專利名稱：垂直繞線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種適用于基板的垂直繞線結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
覆晶接合技術(shù)(Flip Chip Bonding Technology)主要是利用面數(shù)組(areaarray)的排列方式，將多個(gè)芯片墊(die pad)配置于芯片(die)的主動(dòng)表面(active surface)，并在各個(gè)芯片墊上形成凸塊(bump)，接著再將芯片翻面(flip)之后，利用芯片的芯片墊上的凸塊分別電(electrically)及機(jī)械(mechanically)連接至承載器(carrier)的表面所對(duì)應(yīng)的接合墊(bondingpad)。因此，由于覆晶接合技術(shù)可應(yīng)用于高接腳數(shù)(High Pin Count)的芯片封裝結(jié)構(gòu)，并具有縮小封裝面積及縮短信號(hào)傳輸路徑等優(yōu)點(diǎn)，使得覆晶接合技術(shù)目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在芯片封裝領(lǐng)域。值得注意的是，由于基板(substrate)可同時(shí)提供高密度接點(diǎn)及微細(xì)化線路，所以基板也已成為目前芯片封裝領(lǐng)域所最常見的覆晶接合用的承載器。
請(qǐng)參考圖1A，其繪示現(xiàn)有的一種六層導(dǎo)線層的基板的局部剖視圖。基板100是以一絕緣芯層(dielectric core)110c作為基礎(chǔ)，并利用機(jī)械鉆孔(mechanical drill)的方式，同時(shí)鑿穿絕緣芯層110c以形成多個(gè)貫孔112a。接著，再利用電鍍法(plating)，將導(dǎo)電材料形成于貫孔112a的內(nèi)壁及絕緣芯層110c的上下側(cè)面，并填入樹脂材料于貫孔112a的內(nèi)部空間，用以形成多個(gè)鍍通插塞(through via)130a(僅繪示其一)。為了簡(jiǎn)化說明，下文僅說明絕緣芯層110c的上側(cè)各層的形成流程。之后，再形成一未圖案化的導(dǎo)線層120c于導(dǎo)線層120d的表面，并同時(shí)圖案化導(dǎo)線層120c及導(dǎo)線層120d，用以形成線路于絕緣芯層110c的上側(cè)面。
請(qǐng)同樣參考圖1A，再在導(dǎo)線層120c上形成一介電層110b，并利用光刻(photolithography)的方式，圖案化介電層110b，用以在介電層110b上形成多個(gè)開口112b(僅繪示其一)。之后，再在開口112b內(nèi)填入導(dǎo)電材料，用以形成導(dǎo)通插塞(conductive via)130b。接著，在介電層110b上形成一未為圖案化的導(dǎo)線層120b，并圖案化導(dǎo)線層120b，且導(dǎo)線層120b具有接合墊124b。然后，重復(fù)上述的形成介電層110b及導(dǎo)線層120b的數(shù)個(gè)步驟，用以在導(dǎo)線層120b上依序形成介電層110a及導(dǎo)線層120a。此外，更可重復(fù)上述的步驟，而在絕緣芯層110c的下側(cè)依序形成導(dǎo)線層120f、介電層110d、導(dǎo)線層120g、介電層110e及導(dǎo)線層120h，最后完成具有六層線路的基板100，其中導(dǎo)線層120c及導(dǎo)線層120d可視為同一導(dǎo)線層，而導(dǎo)線層120e及導(dǎo)線層120f則可視為同一導(dǎo)線層。
請(qǐng)同時(shí)參考圖1B及圖1C，其中圖1B繪示圖1A的局部俯視圖，而圖1C繪示圖1B的I-I線的局部剖視圖。就現(xiàn)有的基板(如圖1A所示的基板100)而言，導(dǎo)線層120a及導(dǎo)線層120b之間的電連接是通過這些導(dǎo)電插塞130b來達(dá)成，而導(dǎo)電插塞130b的頂端連接導(dǎo)線層120a所形成的接合墊124a，且導(dǎo)電插塞130b的底端則連接導(dǎo)線層120b所形成的接合墊124b。此外，導(dǎo)線層120除形成這些接合墊124以外，導(dǎo)線層120更形成多條導(dǎo)線(trace)122，而這些導(dǎo)線122分別穿插于這些接合墊122之間。
請(qǐng)同樣參考圖1B及圖1C，就現(xiàn)有技術(shù)而言，由于介電層110a的開口112b是利用光刻的方式來加以形成，所以開口112b底端的孔徑最小僅可達(dá)60微米。此外，介電層110a在進(jìn)行光刻制作工藝時(shí)，為了提供開口112b與接合墊124b之間具有足夠的對(duì)位公差(tolerance)，例如約30微米的對(duì)位公差，所以接合墊124b的直徑最小僅可達(dá)120微米，即(60+30×2)微米。另外，導(dǎo)線層120a在進(jìn)行圖案化制作工藝(通常為光刻蝕刻制作工藝)時(shí)，為了有效地形成接合墊124與其相鄰的導(dǎo)線122，以避免接合墊124與其相鄰的導(dǎo)線122之間發(fā)生短路，所以接合墊124與其相鄰的導(dǎo)線122之間的間距P1最小會(huì)設(shè)定在50微米，如圖1A及圖1B所示。
請(qǐng)同時(shí)參考圖1A～圖1C，當(dāng)導(dǎo)線層120a及導(dǎo)線層120b之間設(shè)計(jì)經(jīng)由一導(dǎo)電插塞130b來相互電連接時(shí)，當(dāng)導(dǎo)電插塞130b底端的外徑為60微米，而導(dǎo)電插塞130b底端的接合墊124b必須提供30微米的對(duì)位公差，且上述接合墊124b與導(dǎo)線層120b之間必須提供50微米的對(duì)位公差時(shí)，將使圖1A所示的基板100在水平方向上，必須至少提供出直徑為220(即60+30×2+50×2)微米的圓形區(qū)域的橫向截面積。然而，當(dāng)圖1A所示的基板100所需傳遞的信號(hào)路徑越多時(shí)，如此將相對(duì)增加導(dǎo)電插塞130b的數(shù)目，因而相對(duì)增加基板100在水平方向上的面積。此外，如圖1所示，由于絕緣芯層110c的貫孔112a通常是由機(jī)械鉆孔來加以形成，使貫孔112a的孔徑D1最小僅可達(dá)到100微米，因而相對(duì)使得鍍通插塞130a(包含鍍層部分)的外徑最小僅可達(dá)到160微米，進(jìn)而相對(duì)增加基板100在水平方向上的面積。因此，現(xiàn)有的由增層法(Build-up)所制作的基板100，特別是具有埋設(shè)式導(dǎo)電插塞130b(即埋孔(embedded via))及鍍通插塞130a的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基板100，其于水平方向上的面積不易縮小，因而無法有效地提高此基板100的繞線密度。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，適用于電連接基板的任二兩導(dǎo)線層所分別形成的導(dǎo)線，用以相對(duì)縮小基板在水平方向上的面積，因而相對(duì)提高基板的繞線密度。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即提供一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，適用于一基板，用以電連接一第一導(dǎo)線及一第二導(dǎo)線，其中該第一導(dǎo)線及該第二導(dǎo)線分別配置于該基板一疊合層的一第一面及對(duì)應(yīng)的一第二面，該垂直繞線結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電柱，貫穿該疊合層，且該導(dǎo)電柱的一第一面及對(duì)應(yīng)的一第二面分別暴露于該疊合層的該第一面及該第二面；一第一接合墊，配置于該導(dǎo)電柱的該第一面，且該第一接合墊連接于該第一導(dǎo)線，而該第一接合墊的橫向截面積小于該導(dǎo)電柱的橫向截面積；以及一第二接合墊，配置于該導(dǎo)電柱的該第二面，且該第二接合墊連接于該第二導(dǎo)線。
具體地說，本實(shí)用新型提供的垂直繞線結(jié)構(gòu)，適用于一基板，用以電連接二導(dǎo)線，其中二導(dǎo)線分別配置于基板的一疊合層的頂面及底面，此垂直繞線結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電柱及二接合墊。其中，導(dǎo)電柱貫穿疊合層，且導(dǎo)電柱的頂面及底面分別暴露于疊合層的頂面及底面。此外，二接合墊分別配置于該導(dǎo)電柱的頂面及底面，且二接合墊分別連接于上述二導(dǎo)線，而二接合墊之一的橫向截面積小于導(dǎo)電柱的橫向截面積。
基于上述，本實(shí)用新型的垂直繞線結(jié)構(gòu)適用于一基板，并通過導(dǎo)電柱搭配二接合墊的特殊設(shè)計(jì)，故可有效地縮小基板在水平方向上的面積，并相對(duì)地提高基板的繞線密度，且可大幅度降低基板的制作工藝步驟及制作工藝成本，更可顯著地降低基板繞線的復(fù)雜度。


圖1A為現(xiàn)有的一種六層導(dǎo)線層基板的局部剖視圖；圖1B為圖1A的局部俯視圖；圖1C為圖1B的I-I線的局部剖視圖；圖2A為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例的一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用于一基板的局部剖視圖；圖2B為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用于一雙層導(dǎo)線層基板的局部剖視圖；圖2C為圖2B的II-II線的剖視圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖2A，其繪示本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例的一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用于一基板的局部剖視圖。本較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)適用于一基板200，例如覆晶接合用的承載器或一般印刷電路板，本較佳實(shí)施例是以六層導(dǎo)線層的基板200作為舉例，但不限于六層導(dǎo)線層的基板，任何導(dǎo)線層的數(shù)目大于二的基板均可通用。首先，基板200主要是由多層介電層210及圖案化的多層導(dǎo)線層220所堆棧而成，其中基板200的制作工藝除可利用現(xiàn)有的增層法，來逐次形成多層介電層210及多層導(dǎo)線層220以外，也可利用現(xiàn)有的壓合法(laminate)，將多層介電層210及多層已圖案化的導(dǎo)線層220同時(shí)壓合，以形成大部分的基板200，例如圖示的疊合層202。值得注意的是，就本較佳實(shí)施例而言，基板200的疊合層202主要由介電層210a、導(dǎo)線層220b、介電層210b、導(dǎo)線層220c、介電層210c、導(dǎo)線層220d、介電層210d、導(dǎo)線層220e及介電層210e所構(gòu)成。
請(qǐng)同樣參考圖2A，在制作完成基板200的疊合層202以后，更可利用機(jī)械式鉆孔或激光鉆孔(laser drill)的方式，在疊合層202上形成貫孔212a，其中貫孔212a貫穿疊合層202，且貫孔212a的內(nèi)壁面連接疊合層200的頂面202a及底面202b。接著，在貫孔212a內(nèi)填入導(dǎo)電材料，用以形成一導(dǎo)電柱232，其頂面及底面分別暴露于疊合層202的頂面202a及底面202b。最后，在疊合層202的頂面202a及底面202a分別形成圖案化的導(dǎo)線層220a及圖案化的導(dǎo)線層220b，其中導(dǎo)線層220a形成多個(gè)接合墊234a及多條導(dǎo)線222a，同時(shí)導(dǎo)線層220b也形成多個(gè)接合墊234b及多條導(dǎo)線222b。值得注意的是，本較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)包括有上述導(dǎo)電柱232、接合墊234a及接合墊234b，其中接合墊234a配置于導(dǎo)電柱232的頂面，且并連接導(dǎo)線222a，且接合墊234a的橫向截面積小于該導(dǎo)電柱232的橫向截面積，并且接合墊234b配置于導(dǎo)電柱232的底面，而接合墊234b連接于導(dǎo)線222b。因此，導(dǎo)線層220a所形成的導(dǎo)線222a可連接至對(duì)應(yīng)的接合墊234a，并經(jīng)由導(dǎo)電柱232而垂直地向下繞線，因而電連接至導(dǎo)線層220f所形成的接合墊234b，再經(jīng)由對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線222b而水平地向外繞線至其它區(qū)域(例如繞線至其它的接合墊)。
請(qǐng)同樣參考圖2A，在電源或接地的電性考慮之下，基板200必須提供較大面積的共享電源層或共享接地層，例如以導(dǎo)線層220c作為共享電源層或共享接地層，如此一來，導(dǎo)線層220c(電源層或接地層)無需在對(duì)應(yīng)的位置形成空孔，讓導(dǎo)電柱232直接地連接至導(dǎo)線層220c(電源層或接地層)，并可經(jīng)由導(dǎo)線層220a的接合墊234a及導(dǎo)線222a而在基板200的疊合層202的頂面202a進(jìn)行水平方向上的繞線，且可經(jīng)由導(dǎo)線層220b的接合墊234b及導(dǎo)線222b而在基板200的疊合層202的頂面202b進(jìn)行水平方向上的繞線。
請(qǐng)同樣參考圖2A，在電連接的信賴性的考慮下，更可選擇性地在填充導(dǎo)電材料在貫孔212a之前，預(yù)先在貫孔212a內(nèi)壁面電鍍一金屬層(未繪示)，接著在貫孔212a內(nèi)再填充導(dǎo)電材料，以形成導(dǎo)電柱232，如此將可確保導(dǎo)電柱232的側(cè)緣能夠連接至導(dǎo)線層(例如導(dǎo)線層220c)。并且，頂面的接合墊234a與底面的接合墊234b也不會(huì)受到上述的制作工藝局部改變所造成的影響。
本較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)除可應(yīng)用于多層導(dǎo)線層的基板(例如圖2A的六層導(dǎo)線層的基板200)以外，更可應(yīng)用于雙層導(dǎo)線層的基板。請(qǐng)參考圖2B及圖2C，其中圖2B繪示本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用于一雙層導(dǎo)線層的基板的局部剖視圖，而圖2C繪示圖2B的II-II線的剖視圖?；?01僅包括圖案化的導(dǎo)線層220a、介電層210及圖案化的導(dǎo)線層220b，其中導(dǎo)線層220a及導(dǎo)線層220b分別位于介電層210的頂面及底面，其中兩導(dǎo)線層220分別形成多個(gè)接合墊234及多條導(dǎo)線234。此外，導(dǎo)電柱232貫穿介電層210。值得注意的是，本較佳實(shí)施例于圖2B及圖2C的垂直繞線結(jié)構(gòu)230包括導(dǎo)電柱232、接合墊234a及接合墊234b。同樣地，上面的導(dǎo)線層220a所形成的導(dǎo)線222a可依序經(jīng)由接合墊234a、導(dǎo)電柱232及接合墊234b，而電連接至導(dǎo)線層220b所形成的導(dǎo)線222a。此外，圖2A的疊合層202除可由多層介電層210及多層導(dǎo)線層220所交錯(cuò)疊合而成以外，也可由單一介電層210所構(gòu)成(如圖2C所示)。
請(qǐng)同時(shí)參考圖1A及圖2A，如圖2A所示，垂直繞線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電柱232可同時(shí)連接至少二層導(dǎo)線層(例如導(dǎo)線層210a、導(dǎo)線層210c及導(dǎo)線層210f)，故可取代現(xiàn)有的圖1A所示的復(fù)雜的垂直繞線設(shè)計(jì)，如圖1A所示，即導(dǎo)線層120a的導(dǎo)線122a必須依序經(jīng)由二導(dǎo)電插塞130b、鍍通插塞130a及另二導(dǎo)電插塞130b，而垂直地向下電連接至導(dǎo)線層120h的導(dǎo)線122h。因此，就制作工藝的復(fù)雜度而言，本較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有的垂直繞線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化許多，所以應(yīng)用本較佳實(shí)施例的垂直繞線結(jié)構(gòu)的基板，其制作工藝步驟將可大幅度減少，并且其制作工藝成本也可相對(duì)地大幅度降低。
請(qǐng)同時(shí)參考圖1A、圖2A，由于疊合層202的貫孔212b是利用機(jī)械式鉆孔或激光鉆孔的方式來加以形成，所以貫孔212b的孔徑至少可縮小到100微米，即導(dǎo)電柱232的外徑D2將可縮小到100微米，相對(duì)地接合墊234a及接合墊234b也小于100微米。因此，相比較，圖1A所示的外徑大于100微米的接合墊124a及接合墊124b，接合墊234a及接合墊234b的外徑較小，連帶使得接合墊234a及接合墊234b的所占有基板200在水平方向上的面積較小，進(jìn)而提高基板200的繞線密度。
請(qǐng)同時(shí)參考圖1A、圖2A，由于疊合層202的貫孔212b是利用機(jī)械式鉆孔或激光鉆孔的方式來加以形成，并且接合墊234的橫向截面積小于導(dǎo)電柱232頂面的面積，所以導(dǎo)電柱232與導(dǎo)線層220b之間的預(yù)設(shè)間距G(約30微米)將可小于現(xiàn)有的圖1B的接合墊124與導(dǎo)線122c之間距P1(約50微米)，使得圖2A的基板200僅需提供出直徑約為160(即100+30×2)微米的圓形區(qū)域的橫向截面積，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的基板100必須提供出直徑約220微米的圓形區(qū)域的橫向截面積。因此，相比較圖1A所示的導(dǎo)電插塞124所占基板100在水平方向上的面積，本較佳實(shí)施例的導(dǎo)電柱232其所占基板200在水平方向上的面積相對(duì)較小，故可同樣有效地提升基板200的繞線密度。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D2B，由于接合墊234a的橫向截面積小于導(dǎo)電柱232的橫向截面積，所以接合墊234a與導(dǎo)線222c之間距P2的重要性，將遠(yuǎn)低于導(dǎo)電柱232的頂面(或頂端)與導(dǎo)線之間距G的重要性。因此，在繞線設(shè)計(jì)上，僅需考慮導(dǎo)電柱232與接合墊234a之間的對(duì)位精準(zhǔn)度，即導(dǎo)電柱232與導(dǎo)線222c之間的對(duì)位精準(zhǔn)度，此乃起因于接合墊234a及導(dǎo)線222c均由圖2C所示的導(dǎo)線層220a所同時(shí)形成。
綜上所述，本實(shí)用新型的垂直繞線結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型的垂直繞線結(jié)構(gòu)是利用簡(jiǎn)單的制作工藝步驟而形成于基板上，并無現(xiàn)有以增層法來制作基板的繁瑣步驟，故可有效地降低基板的制作工藝步驟的數(shù)目，進(jìn)而大幅度降低基板的制作工藝成本。
(2)本實(shí)用新型的垂直繞線結(jié)構(gòu)可利用機(jī)械式鉆孔或激光鉆孔的方式來形成貫孔于基板，并填入導(dǎo)電材料至貫孔之內(nèi)，用以形成導(dǎo)電柱，使得導(dǎo)電柱的所占有基板于水平方向上的面積較小，因而有助于提高基板的繞線密度。
(3)本實(shí)用新型的垂直繞線結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電柱及二接合墊驟所構(gòu)成，并可對(duì)應(yīng)電連接相鄰或不相鄰的導(dǎo)線層，且可同時(shí)連接二層及二層以上的導(dǎo)線層，因而顯著地降低基板繞線的復(fù)雜度。
權(quán)利要求1.一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，適用于一基板，用以電連接一第一導(dǎo)線及一第二導(dǎo)線，其中該第一導(dǎo)線及該第二導(dǎo)線分別配置于該基板一疊合層的一第一面及對(duì)應(yīng)的一第二面，其特征在于，該垂直繞線結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電柱，貫穿該疊合層，且該導(dǎo)電柱的一第一面及對(duì)應(yīng)的一第二面分別暴露于該疊合層的該第一面及該第二面；一第一接合墊，配置于該導(dǎo)電柱的該第一面，且該第一接合墊連接于該第一導(dǎo)線，而該第一接合墊的橫向截面積小于該導(dǎo)電柱的橫向截面積；以及一第二接合墊，配置于該導(dǎo)電柱的該第二面，且該第二接合墊連接于該第二導(dǎo)線。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二接合墊的橫向截面積小于該導(dǎo)電柱的橫向截面積。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該疊合層為一介電層。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該疊合層包括多個(gè)介電層及至少一圖案化的導(dǎo)線層，該導(dǎo)線層配置介于任二相鄰的該各介電層之間。
5.如權(quán)利要求4所述的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電柱的側(cè)緣電連接至該導(dǎo)線層。
6.如權(quán)利要求4所述的垂直繞線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該導(dǎo)電柱的側(cè)緣未電連接至該導(dǎo)線層。
專利摘要一種垂直繞線結(jié)構(gòu)，適用于一基板，用以電連接二導(dǎo)線，其中二導(dǎo)線分別配置于基板一疊合層的頂面及底面，此垂直繞線結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電柱及二接合墊。其中，導(dǎo)電柱貫穿疊合層，且導(dǎo)電柱的頂面及底面分別暴露于疊合層的頂面及底面。此外，二接合墊分別配置于該導(dǎo)電柱的頂面及底面，且二接合墊分別連接于上述二導(dǎo)線，而二接合墊之一的橫向截面積小于導(dǎo)電柱的橫向截面積。此垂直繞線結(jié)構(gòu)可縮小基板于水平方向上的面積，并相對(duì)地提高基板的繞線密度。
文檔編號(hào)H01L23/12GK2612064SQ03201548
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者何昆耀, 宮振越 申請(qǐng)人:威盛電子股份有限公司