本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域,尤其涉及一種半埋入線路基板結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù):
為了滿足電子產(chǎn)品越來越向小型化、智能化、高性能以及高可靠性方向發(fā)展,芯片的小型化、智能化使得芯片封裝引腳的數(shù)量在提升的同時,封裝引腳的尺寸也在快速下降;同時,系統(tǒng)級封裝sip(systeminapackage)又要求將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件封裝成一個功能系統(tǒng),這就提出了在一個封裝基板上實現(xiàn)多個高性能芯片的封裝要求。
當(dāng)芯片的芯片焊盤pitch小于50μm的情況下,封裝必須采用bot(bumpontrace)技術(shù),將芯片表面的銅柱凸點直接鍵合在基板精細(xì)線路上,要求基板鍵合線路尺寸小于25μm?,F(xiàn)有技術(shù)在有芯基板上制造精細(xì)線路是通過msap或sap工藝實現(xiàn)的,而這種制造方法制造的線路當(dāng)線寬/線距小于20μm/20μm時,如圖1所示,線路120僅底部接觸其底部絕緣樹脂110,因此,線路的結(jié)合力非常小,在采用bot封裝結(jié)構(gòu)時,20μm以下的線路和焊球焊接過程中,有線路剝離的風(fēng)險,而且線路越細(xì),風(fēng)險越大。
埋入線路技術(shù)ets(embeddedtracesubstrate),是無芯(coreless)基板的一種特殊線路結(jié)構(gòu),因其可以做到最小線寬線距15μm/15μm以下,而且線路控制精度高,線路嵌入樹脂中。所謂嵌入樹脂中是指線路的上面被樹脂包覆,線路結(jié)合力大。
但常規(guī)的埋入線路技術(shù)(ets)采用承載板雙面壓合埋入方式,在承載板表面首先制作兩層超薄銅箔,在超薄銅箔小面制造高精度的細(xì)線路,通過絕緣樹脂壓合形成線路埋入絕緣樹脂的結(jié)構(gòu),再在絕緣樹脂上制造后面的線路,后面線路加工完成后將承載板兩側(cè)加工好的兩張無芯基板揭下來,形成兩張帶有超薄銅箔埋入線路的無芯基板結(jié)構(gòu),再將超薄銅箔蝕刻掉,由于腐蝕劑的作用,埋入線路表面也會被腐蝕掉部分高度,所以形成了圖2所示的埋入線路結(jié)構(gòu),埋入線路結(jié)構(gòu)220的特點在于線路表面處于埋入絕緣樹脂210上表面下方。這種埋入線路結(jié)構(gòu)只能在無芯基板加工中形成。只能應(yīng)用于無芯基板加工制造中,而且只能用于第一層線路,第一層以后的線路中無法使用。埋入線路技術(shù)因此在應(yīng)用中受到很大限制。
由于常規(guī)的埋入線路技術(shù)(ets)無法應(yīng)用于現(xiàn)有的有芯板,而常規(guī)的半加成(sap)工藝制造的高密度精細(xì)線路與芯片進(jìn)行bot焊接時又存在較大的結(jié)合力缺陷,導(dǎo)致線路剝離的可靠性風(fēng)險。因此需要一種新型的有芯封裝基板結(jié)構(gòu)和制造方法來解決以上問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明的一個實施例提供一種半埋入線路基板結(jié)構(gòu),包括:半固化基板;半埋入到所述半固化基板中的半埋入線路;其中,所述半埋入線路的第一面位于與所述線路同側(cè)的所述半固化基板的表面之上,所述半埋入線路的與所述第一面相對的第二面位于與所述線路同側(cè)的所述半固化基板的表面之下,所述半埋入線路的側(cè)面的一部分位于所述線路同側(cè)的所述半固化基板的表面之上,所述半埋入線路的側(cè)面的另一部分被所述半固化基板包裹。
在本發(fā)明的實施例中,所述半固化基板為半固化絕緣樹脂片。
在本發(fā)明的實施例中,所述半固化基板為bt或fr4半固化片。
在本發(fā)明的實施例中,所述半埋入線路基板結(jié)構(gòu)還包括與所述半固化基板附連的電路基板,所述電路基板包含:內(nèi)部線路、埋置的芯片、無源器件和/或?qū)⑺霭肼袢腚娐冯娺B接到所述電路基板的導(dǎo)電通孔。
在本發(fā)明的實施例中,所述半埋入線路基板兩面都包含有半埋入到所述半固化基板中的半埋入線路。
在本發(fā)明的實施例中,所述半埋入線路位于兩層半固化基板之間。
在本發(fā)明的實施例中,所述半埋入線路埋入半固化基板的深度由半固化基板內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。
在本發(fā)明的實施例中,該半埋入線路基板結(jié)構(gòu)還包括在所述半埋入線路上通過bot倒裝焊的芯片。
本發(fā)明的另一個實施例提供一種制造半埋入線路基板結(jié)構(gòu)的方法,包括:通過第一壓合工藝將半固化基板和銅箔壓合到電路基板,其中所述第一壓合工藝保持所述半固化基板的半固化狀態(tài)不變;去除所述半固化基板上的銅箔;在已去除表面銅箔的所述半固化基板表面沉積形成電鍍種子層;在所述半固化基板電鍍種子層上光刻形成電鍍掩膜和電鍍窗口;在所述電鍍窗口中電鍍形成導(dǎo)電線路;去除所述電鍍掩膜;去除所述電鍍掩膜下方的電鍍種子層;以及通過第二壓合工藝壓合所述導(dǎo)電線路,其中所述第二壓合工藝使所述導(dǎo)電線路半埋入所述半固化基板中,并使所述半固化基板的半固化材料固化。
在本發(fā)明的另一個實施例中,沉積電鍍種子層為化學(xué)鍍銅或濺射電鍍種子層。
在本發(fā)明的另一個實施例中,化學(xué)鍍銅工藝進(jìn)一步包括中和、酸浸、清潔、微蝕、預(yù)浸、活化、還原、化銅、水洗。
在本發(fā)明的另一個實施例中,去除電鍍種子層為閃蝕法,以減少刻蝕液對導(dǎo)電線路的腐蝕。
在本發(fā)明的另一個實施例中,導(dǎo)電線路壓入半固化基板材料的深度取決于半固化基板材料。
在本發(fā)明的另一個實施例中,在所述半固化基板固化后,還包括形成通孔、電鍍填充導(dǎo)電孔、制作阻焊層、制作表面涂敷有機(jī)保護(hù)皮膜osp或niau/nipdau、單面或兩面倒裝焊芯片。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的實施例所述的埋入線路結(jié)構(gòu)既可以做無芯基板的任何一層,也可以做有芯板的任何一層加工。基板雙面均能進(jìn)行窄節(jié)bot倒裝封裝,封裝密度更大,集成度更高。并且可以避免無芯基板的使用,減小基板翹曲。
附圖說明
為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的各實施例的以上和其它優(yōu)點和特征,將參考附圖來呈現(xiàn)本發(fā)明的各實施例的更具體的描述。可以理解,這些附圖只描繪本發(fā)明的典型實施例,因此將不被認(rèn)為是對其范圍的限制。在附圖中,為了清楚明了,相同或相應(yīng)的部件將用相同或類似的標(biāo)記表示。
圖1示出的是現(xiàn)有技術(shù)的sap工藝制造的線路結(jié)構(gòu)圖。
圖2示出的是現(xiàn)有技術(shù)的ets工藝制造的埋入線路結(jié)構(gòu)圖。
圖3示出的是本發(fā)明半埋入線路結(jié)構(gòu)的俯視圖和剖面示意圖。
圖4示出的是本發(fā)明半埋入線路與半固化基板結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系示意圖。
圖5示出的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造半埋入線路結(jié)構(gòu)的流程圖。
圖6a至圖6h示出的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造半埋入線路結(jié)構(gòu)過程的剖面示意圖。
圖7示出的是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的雙面半埋入線路結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖8示出的是本發(fā)明又一個實施例制造的作為無芯板置于兩層半固化基板內(nèi)側(cè)的基板結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖9a至圖9p示出的是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例制造雙面半埋入線路結(jié)構(gòu)的過程的剖面示意圖。
具體實施方式
在以下的描述中,參考各實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述。然而,本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到可在沒有一個或多個特定細(xì)節(jié)的情況下實施各實施例或者與其它替換和/或附加方法、材料或組件一起實施各實施例。在其它情形中,未示出或未詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免使本發(fā)明的各實施例的諸方面晦澀。類似地,為了解釋的目的,闡述了特定數(shù)量、材料和配置,以便提供對本發(fā)明的實施例的全面理解。然而,本發(fā)明可在沒有特定細(xì)節(jié)的情況下實施。此外,應(yīng)理解附圖中示出的各實施例是說明性表示且不一定按比例繪制。
在本說明書中,對“一個實施例”或“該實施例”的引用意味著結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書各處中出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”并不一定全部指代同一實施例。
需要說明的是,本發(fā)明的實施例以特定順序?qū)に嚥襟E進(jìn)行描述,然而這只是為了方便區(qū)分各步驟,而并不是限定各步驟的先后順序,在本發(fā)明的不同實施例中,可根據(jù)工藝的調(diào)節(jié)來調(diào)整各步驟的先后順序。
為了克服常規(guī)的埋入線路技術(shù)(ets)無法應(yīng)用于現(xiàn)有的有芯板,而常規(guī)的半加成(sap)工藝制造的高密度精細(xì)線路與芯片焊接時又存在較大的結(jié)合力缺陷問題,本發(fā)明的一個實施例提供一種線路部分埋入線路下面絕緣樹脂的基板結(jié)構(gòu)及其制造方法,在有芯基板上形成半埋入線路結(jié)構(gòu),既實現(xiàn)了線路埋入結(jié)構(gòu)增加線路與基板的結(jié)合力,又解決了埋入線路在有芯板中無法應(yīng)用的問題。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半埋入線路結(jié)構(gòu)300的俯視圖和剖面示意圖。半埋入線路結(jié)構(gòu)300包括半固化基板310和半埋入線路320。
在本發(fā)明的實施例中,半固化基板指的是:樹脂膠液經(jīng)熱處理(預(yù)烘)后,樹脂進(jìn)入b階段而制成的薄片材料,半固化基板在加熱加壓下會軟化,冷卻后會反應(yīng)固化。
半固化基板310的材料為半固化絕緣材料,可選用結(jié)構(gòu)中包含玻纖布和半固化樹脂以及樹脂填料顆粒的bt或fr4半固化片,也可選用結(jié)構(gòu)中不含增強(qiáng)材料的abf半固化片或其他所有電路板材料的半固化絕緣樹脂片,但優(yōu)選為bt或fr4半固化片。在本發(fā)明的具體實施例中,半固化基板的一側(cè)或者內(nèi)部可選的包括其他電路基板以起到機(jī)械支撐或其他作用,同時其他電路基板還可以埋置無源元件、芯片以及導(dǎo)電線路以提高系統(tǒng)的封裝效率,無源元件可以是電感、電容、電阻、濾波器、天線等。
半埋入線路320置于半固化基板310的一側(cè)或兩側(cè)或作為無芯板置于兩層半固化基板內(nèi)側(cè),其中置于封裝基板兩側(cè)的基板結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示,作為無芯板置于兩層半固化基板內(nèi)側(cè)的基板結(jié)構(gòu)如圖9所示。
半埋入線路320上表面高于線路底部半固化基板310的上表面330,側(cè)面的一部分位于半固化基板310的上表面330之上,側(cè)面的另一部分被半固化基板310包覆。該種半埋入的線路結(jié)構(gòu)嵌入到其下面的封裝基板絕緣樹脂中,線路的底面和部分側(cè)面與樹脂接觸,頂面,即鍵合面裸露,使得線路結(jié)合力得到大幅度提升,避免鍵合過程中以及鍵合后,由于鍵合力和封裝應(yīng)力導(dǎo)致線路脫落開裂形成的可靠性問題。在本發(fā)明的實施例中,半埋入線路320的最小線寬線距可小于15μm/15μm,線路的厚度在18μm至20μm的范圍內(nèi)。
圖4示出半埋入線路320與半固化基板310所對應(yīng)結(jié)構(gòu)的尺寸關(guān)系示意圖。半埋入線路320總高度為h,埋入半固化基板310的高度為r,露出封裝基板表面330的線路高度為h,其中h>r,h>h,r和h的大小由基板加工工藝和半固化基板310的樹脂材料決定。即半埋入線路320的整體高度中有多少線路高度埋入半固化基板310樹脂層主要是由線路底部樹脂材料決定的。埋入深度r>0,露出線路高度h>0。
下面結(jié)合圖5和圖6,介紹根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造半埋入線路結(jié)構(gòu)300的過程。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造半埋入線路結(jié)構(gòu)300的流程圖,圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造半埋入線路結(jié)構(gòu)300的過程的剖面示意圖。
如流程圖5所示,首先,在步驟501將半固化基板與銅箔附連到內(nèi)層電路基板,如圖6a所示。可以通過將半固化基板和銅箔低溫壓合到內(nèi)層電路基板進(jìn)行附連。壓合可以使用真空壓膜機(jī)壓合或者在層壓機(jī)中低溫壓合,確保半固化片處于半固化狀態(tài)。除該種方法之外,也可以通過其他現(xiàn)有工藝和現(xiàn)有基板材料制作形成具備半固化性能,并滿足后續(xù)加工工藝機(jī)械支撐或其要求的半固化基板。
接下來,在步驟502中,如圖6b所示,將半固化基板的表面銅箔620去除,具體去除工藝可以通過包括但不限于刻蝕等工藝實現(xiàn)。
然后,在步驟503中,如圖6c所示,在已去除表面銅箔的半固化基板610的表面沉積形成電鍍種子層630。在通常工藝中,一般通過化學(xué)鍍銅形成銅電鍍種子層。然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識到,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此,例如,也可以通過濺射等其他已知工藝形成銅電鍍種子層或其他材料的電鍍種子層。此外,常規(guī)的化學(xué)鍍銅工藝包括:蓬松,除膠、中和、酸浸、清潔、微蝕、預(yù)浸、活化、還原、化學(xué)鍍銅,水洗等步驟,但本發(fā)明所述方法在未固化的半固化片表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅,不做除膠和蓬松工序,僅做:中和、酸浸、清潔、微蝕、預(yù)浸、活化、還原、化銅,水洗。其目的是防止改變半固化片表面的粗糙度,從而提高后續(xù)制造的線路與半固化片間的結(jié)合力。與現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)鍍銅工藝相比,本發(fā)明公開的化學(xué)鍍銅工藝不僅簡化工藝步驟,而且獲得了性能更好的結(jié)構(gòu)。
接下來,在步驟504中,如圖6d所示,通過光刻工藝在半固化基板610的電鍍種子層630上形成電鍍掩膜640和電鍍窗口650。例如,光刻工藝的具體圖形形成工藝可以通過干膠貼膜或者光刻膠旋涂,再通過后續(xù)的曝光、顯影等工藝實現(xiàn),以確保在非線路區(qū)域形成電鍍掩膜。
然后,在步驟505中,如圖6e所示,對形成電鍍掩膜640和電鍍窗口650的半固化基板610進(jìn)行電鍍,形成導(dǎo)電線路660。在通常工藝中,一般為鍍銅,然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識到,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此,例如,也可以電鍍其他導(dǎo)電材料以形成導(dǎo)電線路。
接下來,在步驟506中,如圖6f所示,去除光刻膠掩膜層650。裸露出導(dǎo)電線路660和前述的電鍍種子層630。
然后,在步驟507中,如圖6g所示,通過閃蝕法去除種子層630。閃蝕法主要通過控制刻蝕時間等參數(shù)快速去除種子層,以減少對導(dǎo)電線路的過度腐蝕,具體工藝不再詳細(xì)描述。在本發(fā)明的實施例中,通過上述工藝形成的線路的最小線寬線距可小于15μm/15μm,線路的厚度在18μm至20μm的范圍內(nèi)。
接下來,在步驟508中,如圖6h所示,通過高溫壓合將電鍍形成的導(dǎo)電線路660埋入半固化基板610的樹脂中,半固化基板610在加熱加壓下會軟化,此時通過加壓將線路660壓入半固化基板610的樹脂,冷卻后半固化片固化。線路埋入樹脂的深度取決于線路底層絕緣層材料(也就是半固化材料)。對于abf,線路大部分高度均被埋入到樹脂中。對于bt或fr4的半固化片,半固化片中的玻纖布厚度決定線路埋入深度。比如:40μm厚度的半固化片,采用1027玻纖布厚度為30μm,埋入樹脂的深度不小于5μm。如果采用1015的半固化片,埋入樹脂層的線路深度為最小10μm。埋入深度和線路密度和線路厚度均有關(guān)系。具體埋入的效果一方面要求導(dǎo)線的頂面需要高出半固化基板的樹脂表面,另一方面需要導(dǎo)線的底面和部分側(cè)面埋入半固化基板的樹脂中。同時在高溫壓合時將半固化樹脂固化。
在完成上述步驟后,可選的進(jìn)行后續(xù)其他封裝工藝流程,如通孔、電鍍填充導(dǎo)電孔,形成阻焊層,表面涂敷osp(有機(jī)保護(hù)皮膜)或niau、nipdau等,單面或兩面倒裝焊芯片等。
圖7示出的是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中形成的雙面半埋入線路結(jié)構(gòu)700的剖面示意圖。雙面半埋入線路結(jié)構(gòu)700包括封裝基板710和兩面半埋入線路720。
圖8示出的是根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例中形成的作為無芯板置于兩層半固化基板內(nèi)側(cè)的基板結(jié)構(gòu)800的剖面示意圖。作為無芯板置于兩層半固化基板內(nèi)側(cè)的基板結(jié)構(gòu)800包括封裝基板810、封裝基板820以及分別半埋入封裝基板810和封裝基板820內(nèi)側(cè)的半埋入線路830。
圖9a至圖9p示出根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例制造雙面半埋入線路結(jié)構(gòu)的過程的剖面示意圖。在下面的描述中,將省略與圖6a至圖6h所示的單面工藝類似的描述。
如圖9a所示,提供內(nèi)層電路板901,其中內(nèi)層電路板中已完成了內(nèi)層線路加工。接下來在內(nèi)層電路板901頂面和底面均壓合半固化基板902和銅箔903,如圖9b所示。圖9b至圖9i所示的制造過程與圖6a至圖6h的過程類似,因此省略其描述。
接下來,如圖9j所示,在雙面半埋入線路結(jié)構(gòu)上鉆孔904??蓛?yōu)選地,在鉆孔之前,在結(jié)構(gòu)表面形成保護(hù)膜,例如,通過化學(xué)鍍銅在整個基板上形成保護(hù)銅膜,銅膜的厚度優(yōu)選為1微米。保護(hù)膜的作用包括:a)在鉆孔中起到對基板表面樹脂層表面和線路的保護(hù),以免外力損傷;b)鉆孔后,通孔內(nèi)需要做除膠渣處理,在除膠渣過程中,化學(xué)鍍銅層保護(hù)基板表面的樹脂層不被除膠渣溶液腐蝕。在鉆孔后,進(jìn)行除膠渣過程,以去除孔中的殘膠。
如圖9k所示,在完成鉆孔的整個基板和孔內(nèi)表面通過化學(xué)鍍沉積形成電鍍種子層905。
接下來,如圖9l所示,通過光刻圖形形成工藝在基板的電鍍種子層905上形成電鍍掩膜906。具體圖形形成工藝可以通過干膠貼膜再通過后續(xù)的光刻、顯影等工藝實現(xiàn),以確保在非通孔填充和/或線路區(qū)域形成電鍍掩膜。
然后,如圖9m所示,對形成電鍍掩膜906的基板進(jìn)行電鍍,形成銅填充孔907。銅填充孔907用于用于所述基板內(nèi)部互連或元件安裝定位等。
接下來,如圖9n所示,去除電鍍掩膜并通過閃蝕法去除電鍍掩膜下的種子層。
接下來,如圖9o所示,在基板表面制作阻焊層(綠油層)908,并在無阻焊層(綠油層)908覆蓋的焊盤和半埋入導(dǎo)線的表面制作表面涂覆保護(hù)。表面涂覆材料為osp(有機(jī)保護(hù)皮膜)或niau、nipdau等。
最后,如圖9p所示,在該基板的上下兩面的半埋入線路上,安裝多個芯片909。芯片可通過bga等焊接結(jié)構(gòu)bot封裝到半埋入線路上,焊接結(jié)構(gòu)可以是焊接銅柱(cupillar)、錫球(solderball)等
通過本發(fā)明的實施例提供的雙面半埋入線路高密度基板結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點:
1.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)的基板表面的線路是半埋入基板的,基板表面線路部分嵌入到底層樹脂絕緣層中,其與基板結(jié)合力顯著增大,滿足高密度封裝bot倒裝封裝要求,顯著降低線路剝離的風(fēng)險性。
2.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)的基板可以由芯板、芯板兩側(cè)的固化的半固化片已經(jīng)部分嵌入固化的半固化片樹脂中的表面兩層線路以及覆蓋在線路表面的阻焊保護(hù)層構(gòu)成,其中半固化片的材料可以和芯板材料相同,也可以不同。
3.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)的基板的兩層半埋入線路上表面高出線路底部絕緣樹脂裸露表面,而不是常規(guī)埋入線路技術(shù)形成的埋入線路裸露表面低于絕緣樹脂表面??梢灾苯訚M足芯片的bot倒裝封裝。
4.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)的基板中制作半埋入線路所用的絕緣層樹脂可以是常規(guī)基板材料:abf,bt半固化片,fr半固化片以及其他電路板用樹脂半固化片。
5.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)的基板的半埋入線路的埋入深度,即本發(fā)明基板結(jié)構(gòu)中的r值的大小,由半固化絕緣樹脂的材料決定。
6.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)除用在封裝基板表面第一層外,還可以用于封裝基板的上下兩層,因此雙面均能進(jìn)行窄節(jié)bot倒裝封裝,封裝密度更大,集成度更高,3d封裝尺寸更小,同時由于雙面對稱倒裝,減少封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,顯著改善基板翹曲等問題。
7.本發(fā)明所屬結(jié)構(gòu)還可以用于內(nèi)層無芯板。
盡管上文描述了本發(fā)明的各實施例,但是,應(yīng)該理解,它們只是作為示例來呈現(xiàn)的,而不作為限制。對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是,可以對其做出各種組合、變型和改變而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此,此處所公開的本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)被上述所公開的示例性實施例所限制,而應(yīng)當(dāng)僅根據(jù)所附權(quán)利要求書及其等同替換來定義。