：現代積體電路基板採用非常小的通孔（鑽孔）和非常細的銅線。例如，微孔的直徑可能在 30 微米左右。[8]實現這些目標需要精確的雷射鑽孔和精細的電鍍工藝。積體電路基板的銅鍍層厚度必須非常精確（約 18 ± 3 µm）且均勻（一致性約 90%）。[8]即使是微小的誤差，在這種尺寸下也可能導致短路或開路。此外，阻焊層必須非常平整（高度差小於10微米），並且與焊盤對齊。
• 需要先進的流程：傳統的減材蝕刻製程（用於普通PCB）無法實現所需的線寬/線間距（通常小於30µm）。因此，需要採用增材電鍍或現代半增材電鍍（MSAP）等製程。這些工藝僅在需要的地方沉積銅層，從而實現超細線條。 MSAP目前是製造積體電路基板最常用的方法。[9].
• 品質與測試：由於積體電路基板的特殊性，工廠需要採用新的測試和品質保證方法。許多品質檢測（例如熱測試或高頻測試）都超出了普通PCB測試的範圍。簡而言之，製造積體電路基板需要非常先進的設備和製程。

由於這些挑戰，只有先進的 PCB製造商 他們可以製造優質的積體電路基板。他們必須投資專用的層壓機、電鍍生產線和檢測工具。與普通印刷電路板相比，積體電路基板生產線更接近半導體製造廠的環境。

如何選擇合適的積體電路板

選擇合適的積體電路基板（和電路板）取決於晶片性能是否符合系統需求。以下是一些指導原則：

• 性能與應用相匹配：對於工業或嚴苛應用環境，應選擇工作溫度範圍寬、抗雜訊能力強的積體電路和電路板。在消費性電子產品（如手機、相機）中，低功耗對於延長電池壽命至關重要。對於快速迭代的產品（如數位產品、物聯網設備），應使用通用或易於取得的元件，以簡化供應鏈管理。
• 考慮封裝和引腳數量：確定積體電路所需的引腳數量。如果晶片引腳數量非常多，可能需要使用 BGA 或 CSP 封裝，且基板必須能夠容納這些引腳。對於中等引腳數量，QFP 或 PLCC 基板可能就足夠了。
• 檢查散熱要求：如果積體電路散熱量很大，請選擇 PQFN 或熱 BGA 封裝，以及具有良好散熱片的基板（銅芯、金屬層、導熱通孔）。
• 查看電氣規格：確保基板材料和層疊結構符合積體電路的速度和阻抗要求。高速積體電路通常需要可控阻抗走線和多層結構。
• 平衡成本與複雜性：剛性基板（環氧樹脂FR-4）價格最低。柔性基板或陶瓷基板成本較高，但可能適用於特殊需求（例如彎曲或極高的可靠性）。晶片級封裝（CSP）價格昂貴，但可實現最大程度的小型化。

透過了解晶片的封裝、電壓、頻率和環境，工程師可以選擇合適的積體電路基板，並在性能、成本和可靠性之間取得平衡。務必與您的PCB供應商討論具體要求。

選擇PCB製造商（以GreatPCB為例）

確定積體電路板的設計後，下一步就是找到合適的PCB製造商。尋找一家在高級PCB和集成電路組裝方面經驗豐富的公司。例如： 偉大的PCB  GreatPCB是中國領先的PCB和PCBA製造商。本公司擁有超過15年的經驗，提供從PCB製造到組裝的一站式服務。[10]他們可以生產1層至20層的PCB，並能進行IC編程和測試。[10].

• 經驗：GreatPCB成立於2002年（PCB製造），並於2008年擴展業務（組裝），擁有超過15年的專業經驗。[10].
• 一站式服務：他們提供設計支援、元件採購、PCB製造（包括剛性PCB、柔性PCB、HDI等）、組裝和測試，所有工序均在公司內部完成。[10].
• 質量：GreatPCB 保持嚴格的品質控制——據其報告，品質合格率高達 99%，準時交付率也達到了 97%。[11]這體現了可靠性。
• 容量：他們擁有多條高速SMT生產線（富士、松下、Yamaha設備）、回焊爐、波峰焊接設備以及X射線和AOI檢測設備。[12] （正如他們在網站上描述的那樣），這對於 BGA 或 CSP 等小間距組裝來說非常重要。

選擇像 GreatPCB 這樣信譽良好的製造商意味著您的 IC 板設計可以減少錯誤，並獲得更好的支援。您可以與他們分享您的設計文件（Gerber 檔案、BOM 表、佈局圖）以取得報價。 GreatPCB 的工程師還可以就 DFx（可製造性設計）提供建議，以避免 IC 基板製造中常見的難題。

概要： 要製作積體電路板，首先要明確定義電路板的功能以及所使用的晶片。積體電路基板（也稱為積體電路底板）起到中間層的作用，它承載晶片並將其連接到主印刷電路板 (PCB)。[1]它必須具備合適的組件（積體電路晶片、小型被動元件、連接器等）。 [2]並採用合適的封裝類型（QFP、BGA 等）和材料（剛性、柔性或陶瓷）進行設計。電路板設計包括為晶片佈局高密度走線、過孔和焊盤，並確保滿足散熱和機械要求。由於積體電路基板非常薄且間距很小，因此會帶來諸如翹曲和嚴格的公差等製造挑戰。[7][8]因此，與經驗豐富的PCB製造商合作至關重要。最後，選​​擇像GreatPCB（https://greatpcb.com）這樣的全方位PCB製造商進行生產。 GreatPCB擁有豐富的經驗和高品質標準。[10][11] 這意味著他們能夠應對積體電路板生產的複雜性。

IC基板是現代高性能PCB的基礎。它使裸晶片能夠與外界互動。透過了解IC封裝類型和設計要求，您可以建立緊湊、可靠且適合您設備的IC板。與專家合作並遵循設計和製造方面的最佳實踐，以獲得最佳結果。

常見問題

問題1：什麼是積體電路基板（積體電路底板）？
A: 它是一種特殊的薄型PCB，用於封裝和連接裸露的積體電路晶片。它“充當集成電路晶片和PCB之間的連接橋樑”，容納晶片並佈線，同時還提供支撐和散熱功能。[1]簡單來說，可以把它想像成一塊小板，晶片就放在這塊小板上，這塊小板將晶片連接到更大的電路板上。

Q2：積體電路板上常見的元件有哪些？
A: 除了積體電路晶片之外，積體電路板通常還包括電阻器、電容器等被動元件、連接器或插座，有時還包括電感器或濾波器。 GreatPCB 部落格列出了許多 PCB 組裝組件：「積體電路晶片、電阻器、電容器、電感器、變壓器、連接器、按鈕、顯示器、感測器等等」。[2]具體元件取決於晶片的需求（例如去耦電容、偏壓電阻等）。

Q3：積體電路板設計包含哪些內容？
A: IC板設計是指規劃基板佈局：確定每個焊盤、過孔和走線的位置，從而將晶片連接到PCB上。它包括繪製滿足裝置功能要求的原理圖和PCB佈局圖。[3]設計人員必須確保訊號完整性（短走線長度、適當的阻抗）和散熱路徑。例如，設計印刷電路組件「包括為PCB上的元件和電路建立佈局，以滿足設備的功能要求」。[13]這也意味著要選擇電路板需要多少層，以及如何放置和佈線細間距連接。

Q4：為什麼在積體電路板上使用BGA或CSP封裝？
A: BGA 和 CSP 封裝可以在更小的空間內實現更多的連接。 BGA 封裝底部使用焊球，因此可以在晶片表面排列許多引腳。正如維基百科所指出的，「BGA 封裝利用整個底部區域，可以提供比雙列直插式封裝或扁平封裝更多的互連引腳」。[4]這也意味著更短的訊號路徑（因為焊球直接連接在晶片下方）和更好的高速性能。[4]CSP 的尺寸更加緊湊——幾乎與晶片本身一樣大。 CSP「輕巧緊湊，品質和尺寸與 IC 完全相同」。[5]這對於微型電子產品來說非常棒。缺點是製造流程更加複雜。

Q5：如何選擇積體電路板的PCB製造商？
A: 尋找一家在細間距和多層板製造方面擁有豐富經驗的製造商。 GreatPCB 就是一個例子——他們在 PCB/PCBA 製造領域擁有超過 15 年的經驗，並提供一站式服務。[10]確認他們擁有相應的認證（例如 ISO9001）和設備（例如雷射鑽孔機、精細電鍍機、高速組裝機）。同時，也要查看他們的品質記錄。 GreatPCB 報告的品質合格率高達 99%，準時交貨率也達到了 97%。[11]. 務必分享您的電路板規格，並在製造前從製造商處獲得有關 DFx（面向製造的設計）改進的反饋。