專利名稱：半導(dǎo)體封裝基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種基板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是關(guān)于一種平衡阻抗匹配的半導(dǎo)體封裝基板。
背景技術(shù)：
在電子裝置中應(yīng)用的半導(dǎo)體封裝基板，為了克服芯片信號(hào)傳輸路徑過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，在線路設(shè)計(jì)上會(huì)使用通孔(包括鍍通孔(PTH)、微孔(Via)或盲孔等)直接貫穿基板來(lái)縮短導(dǎo)電路徑，并在多層板間增設(shè)整片的電源層及接地層以提高封裝件電性，電流從基板的電源層(Power Plane)上傳至芯片，經(jīng)過(guò)這些在通孔孔壁已電鍍有金屬層的鍍通孔再流向基板接地層(Ground Plane)，提升了高度集成化(High Integration)芯片的電性質(zhì)量。
為了能使集成電路信號(hào)傳遞到基板內(nèi)部后，信號(hào)傳遞間產(chǎn)生的內(nèi)部阻抗(Impedance)與該電子裝置外聯(lián)線路產(chǎn)生的外部阻抗維持一致，通常必須在電性設(shè)計(jì)時(shí)考慮包括信號(hào)分布以及電源分布兩部分的電性功能，常見的傳輸線路設(shè)計(jì)是采用差分對(duì)(Differential Pair)的結(jié)構(gòu)。
所謂「差分對(duì)(Differential Pair)」，是為克服排線并行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，單一信號(hào)線傳輸距離及強(qiáng)度不足產(chǎn)生的改良技術(shù)，在差分對(duì)(Differential Pair)的傳輸方式中，每一個(gè)比特信號(hào)是使用兩條相位互反的信號(hào)線，以成對(duì)的互補(bǔ)信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)在于它是以成對(duì)的互補(bǔ)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，因此對(duì)于外來(lái)干擾具有較大的容忍度，減少串音(Crosstalk)、回授(Echo)及噪聲(Noise)產(chǎn)生；同時(shí)，差分對(duì)信號(hào)的互補(bǔ)特性也能降低接地電位信號(hào)的飄移，避免接地噪音(GroundBounce)，提升了產(chǎn)品的接地效能。
然而，當(dāng)芯片信號(hào)從焊線、導(dǎo)電線路經(jīng)過(guò)通孔及接地層(或電源層)傳導(dǎo)到基板下方的焊球時(shí)，芯片信號(hào)的阻抗值會(huì)受到通孔孔壁導(dǎo)電層與接地層/電路層間的電容效應(yīng)增大的影響而下降，使得IC基板輸出阻抗(即外部阻抗)小于IC芯片回路阻抗(即內(nèi)部阻抗)，造成信號(hào)傳輸時(shí)的能量損失(Return Loss)，這一現(xiàn)象在高頻(High Frequency)時(shí)候情況更為嚴(yán)重。因此，本申請(qǐng)人曾對(duì)此問(wèn)題提出了進(jìn)一步改進(jìn)的方法并獲得發(fā)明專利權(quán)，如中國(guó)臺(tái)灣證書號(hào)第I237381號(hào)案即揭示一種維持阻抗一致性的半導(dǎo)體封裝基板。
如圖1所示，證書號(hào)第I237381號(hào)案揭示的半導(dǎo)體封裝基板主要是將電性整合層11、12對(duì)應(yīng)于形成差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔100、101間的部位鏤空以形成一孔部13，使芯片信號(hào)從內(nèi)部線路層104經(jīng)二個(gè)通孔100、101及電性整合層11、12而從基板底部的焊球(未標(biāo)出)輸出時(shí)，借該孔部13的設(shè)計(jì)擴(kuò)大二個(gè)通孔100、101與該電性整合層11、12間的間隔距離，維持芯片信號(hào)阻抗與IC輸出阻抗的一致。
上述專利案雖然可借由擴(kuò)大二個(gè)通孔與該電性整合層間的間隔距離，維持芯片信號(hào)阻抗與IC輸出阻抗的一致，然而在例如多層板球柵陣列(Multi-Layer Ball Grid Array，BGA)半導(dǎo)體封裝件的基板設(shè)計(jì)中，如美國(guó)專利第5,741,729號(hào)案所示，經(jīng)常在底層會(huì)具有多個(gè)焊球墊的設(shè)計(jì)，這些焊球墊對(duì)于傳輸線路相當(dāng)于一個(gè)大面積的導(dǎo)體，容易和上層的電源層或接地層產(chǎn)生電容效應(yīng)，使得原本設(shè)計(jì)匹配(Match)的線路阻抗產(chǎn)生不匹配(Mismatch)的情況，使電性效能(Performance)下降。
因此，如何有效解決上述半導(dǎo)體封裝基板存在的問(wèn)題，成為目前業(yè)界亟待克服的一大課題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種平衡阻抗匹配的半導(dǎo)體封裝基板。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠降低電容效應(yīng)、提升電性效能的半導(dǎo)體封裝基板。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種半導(dǎo)體封裝基板，能夠平衡高頻工作的阻抗匹配，使相鄰?fù)组g可以利用差分對(duì)(Differential Pair)維持芯片回路阻抗值與IC輸出阻抗值的一致。
為達(dá)成上揭及其它目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封裝基板，該半導(dǎo)體封裝基板包括基板本體，形成有多個(gè)導(dǎo)電通孔，其中至少二個(gè)相鄰的該導(dǎo)電通孔形成一差分對(duì)且一端形成焊球墊；以及至少一電性整合層，形成于該基板本體中，且在對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔間以及其焊球墊間的部位鏤空形成一孔部。
上述封裝基板中，該電性整合層是可以是接地層或電源層；當(dāng)然，也可包括相間隔的二個(gè)電性整合層，分別為接地層及電源層，其中二個(gè)電性整合層間以一絕緣芯層形成電性隔絕。較佳地該絕緣芯層的材質(zhì)可選自環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、聚酰亞胺(Polyimide)、氰酸酯(CyanateEster)、玻璃纖維、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BismaleimideTriazine，BT)及混合環(huán)氧樹脂與玻璃纖維的FR5材質(zhì)組成群組中的一個(gè)。
在本發(fā)明中該半導(dǎo)體封裝基板包括相間隔的二個(gè)電性整合層，分別為接地層及電源層，該對(duì)應(yīng)于焊球墊上的孔部?jī)H鏤空形成至最接近該焊球墊的電性整合層(一般為電源層)。上述該孔部形成的區(qū)域足以涵蓋該形成差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔及其焊球墊，且該孔部可以是橢圓形孔、十字形孔、圓形孔或矩形孔。
本發(fā)明提供的半導(dǎo)體封裝基板，除了可解決多層封裝基板在傳輸線路設(shè)計(jì)時(shí)，因電源層及接地層橫截導(dǎo)電通孔產(chǎn)生阻抗不匹配(Impedance Mismatch)的問(wèn)題，并配合高頻產(chǎn)品在傳輸線路上的設(shè)計(jì)需要，將電性整合層對(duì)應(yīng)形成差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔間以及其焊球墊間的部位鏤空形成一孔部，同時(shí)擴(kuò)大導(dǎo)電通孔與電性整合層之間以及焊球墊間的間隔距離。由于電容與導(dǎo)體間隔距離成反比，阻抗又與電容成反比，因此當(dāng)上述間隔距離增加時(shí)，可使線路中焊球墊的電容效應(yīng)下降，在高頻工作速度下改進(jìn)阻抗匹配(Impedance Match)，使得芯片回路阻抗值(又稱為內(nèi)部阻抗)與IC輸出阻抗值(又稱為外部阻抗)維持一致，取得平衡阻抗匹配的效果，并且使得差分對(duì)提供的阻抗匹配效能更佳，有利于應(yīng)用在各種球柵陣列半導(dǎo)體封裝件中。
此外，本發(fā)明因應(yīng)孔部的鏤空設(shè)計(jì)，有利于借由設(shè)計(jì)焊球墊與電性整合層間的空間調(diào)整阻抗，提升其效能。再者，本發(fā)明還可利用絕緣芯層隔開該二個(gè)導(dǎo)電通孔、或電性整合層與焊球墊，有效地控制電容，進(jìn)而控制阻抗的大小。


圖1是中國(guó)臺(tái)灣證書號(hào)第I237381號(hào)案的半導(dǎo)體封裝基板在剝除絕緣芯層及線路層后的立體示意圖；圖2是本發(fā)明半導(dǎo)體封裝基板實(shí)施例1的側(cè)剖構(gòu)造示意圖；圖3是本發(fā)明半導(dǎo)體封裝基板在剝除絕緣芯層及線路層后的立體示意圖；以及圖4是本發(fā)明半導(dǎo)體封裝基板實(shí)施例2的側(cè)剖構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封裝基板2，該半導(dǎo)體封裝基板2包括一基板本體20，形成有多個(gè)導(dǎo)電通孔201、203，其中至少二個(gè)相鄰的該導(dǎo)電通孔201、203形成一差分對(duì)(Differential Pair)且一端形成焊球墊2011、2031；以及電性整合層21、23，形成于該基板本體20中，且在對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203間以及其焊球墊2011、2031間的部位鏤空形成一孔部25，也就是該孔部25形成的區(qū)域足以涵蓋該形成差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203及其焊球墊2011、2031。
該基板本體20是以一用于制造球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)半導(dǎo)體封裝件的多層印刷電路板(Multilayer Printed Circuit Board)為例，其具有至少一絕緣芯層205及形成于該絕緣芯層205上、下表面的內(nèi)層線路層207。該絕緣芯層205的材質(zhì)可選自環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、聚酰亞胺(Polyimide)、氰酸酯(Cyanate Ester)、玻璃纖維、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，BT)或混合環(huán)氧樹脂與玻璃纖維的FR5材質(zhì)等，也可使用樹脂背膠銅箔(Resin Coated Copper，RCC)。
為提供多層形態(tài)的基板本體20各層之間的電性連接，一般半導(dǎo)體封裝基板2在制造過(guò)程中先采用激光如鉆孔(Laser Drilling)、等離子蝕刻(Plasma Etching)或機(jī)械穿孔(Mechanical Drilling)等方法在該基板本體20上開設(shè)多個(gè)導(dǎo)電通孔201、203，各導(dǎo)電通孔201、203可是一例如電鍍通孔(Plating Through Hole，PTH)、微孔(Via)、盲孔(Blind Hole)或其它種類的通穿孔等，使得芯片信號(hào)能夠在基板本體20的上、下電路層間縱向傳遞。
上述該絕緣芯層205的上、下表面分別形成例如接地層(一般是Vss層)和電源層(一般為VDD層)的電性整合層21、23，使不同電性整合層21、23間可以通過(guò)該絕緣芯層205相互區(qū)隔開，再在二個(gè)電性整合層21、23上方壓合介電層或背膠銅箔(Resin Coated Copper，RCC)，圖案化形成內(nèi)層線路層207。
若分解基板本體20的介電層及內(nèi)層線路層207，單純僅就電性整合層21、23與通穿該基板本體20的導(dǎo)電通孔201、203及其焊球墊2011、2031來(lái)看，如圖3所示，本實(shí)施例所示的半導(dǎo)體封裝基板，主要是在該分別為接地層與電源層的電性整合層21、23中，對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203間以及其焊球墊2011、2031間的部位鏤空形成一孔部25。也就是該孔部25形成的區(qū)域足以涵蓋該形成差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203及其焊球墊2011、2031，且該孔部25的形態(tài)可以是一例如十字形孔、橢圓形孔、矩形孔或圓形孔等，然而在不影響二個(gè)導(dǎo)電通孔201、203貫穿及其它電性因素的考慮下，該孔部25的形態(tài)也非僅限于上述各類型。
上述所謂的差分對(duì)(Differential Pair)，是為克服排線并行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，單一信號(hào)線傳輸距離及強(qiáng)度不足產(chǎn)生的改良技術(shù)，在差分對(duì)(Differential Pair)的傳輸方式中，每一個(gè)比特信號(hào)是使用兩條相位互反的信號(hào)線，成對(duì)的互補(bǔ)信號(hào)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)在于它是以成對(duì)的互補(bǔ)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，因此對(duì)于外來(lái)干擾具有較大的容忍度，減少串音(Crosstalk)、回授(Echo)及噪聲(Noise)產(chǎn)生；同時(shí)，差分對(duì)信號(hào)的互補(bǔ)特性也能降低接地電位信號(hào)的飄移，避免接地噪音(GroundBounce)而提升產(chǎn)品的接地效能。
因此，本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體封裝基板2可解決例如多層封裝基板在傳輸線路設(shè)計(jì)時(shí)，因接地層及電源層等電性整合層21、23橫截導(dǎo)電通孔201、203產(chǎn)生的阻抗不匹配(Impedance Mismatch)問(wèn)題，并配合高頻產(chǎn)品在高速傳輸線路上的設(shè)計(jì)需要，將二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203間以及其焊球墊2011、2031間的部位鏤空成一孔部25，擴(kuò)大二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔200、203與該電性整合層21、23之間以及焊球墊2011、2031間的間隔距離，維持芯片信號(hào)阻抗與IC輸出阻抗的一致。
基于電容與導(dǎo)體間隔距離成反比，阻抗與電容成反比的原理，借由孔部25的設(shè)置，使得二個(gè)導(dǎo)電通孔202、203與例如接地層與電源層的電性整合層21、23間的間隔距離加大，以及該電性整合層21、23與焊球墊2011、2031間的間隔距離加大，將使得二個(gè)導(dǎo)電通孔201、203間以及焊球墊2011、2031間的電容效應(yīng)(Capacitance Effect)減弱，如此可免芯片信號(hào)經(jīng)過(guò)例如接地層及電源層的電性整合層21、232再傳送至焊球(未標(biāo)出)后降低芯片信號(hào)阻抗值，可在高頻工作速度下改進(jìn)阻抗匹配(Impedance Match)，使得芯片回路阻抗值(內(nèi)部阻抗)與IC輸出阻抗值(外部阻抗)維持一致。
此外，借由電性整合層21、23間的絕緣芯層205，可將對(duì)應(yīng)的二個(gè)電通孔201、203分隔開，必且借由焊球墊2011、2031與電性整合層21、23間的空間進(jìn)行調(diào)整，可以有效地控制電容效應(yīng)的產(chǎn)生，并且提升二個(gè)導(dǎo)電通孔201、203間共同形成差分對(duì)(Differential Pair)的電性效能，因此芯片信號(hào)從內(nèi)部線路層207經(jīng)二個(gè)導(dǎo)電通孔201、203及電性整合層21、23，從半導(dǎo)體封裝置基板底部的焊球墊2011、2031對(duì)外輸出時(shí)，可以確保借由差動(dòng)型信號(hào)(Differential Signal)互補(bǔ)的特性減少串音(Crosstalk)、回授(Echo)或噪聲(Noise)產(chǎn)生，并且降低信號(hào)傳輸中的回波損耗(Return Loss)，使信號(hào)成對(duì)、集中地達(dá)到高頻產(chǎn)品高速線路的傳輸要求。
另外，上述實(shí)施例中基板本體20中例如接地層及電源層的二個(gè)電性整合層21、23，均對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203間以及其焊球墊2011、2031間的部位鏤空形成一孔部25，在其它實(shí)施方式中，該孔部25也非以貫穿二個(gè)電性整合層21、23為限。
實(shí)施例2圖4為依照本發(fā)明半導(dǎo)體封裝基板實(shí)施例2繪制的附圖，其中，與上述實(shí)施例1相同或近似的元件是以相同或近似的元件符號(hào)表示，并省略詳細(xì)的敘述，以使本案的說(shuō)明更清楚易懂。同時(shí)，本實(shí)施例2與實(shí)施例1最大不同之處在于該孔部?jī)H貫穿至該最接近焊球墊例如是電源層的電性整合層。
如圖4所示，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體封裝基板2’包括一基板本體20，形成有多個(gè)導(dǎo)電通孔201、203，其中至少二個(gè)相鄰的該導(dǎo)電通孔201、203形成一差分對(duì)(Differential Pair)且一端形成焊球墊2011、2031；以及例如分別是接地層及電源層的電性整合層21、23，形成于該基板本體20中，且在對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔201、203間以及其焊球墊2011、2031間的部位鏤空形成一孔部25’，其中該對(duì)應(yīng)于焊球墊2011、2031上的孔部25’僅鏤空形成至該例如是電源層的電性整合層23，也就是該例如是接地層的電性整合層21并未對(duì)應(yīng)鏤空。
本實(shí)施例中對(duì)應(yīng)于焊球墊2011、2031上的孔部25’僅鏤空形成至最接近焊球墊例如是電源層的電性整合層23，同樣可借由焊球墊2011、2031與電性整合層23間的空間進(jìn)行調(diào)整，以有效地控制電容效應(yīng)的產(chǎn)生，并且提升二個(gè)導(dǎo)電通孔201、203間共同形成差分對(duì)(Differential Pair)的電性效能，其中，特別是在例如導(dǎo)電通孔201連接焊球墊2011所共同涵蓋的區(qū)域(Dog-Bone)面積較大時(shí)，形成該孔部25’所獲得改善的電性效果將更為優(yōu)越。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝基板包括基板本體，形成有多個(gè)導(dǎo)電通孔，其中至少二個(gè)相鄰的該導(dǎo)電通孔形成一差分對(duì)且一端形成焊球墊；以及至少一電性整合層，形成于該基板本體中，且在對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔間以及其焊球墊間的部位鏤空形成一孔部。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該電性整合層是接地層。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該電性整合層是電源層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝基板包括相間隔的二個(gè)電性整合層，分別是接地層及電源層。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝基板還包括設(shè)在該接地層及電源層間的絕緣芯層，結(jié)合并電性隔絕該接地層及電源層。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該絕緣芯層的材質(zhì)是選自環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、氰酸酯、玻璃纖維、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪或混合環(huán)氧樹脂與玻璃纖維的FR5材質(zhì)組成群組中的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝基板包括相間隔的二個(gè)電性整合層，分別是接地層及電源層，該對(duì)應(yīng)于焊球墊上的孔部?jī)H鏤空形成至最接近焊球墊的電性整合層。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該最接近焊球墊的電性整合層是電源層。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該孔部所形成的區(qū)域足以涵蓋該形成差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔及其焊球墊。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該孔部是橢圓形孔。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該孔部是十字形孔。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該孔部是圓形孔。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝基板，其特征在于，該孔部是矩形孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封裝基板，該半導(dǎo)體封裝基板包括基板本體，形成有多個(gè)導(dǎo)電通孔，其中至少二個(gè)相鄰的該導(dǎo)電通孔形成一差分對(duì)且一端形成焊球墊；以及至少一電性整合層，形成于該基板本體中，且在對(duì)應(yīng)形成該差分對(duì)的二個(gè)相鄰導(dǎo)電通孔間以及其焊球墊間的部位鏤空形成一孔部。本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝基板因應(yīng)孔部的鏤空設(shè)計(jì)，有利于借由設(shè)計(jì)焊球墊與電性整合層間的空間調(diào)整阻抗，提升其效能；再者，本發(fā)明還可利用絕緣芯層隔開該二個(gè)導(dǎo)電通孔、或電性整合層與焊球墊，有效地控制電容，進(jìn)而控制阻抗的大小。
文檔編號(hào)H01L23/50GK101017805SQ200610007430
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者謝宗典, 江文榮, 王愉博, 蕭承旭, 楊勝巖 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司