3.1 材料基板介紹
3.1.1 材料基板概論
構裝材料基板一般可歸類為有機材料基板、無機材料基板與複合式材料基 板三大類 [23]。有機材料基板方面，以樹脂類為主，較常看到的組成大多以不 同種類的有機材料之特定比例互相混合而成。無機材料方面則以陶瓷類、金屬類 為主，在陶瓷類材料基板方面，相較於有機樹脂類材料基板之優點在於陶瓷類材 料基板通常具有較高的介電常數，這使得在設計大電容器或小電感器的時候，有 著較好的選擇性優勢，而且陶瓷類材料基板在電性特性的穩定度上也比有機樹脂 類材料基板來的好，但價格上，陶瓷類基板比有機樹脂類材料基板較為昂貴許 多。複合類材料基板是以有機材料混合無機材料而組成的，介電常數通常介於有 機材料與無機材料兩者之間，隨著比例的不同，有著不同的介電常數，使用上端 看設計者的需求決定，下圖 3.1 為基板材料分類之樹狀圖。
基板材料
紙、酚醛樹脂覆銅板(FR-1、FR-2) 紙、環氧樹脂覆銅板(FR-3)
玻璃布 、 環氧樹脂覆銅板(FR-4)SSSAS 玻璃布、耐高溫環氧樹脂覆銅板(FR-5)A 玻璃布、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)覆銅板
玻璃布、BT樹脂覆銅板 玻璃布、PPO樹脂覆銅板
無機材料 有機材料
紙基板
玻璃布基板
複合材料基板 軟性基板
金屬類基板
陶瓷類基板 低溫共燒陶瓷基板(LTCC) 氧化鋁基板 、 氮化鋁基板
圖3.1 基板材料分類樹狀圖
3.1.2 有機材料基板介紹
「有機」材料基板意指著基板的介質為含碳化物的材料，因為較早被開發 研究，因此已具備成熟製程技術，無論是在印刷電路板上、半導體構裝基板或是 模組產品之中，都可以發現有機材料基板的廣泛應用，與無機材料基板比較，有 機材料的價格上也比較符合經濟成本。
在有機材料基板上，種類眾多，常用在通訊上的基板以FR-4 板為主，FR-4 板主要成分為玻璃纖維，其特性為低介電常數、價格較為低廉與加工容易，適合 全自動化製造與生產。IC(Integrated Circuit)載板上，多半使用複合樹脂材料，常 見的有BT（Bismaleimide Triacine Resin）類和 ABF（Ajinomoto Build-up Film）
類，其中BT 類材料是由日本 Mitsubishi 商社所研製生產的樹脂材料，較 ABF 材 料常用於 IC 載板的生產，尤其是PBGA 等大量的 IC 載板應用大量的 BT 材料。
ABF 材料是由Intel（美商英特爾公司，CPU 及晶片組生產商）所主導的材料，用 於導入Flip Chip 等高階載板的生產。BT 與 ABF 兩類材料最大的差別在於 BT 類銅箔基板具有玻纖紗層，可以穩定尺寸，防止熱脹冷縮影響線路良率，但有厚 度及價格較不利的因素，而ABF 樹脂雖具有發展潛力，但亦有製程尚未穩定的 問題，因此兩類基板可說是各擅勝場，端看使用者的選擇而定。
IC 載板是一種溝通晶片與電路板的中間產品，其內部有線路連接晶片與電 路板。以下針對有機構裝基板材料做介紹：
1. 銅箔：
銅箔主要用於IC 載板上的線路材料，於製程中和銅箔基板、乾膜（硬 式光阻劑）等以三明治層疊狀方式壓合，經黃光製程（薄膜-曝光-顯 影）依佈線設計製作線路。應用的銅箔厚度有1/3oz、1/2oz、1oz等等 規格，應用時需考慮阻抗與線路寬度，線路愈細則薄銅較適用。
2. 乾膜：
乾膜主要是固體式光阻劑，以貼合方式與金屬面壓合，再經過黃光製 程，製作細線路。
3. 樹脂基板：
樹脂基板是由樹脂原料與銅層貼合，樹脂多半為複合式材料，常見的 有BT 樹脂類，與ABF類。
4. 綠漆 (Solder mask)：
綠漆主要用於保護基板表面不受侵蝕之材料，由於常呈綠色，故稱之 為綠漆，但是也有黃、紅、藍色等材料。
5. 鍍金：
主要為金氰化鉀，塗於基板外露金屬線路表面，防止金屬線路氧化，
為基板製作常見技術。
3.1.3 無機材料基板介紹
在無機材料基板上，比較常見與應用的是陶瓷類基板，在此簡單做個介紹。
陶瓷類基板目前被廣泛使用的，主要為低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)基板、氧化鋁(Al O )基板與氮化鋁基板(
2 3 AlN
)等等。低溫共燒陶瓷基板具有良好的散熱效果、較佳的電路高頻特性與較高介電 常數等等的優點，但量產的技術相較於有機基板而言還有些差距，另外在價格 上，低溫共燒陶瓷基板也具較高成本。
氧化鋁陶瓷基板的主要成份為氧化鋁粉，具有良好的強度、散熱性佳、穩 定性與耐高壓性優點，隨著成分比例的不同，會有呈現出不同的基板特性。
氮化鋁陶瓷基板為未來電子應用材料中十分熱門的原料，其商業應用的潛 力源自於其擁有優越的機械強度、抗熱壓性特性、耐磨損及化學侵蝕、良好的電 絕緣性、高的熱傳導係數、低熱膨脹係數（與矽值接近）與低介電常數，因此氮 化鋁被視為半導體與微電子電路基板材料、高溫熔鹽或熔融金屬之盛裝坩堝的熱 門材料。
3.2 微帶線設計
微帶線 layout 設計部分，有 80μm 與 420 μm 兩種不同的寬度，介電常數約 4 附近，Z 分別約為 100 歐姆和 50 歐姆，兩種寬度皆設計多條不同的長度的微
0
帶線，長度多為倍數的關係，為 3150 μm 、4700 μm 、6300 μm、12600 μm 、 25200 μm 等，以利於電性分析，如圖 3.2 所示。圖3.2 微帶線參考佈線圖
3150
μm6300
μm4700
μm12600
μmWidth=80
μmWidth=420
μm4700
μm6300
μm12600
μm微帶線基板方面，選擇一般的兩層板基板，即上下兩層為金屬導體。上層 通常作為訊號層(Signal Layer)，下層作為接地層(Ground Layer)，金屬導體為銅 (Copper)，中間夾著有機材料介電質，上下銅層的厚度皆為 20 μm 、介電質層厚 度為 200 μm ，如下圖 3.3 剖面結構圖所示。
材料部分，選擇了三種不同的混合有機材料，組成分別為Woven glass Hydrocarbon/Ceramic Filled、Epoxy/PPO/Glass fiber 與 BT/Glass fiber 三種材料，
介電常數依序為 3.48 ± 0.05、3.9 與 4.05；損耗正切依序為 0.0040、0.01 與 0.0078，詳如下表(3.1)所示。
表 3.1 有機材料參數表
Material Evaluation
No.
Composition
(Tg,
°
C ) Dielectric ConstantLoss Tangent Water Absorption (%) No.2
Woven glass Hydrocarbon/Ceramic
Filled
≧280 3.48 ± 0.05 Epoxy/PPO/
Glass fiber
185 C-24/23/50)
0.12 (D-24/24) No.5
BT/Glass fiber
205 (C-24/23/50)
0.4
下圖 3.4 為最後實現微帶線之有機材料基板，接下來的工作，將是本研究 的實驗部分，在第四章我們會介紹高頻量測與模擬(to 20GHz)、電性分析、參數 萃取技術等。
圖3.4 微帶線實際成品參考圖