要点摘要
更大的封装尺寸、更多的层数、更精细的布线以及嵌入式功能，正使基板能力越来越趋向于特定应用场景。
一种基板在技术上可行，但在大批量生产所需的良率或工艺窗口下可能并不实际。
随着基板走向专用化，围绕它们的载体系统、临时键合材料以及许多工艺流程也必须随之专用化。
多年来，基板问题相对容易描述，即便解决起来很困难。只要按所需尺寸和良率生产出足够数量，先进封装产线就能持续运转。
曾让 ABF 基板成为高管关注焦点的短缺问题强化了这一观点，产能至今仍是整体方程式中的重要部分。但供应商即便拥有可用产能，也可能无法制造出现代先进封装所需的基板。更大的封装体、更多的层数、更精细的布线、新型介电材料、嵌入式元件以及更严苛的机械公差往往同时出现，把一个供应问题变成了能力问题。
经济数据开始揭示这种转变。基板方面的支出增长速度超过了出货数量的增长，因为每一片基板都需要更多材料和更复杂的结构。在 AI 和服务器封装中，这通常意味着更大的面积、更多的层数，以及更苛刻的互连要求。
Prismark 首席顾问 Yu-Po Wang 在近期一次会议演讲中表示："基板价值增长速度超过出货量增长，因为封装正在使用更高的层数和更大的封装体尺寸，这增加了材料消耗。最强劲的增长领域仍是服务器，尤其是大尺寸倒装芯片 BGA 封装。"
产能针对什么？
原先的产能问题现在多了一个限定条件——针对什么的产能？即便两家供应商为大致相同的封装尺寸制造有机基板，它们也可能无法互换。每种封装架构都有其自身可接受的材料、尺寸和工艺限制组合，因此匹配封装尺寸只是开始。介电特性、线宽线距、层叠结构、热膨胀系数（CTE）、嵌入式被动元件、供电、热性能以及组装流程都可能大幅缩小材料选择范围。这种收窄始于越来越多被压缩进封装本身的系统功能。
芯粒（Chiplet）有助于解决部分硅缩放问题，允许将大型系统分割成更小的芯片，随后再进行组合。但曾经共存于单一硅片上的功能，分离之后仍需要相互通信。信号必须穿越基板，电力必须在没有过多损耗或噪声的情况下送达每个芯片，而 HBM 必须足够靠近逻辑芯片才能实现带宽优势。
英特尔代工厂高级首席工程师 Tarek Ibrahim 在近期演讲中表示："从封装的角度来看，封装不仅仅是保护层，它实际上承载了相当多的信号和电力。因此我们与供应商、设备厂商以及基板供应商合作，优化介电材料和设计规则。"
这些附加功能把曾经看起来只是封装选择的问题，变成了系统级决策。选择介电材料是基于其电学特性对信号传播的影响，而不仅仅因为它能承受层压和组装过程。层数会影响布线容量和供电能力。嵌入式被动元件可以缩短电气路径，但会占用面积并增加工艺步骤，而光学集成则带来了自己的几何形状、材料和热敏感性要求。基板仍位于芯片下方，但它正越来越多地承担决定芯片协同工作效果的任务。
这种专用化不仅发生在不同基板类别之间，也发生在同一基板家族内部。当不同封装需要不同的核心结构、层数和嵌入式功能时，有机基板已不再能够广泛互换。
新光电气公司高级主管兼研发总经理 Yasushi Araki 在近期一次会议演讲中表示："我们有三种核心层结构，以及四层、六层和八层核心。现在客户要求我们在核心中嵌入被动元件以提升电源完整性。"
这使得人们熟悉的有机基板、硅基板与玻璃基板之争在某种程度上具有误导性。这些仍是重要的架构选择，但专用化已经在每个类别内部发生。当设计必须反复量产而不是一次性验证时，这种专用化的影响会更加显著。布局工具可以画出更精细的线路，封装架构师可以要求增加一层积层，但这两个决定都无法证明供应商能够以可接受的良率大批量生产这些基板。
良率决定了真正的设计规则
当客户架构、OSAT 组装规则和基板供应商工艺极限必须共存时，可设计与可制造之间的边界便显现出来。在新的先进封装尺寸下，设计规则必须能经受住不止一个制造窗口的考验。适用于封装架构的几何结构，仍必须是基板供应商能够良率生产、OSAT 能够可靠组装的东西。
安靠（Amkor）主流业务部高级副总裁兼总经理 Joe Roybal 表示："我们可能想要某些设计规则，但基板供应商可能会告诉我们，如果那样做会影响他们的良率，因为这些是大尺寸、多层结构。我们需要确保良率合理，在某些时候我们也必须调整组装工艺，无论是标准批量回流焊、激光辅助键合还是热压键合。"
因此，一项规格可能在技术上仍然可行，但在经济上变得不再具有吸引力。更多层数会带来更多缺陷和对位误差的机会。更大的封装体尺寸让尺寸和机械变化有更大的空间累积，而更紧密的布线则减少了工艺余量。不过困难很少是某个单一的灾难性失效机制，更多情况下，是多个公差同时收窄，直到基板供应商的名义能力无法顺利转化为量产良率。设计间可复现性的丧失可能同样重要。
Roybal 补充道："如今，我们不能再说'哦，我们以前做过这个'。每个客户都不同，我们在准备好验证和大批量生产之前需要进行开发工作。"
封装体尺寸、芯片放置、间距和热约束的差异可能足够大，以至于既定的工艺窗口只能作为起点，而不是可重复使用的答案。这也改变了"第二供应源"的含义。
一家拥有闲置工厂产能的供应商，仍必须先重现所需的层叠结构、尺寸、电气性能和工艺良率，才能成为可互换的供应源。随着基板越来越针对特定架构进行定制，符合资质的供应基础可能会比名义上的供应基础小得多，而这种专用化开始蔓延到那些根本不属于成品基板一部分的材料中。
层叠结构改变材料
基板在组装过程中并非原封不动地经过每个环节。根据具体流程，它可能会临时贴附到载体上，反复经历加热和冷却，涂覆介电层，暴露于等离子体或湿化学处理，进行电镀、减薄、解键合和清洗。每个工序都会让下一个工序面对一个带有"历史"的物理结构，包括残余应力、翘曲、表面状况，以及已经经历过多次化学和温度变化的材料。
临时键合材料处于这一历史过程的中间环节。它们可能接触聚合物、介电材料、金属、硅或玻璃，需要在整个处理过程中牢牢固定越来越薄的结构，同时又不能太硬以致引入额外的机械应力。这些要求可能会随所涉及的表面、热预算以及材料需要容纳的翘曲量而变化。
布鲁尔科学公司（Brewer Science）先进半导体封装材料经理 Hamed Derami 表示："这些材料的设计应该非常针对具体应用。一种临时键合材料可能适用于某个特定工艺，却不适用于另一个。我们通常会围绕材料将接触到的对象以及该工艺的粘附要求来重新设计材料。"
这个工艺窗口可能非常狭窄。粘附力太小，封装可能在处理过程中脱层；模量过高，临时键合层可能会增加应力，而不是起到缓冲作用。当在键合结构上构建精细间距的重布线层（RDL）时，总厚度变化也很重要，因为局部厚度变化会降低晶圆上 RDL 的均匀性和分辨率。因此，布鲁尔公司会根据特定工艺流程的粘附力、热预算、翘曲以及其他要求来调整材料，而不是假设一种化学配方能适用于不同架构。
这种变化并不总是需要新的封装架构。不同的模塑料会改变粘附力和机械负载，而固化条件或热预算的变化则会影响聚合物性能。Derami 补充道："即便他们只是从第一版封装升级到第二版，我们也可能需要更换材料。"
从晶圆级转向面板级会带来另一系列要求。不均匀涂层，以及更高的应力和翘曲，可能需要具有更强热稳定性和机械稳定性的临时键合材料来适应面板级封装。
玻璃基板在永久基板内部也表现出同样的依赖关系。充满铜的玻璃通孔在结构加热和冷却时会与周围玻璃产生不同程度的膨胀和收缩，因为两种材料的热膨胀系数不同。应用材料公司发现，仅仅降低两者之间衬层的热膨胀系数还不够。如果衬层模量仍然过高，就无法充分变形以吸收应变，而低热膨胀系数、低模量的衬层则通过同时解决热失配和机械响应问题来减少开裂。
应用材料公司先进封装工艺集成工程师 Poulomi Mukherjee 在近期一次会议演讲中表示："关于改变玻璃材料会改变工艺这个观点，存在很多疑问。这让我们意识到，我们需要一个能适用于不同类型玻璃的解决方案，这样下游工艺就不需要改变。"
目标是实现工艺的可移植性，但要实现这种可移植性所需的工程投入，恰恰暴露了根本问题。"玻璃"并非单一的机械和界面条件集合。只要成分或特性发生足够大的变化，应力、种子层粘附力和下游热性能都可能随之改变。
Mukherjee 说："所有这些工艺步骤都有各自的挑战。它们必须能单独运作，也必须能协同优化地一起运作，这样上游和下游工艺才不会相互干扰。"
到这一步，基板专用化已经从基板工厂蔓延出去。载体可能改变，粘合剂可能改变，衬层可能改变，可接受的工艺窗口也可能改变。下一个约束将落在需要处理所有这些变化的设备上。
设备必须进化
在基板选择改变了材料、应力、处理方式和工艺顺序之后，设备制造商也必须承接这些变化。一台围绕熟悉的晶圆厚度、介电系统或通孔工艺设计的设备，可能需要在更大的面板、更多的积层数量和更严苛的线宽线距要求下运行——同时还要在更大面积上保持均匀性。随着更大尺寸的基板、更严苛的布线要求以及多种新兴工艺选项将设备推向超出熟悉工艺窗口的境地，这为设备供应商带来了自身的开发难题。
泛林集团（Lam Research）先进封装技术总监 Prahalad Parthangal 在近期一次会议演讲中表示："业界尚未就真正的范式达成一致，所有这些方法都需要设备行业投入更多的资金和开发。我们需要理解如何实现标准化，以及如何开发出能够完全支撑整个行业的方案。"
在这种融合出现之前，设备供应商可能必须同时支持多种相互竞争的基板方案，而不知道最终哪一种（或哪几种）会走向大批量生产。
这带来了一个棘手的资本设备问题。设备必须提前开发好，以便能够支撑某项基板技术，但该技术可能仍在与多种替代方案竞争。玻璃核心工艺流程可能需要与有机积层基板不同的处理和通孔工艺。面板处理带来了自身的沉积和均匀性要求，而更精细的布线可能会将后端工艺推向越来越接近前端制造的技术。因此，支持专用化意味着要在最终量产组合尚未完全明确之前就设计和采购设备。
当某一应用主导整个技术路线图时，这种不确定性更容易被接受。然而，基板市场正朝着相反的方向发展，AI、光学、汽车和电源封装正将设计要求拉向不同的终点。
最佳选择取决于封装需要完成什么任务
目前，AI 和高性能计算正推动一些最激进的基板要求。被 HBM 环绕的大型逻辑复合体需要密集布线、多层结构、高速信号传输以及日益困难的供电方案，同时封装本身在面积和价值上都在增长。这些要求有利于能够支持大封装体尺寸和高布线密度的技术，但并不能为其他所有应用建立一个通用架构。
共封装光学（CPO）已经展示出这种层级结构变化的速度之快。电子器件、光子集成电路、光学引擎、光纤连接和散热方案必须共存于同一个封装内，而围绕多种相互竞争的实现方案，制造基础设施仍在发展之中。
安靠封装开发高级总监 Suresh Jayaraman 表示："这里的一个挑战在于，这个领域太新了，每个人都在尝试开辟自己的道路。每种方案都相当独特，每个人都在构建定制化的解决方案。如果我们投资并说好的，我们要支持这种特定架构，它可能移植到别处，也可能移植不了。"
这些差异直接延伸到组装环节。一些 CPO 方案可以复用现有 2.5D 平台的部分元素，但光学元件的表现不像普通芯片。连接它们可能需要以前不属于 OSAT 工具箱的设备，而在电子封装中可能可以容忍的少量污染，却会使微透镜阵列周围的光线衰减。因此，制造商必须为这些光学结构考虑新的连接、清洁和检测能力。
甚至光路周围的材料也会因架构而异。有些架构使用折射率匹配环氧树脂将透镜连接到互连基板上，而另一些则需要洁净的空气腔。为传统电子布线优化的基板或互连基板可能仍可作为起始平台使用，但光学架构可能会迫使其周围发生足够多的变化，使得制造流程变得针对特定应用。
汽车领域则表现出相反的压力。它正在为高级驾驶辅助系统（ADAS）和集中式计算采用更先进的封装技术，但市场的大部分仍依赖成熟的封装类型，因为认证历史、成本和长期可靠性在其中的权重与在前沿 AI 加速器中的权重不同。
安靠 BGA 和 QFN 产品副总裁 Prasad Dhond 表示："尽管我们看到先进封装显著增长，但汽车封装的主力仍是传统的引线键合封装。我们使用的材料组合以更低成本和更高可靠性为驱动，同时兼具汽车特定的设计特征，比如能提高可检测性的可湿润侧翼。"
这种对比很重要，因为专用化并不总是意味着转向可用的最先进基板。AI 处理器可能会接受更多层数、昂贵材料和激进的集成方案来获取带宽优势。许多汽车应用仍偏好具有长期可靠性历史的成熟架构。高压电源器件则强调散热路径、隔离性以及能承受截然不同电气应力的材料，而 CPO 增加了光学洁净度和对准约束。基板层级结构会随着优化目标的变化而改变。
供应商增多不一定意味着供应量增加
这种分化带来了一个供应链后果，当产能被笼统讨论时，这一点很容易被忽视。基板供应商可能拥有闲置的生产产能，但能否通过认证取决于它能否重现特定的层叠结构、材料系统、尺寸以及设计所需的良率。随着这些组合变得越来越专用化，更换供应商就不再像购买一个等效零件那么简单，而更像是要认证另一套制造工艺。
当基板位于昂贵的逻辑芯片和存储芯片之下时，风险会迅速上升。随着封装尺寸和嵌入硅片数量的增加，英特尔代工厂正与合作伙伴合作，将更多类似硅片的良率基础设施引入基板制造中。
英特尔的 Ibrahim 表示："归根结底，我要维持的是一个已知良好的基板，这样当我贴装硅片时，就能避免因基板功能失效而造成的损失。"
这改变了基板质量的经济学。在组装之前，一片相对便宜基板上的缺陷只是一个问题；但在昂贵的逻辑芯片和 HBM 已经贴装之后，它就变成了一个代价大得多的问题。随着封装成本上升，检测、工艺控制和基板认证必须向上游移动，因为封装再也承受不起在最后阶段才发现基板故障的代价。
同样的逻辑也使第二供应源变得更加困难。一个名义上兼容的供应商必须证明自己能够满足规格要求，并且要足够反复地做到这一点，才能保护随后组装在其上的一切。产能仍然重要，但有用的产能，是指已经针对该特定架构通过认证的那部分产能。
设计文件也必须更加具体
物理层面的专用化在上游产生了一个不太明显的问题。如果设计环境只知道基板的外形轮廓、布线规则和少数几个名义材料特性，工程师就无法将基板作为电气、热学和机械系统的一部分进行优化。当基板、RDL、互连基板和组装工艺来自不同供应商时，这个问题会变得尤为棘手。
新思科技（Synopsys）3DIC Compiler 平台产品管理高级总监 Amlendu Shekhar Choubey 表示："围绕封装基板、RDL 和互连基板的标准化信息，目前仍存在很多不透明之处。互连基板和基板的热学、电学性能材料技术文件，以一种可以集成到设计流程中的格式呈现，目前仍然缺乏。"
热性能属于整个叠层结构，而不属于任何单一组件。芯片、模塑料、互连基板、基板，甚至封装下方的 PCB 都会影响结果。遗漏这些部分可能会使热分析出错。随着基板架构变得越来越专用化，它们的数字化描述也需要捕捉更多这类电学、热学和机械性能信息。
在一个建立在专有工艺基础上的生态系统中，这一点很难实现。供应商需要披露足够多的信息以支持系统级分析，同时又不能透露那些能体现其差异化优势的制造细节。三菱化学集团营销与业务发展高级总监 Sanjiv Bhatt 将材料供应商、设备制造商和晶圆厂描述为各自独立的"黑箱"，它们越来越需要交换足够的信息，才能协同迭代。
Bhatt 表示："不会有一种适用于所有情况的解决方案。每种工艺都需要一定程度的定制。要实现这种定制，不可能由一个人独自完成。你必须建立起能够推动进展的协作关系。"
在这种设计和数据基础设施成熟之前，一些基板决策仍将依赖于不完整的模型，随后再通过实物测试样品和认证来验证。
结论：没有唯一的继任者
人们很容易把每一次基板讨论都变成一个"继承故事"：有机基板统治了一代技术，硅互连基板开启了另一代，玻璃或面板级技术则被定位为下一个替代者。但实际的发展路径正变得更加复杂，因为每种解决方案在消除一个约束的同时，都会引入另一个约束。
玻璃可以提供尺寸稳定性并支持大尺寸面板，但它带来了新的玻璃通孔（TGV）、粘附、处理、崩边和开裂问题。有机基板保留了成熟的基础设施和成本优势，但更精细的布线、更多的层数以及嵌入式功能，仍在不断挑战它们的能力边界。桥接方案和扇出方案可以减少对大型硅互连基板的依赖，但它们也带来了自身的工艺控制和良率问题。而这些选择中没有一个能同时为所有应用在功率、带宽、热性能、可靠性、成本和可制造性方面实现最优。
更具深远意义的转变是，基板选择正在向系统架构设计的起始阶段靠拢。封装设计者越来越需要在封装定案之前，就决定基板必须承载什么、布线需要多精细、什么材料能承受该工艺、供应商能实现什么良率，以及所有这些将如何建模和认证。
随着异质集成将更多电学、机械甚至光学系统整合进封装中，其下方的基板变得越来越难以与它所支撑的架构分离开来。这个行业已不再朝着"一种基板统治一切"的方向汇聚，而是正在了解自己接下来将需要多少种不同的基板。
Q&A
Q1：为什么基板不能再像以前一样通用互换？
A：因为更大的封装体尺寸、更多的层数、更精细的布线以及嵌入式功能，使得不同封装架构对材料、尺寸和工艺的要求各不相同，即便封装尺寸相同，基板也可能无法互换使用。
Q2：AI 和汽车领域对基板的需求有什么不同？
A：AI 和高性能计算追求大封装体、密集布线和高带宽，倾向于采用最先进的基板技术；而汽车领域更看重认证历史、成本和长期可靠性，因此大部分仍依赖成熟的传统封装类型。
Q3：基板供应商产能充足是否就能保证供应稳定？
A：不一定。供应商即便有闲置产能，也必须先证明能够重现特定的层叠结构、材料系统、尺寸和良率要求，才能真正成为可替代的合格供应源，否则更换供应商就等同于重新认证一套制造工艺。
