积层式基板以及使用该基板的芯片封装构造.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200810093702.3

申请日:

2008.04.16

公开号:

CN101562169A

公开日:

2009.10.21

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01L 23/498公开日:20091021|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H01L23/498; H01L23/488; H01L23/31; H05K1/02; H05K3/28; H05K3/46

主分类号:

H01L23/498

申请人:

力成科技股份有限公司

发明人:

范文正

地址:

台湾省新竹县湖口乡新竹工业区大同路26号

优先权:

专利代理机构:

北京汇泽知识产权代理有限公司

代理人:

张 瑾;王黎延

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内容摘要

本发明揭示一种积层式基板。该基板主要包含核心层。该核心层的上下表面各依序形成金属层与焊罩层。其中,不同表面的该两个焊罩层具有不相同的热膨胀系数,借由上下焊罩层的不同热膨胀系数差值产生在温度变化下抗衡热应力的翘曲修正,以抑制该基板的翘曲度。本发明还揭示一种使用积层式基板的芯片封装构造,包含:积层式基板、芯片、两个或两个以上电性连接元件以及封胶体。因此,该基板可以较低成本制造,能在不需要增加额外加劲元件与改变基板厚度的条件下与改变基板厚度的条件下达到在芯片封装工艺中抑制基板翘曲的功效。

权利要求书

1、  一种积层式基板,其特征在于,包含:
核心层,其具有第一表面与第二表面;
第一金属层,其形成于该核心层的该第一表面;
第二金属层,其形成于该核心层的该第二表面;
第一焊罩层,其形成于该核心层的该第一表面并覆盖该第一金属层;以及
第二焊罩层,其形成于该核心层的该第二表面并覆盖该第二金属层;
该第一焊罩层与该第二焊罩层具有大致相同的厚度,并且该第一焊罩层与该第二焊罩层具有不相同的热膨胀系数,以降低该积层式基板的翘曲度。

2、
  如权利要求1所述的积层式基板,其特征在于,该积层式基板还包含有粘晶层,其局部覆盖于该第二焊罩层上。

3、
  如权利要求第1或2所述的积层式基板,其特征在于,所述第一焊罩层的热膨胀系数小于该第二焊罩层的热膨胀系数。

4、
  如权利要求1或2所述的积层式基板,其特征在于,所述第一焊罩层的热膨胀系数大于该第二焊罩层的热膨胀系数。

5、
  如权利要求1所述的积层式基板,其特征在于,该积层式基板还具有通孔,其贯穿该第一焊罩层、该第一金属层、该核心层、该第二金属层以及该第二焊罩层。

6、
  如权利要求1或5所述的积层式基板,其特征在于,所述第一金属层为线路层并连接有两个或两个以上外接垫。

7、
  如权利要求6所述的积层式基板,其特征在于,所述第二金属层为线路层并连接有两个或两个以上内接指。

8、
  如权利要求6所述的积层式基板,其特征在于,所述第二金属层为虚置铜箔层,并且该第一金属层连接有两个或两个以上内接指。

9、
  一种使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,包含:
积层式基板,包含:
核心层,其具有第一表面与第二表面;
第一金属层,其形成于该核心层的该第一表面;
第二金属层,其形成于该核心层的该第二表面;
第一焊罩层,其形成于该核心层的该第一表面并覆盖该第一金属层;以及
第二焊罩层,其形成于该核心层的该第二表面并覆盖该第二金属层;
该第一焊罩层与该第二焊罩层具有大致相同的厚度,并且该第一焊罩层与该第二焊罩层具有不相同的热膨胀系数,以降低该积层式基板的翘曲度;
芯片,其设置于该第二焊罩层的上表面;
两个或两个以上电性连接元件,电性连接该芯片至该基板的第一金属层;以及
封胶体,其设置于该基板的该第二焊罩层的上表面上,以密封该芯片。

10、
  如权利要求9所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述积层式基板还包含有粘晶层,其局部覆盖于该第二焊罩层上,以粘接该芯片。

11、
  如权利要求9或10所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述第一焊罩层的热膨胀系数小于该第二焊罩层的热膨胀系数。

12、
  如权利要求9或10所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述第一焊罩层的热膨胀系数大于该第二焊罩层的热膨胀系数。

13、
  如权利要求9所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述积层式基板具有通孔,其贯穿该第一焊罩层、该第一金属层、该核心层、该第二金属层以及该第二焊罩层

14、
  如权利要求9或13所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述第一金属层为线路层并连接有两个或两个以上外接垫。

15、
  如权利要求14所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述第二金属层为线路层并连接有两个或两个以上内接指。

16、
  如权利要求14所述的使用积层式基板的芯片封装构造,其特征在于,所述第二金属层为虚置铜箔层,并且该第一金属层连接有两个或两个以上内接指。

说明书

积层式基板以及使用该基板的芯片封装构造
技术领域
本发明有关于一种印刷电路板,可运用于半导体芯片封装构造,特别是有关于一种积层式基板(laminate substrate)以及使用该基板的芯片封装构造。
背景技术
近年来,印刷电路板往高密度化及高效能化发展成微小型积层式基板,以作为半导体封装的芯片载体。然在公知的半导体封装工艺中,为了要将芯片设置在基板上,应将粘晶胶体形成于基板上,并使基板通过预烘烤的热处理。此外,半导体封装工艺中基板可能遭遇各种热处理,例如,粘晶胶体之后烘烤固化、凸块回焊、或是密封胶体的固化等等。然而,基板在承受热处理的温度变化时,与其它封装材料之间(如封胶体与芯片)的热膨胀系数(CTE,coefficient ofthermal expansion)不匹配的问题会导致基板翘曲变形,因而造成作业困难。
如图1所示的公知的一种用于半导体封装的基板100以积层(laminate)方式制成,主要包含核心层110、第一金属层120、第二金属层130、第一焊罩层140以及第二焊罩层150。该核心层110为一种玻璃纤维强化树脂并作为该基板100的中心层。对称地,该核心层110的下表面压合第一金属层120,该核心层110的上表面压合第二金属层130。这些第一金属层120、第二金属层130可为铜(copper)层,以形成多数条导电迹线(conductive trace)。更对称地,该基板100的最外层下上表面各铺设第一焊罩层140与第二焊罩层150。这些第一焊罩层140及第二焊罩层150的厚度一般为相同,并且其材质为具有相同热膨胀系数的绝缘性材料,以形成遮覆导电迹线的保护层,但显露出两个或两个以上外接垫121与两个或两个以上内接指(finger)131,以留做后续与导电元件如焊球(solder ball)或焊线(bonding wire)电性连接之用。由于公知基板100为具有对称层数的积层基板,故基板翘曲而影响芯片封装作业的问题尚不明显。
再如图1所示,在芯片封装工艺中,可将电子元件如半导体芯片11借由粘晶层12的粘贴而设置于该基板100的上表面,该芯片11的主动面具有两个或两个以上焊垫11A,可利用两个或两个以上电性连接元件13(例如打线形成的焊线)电性连接这些焊垫11A至该基板100的这些内接指131,使该芯片11与该基板100电性互连。之后,以封胶体14以压模或点胶方式设置于该基板100的上表面,以密封该芯片11与这些电性连接元件13,提供适当的保护,再以两个或两个以上外接端子15(常见为焊球)设置于该基板100的下表面,以组成球栅阵列形态的芯片封装构造。
然而,在上述粘晶层12的粘贴、封胶体14的固化(curing)、外接端子15的设置或是后续热循环试验(thermal cycle test)等均有加热基板100的处理。由于该粘晶层12的热膨胀系数可能会与该基板100的热膨胀系数有着差异、或是存在其它封装材料的热膨胀系数差异时,会有热应力的不平衡,故在芯片封装工艺中易有基板翘曲问题。特别是该粘晶层12预先形成于该基板100时,该粘晶层12的体积收缩会造成该基板100上下层应力的不平衡而翘曲,而该基板100在封装工艺前的翘曲会造成芯片封装制造的成品率下降。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种积层式基板以及使用该基板的芯片封装构造,能在不需要增加额外加劲元件与改变基板厚度的条件下达到在芯片封装工艺中抑制基板翘曲的功效。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。根据本发明的一种积层式基板包含核心层、第一金属层、第二金属层、第一焊罩层、第二焊罩层。该核心层具有第一表面与第二表面。该第一金属层形成于该核心层的该第一表面。该第二金属层形成于该核心层的该第二表面。该第一焊罩层形成于该核心层的该第一表面并覆盖该第一金属层。该第二焊罩层形成于该核心层的该第二表面并覆盖该第二金属层。其中,该第一焊罩层与该第二焊罩层具有大致相同的厚度,并且该第一焊罩层与该第二焊罩层具有不相同的热膨胀系数,以降低该积层式基板的翘曲度。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
在前述的积层式基板中,可另包含有粘晶层,其局部覆盖于该第二焊罩层上。
在前述的积层式基板中,该第一焊罩层的热膨胀系数小于该第二焊罩层的热膨胀系数。
在前述的积层式基板中,该第一焊罩层的热膨胀系数大于该第二焊罩层的热膨胀系数。
在前述的积层式基板中,其可具有通孔,其贯穿该第一焊罩层、该第一金属层、该核心层、该第二金属层以及该第二焊罩层。
在前述的积层式基板中,该第一金属层可为线路层并连接有两个或两个以上外接垫。
在前述的积层式基板中,该第二金属层可为线路层并连接有两个或两个以上内接指。
在前述的积层式基板中,该第二金属层可为虚置铜箔层。
本发明还提供一种使用积层式基板的芯片封装构造,其包含:
积层式基板,包含:
核心层,其具有第一表面与第二表面;
第一金属层,其形成于该核心层的该第一表面;
第二金属层,其形成于该核心层的该第二表面;
第一焊罩层,其形成于该核心层的该第一表面并覆盖该第一金属层;以及
第二焊罩层,其形成于该核心层的该第二表面并覆盖该第二金属层;
该第一焊罩层与该第二焊罩层具有大致相同的厚度,并且该第一焊罩层与该第二焊罩层具有不相同的热膨胀系数,以降低该积层式基板的翘曲度;
芯片,其设置于该第二焊罩层的上表面;
两个或两个以上电性连接元件,电性连接该芯片至该基板的第一金属层;以及
封胶体,其设置于该基板的该第二焊罩层的上表面上,以密封该芯片。
本发明的积层式基板以及使用该基板的芯片封装构造,借以不同热膨胀系数的焊罩层布设于基板的上下表面,在温度变化下产生彼此抗衡的热应力,以抑制基板翘曲。因此,该基板可以较低制造成本,能在不需要增加额外加劲元件与改变基板厚度的条件下达到在芯片封装工艺中抑制基板翘曲的功效。
附图说明
图1为公知可运用于半导体芯片封装的积层式基板的截面示意图;
图2为根据本发明的第一具体实施例的积层式基板的截面示意图;
图3为根据本发明的第一具体实施例的使用该基板的芯片封装构造的截面示意图;
图4为根据本发明的第二具体实施例的积层式基板的截面示意图;
图5为根据本发明的第二具体实施例的使用该基板的芯片封装构造的截面示意图。
附图标记说明
11芯片          11A焊垫       12粘晶层
13电性连接元件  14封胶体      15外接端子
100基板         110核心层
120第一金属层   121外接垫
130第二金属层   131内接指
140第一焊罩层   150第二焊罩层
21芯片          21A焊垫
23电性连接元件  24封胶体     25外接端子
200基板         210核心层    211第一表面
212第二表面
220第一金属层         221外接垫
230第二金属层         231内接指
240第一焊罩层         250第二焊罩层    260粘晶层
300基板301通孔
310核心层             311第一表面      312第二表面
320第一金属层         321外接垫        322内接指
330第二金属层
340第一焊罩层         350第二焊罩层    360粘晶层
31芯片                31A焊垫
33电性连接元件        34封胶体         35外接端子
具体实施方式
根据本发明的第一具体实施例,具体揭示一种积层式基板以及使用该基板的芯片封装构造。
请参阅图2所示,根据本发明的一种积层式基板200包含核心层210、第一金属层220、第二金属层230、第一焊罩层240、第二焊罩层250。该核心层210具有第一表面211与第二表面212。一般积层式基板200的制作原理是以该核心层210为基层,并在该核心层210的表面依序形成这些第一金属层220、第二金属层230及这些第一焊罩层240、第二焊罩层250。在其它实施例中,可适当地增加内部叠层或外部积层的数目,借以方便线路的布局。故该核心层210作为该基板200的中心层,一般是玻璃纤维强化树脂,选用的树脂材质可为环氧树脂(epoxy resin)、聚亚酰胺(polyimide)树脂、双马来酰亚胺三嗪(BT,bismaleimide triazine)树脂、FR4树脂等。该第一金属层220形成于该核心层210的该第一表面211。该第二金属层230形成于该核心层210的该第二表面212。该第一金属层220与该第二金属层230可为铜(copper)层,使铜层经曝光(exposing)、显影(developing)、蚀刻(etching)等工艺而图案化(patterning)以形成多数导电迹线(conductive trace)。
该第一焊罩层240形成于该核心层210的该第一表面211并覆盖该第一金属层220。该第二焊罩层250形成于该核心层210的该第二表面212并覆盖该第二金属层230。这些第一焊罩层240及第二焊罩层250即是俗称的“绿漆”(Solder mask或Solder Resist),也即防焊漆,为便于肉眼检查,加入对眼睛有帮助的绿色颜料于主漆中,绿漆以环氧树脂及感光树脂为主要组成成分,主要涂布于印刷电路板表面,以形成遮覆导电迹线免于受外界水气、污染物侵害的保护层。但这些第一焊罩层240及第二焊罩层250不限定绿色,也可为黑色、红色、蓝色或其它任意颜色等。一般焊罩层油墨的涂布方式大致可分为:网印(screen printing)、帘幕涂布(curtain coating)、喷雾涂布(spray coating)、滚轮涂布(roller coating)等。可压合环氧树脂干膜或是沉积环氧树脂液态膜利用涂布及硬化工艺以形成该第一焊罩层240及该第二焊罩层250。其中,该第一焊罩层240与该第二焊罩层250具有大致相同的厚度,并且该第一焊罩层240与该第二焊罩层250具有不相同的热膨胀系数,以降低该积层式基板200的翘曲度。
在本实施例中,该基板200可另外包含有粘晶层260,其局部覆盖于该第二焊罩层250上,可作为后续粘贴芯片之用。较佳地,该粘晶层260的材质可以选自B阶胶体或是其它可多阶固化的粘晶材料,可在芯片封装工艺之前或前期作业中,预先形成于该基板200上。在不同实施例中,该粘晶层260的材质也可以选用非B阶的粘性胶带或粘稠凝胶等等。
一般来说,针对芯片、基板、焊球、粘晶层、封胶体等膨胀系数对基板翘曲程度,可借由该第一焊罩层240与该第二焊罩层250的热膨胀系数差值得到适度的热应力平衡。如图2所示,在本实施例中,该粘晶层260的热膨胀系数小于该第二焊罩层250,而该第一焊罩层240的热膨胀系数可小于该第二焊罩层250的热膨胀系数,以得到该核心层210的上下表面的热应力平衡效果。在不同实施例中,该第一焊罩层240的热膨胀系数也可大于该第二焊罩层250的热膨胀系数。借由控制不同热膨胀系数的第一焊罩层240与第二焊罩层250布设于该基板200的上下表面,在温度变化下产生彼此抗衡的热应力,以抑制该基板200翘曲,但不会改变该基板200的厚度。为实现本实施例中该第一焊罩层240的热膨胀系数小于该第二焊罩层250的热膨胀系数。关于该第一焊罩层240与该第二焊罩层250的热膨胀系数的决定方法,可借由ANSYS软件即计算机辅助工程分析软件,利用有限元素法(FEM,Finite element method)求解,适当调整该粘晶层260、该第一焊罩层240与该第二焊罩层250的热膨胀系数,使该基板200上下表面产生彼此抗衡的热应力,以抑制芯片封装工艺中的该基板200翘曲。而一般来说,焊罩层的热膨胀系数为60~160ppm/℃,核心层的热膨胀系数为16ppm/℃,金属层的热膨胀系数为16ppm/℃。值得注意的,可借由能量扩散光谱仪(EDS,energy dispersive spectrograph)、二次离子质谱仪(SIMS,secondary ion mass spectrometer)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR,fouriertransform infrared spectroscopy)或热机械分析仪(TMA,thermal mechanicalanalyzer),配合颜色来区别及判断该第一焊罩层240与该第二焊罩层250的材质与热膨胀系数,以选取适合的焊罩层进行该基板200的制作。
具体而言,该第一金属层220可为线路层并连接有两个或两个以上外接垫221。该第二金属层230可为线路层并连接有两个或两个以上内接指231。该第一焊罩层240与该第二焊罩层250各具有多个开口以显露出该第一金属层220上形成的这些外接垫221与该第二金属层230形成的两个或两个以上内接指231。
在进行后续芯片封装工艺时,如图3所示,半导体芯片21借由该粘晶层260的粘贴而粘贴在第二焊罩层250的上表面,该芯片21的主动面具有两个或两个以上焊垫21A,可利用两个或两个以上电性连接元件23连接该芯片21的这些焊垫21A至该第二金属层230的内接指231,使该芯片21与该基板200电性互连。在本实施例中,这些电性连接元件23为打线形成的焊线。之后,以封胶体24以压模或点胶方式,设置于该基板200的第二焊罩层250的上表面,以密封该芯片21与这些电性连接元件23,提供适当的保护,再以两个或两个以上外接端子25设置于该第一金属层220的这些外接垫221,以使该芯片21得与外部印刷电路板(PCB,printed circuit board)实现电性连接关系。在本实例中,这些外接端子25包含两个或两个以上焊球。
在进行粘晶层260的粘贴、封胶体24的固化、外接端子25的设置或是后续热循环试验等温度变化环境下,该基板200无论是在冷却状态或是加热状态,该第一焊罩层240与该第二焊罩层250的热膨胀系数的两者差异值提供翘曲修正,借此,可使该基板200保持形状稳定,在芯片封装工艺中不受温度变化影响而翘曲。例如,当该粘晶层260的热膨胀系数小于该第二焊罩层250时,该第一焊罩层240的热膨胀系数应小于该第二焊罩层250的热膨胀系数,达到热应力的上下平衡。
本发明的第二具体实施例揭示另一种积层式基板。请参阅图4所示,该积层式基板300主要包含核心层310、第一金属层320、第二金属层330、第一焊罩层340、第二焊罩层350。该核心层310具有第一表面311与第二表面312。该第一金属层320形成于该核心层310的该第一表面311。该第二金属层330形成于该核心层310的该第二表面312。该第一焊罩层340形成于该核心层310的该第一表面311并覆盖该第一金属层320。该第二焊罩层350形成于该核心层310的该第二表面312并覆盖该第二金属层330。其中,该第一焊罩层340与该第二焊罩层350具有大致相同的厚度,并且该第一焊罩层340与该第二焊罩层350具有不相同的热膨胀系数,以降低该积层式基板300的翘曲度。
如图4所示,该基板300可另包含有粘晶层360,其局部覆盖于该第二焊罩层350上。在本实施例中,该基板300可具有通孔301,其贯穿该第一焊罩层340、该第一金属层320、该核心层310、该第二金属层330以及该第二焊罩层350,以供打线通过。一般而言,该通孔301可位于该基板300的中心位置或其它位置。如图4所示,在本实施例中,该第一焊罩层340的热膨胀系数小于该第二焊罩层350的热膨胀系数,并且该粘晶层360的热膨胀系数小于该第二焊罩层350,可借由ANSYS软件,利用有限元素法求解,适当调整该第一焊罩层340与该第二焊罩层350的热膨胀系数差值,以抵消该粘晶层360或其它材料的热膨胀系数对该基板300的翘曲影响,使得该基板300上下表面产生彼此抗衡的热应力,在芯片封装工艺中该基板300不会随着温度变化而产生严重的翘曲。
具体而言,该第一金属层320为线路层并可连接有两个或两个以上外接垫321,该第一焊罩层340具有多个开口以暴露出该第一金属层320上形成的这些外接垫321与两个或两个以上内接指322。此外,该第二金属层330可为虚置铜箔层(dummy copper foil),以供散热与电性屏障。
在进行后续芯片封装工艺时,如图5所示,以半导体芯片31借由该粘晶层360的粘贴而设置于该第二焊罩层350的上表面,该芯片31的主动面具有两个或两个以上焊垫31A,可利用两个或两个以上电性连接元件33连接这些焊垫31A通过该通孔301至该基板300的这些内接指322,使该芯片31与该基板300电性互连。在本实施例中,这些电性连接元件3为打线形成的焊线。之后,进行封胶作业,以封胶体34填入该基板300的上方、下方与该通孔301,以密封该芯片31、该通孔301与这些电性连接元件33,提供适当的保护。再以两个或两个以上外接端子35(如焊球)设置于该基板300的该第一表面311,以使该芯片31得与外部印刷电路板(PCB,printed circuit board)实现电性连接关系。
在进行基板上粘晶层的预烘烤、封胶体的固化或后续热循环作业等等温度变化环境下,该第一焊罩层340与该第二焊罩层350的厚度维持不变,以该第一焊罩层340与该第二焊罩层350两者的热膨胀系数差值,可使该基板300保持形状稳定,不受芯片封装工艺中温度变化影响而翘曲或变形,特别是适用于非对称层的积层式基板。
总而言之,本发明借由不相同热膨胀系数的焊罩层布设于基板的上下表面,在温度变化下产生彼此抗衡的热应力,使基板无翘曲问题。因此,该基板可以较低制造成本加以制造,并能在不需要增加额外加劲元件与改变基板厚度的条件下达到在芯片封装工艺中抑制基板翘曲的功效。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,本发明技术方案范围当根据所附权利要求书为准。任何熟悉本领域的技术人员可利用上述揭示的技术内容做出更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

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本发明揭示一种积层式基板。该基板主要包含核心层。该核心层的上下表面各依序形成金属层与焊罩层。其中,不同表面的该两个焊罩层具有不相同的热膨胀系数,借由上下焊罩层的不同热膨胀系数差值产生在温度变化下抗衡热应力的翘曲修正,以抑制该基板的翘曲度。本发明还揭示一种使用积层式基板的芯片封装构造,包含:积层式基板、芯片、两个或两个以上电性连接元件以及封胶体。因此,该基板可以较低成本制造,能在不需要增加额外加劲元。

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