專利名稱：布線板及使用該板的半導(dǎo)體封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于半導(dǎo)體封裝和模塊的布線板，并涉及使用該布線板的半導(dǎo)體封裝。具體而言，本發(fā)明涉及一種可高密度地包含諸如半導(dǎo)體器件之類的多種部件的布線板，以及高速且具有改善之可靠性地驅(qū)動(dòng)這些器件，并涉及一種使用該布線板的半導(dǎo)體封裝。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體器件接線端數(shù)量的增多，間距縮小以及操作速度增大，趨向于使裝置具有更高性能和更多的功能，不斷增長(zhǎng)有關(guān)實(shí)現(xiàn)更高密度精細(xì)布線和更高速度操作，并設(shè)有半導(dǎo)體器件的用于封裝的布線板的需求。一種廣泛使用的封裝用的常規(guī)布線板，為作為一類多層印刷布線板的組合印刷板。
圖1所示的剖面圖表示一種常規(guī)的組合印刷板。如圖1所示，這種常規(guī)的組合板設(shè)有由玻璃環(huán)氧化物制成的底芯基板73，并在底芯基板73中鉆有直徑約為300μm的穿透通孔71。在底芯基板73的兩側(cè)上形成導(dǎo)體布線72，并且設(shè)置層間絕緣膜75，用以覆蓋導(dǎo)體布線72。在層間絕緣膜75中形成通孔74，與導(dǎo)體布線72相連，并在層間絕緣膜75的表面上設(shè)置導(dǎo)體布線76，用以通過(guò)通孔74與導(dǎo)體布線72相連。根據(jù)需要，通過(guò)在導(dǎo)體布線76上另外重復(fù)設(shè)置其中形成有通孔的層間絕緣膜和導(dǎo)體布線，可使印刷板具有多層布線結(jié)構(gòu)。
不過(guò)，這種組合印刷板由于使用玻璃環(huán)氧樹(shù)脂印刷板作為底芯基板73，耐熱性不夠充分，從而存在底芯基板73發(fā)生變形的問(wèn)題，比如會(huì)因用來(lái)形成層間絕緣膜75時(shí)所進(jìn)行的熱處理，會(huì)造成收縮、翹曲和發(fā)生波紋狀。結(jié)果，在通過(guò)將導(dǎo)體層(未示出)構(gòu)圖而形成導(dǎo)體布線76的過(guò)程中，就存在抗蝕劑曝光梯度，曝光位置精度也明顯下降，從而難以在層間絕緣膜75上形成高密度和精細(xì)布線圖案。另外，必須在導(dǎo)體布線72與穿透通孔71的連接處設(shè)置臺(tái)階部分，以牢固地連接它們。即使在具有層間絕緣膜75和導(dǎo)體布線76的組合層上設(shè)計(jì)高速操作的布線，由于存在臺(tái)階部分，很難控制阻抗，并且回線電感較高。由此，整個(gè)組合印刷板的操作速度降低，帶來(lái)難以提供高速操作的問(wèn)題。
為了解決組合印刷板的穿透通孔所導(dǎo)致的這些問(wèn)題，例如在日本專利出版未審公開(kāi)No.2000-269647和參考書(shū)目“Proceedings For TheEleventh Microelectronics Symposium，pp.131-134”中描述了一種用于形成印刷板的方法，取代在玻璃環(huán)氧基板中鉆出穿透通孔的方法。
圖2A至2C所示剖面圖依制造步驟順序示出這種傳統(tǒng)的印刷板。首先，如圖2A所示，制備預(yù)浸料坯82，在預(yù)浸料坯上形成預(yù)定的導(dǎo)體布線81。然后，利用激光加工在預(yù)浸料坯82中形成直徑為150-200μm的通孔83。另外，如圖2B所示，用導(dǎo)電糊84填充各通孔83。此外，如圖2C所示，多次制造這種預(yù)浸料坯82，即具有用導(dǎo)電糊84填充的通孔83的預(yù)浸料坯82，然后將所制造的預(yù)浸料坯82層疊在一起。此時(shí)，導(dǎo)體布線81的臺(tái)階圖案86與相鄰預(yù)浸料坯的通孔83相連，這樣就能制得沒(méi)有穿透通孔的印刷板85。
但在這種傳統(tǒng)技術(shù)中，層疊預(yù)浸料坯82時(shí)的位置精度較低，帶來(lái)難以使臺(tái)階圖案86直徑減小的問(wèn)題。從而，難以實(shí)現(xiàn)高密度布線，并且對(duì)改進(jìn)阻抗可控性效果及減小回線電感的效果都不夠充分。此外，存在層疊后通孔連通的可靠性較差的問(wèn)題。
為了解決這許多問(wèn)題，本發(fā)明者研究出一種通過(guò)在諸如金屬片的支撐結(jié)構(gòu)上形成布線層，并隨后去除支撐結(jié)構(gòu)，從而制成布線板的方法。在日本專利出版未審公開(kāi)No.2002-198462(P8-11及圖17)中描述了這種方法。
圖3A和3B所示的剖面圖依制造步驟的順序示出這種傳統(tǒng)的布線板。首先，如圖3A所示，制備由金屬片等制成的支撐片91。在支撐片91上形成導(dǎo)體布線92，形成層間絕緣膜93以覆蓋導(dǎo)體布線92，并在層間絕緣膜93中形成通孔94，與導(dǎo)體布線92連接。之后，在層間絕緣膜93上形成導(dǎo)體布線95。把導(dǎo)體布線95制成為，使得借助通孔94與導(dǎo)體布線92相連。通過(guò)按照需要重復(fù)形成層間絕緣膜93、通孔94和導(dǎo)體布線95的步驟，可實(shí)現(xiàn)多層布線。然后，如圖3B所示，通過(guò)蝕刻去除部分支撐片91，露出導(dǎo)體布線92，并形成支撐結(jié)構(gòu)96，由此制得布線板97。
與此同時(shí)，可以使用膜的強(qiáng)度為70MPa或更大、斷裂后伸長(zhǎng)百分比為5％或更大、玻變溫度為150℃或更高，且熱膨脹系數(shù)為60ppm或更小的絕緣材料制成的單層膜，或者使用彈性模數(shù)為10GPa或更大、熱膨脹系數(shù)為30ppm或更小，且玻變溫度為150℃或更高的絕緣材料制成的單層膜，作為層間絕緣膜93。
按照這種技術(shù)，由于布線板97沒(méi)有穿透通孔，所以能夠解決穿透通孔所引起的問(wèn)題，能設(shè)計(jì)出高速傳輸。此外，由于使用耐高熱金屬片等作為支撐片91，不會(huì)發(fā)生諸如收縮、翹曲和波紋狀的變形，這與使用玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基板的情形不同，可實(shí)現(xiàn)高密度精密布線。另外，通過(guò)如上所述確定層間絕緣膜93的機(jī)械性質(zhì)，可獲得具有高強(qiáng)度的布線板。
然而，這種傳統(tǒng)技術(shù)具有下面所述的問(wèn)題。由于缺少底芯基板，圖3B所示的布線板97極其薄。但在開(kāi)始制造時(shí)，通過(guò)有如上述那樣確定層間絕緣膜93的機(jī)械性質(zhì)，可使布線板97獲得足夠大的強(qiáng)度。
然而，布線板97通常設(shè)置有大面積半導(dǎo)體器件，以形成半導(dǎo)體封裝，再將半導(dǎo)體封裝安裝到比如印刷板之類的裝配板上。在操作過(guò)程中半導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生熱，導(dǎo)致溫度升高，并且在靜態(tài)運(yùn)用期間停止發(fā)熱，導(dǎo)致溫度降低。由此，在半導(dǎo)體器件操作過(guò)程中，由于半導(dǎo)體器件與裝配板之間熱膨脹系數(shù)的差異，就有熱應(yīng)力加于布線板97上。于是，在有如上述那樣將半導(dǎo)體器件安裝到布線板97上這樣的狀態(tài)下，重復(fù)地操作半導(dǎo)體器件時(shí)，熱應(yīng)力反復(fù)地加于布線板97，從而在布線板97的層間絕緣膜93等中有可能會(huì)發(fā)生破裂。由此，存在不能保證布線板和半導(dǎo)體封裝所需的可靠性的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可靠的布線板，這種布線板能高密度地包含諸如半導(dǎo)體器件類的多種部件，并易于實(shí)現(xiàn)高速傳輸和高密度精密布線；還涉及一種使用該布線板的半導(dǎo)體封裝。
本發(fā)明的布線板具有厚度為20-100μm的底部絕緣膜，在底部絕緣膜中形成通孔；形成在底部絕緣膜下表面上并與通孔連接的下布線；以及形成于底部絕緣膜上并通過(guò)通孔與下布線連接的上布線。由玻變溫度為150℃或更高，且包含由玻璃或芳族聚酰胺制成的增強(qiáng)纖維的耐熱樹(shù)脂制成底部絕緣膜，并且在把T℃溫度下的彈性模數(shù)表示為DT(GPa)，溫度T℃下的抗斷強(qiáng)度表示為HT(MPa)時(shí)，具有下述物理性質(zhì)(1)至(6)。
(1)沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小。
(2)D23≥5(3)D150≥2.5(4)(D-65/D150)≤3.0(5)H23≥140(6)(H-65/H150)≤2.3對(duì)于通過(guò)比如在金屬片的支撐元件上形成布線層，并隨后去除支撐元件的布線板制造方法，本發(fā)明者已經(jīng)注意到，重要的是充分保證抗斷強(qiáng)度和彈性模數(shù)，以防止由于半導(dǎo)體器件的操作而反復(fù)地加給熱負(fù)荷時(shí)，底部絕緣膜處發(fā)生破裂。并且本發(fā)明者已經(jīng)遞交了其中不發(fā)生破裂的布線板的制造方法的申請(qǐng)(日本專利申請(qǐng)No.2003-382418)。不過(guò)，通過(guò)進(jìn)一步研究該方法，發(fā)現(xiàn)即使使用滿足充分保證抗斷強(qiáng)度和彈性模數(shù)的材料，即要求在23℃的溫度條件下抗斷強(qiáng)度為80MPa或更大，要求在-65℃的溫度條件下抗斷強(qiáng)度表示為a，而150℃溫度下的抗斷強(qiáng)度表示為b時(shí)，比值(a/b)為4.5或更小，并且要求-65℃溫度下的彈性模數(shù)表示為c，150℃溫度下的彈性模數(shù)表示為d時(shí)，(c/d)的值為4.7或更小，所得半導(dǎo)體器件的可靠性存在與其結(jié)構(gòu)相關(guān)的差別。
作為對(duì)這些發(fā)現(xiàn)研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過(guò)以新的方式形成由耐熱樹(shù)脂制成的絕緣膜，可獲得具有更高可靠性的布線板，其中該耐熱樹(shù)脂具有150℃或更高的玻變溫度，包含由玻璃或芳族聚酰胺制成的增強(qiáng)纖維，滿足對(duì)抗斷強(qiáng)度和彈性模數(shù)的要求，并且沿厚度方向熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小。此外，還發(fā)現(xiàn)了對(duì)于抗斷強(qiáng)度和彈性模數(shù)的最佳要求。
如上所述，通過(guò)檢測(cè)由玻變溫度為150℃或更大、包含由玻璃或芳族聚酰胺制成的已知增強(qiáng)纖維的耐熱樹(shù)脂制成的材料，比如日本專利申請(qǐng)No.2003-382418中披露的由Ajinomoto Fine Techno有限公司制造的材料(商標(biāo)名為ABF-GX-1031)和Shin-Kobe Electric Machinery有限公司制造的EA-541(商標(biāo)名)，對(duì)于厚度方向的熱膨脹系數(shù)，發(fā)現(xiàn)所有這些材料在厚度方向具有90ppm/K或更大的熱膨脹系數(shù)。對(duì)于這些材料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在上面安裝了半導(dǎo)體器件的電極襯墊下面緊接著形成通孔，從而用于布線板安裝的焊料球緊挨著設(shè)置在通孔下面時(shí)，在通孔接合點(diǎn)處會(huì)發(fā)生斷開(kāi)故障，從而發(fā)現(xiàn)，與具有本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的物理性質(zhì)的底部絕緣膜材料相比，這些材料的可靠性較差。
相反，通過(guò)使用具有本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的物理性質(zhì)的絕緣膜，可減小厚度方向的應(yīng)變壓力。由此，在通孔緊挨著形成在安裝了半導(dǎo)體的電極襯墊下面的狀態(tài)下，從而用于板安裝的焊料球緊挨著形成在通孔下面時(shí)，當(dāng)由于半導(dǎo)體器件的操作反復(fù)地加給熱負(fù)荷時(shí)，可以防止通孔接合處發(fā)生斷開(kāi)故障，從而可以獲得更為可靠的半導(dǎo)體封裝。
此外，進(jìn)一步說(shuō)明其他物理性質(zhì)的最佳數(shù)值。即當(dāng)把T℃溫度下的彈性模數(shù)表示為DT(GPa)，并且T℃溫度下的抗斷強(qiáng)度表示為HT(MPa)時(shí)，得到下述不等式。
D23≥5在半導(dǎo)體封裝組裝期間，數(shù)值小于5的底部絕緣膜的可轉(zhuǎn)移性差，從而，使薄膜不具有實(shí)用性。
D150≥2.5數(shù)值小于2.5的底部絕緣膜的布線粘接性不夠大，從而薄膜不具有實(shí)用性。為了滿足該不等式，必須注入具有玻變溫度至少為150℃的耐熱樹(shù)脂的增強(qiáng)纖維。
(D-65/D150)≤3.0當(dāng)該數(shù)值較大時(shí)，低溫以及高溫下的彈性模數(shù)改變較大。數(shù)值大于3.0的底部絕緣膜，由于在半導(dǎo)體封裝組裝過(guò)程中反復(fù)加熱和冷卻而將應(yīng)變應(yīng)力加給布線板，半導(dǎo)體封裝本身會(huì)發(fā)生翹曲，從而薄膜不具有實(shí)用性。
H23≥140在20μm厚布線板的半導(dǎo)體封裝組裝過(guò)程中，數(shù)值小于140的底部絕緣膜不易于處理，從而薄膜不具有實(shí)用性。
(H-65/H150)≤2.3當(dāng)該數(shù)值較大時(shí)，低溫以及高溫下的抗斷強(qiáng)度改變較大。高溫下，數(shù)值大于2.3的底部絕緣膜的機(jī)械強(qiáng)度特別差，從而在半導(dǎo)體封裝的組裝，如布線粘接步驟中，底部絕緣膜會(huì)發(fā)生輕微斷裂，從而薄膜不具有實(shí)用性。
于是發(fā)現(xiàn)，僅在將這些因素都考慮在內(nèi)時(shí)，才可能獲得可靠的布線板。
當(dāng)樹(shù)脂，也即玻變溫度為150℃或更高，特別是其厚度方向的熱膨脹系數(shù)約為60ppm/K的樹(shù)脂，包含由其厚度方向的熱膨脹系數(shù)約為100ppm/K的玻璃或芳族聚酰胺制成的增強(qiáng)纖維時(shí)，可將其厚度方向的熱膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)成最佳數(shù)值，同時(shí)保持彈性模數(shù)和抗斷強(qiáng)度最佳。
與此同時(shí)，當(dāng)增強(qiáng)纖維的直徑為10μm或更小時(shí)，不僅通過(guò)使用二氧化碳激光器，而且還通過(guò)使用具有短波長(zhǎng)的UV-YAG激光器，可在底部絕緣膜中形成具有合適形狀的更細(xì)通孔。
按照本發(fā)明的布線板，可以具有一個(gè)或多個(gè)布線結(jié)構(gòu)層。每個(gè)所述布線結(jié)構(gòu)層具有處于所述底部絕緣膜與所述上布線之間、通過(guò)所述通孔與所述下布線連接的中間布線；以及覆蓋所述中間布線形成的中間絕緣膜，在其中形成連接所述中間布線與所述上布線的另一通孔。從而，可實(shí)現(xiàn)所需的高密度布線板。
另外，在這些布線板中，在底部絕緣膜的下表面上形成凹入部分，為的是提高使用焊料窄間距地安裝具有襯墊的半導(dǎo)體裝置時(shí)的位置精度，所述半導(dǎo)體器件通過(guò)使用焊料具有窄間距的襯墊，最好將下布線嵌入凹入部分中，且下布線的下表面高于底部絕緣膜的下表面0.5-10μm。
另外，當(dāng)使底部絕緣膜的下表面與下布線的下表面共面時(shí)，在通過(guò)使用金突起等窄間距地安裝具有襯墊的半導(dǎo)體裝置的步驟中，可以獲得用作位置偏離的余量，從而在提高連接可靠性方面是優(yōu)越的。
此外，布線板可具有保護(hù)膜，這形成在底部絕緣膜下面，覆蓋一部分下布線，并露出其余下布線。而且，布線板可具有阻焊層，它覆蓋一部分上布線，并露出其余的上布線。從而，易于通過(guò)印刷等將焊料形成在布線板上，并且進(jìn)一步在以非常窄的間距安裝具有襯墊的半導(dǎo)體器件時(shí)，形成于半導(dǎo)體器件上的諸如焊料和金的金屬突起，通過(guò)熔化可與形成在布線板上的焊料相連，從而可獲得突起連接的可靠性突出的半導(dǎo)體封裝。
通過(guò)將半導(dǎo)體器件與下布線或上布線相連，可制造出使用上述布線板的半導(dǎo)體封裝。此外，可設(shè)置連接觸點(diǎn)，以便連接比如電路板的外部裝置。
通過(guò)使用具有較小溫度依賴性之機(jī)械性質(zhì)的絕緣膜作為底部絕緣膜，本發(fā)明可提供能實(shí)現(xiàn)高速傳輸和高密度精細(xì)布線的布線板，當(dāng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)所安裝的半導(dǎo)體器件而反復(fù)地加給熱負(fù)荷時(shí)，不會(huì)在底部絕緣膜、焊料球等處產(chǎn)生斷裂，并且通孔連接具有卓越的可靠性。


圖1是表示一種傳統(tǒng)組合基板的剖面圖；圖2A至2C是依形成步驟的順序表示一種傳統(tǒng)制造印刷板方法的剖面圖；圖3A和圖3B是依制造步驟的順序表示另一種傳統(tǒng)的制造布線板方法的剖面圖；圖4是表示本發(fā)明第一實(shí)施例布線板的剖面圖；圖5是表示第一實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的剖面圖；圖6是表示第一實(shí)施例的一種改型的半導(dǎo)體封裝的剖面圖；圖7是表示本發(fā)明第二實(shí)施例布線板的剖面圖；圖8是表示第二實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的剖面圖；圖9A至9C是依制造步驟的順序表示本發(fā)明第三實(shí)施例布線板的制造方法和結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖10是表示本發(fā)明第四實(shí)施例布線板的剖面圖；圖11A至11E是依制造步驟的順序表示本發(fā)明第一實(shí)施例布線板制造方法的剖面圖；圖12A至12C是依制造步驟的順序表示本發(fā)明第一實(shí)施例半導(dǎo)體封裝制造方法的剖面圖；圖13A至13D是依照制造步驟的順序表示本發(fā)明第二實(shí)施例布線板和半導(dǎo)體封裝制造方法的剖面圖；以及圖14是表示用于評(píng)價(jià)試驗(yàn)的半導(dǎo)體封裝剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖具體描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，將描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖4是表示所述實(shí)施例布線板的剖面圖，圖5是表示所述實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的剖面圖。
如圖4所示，本實(shí)施例的布線板13設(shè)有底部絕緣膜7。由玻變溫度為150℃或更高并且包含玻璃或芳族聚酰胺制成之增強(qiáng)纖維的耐熱樹(shù)脂制成所述底部絕緣膜7。底部絕緣膜7的厚度為20-100μm，并且當(dāng)用DT(GPa)表示在溫度為T(mén)℃下的彈性模數(shù)，用HT(MPa)表示在溫度為T(mén)℃下的抗斷強(qiáng)度時(shí)，具有如下物理性質(zhì)(1)到(6)。
(1)沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小。
(2)D23≥5(3)D150≥2.5(4)(D-65/D150)≤3.0(5)H23≥140(6)(H-65/H150)≤2.3按照增強(qiáng)纖維的包含能力，所述玻變溫度為150℃或更高的耐熱樹(shù)脂優(yōu)選是環(huán)氧樹(shù)脂，不過(guò)也可以采用聚酰亞胺樹(shù)脂、氰酸鹽樹(shù)脂、液晶聚合物等。
在底部絕緣膜7的下表面中形成凹入部分7a，布線體6各自形成在凹入部分7a中，并且在布線體6下面各自形成蝕刻阻擋層5。蝕刻阻擋層5和布線體6構(gòu)成下布線，并將下布線嵌入凹入部分7a中。蝕刻阻擋層5的下表面暴露在外，并且構(gòu)成布線板13的部分下表面。布線體6比如由Cu、Ni、Au、Al或Pd制成，且薄膜厚度比如為2-20μm。由比如Ni、Au或Pd制成蝕刻阻擋層5，且厚度比如為0.1-7.0μm。蝕刻阻擋層5的下表面高于底部絕緣膜7的下表面比如0.5-10μm，也即把蝕刻阻擋層5的下表面深入地設(shè)置在凹入部分7a中。
此外，在底部絕緣膜7中各自形成通孔10，從而使通孔10處于凹入部分7a上側(cè)的一部分上。當(dāng)把布線板13用于CSP半導(dǎo)體封裝時(shí)(芯片尺度封裝)，通孔10的直徑比如為75μm，并且當(dāng)把布線板13用于FCBGA(倒裝晶片球柵陣列)半導(dǎo)體封裝時(shí)，通孔10的直徑比如為40μm。另外，通孔10充滿導(dǎo)電材料，并且上布線11形成在底部絕緣膜7上。整體地形成通孔10中的導(dǎo)電材料和上布線11。上布線11的厚度比如為2-20μm，并通過(guò)通孔10與下布線相連。另外，將阻焊層12形成在底部絕緣膜7上，使一部分上布線11露出，其余上布線11被阻焊層12覆蓋。阻焊層12的厚度比如為5-40μm。上布線11的露出部分起襯墊電極的作用。
接下去將描述本實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝19中，如圖5所示，多個(gè)突起14各自與布線板13的蝕刻阻擋層5相連。半導(dǎo)體器件15設(shè)置在布線板13下面，并且半導(dǎo)體器件15的電極(未示出)各自與突起14相連。半導(dǎo)體器件15譬如是LSI(大規(guī)模集成電路)。布線板13與半導(dǎo)體器件15之間各突起14的周圍填充有底部填充層(underfill layer)16。焊料球18各自設(shè)置在布線板13的上布線11的暴露部分上，也即一部分襯墊電極上。焊料球18通過(guò)上布線11、通孔10(參見(jiàn)圖4)、由布線體6和蝕刻阻擋層5組成的下布線以及突起14，與半導(dǎo)體器件15的電極相連。半導(dǎo)體封裝19通過(guò)焊料球18安裝到封裝板(未示出)上。
以下將描述本發(fā)明各結(jié)構(gòu)要求條件的數(shù)值臨界值。
底部絕緣膜的厚度20-100μm當(dāng)?shù)撞拷^緣膜的厚度小于20μm時(shí)，耐熱樹(shù)脂不能有效地包含由玻璃或芳族聚酰胺制成的增強(qiáng)纖維。相反，底部絕緣膜的厚度超過(guò)100μm時(shí)，通過(guò)激光加工形成的通孔的加工性明顯降低，使之不可能形成精細(xì)的通孔。從而，將底部絕緣膜的厚度設(shè)定為20-100μm。
底部絕緣膜沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)90ppm/K或更小對(duì)于沿厚度方向熱膨脹系數(shù)大于90ppm/K的底部絕緣膜而言，當(dāng)上面直接安裝半導(dǎo)體器件的電襯墊下面形成通孔，并在通孔下面直接形成用于板封裝的焊料球時(shí)，由于在假定由于半導(dǎo)體器件的操作而反復(fù)地加給熱負(fù)荷的條件下進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)，在圖5所示通孔10a的接合處會(huì)發(fā)生斷開(kāi)故障。從而，底部絕緣膜沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小。
底部絕緣膜在23℃溫度下的彈性模數(shù)為5GPa或更大當(dāng)?shù)撞拷^緣膜在23℃溫度下的彈性模數(shù)小于5GPa時(shí)，在半導(dǎo)體封裝組裝過(guò)程中，包含20μm厚底部絕緣膜的布線板的可轉(zhuǎn)移性較差，這會(huì)使生產(chǎn)率明顯地降低。從而，將底部絕緣膜在23℃溫度下的彈性模數(shù)設(shè)定為5GPa或更大。
底部絕緣膜在150℃溫度下的彈性模數(shù)為2.5GPa或更大在由一種材料制成的底部絕緣膜中，當(dāng)?shù)撞拷^緣膜在150℃溫度下的彈性模數(shù)為1.0GPa或更大時(shí)，通常能獲得良好的布線粘接性。不過(guò)，在由含有玻璃或芳族聚酰胺增強(qiáng)纖維的樹(shù)脂制成的底部絕緣膜中，由于將單獨(dú)增強(qiáng)纖維在150℃溫度下的彈性模數(shù)設(shè)定為10GPa或更大的較高數(shù)值，所以，盡管底部絕緣膜在150℃溫度下的彈性模數(shù)為1.0Gpa，單獨(dú)樹(shù)脂在150℃溫度下的彈性模數(shù)為0.1GPa或更小。這是因?yàn)?，在進(jìn)行布線粘接時(shí)，壓下布線體6，使之不能建立實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的布線連接。由此，在通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)底部絕緣膜在150℃溫度下的彈性模數(shù)與布線粘接強(qiáng)度之間的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)150℃溫度下彈性模數(shù)為2.5GPa或更大時(shí)，可實(shí)現(xiàn)良好的布線粘接性。從而，將底部絕緣膜在150℃下的彈性模數(shù)設(shè)定為2.5GPa或更大。此外，為了滿足150℃溫度下彈性模數(shù)為2.5GPa或更大的要求，發(fā)現(xiàn)含有增強(qiáng)纖維的耐熱樹(shù)脂必須具有150℃或更高的玻變溫度。該玻變溫度與JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))6481一致，并且通過(guò)DMA(動(dòng)態(tài)機(jī)械分析)方法測(cè)量。
當(dāng)DT(GPa)為底部絕緣膜在T℃溫度下的彈性模數(shù)時(shí)，值(D-65/D150)為3.0或更小值(D-65/D150)較大意味著低溫和高溫下彈性模數(shù)的改變較大。在日本專利申請(qǐng)No.2003-382418中，描述了當(dāng)值(D-65/D-150)較大時(shí)，固定到布線板上的焊料球破碎，從而該值必須大于4.7或更小。不過(guò)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)值(D-65/D150)大于3.0時(shí)，在半導(dǎo)體封裝組裝過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)加熱和冷卻而加給布線板的應(yīng)變應(yīng)力，會(huì)引起半導(dǎo)體封裝本身產(chǎn)生翹曲的麻煩。因此，所述值(D-65/D150)為3.0或更小。
底部絕緣膜在23℃溫度下的抗斷強(qiáng)度為140MPa或更大在具有20μm厚底部絕緣膜的布線板中，當(dāng)?shù)撞拷^緣膜在23℃溫度下的抗斷強(qiáng)度低于140MPa時(shí)，在半導(dǎo)體封裝組裝步驟中，底部絕緣膜發(fā)生破裂。從而，將底部絕緣膜在23℃溫度下的抗斷強(qiáng)度設(shè)定為140MPa或更高。
當(dāng)HT(MPa)為底部絕緣膜在T℃溫度下的抗斷強(qiáng)度時(shí)，值(H-65/H150)為2.3或更小值(H-65/H150)較大意味著，低溫和高溫下抗斷強(qiáng)度的改變較大。在日本專利申請(qǐng)No.2003-382418中，描述了當(dāng)(H-65/H150)較大時(shí)，底部絕緣膜發(fā)生破裂，從而值必須為4.5或更小。不過(guò)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)值(H-65/H150)大于2.3時(shí)，高溫下它的機(jī)械強(qiáng)度顯著減小，從而在高溫下，在半導(dǎo)體封裝組裝如布線粘接步驟中，底部絕緣膜發(fā)生輕微破裂。因此，所述值(H-65/H150)為2.3更更小。
下布線的下表面與底部絕緣膜的下表面之間的距離為0.5-10μm當(dāng)下布線的下表面與底部絕緣膜的下表面之間的距離短于0.5μm時(shí)，不能有效地保證防止突起位置偏移的效果。另一方面，當(dāng)該距離超過(guò)10μm時(shí)，當(dāng)該裝置安裝到布線板上時(shí)，底部絕緣膜與半導(dǎo)體器件之間的間隙變窄。由此，當(dāng)用未充滿樹(shù)脂填充該間隙，以便在半導(dǎo)體器件安裝之后形成底部填充層時(shí)，難于將未充滿樹(shù)脂灌入該間隙中。從而，該距離優(yōu)選為0.5-10μm。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝19中，通過(guò)從裝配板(未示出)經(jīng)由焊料球18、上布線11、通孔10、由布線體6和蝕刻阻擋層5組成的下布線以及突起14，向半導(dǎo)體器件15輸送電能以及輸入、輸出信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體器件15。此時(shí)，半導(dǎo)體器件15產(chǎn)生熱量，并且所述熱量會(huì)通過(guò)布線板13傳導(dǎo)到裝配板。這里，由于半導(dǎo)體器件15與裝配板的熱膨脹系數(shù)的差異，熱應(yīng)力加給突起14、布線板13和焊料球18。從而，通過(guò)反復(fù)操作和停止半導(dǎo)體器件15，熱應(yīng)力反復(fù)地加給突起14、布線板13和焊料球18。
根據(jù)本實(shí)施例，由于底部絕緣膜的厚度為20至100μm，23℃溫度下的彈性模數(shù)為5GPa或更大，23℃溫度下的抗斷強(qiáng)度為140MPa或更大，150℃溫度下的彈性模數(shù)為2.5GPa或更大，值(D-65/D150)為3.0或更小(其中DT為T(mén)℃溫度下的彈性模數(shù))，且值(H-65/H150)為2.3或更小(其中HT為T(mén)℃溫度下的抗斷強(qiáng)度)，所以，在半導(dǎo)體封裝19的組裝步驟中，它的可轉(zhuǎn)移性和布線粘接性良好，可以制造出不會(huì)翹曲并且具有優(yōu)異質(zhì)量的半導(dǎo)體封裝19。此外，由于沿底部絕緣膜厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小，所以，即使在假定通過(guò)半導(dǎo)體器件的操作反復(fù)地加給熱負(fù)荷的條件下進(jìn)行熱循環(huán)檢驗(yàn)時(shí)，在圖5所示通孔10a的接合處也不會(huì)發(fā)生斷開(kāi)故障。
此外，由于由蝕刻阻擋層5和布線體6組成的下布線處于凹入部分7a中，并且下布線的下表面高于底部絕緣膜7的下表面0.5-10μm，在突起14粘接期間，可以防止突起14發(fā)生位置偏移和流動(dòng)。由此，突起14具有優(yōu)異的粘接可靠性，并且可設(shè)置成窄間距，允許安裝高密度半導(dǎo)體器件15。
另外，由于布線板13沒(méi)有穿透通孔，所以不會(huì)發(fā)生由穿透通孔引起的那些問(wèn)題，也就是難以控制阻抗和回線電感增大的問(wèn)題，這樣就能夠設(shè)計(jì)出高速傳輸和高密度精細(xì)布線。
在本實(shí)施例中，可以省略底部填充層16。此外，由于倒裝晶片型半導(dǎo)體封裝通常不需要模塑物，本實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝也沒(méi)有提供模塑物。不過(guò)，當(dāng)要求半導(dǎo)體封裝具有更高程度的耐濕可靠性，當(dāng)希望增強(qiáng)半導(dǎo)體器件的密封性質(zhì)(密封性)，以及當(dāng)希望增大半導(dǎo)體封裝的機(jī)械強(qiáng)度同時(shí)布線板較薄時(shí)，可以在布線板13的下表面上提供模塑物，以覆蓋底部填充層16和半導(dǎo)體器件15。
另外，在第一實(shí)施例中，舉例說(shuō)明了通過(guò)倒裝晶片粘接方法安裝到突起14上的半導(dǎo)體器件15，不過(guò)對(duì)于半導(dǎo)體器件15的安裝方法不加限制，從而還可以采用布線粘接、帶自動(dòng)粘接等。
以下將描述本實(shí)施例的一種改型。圖6所示的剖面圖表示這種改型的半導(dǎo)體封裝。如圖6中所示，在這種改型的半導(dǎo)體封裝中，半導(dǎo)體器件分別安裝到布線板13的兩側(cè)上。也即除了半導(dǎo)體器件15通過(guò)突起14與下布線相連以外，還設(shè)置半導(dǎo)體器件15a，以通過(guò)突起14a與上布線11相連。半導(dǎo)體器件15的一些電極通過(guò)突起14、由蝕刻阻擋層5和布線體6組成的下布線、通孔10、上布線11和突起14a，與半導(dǎo)體器件15a的電極相連(未示出)。除上述以外，這種改型例的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。從而，根據(jù)該改型例，可將兩個(gè)半導(dǎo)體器件安裝到單個(gè)布線板13上。
接下去將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖7是表示本實(shí)施例布線板的剖面圖，圖8是表示本實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的剖面圖。
如圖7所示，本實(shí)施例的布線板21設(shè)有底部絕緣膜7。底部絕緣膜7的厚度和機(jī)械性質(zhì)均與第一實(shí)施例中的底部絕緣膜7相同。在底部絕緣膜7的下表面中形成凹入部分7a，在凹入部分7a中形成布線體6，并在布線體6下面形成蝕刻阻擋層5。由蝕刻阻抗層5和布線體6組成下布線，并將下布線嵌入凹入部分7a中。蝕刻阻擋層5和布線體6的結(jié)構(gòu)都與第一實(shí)施例中的相同。
在底部絕緣膜7中形成通孔10，使之處于凹入部分7a上側(cè)的一部分上。用導(dǎo)電材料填充通孔10，并在底部絕緣膜7上形成中間布線22。通孔10中的導(dǎo)電材料與中間布線22形成一體，中間布線22通過(guò)通孔10與下布線相連。此外，使中間絕緣膜23形成于底部絕緣膜7上，從而覆蓋中間布線22，并在中間絕緣膜23中形成通孔24，使它處于中間布線22上側(cè)的一部分上。用導(dǎo)電材料填充通孔24，并且在中間絕緣膜23上形成上布線11。通孔24中的導(dǎo)電材料與上布線11形成一體，并且上布線11通過(guò)通孔24與中間布線22相連。此外，在中間絕緣膜23上形成阻焊層12，從而露出一部分上布線11，并覆蓋上布線11的其余部分。上布線11的露出部分作為襯墊電極。最好使中間絕緣膜23的厚度和機(jī)械強(qiáng)度與底部絕緣膜7的相同，不過(guò)根據(jù)需要，也可以與底部絕緣膜7的不同。
此外，在第二實(shí)施例的布線板中，將絕緣層設(shè)置成兩層，但本發(fā)明并不限于這種結(jié)構(gòu)；布線板可具有將其中的絕緣膜設(shè)置成三層或更多層的結(jié)構(gòu)。
下面將描述本實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)。如圖8所示，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝25中，多個(gè)突起14與布線板21的蝕刻阻擋層5相連。半導(dǎo)體器件15被布置在布線板21下面，并且半導(dǎo)體器件15的電極(未示出)與突起14相連。在布線板21與半導(dǎo)體器件15之間，各突起14的外圍填充底部填充層16。將焊料球18設(shè)置在布線板21的上布線11的露出部分，即在一些襯墊電極上。焊料球18通過(guò)上布線11、通孔24、中間布線22、通孔10、由布線體6和蝕刻阻擋層5組成的下布線以及突起14與半導(dǎo)體器件15的電極相連。除去上面所述以外，本實(shí)施例的布線板和半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)以及工作情況都與第一實(shí)施例中的相同。
在本實(shí)施例中，布線板21采取雙層結(jié)構(gòu)形式，其中，包括底部絕緣膜7和中間絕緣膜23，也就是說(shuō)，與第一實(shí)施例的布線板不同，布線板21具有中間布線22，從而可使從半導(dǎo)體器件15輸入和輸出的信號(hào)數(shù)量增多。除去上面所述以外，本實(shí)施例所能實(shí)現(xiàn)的效果也與第一實(shí)施例相同。
接下去將描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖9A至9C是依制造步驟的順序表示本實(shí)施例布線板結(jié)構(gòu)的剖面圖。在本實(shí)施例的布線板中，使底部絕緣膜7的下表面與下布線的下表面共面，所述下布線由蝕刻阻擋層5和布線體6組成。在底部絕緣膜7的下面形成保護(hù)膜41。保護(hù)膜41比如由環(huán)氧樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂制成，并且厚度比如為1-50μm。保護(hù)膜41具有被蝕刻部分42作為開(kāi)口，并且在被蝕刻部分42處露出下布線的一些部分。也就是說(shuō)，按照在被蝕刻部分42處露出下布線的一些部分，并用保護(hù)膜41中除被蝕刻部分以外的部分覆蓋下布線其余部分的方式，形成保護(hù)膜41。被蝕刻部分42是當(dāng)半導(dǎo)體器件安裝到布線板上時(shí)與突起14相連的部分(參見(jiàn)圖4)。除去上面所述以外，本實(shí)施例的布線板和半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)以及工作情況都與第一實(shí)施例相同。
在本實(shí)施例中，可以通過(guò)提供保護(hù)膜41來(lái)增強(qiáng)布線板與比如底部填充層的樹(shù)脂層的粘接。除去上面所述以外，本實(shí)施例所能實(shí)現(xiàn)的效果與第一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的效果相同。
接下去將描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖10是表示本實(shí)施例布線板的剖面圖。如圖10所示，與第三實(shí)施例的布線板不同，本實(shí)施例的布線板不具有保護(hù)膜41(參見(jiàn)圖9)。從而，下布線的下表面并沒(méi)有從布線板43的下表面凹入，也就是說(shuō)，下布線的下表面與布線板43的下表面共面。除去上面所述以外，本實(shí)施例布線板的結(jié)構(gòu)與第三實(shí)施例所述的相同。
由于本實(shí)施例的布線板不像第三實(shí)施例的布線板那樣包含保護(hù)膜，所以，可減小它的制造成本。此外，與第一實(shí)施例所述不同的是，可以不形成易蝕刻層4(參見(jiàn)圖11A)，這樣也可以降低其制造成本。從其制造成本的觀點(diǎn)看，本實(shí)施例的布線板適合于以下情形半導(dǎo)體器件15中設(shè)置的電極的間距不太窄的情形；由于突起14的設(shè)置密度較低，實(shí)際上不要求突起14的位置精度的情形(參見(jiàn)圖4)；以及無(wú)論是否存在模塑物，實(shí)際上都不要求模塑物與布線板粘接的情形。除去上面所述以外，本實(shí)施例的效果與第一實(shí)施例的效果相同。
繼而，將描述上述各實(shí)施例布線板和半導(dǎo)體封裝的制造方法。首先，將描述第一實(shí)施例布線板和半導(dǎo)體封裝的制造方法。圖11A至11E是依制造步驟順序表示本實(shí)施例布線板的剖面圖。圖12A和圖12B是依制造步驟順序表示本實(shí)施例半導(dǎo)體封裝的剖面圖。圖12C是表示提供有模塑物的半導(dǎo)體封裝的剖面圖。如圖11A所示，制備支撐基板1，它是由比如Cu之類的金屬或合金制成的，在支撐基板1上形成抗蝕劑2，用于進(jìn)行構(gòu)圖。然后，通過(guò)比如電鍍過(guò)程依次形成易蝕刻層4、蝕刻阻擋層5和布線體6。與此同時(shí)，在支撐基板1上面去掉抗蝕劑2的區(qū)域處形成導(dǎo)體布線層3，該布線層3由易蝕刻層4、蝕刻阻擋層5和布線體6組成，而在保留抗蝕劑2的區(qū)域處不形成導(dǎo)體布線層3。所述易蝕刻層4比如是由單個(gè)Cu層組成的電鍍層、由Cu和Ni層組成的雙電鍍層，或者是由單個(gè)Ni層組成的電鍍層，并且厚度比如為0.5-10μm。設(shè)置雙電鍍層的Ni層是為了防止高溫條件下易蝕刻層4的Cu層與蝕刻阻擋層5之間發(fā)生擴(kuò)散，并且厚度比如為0.1μm或更大。所述蝕刻阻擋層5是電鍍Ni層、電鍍Au層或電鍍Pd層，并且厚度為0.1-7.0μm。使用比如Cu、Ni、Au、Al或Pd組成的電鍍導(dǎo)電層形成布線體6，并上厚度比如為2-20μm。此外，在使用Au形成蝕刻阻擋層5時(shí)，可在蝕刻阻擋層5與布線體6之間設(shè)置Ni層，以防止蝕刻阻擋層5與構(gòu)成布線體6的Cu之間發(fā)生擴(kuò)散。
如圖11B所示，去掉抗蝕劑2。然后，如圖11C中所示，形成底部絕緣膜7，以覆蓋導(dǎo)體布線層3。用于形成底部絕緣膜7的方法可為如下所述者把片形絕緣膜與支撐基板1層疊在一起，或者將片形絕緣膜涂覆到支撐基板1上，通過(guò)按壓形成薄膜；然后，按照以下方式對(duì)薄膜實(shí)行熱處理，使薄膜在比如100-400℃溫度下保持10分鐘至2小時(shí)；并且，最后將薄膜固化。根據(jù)絕緣膜的種類調(diào)節(jié)熱處理的溫度和時(shí)間。此外，通過(guò)激光加工在底部絕緣膜7中形成通孔10，使其位于導(dǎo)體布線層3上側(cè)的一部分上。
如圖11D中所示，用導(dǎo)電材料填充通孔10，并在底部絕緣膜7上形成上布線層11。此時(shí)，上層11通過(guò)通孔10與布線體6相連。當(dāng)把布線板13用作CSP(芯片尺度封裝)時(shí)，通孔10的直徑比如為75μm，而在把布線板13用作FCBGA(倒裝晶片球柵陣列)時(shí)，通孔10的直徑比如為40μm。由電鍍導(dǎo)體層，如Cu、Ni、Au、Al或Pd制成嵌入通孔10中的導(dǎo)電材料和上布線11，并且上布線11的厚度比如為2-20μm。然后，形成阻焊層12，以覆蓋部分上布線11，同時(shí)露出其余上布線11。阻焊層12的厚度比如為5-40μm。不過(guò)，也可以不形成阻焊層12。
如圖11E所示，通過(guò)化學(xué)蝕刻或拋光去除支撐基板1。然后，如圖4所示，通過(guò)蝕刻去除易蝕刻層4。結(jié)果，形成圖4所示的本實(shí)施例布線板13。這時(shí)，在支撐基板1所用的材料與易蝕刻層4所用的材料不同的情況下，有如前面所述那樣，必須進(jìn)行兩次蝕刻，但當(dāng)用于支撐基板1的材料與用于易蝕刻層4的材料相同時(shí)，僅進(jìn)行一次蝕刻。
如圖12A所示，把多個(gè)突起14各自粘接到蝕刻阻擋層5的露出部分上。然后，利用倒裝晶片粘接方法，借助過(guò)突起14，將半導(dǎo)體器件15安裝到布線板13上，使半導(dǎo)體器件15的電極(未示出)與各突起14相連。
如圖12B所示，將底部填充層16注入布線板13與半導(dǎo)體器件15之間，并使之凝固。結(jié)果，使過(guò)突起14被嵌入到底部填充層16中。不過(guò)，也可以不形成底部填充層16。此外，如圖12C中所示，可以在布線板13的下表面上適當(dāng)?shù)匦纬赡Ｋ芪?7，以便保護(hù)底部填充層16和半導(dǎo)體器件15。
接下來(lái)，將焊料球18設(shè)置到布線板13的上布線層11露出部分上，如圖5所示。結(jié)果，形成圖5所示的第一實(shí)施例半導(dǎo)體封裝19。
在第一實(shí)施例中，例如，可增強(qiáng)布線板13的平坦度，以便在由Cu制成的硬支撐基板1上形成導(dǎo)體布線層3、底部絕緣膜7、上布線11等。
在第一實(shí)施例中，使用由金屬或合金制成的基板作為支撐基板1，不過(guò)，也可使用比如由硅片、玻璃、陶瓷或樹(shù)脂等絕緣體制成的基板作為支撐基板1。當(dāng)使用絕緣體制成的基板時(shí)，可在形成抗蝕劑2之后通過(guò)無(wú)電鍍形成導(dǎo)體布線層3，或者在形成抗蝕劑2之后可通過(guò)諸如無(wú)電鍍、濺射或汽相沉積等方法，形成供電導(dǎo)體層，然后通過(guò)電鍍形成導(dǎo)體布線層3。
此外，在本實(shí)施例中，描述了通過(guò)倒裝晶片方法將半導(dǎo)體器件15安裝到布線板13上的一個(gè)例子，但也可以通過(guò)其他方法，如布線粘接和條帶自動(dòng)粘接，將半導(dǎo)體器件15安裝到布線板13上。
以下將描述本發(fā)明第二實(shí)施例布線板和半導(dǎo)體封裝的制造方法。圖13A至13D是依制造步驟順序表示所述實(shí)施例布線板的剖面圖。首先，通過(guò)圖11A至11C所述的方法，在支撐基板1上形成由易蝕刻層4、蝕刻阻擋層5和布線體6組成的導(dǎo)體布線層3；形成底部絕緣層7，以便覆蓋導(dǎo)體布線3，并且，在底部絕緣膜7中形成通孔10。
然后，如圖13A所示，以導(dǎo)電材料填充通孔10，并在底部絕緣膜7上形成中間布線22。這時(shí)，中間布線22通過(guò)通孔10與布線體6相連。此后，如圖13B所示，形成中間絕緣膜23，以覆蓋中間布線22。形成所述中間絕緣膜23的方法比如與形成底部絕緣膜7的方法相同。然后，在中間絕緣膜23中形成通孔24，使通孔24處于中間布線22上側(cè)的一部分上。
繼而，有如圖13C所示，以導(dǎo)電材料填充通孔24，并在中間絕緣膜23上形成上布線11。這時(shí)，上布線11通過(guò)通孔24與中間布線22連接。然后，形成阻焊層12，以覆蓋一部分上布線11，并暴露其余的上布線11。之后，如圖13D所示，通過(guò)化學(xué)蝕刻或拋光去除支撐基板1。
然后，如圖7所示，通過(guò)蝕刻去除易蝕刻層4。結(jié)果，形成圖7所示此外，如圖8所示，使多個(gè)突起14與蝕刻阻擋層5的暴露部分相連。利用倒裝晶片方法，借助各突起14，將半導(dǎo)體器件15安裝到布線板21上，使半導(dǎo)體器件15的電極(未示出)與突起14相連。然后，將底部填充層16注入到布線板21與半導(dǎo)體器件15之間，并使之凝固，從而使突起14嵌入底部填充層16中。接下來(lái)，將焊料球18粘接到布線板21的上布線11的露出部分。結(jié)果，形成圖11所示實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝25。如同第一和第二實(shí)施例的情形那樣，也可以不形成底部填充層16?；蛘?，可以在布線板21的下表面上形成模塑物，以保護(hù)底部填充層16和半導(dǎo)體器件15。
接下去將描述第三實(shí)施例的布線板制造方法。首先，如圖9A所示，將保護(hù)膜41涂覆到支撐基板1的整個(gè)上表面上，通過(guò)比如層疊或按壓形成薄膜。然后，比如通過(guò)以下方法對(duì)薄膜實(shí)行熱處理，即把薄膜在100-400℃溫度下保持10分鐘至2小時(shí)，并使保護(hù)膜41固化。根據(jù)制造保護(hù)膜41的材料，適當(dāng)調(diào)節(jié)熱處理的溫度和時(shí)間。保護(hù)膜41的厚度比如為1-50μm。
繼而，在保護(hù)膜41上形成抗蝕劑(未示出)，以便構(gòu)圖。在去除了抗蝕劑的區(qū)域中形成由蝕刻阻擋層5和布線體6組成的下布線層。此外，形成底部絕緣膜7，以覆蓋下布線，在底部絕緣膜7中形成通孔10，用導(dǎo)電材料填充通孔10，同時(shí)，在底部絕緣膜7上形成上布線11。之后，形成阻焊層12，以覆蓋一部分上布線11。
此后，如圖9B所示，去除支撐基板1。然后，再如圖9C所示，通過(guò)蝕刻過(guò)程，以選擇的方式去除保護(hù)膜41，并在去除保護(hù)膜41的被蝕刻部分42處露出下布線，由此形成本實(shí)施例的布線板。此外，將突起14固定到被蝕刻部分42上(參見(jiàn)圖4)，安裝半導(dǎo)體器件15(參見(jiàn)圖4)，并將底部填充層16注入到布線板與半導(dǎo)體器件15之間(參見(jiàn)圖4)。之后，將焊料球18與上布線11連接(參見(jiàn)圖4)。結(jié)果，形成本實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝。除上述以外，本實(shí)施例的布線板和半導(dǎo)體封裝的制造方法都與第一實(shí)施例的相同。
在所述各個(gè)實(shí)施例中，示出最終去掉支撐基板1的例子；不過(guò)，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)僅去除一部分支撐基板1，可保留其余的支撐基板1，并且其余部分比如可被用作加強(qiáng)板。此外，一旦支撐基板1被完全去除之后，可以將加強(qiáng)板固定到布線板上。
如上所述，參照附圖描述了本發(fā)明各實(shí)施例的布線板、它的制造方法、底部絕緣膜以及半導(dǎo)體封裝；不過(guò)，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)不限于上述第一到第四實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的條件下可進(jìn)行設(shè)計(jì)的改變。
接下去按與本發(fā)明權(quán)利要求中未包含的比較例進(jìn)行比較的方式具體地描述本發(fā)明的效果。圖14是表示評(píng)價(jià)試驗(yàn)所用半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如圖14所示，通過(guò)第二實(shí)施例所述的方法制造具有兩個(gè)絕緣膜的布線板21。然后，通過(guò)倒裝芯片方法將半導(dǎo)體器件15a安裝到布線板21上，形成底部填充層16。通過(guò)安裝材料26將半導(dǎo)體器件15b設(shè)置到半導(dǎo)體器件15a上，并利用布線粘接通過(guò)形成布線27，與布線板21電連接。之后，形成模塑物17，以保護(hù)半導(dǎo)體器件15a和15b，并設(shè)置焊料球18，以制造評(píng)價(jià)試驗(yàn)用的半導(dǎo)體封裝。表1示出該半導(dǎo)體封裝的數(shù)據(jù)。
表1

如圖14的部分A所示，用于評(píng)價(jià)試驗(yàn)的半導(dǎo)體封裝具有多個(gè)部分，在這些部分中，突起14、通孔10和24以及焊料球18都垂直對(duì)準(zhǔn)，所述突起14上裝有半導(dǎo)體器件15a。此外，如部分B中所示，該半導(dǎo)體封裝也具有多個(gè)部分，在這些部分中，突起14、通孔10和24以及焊料球18不是垂直對(duì)準(zhǔn)的。
下面，將測(cè)量表1所示試驗(yàn)樣品的絕緣膜的機(jī)械性質(zhì)，即抗斷強(qiáng)度、彈性模數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)百分比。通過(guò)將絕緣膜切割成寬度為1厘米的條，并按照“JPCA Standards，Build-Up Wiring Board，JPCA-BU01，SECTION4.2”進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，完成測(cè)量。測(cè)量溫度設(shè)定為三級(jí)-65℃，23℃和150℃。表2示出測(cè)量結(jié)果。
表2

此外，基于表2所示機(jī)械性質(zhì)的值，計(jì)算試驗(yàn)樣品的溫度依賴性。也即計(jì)算比值(D-65/D150)和比值(H-65/H150)，其中DT(GPa)為T(mén)℃溫度下的彈性模數(shù)，HT(MPa)為T(mén)℃溫度下的抗斷強(qiáng)度。表3示出計(jì)算結(jié)果。
表3

此外，評(píng)價(jià)表2所示試驗(yàn)樣品的熱應(yīng)力耐久性。使用單獨(dú)半導(dǎo)體封裝和安裝到封裝板上的半導(dǎo)體封裝作為樣品，評(píng)價(jià)熱應(yīng)力耐久性。對(duì)單獨(dú)半導(dǎo)體封裝采取熱循環(huán)試驗(yàn)，其中在使各樣品于-65℃溫度下保持30分鐘，再于+150℃溫度下保持30分鐘的情況下，重復(fù)基本周期預(yù)定的次數(shù)。此外，對(duì)安裝到封裝板上的半導(dǎo)體封裝樣品采取熱循環(huán)試驗(yàn)，其中在使各樣品于-45℃溫度下保持30分鐘，再于+125℃溫度下保持30分鐘的情況下，重復(fù)基本周期預(yù)定的次數(shù)。此后斷開(kāi)電連接，也即評(píng)價(jià)每個(gè)樣品斷開(kāi)發(fā)生的周期數(shù)。根據(jù)熱循環(huán)試驗(yàn)儀的性能和樣品的熱容量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)樣品的溫度從低溫(-65℃或-40℃)到高溫(+150℃或+125℃)的轉(zhuǎn)變時(shí)間，以及樣品的溫度從高溫到低溫的轉(zhuǎn)變時(shí)間。
對(duì)于半導(dǎo)體器件的熱應(yīng)力耐久性評(píng)價(jià)而言，當(dāng)在實(shí)際使用條件下(25℃至70℃)進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，將花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。由此，按照對(duì)各樣品采取使用(-65℃至150℃)溫度或(-40℃至125℃)溫度的熱循環(huán)的方式，進(jìn)行加速試驗(yàn)。參照由EIAJ-ET-7404(1999年4月制定)中給出的有關(guān)溫度循環(huán)試驗(yàn)加速性質(zhì)的科芬-曼森(Coffin-Manson)公式所確定的數(shù)值，在比如-40℃至125℃的溫度下熱循環(huán)，具有比實(shí)際使用條件(25℃至70℃，1周期/天)高5.7倍的加速性。由此，在(-40℃到125℃)溫度下的600次循環(huán)等于實(shí)際使用條件下大約10年。
表3示出熱應(yīng)力耐久性試驗(yàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果。表3中給出的術(shù)語(yǔ)“部分A通孔處斷開(kāi)”和“部分B通孔處斷開(kāi)”指的是，在如圖14所示的部分A和部分B所包含的通孔接合處發(fā)生斷開(kāi)。此外，術(shù)語(yǔ)“布線斷開(kāi)”表明，在布線30與設(shè)置在布線板21上的蝕刻阻擋層5的接合處發(fā)生斷開(kāi)，其中布線30與圖14中所示半導(dǎo)體器件15b電連接。此外，數(shù)值“超過(guò)1500”和“超過(guò)1000”指的是分別在1500周期和1000周期的熱循環(huán)后仍未發(fā)生斷開(kāi)。
表2和3中所示樣品No.1到5，為本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的樣品中，由于沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小，在突起14、通孔10和24與焊料球18垂直對(duì)準(zhǔn)的部分A中，所述通孔接合處未發(fā)生斷開(kāi)，從而其熱應(yīng)力耐久性優(yōu)異。此外，在本發(fā)明的樣品中，23℃溫度下絕緣膜的彈性模數(shù)為5GPa或更大、150℃溫度下絕緣膜的彈性模數(shù)為2.5GPa或更大、23℃溫度下絕緣膜的抗斷強(qiáng)度為140MPa或更大、比值(D-65/D150)為3.0或更小、比值(H-65/H150)為2.3或更小，從而在布線粘接接合處不發(fā)生斷開(kāi)，整個(gè)半導(dǎo)體封裝的熱應(yīng)力耐久性優(yōu)異。
相反，表2和3中所示樣品No.6到9為比較例。由于比較例No.6到8的沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更大，在部分B中所包含的通孔接合處未發(fā)生斷開(kāi)，但在突起14、通孔10和24與焊料球18垂直對(duì)準(zhǔn)的部分A中，在通孔接合處發(fā)生斷開(kāi)，從而其熱應(yīng)力耐久性較差。相反，由于比較例9的沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小，在部分A和B中所包含的通孔接合處不發(fā)生斷開(kāi)。不過(guò)，由于比較例9不滿足在23℃溫度下絕緣膜的彈性模數(shù)為5GPa或更大、在150℃溫度下彈性模數(shù)為2.5GPa或更大、23℃溫度下抗斷強(qiáng)度為140MPa或更大、比值(D-65/D150)為3.0或更小，比值(H-65/H150)為2.3或更小的要求，其布線粘接性和半導(dǎo)體封裝組裝期間的易處理性差。由此，在布線粘接接合處發(fā)生斷開(kāi)，從而整個(gè)半導(dǎo)體封裝的熱應(yīng)力耐久性較差。
權(quán)利要求
1.一種布線板，包括底部絕緣膜，其厚度為20μm-100μm，并在其中形成通孔；形成于所述底部絕緣膜下表面上并與所述通孔連接的下布線；形成于所述底部絕緣膜上并通過(guò)所述通孔與所述下布線連接的上布線；所述底部絕緣膜由耐熱樹(shù)脂組成，其玻變溫度為150℃或更高，并包含由玻璃或芳族聚酰胺制成的增強(qiáng)纖維，并在T℃溫度下的彈性模數(shù)表示為DT(GPa)，且T℃溫度下的抗斷強(qiáng)度表示為HT(MPa)時(shí)，具有下述物理性質(zhì)(1)到(6)，(1)沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)為90ppm/K或更小(2)D23≥5(3)D150≥2.5(4)(D-65/D150)≤3.0(5)H23≥140(6)(H-65/H150)≤2.3
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線板，其中，所述增強(qiáng)纖維的直徑為10μm或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線板，其中，還包括一個(gè)或多個(gè)布線結(jié)構(gòu)層，每個(gè)所述布線結(jié)構(gòu)層包括處于所述底部絕緣膜與所述上布線之間，并通過(guò)所述通孔與所述下布線連接的中間布線；和覆蓋所述中間布線而形成的中間絕緣膜，并在其中形成連接所述中間布線與所述上布線的其它通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線板，其中，在所述底部絕緣膜的下表面上形成凹入部分，并將所述下布線嵌入所述凹入部分中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布線板，其中，所述下布線的下表面高于所述底部絕緣膜的下表面0.5-10μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布線板，其中，所述底部絕緣膜的下表面與所述下布線的下表面共面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的布線板，其中，還包括形成于所述底部絕緣膜下面的保護(hù)膜，它覆蓋一部分所述下布線，并露出所述下布線的其余部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線板，其中，還包括阻焊層，它覆蓋所述上布線的一部分，并露出所述上布線的其余部分。
9.一種半導(dǎo)體封裝，包括權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的布線板；以及安裝在所述布線板上的半導(dǎo)體器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體封裝，其中，所述半導(dǎo)體器件與所述下布線相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體封裝，其中，所述半導(dǎo)體器件與所述上布線相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體封裝，其中，還包括用于連接外部裝置并與所述上布線或下布線連接的連接接點(diǎn)。
全文摘要
一種布線板具有底部絕緣膜。底部絕緣膜的厚度為20－100μm，并由玻變溫度為150℃或更高的耐熱樹(shù)脂組成，所述樹(shù)脂包含由玻璃或芳族聚酰胺制成的增強(qiáng)纖維，并且在T℃溫度下的彈性模數(shù)表示為D
文檔編號(hào)H05K1/03GK1697163SQ20051007009
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者下戶直典, 菊池克, 村井秀哉, 馬場(chǎng)和宏, 本多廣一, 方慶一郎 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社, 恩益禧電子股份有限公司