具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板及制造方法 【技术领域】
本发明是关于一种用于电子封装件、且具有电镀焊锡的电路板及其制造方法，特别是关于一种具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板，该电镀焊锡是用以形成覆晶焊锡结以及板对板的焊锡结，以及关于一种制造该具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板的方法。
背景技术
自从IBM公司在1960年早期引入覆晶封装(flip chip package)技术以来，由于硅芯片与陶瓷基板间的热膨胀系数之差较小，故覆晶组件主要是设置在价格昂贵的陶瓷基板上。与打线(wire bond)技术比较，覆晶技术的特点在于，芯片与基板之间的电性连接是通过焊锡凸块而不是通过打线。这种覆晶技术的优点在于，该技术可提高封装密度以降低组件轮廓；同时，这种覆晶技术不需使用较长的金属线，可提高其电性性能。有鉴于此，业界在陶瓷基板上使用高温焊锡，即所谓的可控制溃缩的芯片连接技术(control-collapse chip connection，C4)，已有40年之久。然而近年来，由于需要高密度、高速度以及低成本的半导体组件，同时为适应电子产品的体积逐渐缩小的趋势，将覆晶组件设置在低成本的有机电路板(例如，印刷电路板或基板)，并用环氧树脂做为底胶(under fill resin)填充在芯片下方，以减少硅芯片与有机电路板的结构之间因热膨胀系数差异而产生热应力，这种产品已呈现爆炸性的成长。而业界所瞩目的低温覆晶焊锡结以及有机电路板的利用，可以大幅降低覆晶组件地制造成本。
在现行的低成本覆晶技术中，半导体集成电路(IC)芯片的表面配置有电性的电极焊垫(electrode pads)。该有机电路板也具有相对应的接触焊垫。在该芯片与电路板之间可以使用或适当地设置低温焊锡凸块或其它导电粘着材料。该芯片是以电性接触面朝下的方式设置在该电路板上，其中，该焊锡凸块或导电粘着材料提供该芯片与电路板之间的电性输入/输出(I/O)以及机械性的连接。就焊锡凸块的焊锡结(solderjoint)而言，可进一步在该芯片与该电路板之间的间隙中填入有机底胶，用来抑制该芯片与该电路板之间的热膨胀系数的差异、并降低该焊锡结的应力。
图1A及图1B说明一种现有的覆晶组件，其中，焊锡结是经由结合金属凸块以及预焊锡凸块而形成。如图中所示，多个金属凸块11是形成在芯片13的电极焊垫12上，以及多个由低温焊料所制成的预焊锡凸块14是形成在有机电路板16的接触焊垫15上。在使该预焊锡凸块14充分熔融的回焊温度条件下，借由将预焊锡凸块14回焊至相对应的金属凸块11即可形成焊锡结17。然后，将底胶材料18充填在该芯片13以及该电路板16之间的间隙中，并将该焊锡结17包覆在其中，即完成覆晶组件1。图2A以及图2B是说明另一种未使用预焊锡凸块的覆晶组件1′。如图中所示，多个焊锡凸块19是形成在芯片13的电极焊垫12上。接者，使芯片13回焊至电路板16；其中，该焊锡凸块19焊接至该电路板16的接触焊垫15而形成焊锡结17。最后，用底胶材料18填充在该芯片13与该电路板16之间的间隙中，并将该焊锡结17包覆在其中，即完成覆晶组件1′。
图3是说明一种现有的用于覆晶封装件的有机电路板100，该电路板具有接触焊垫101、且该焊垫间隙109大于0.18毫米。该有机电路板100的绝缘层102可由有机材料、混纤维的有机材料或混颗粒的有机材料等(例如，环氧树脂、聚酰亚胺polyimide、氰酸酯(cyanate ester)或玻璃纤维(glass fiber)的复合材料等)制成。该接触焊垫101一般是由金属材料(例如铜)制成。一般的金属阻障层103包含镍粘着层以及形成在该接触焊垫101上的金属保护层。然而，该阻障层也可由金、镍、钯、银、锡、镍/钯、铬/钛、钯/金或镍/钯/金等，借由电镀(electroplating)、非电镀(electroless plating)或物理气相沉积(physical vapor deposition)等方法形成。在该电路板100的表面上沉积有机绝缘保护层(organic soldermask layer)104，以保护电路层105并提供绝缘特性。最上层的两层电路层105、106，一般是通过该项领域中现有的导孔107电性连接，。参照图3，在这种焊垫间隙109较大(例如大于0.18毫米)的情况下，导电路线108可设置在两个接触焊垫101之间。并在接触焊垫101上形成预焊锡凸块110供形成覆晶焊锡结；其中，目前业界主要是借由模板印刷技术(stencil printing technology)沉积焊锡以形成焊锡凸块。在电路板上形成预焊锡凸块的常用方法(如模板印刷技术)，可参考美国专利第5,203,075、美国专利第5,492,266号以及美国专利第5,828,128号等发明的相关现有技术。然而，在实际操作上，当焊垫间隙109缩减至0.15毫米以下时，模板印刷技术会使产品的优良率过低而不宜采用该技术；此外，随着焊垫间隙109的缩减，绝缘保护层104对于该电路板100本身的接触面积111则变得更小，使该绝缘保护层104对于该电路板100本身的粘着力也有减弱的趋势。
使用电镀的方式形成焊锡凸块可克服这种焊垫间距的限制，使用电镀的方式，在覆晶电路板上形成焊锡凸块的相关的现有技术，已由美国专利第5,391,514号以及美国专利第5,480,835号说明。然而，电镀工序仍然有可能使形成在该电路板的绝缘保护层受损的缺点，同时还需要考虑电镀的均匀性以及凸块的高度。该绝缘保护层的存在，也会对该电路板的效能产生不利的影响，特别是在焊垫间距小于0.15毫米时；在此情况下，形成在该电路板上的绝缘保护层，对于该电路板的粘着力变小(参照上述图3所述)，在环境的影响下，由于金属的腐蚀与扩散，容易使其失去绝缘特性。再有，由于该绝缘保护层与构成该有机电路板的其它材料比较，通常具有相对较高的热膨胀系数以及较低的玻璃化转移温度(glass transition temperature)；因此，在电路板的微焊垫间距处存在有绝缘保护层，可能造成可靠性降低的问题。
有鉴于上述问题，必需提供一种在电路板上不具有绝缘保护层的微焊垫间的微焊垫间距有机电路板，以及在该电路板的焊垫上沉积焊锡凸块的方法，以形成覆晶焊锡结以及板对板的焊锡结。
【发明内容】
为克服现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板及该电路板的制造方法，该电路板表面上形成有多个排列密集的接触焊垫，且该表面并无绝缘保护层覆盖在该焊垫间距上，在该焊垫上电镀焊锡以形成覆晶焊锡结以及板对板的焊锡结。
具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板的电路板包括：至少一表面，用以使焊锡结形成在其上；至少一接触焊垫，形成在该表面上，且该表面并没有形成绝缘保护层；以及一电镀焊锡，是沉积在该接触焊垫上。
具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板，该电路板包括：至少一表面，用以使焊锡结形成在其上；至少两个接触焊垫，形成在该表面上，且在该焊垫之间没有形成绝缘保护层及导线；以及一电镀焊锡，是沉积在该接触焊垫上。
具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板的制造方法，该方法包括：提供一有机电路板，该电路板包含一表面，并在该表面形成至少一接触焊垫，且该表面并未覆盖绝缘保护层；在该电路板表面上形成导电种晶层；在该导电种晶层上沉积一个阻层，并在该阻层相对应于该焊垫处形成有至少一开孔；经由镀覆的方法将焊锡材料沉积在该开孔；以及移除该阻层与该阻层下的导电种晶层。
具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板的制造方法，该方法包括：提供一有机电路板，该电路板包含一表面，并在该表面形成有至少两个接触焊垫，且在该焊垫之间未形成绝缘保护层与导线；在该表面上形成导电种晶层；在该导电种晶层上沉积一个阻层，并在该阻层相对应于该焊垫处形成至少两个开孔；经由镀覆的方法将焊锡材料沉积在该开孔；以及移除该阻层与该阻层下的导电种晶层。
具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板的制造方法，该方法包括：提供一有机电路板，该电路板包含一表面，并在该表面上形成至少一接触焊垫，且该表面并未覆盖绝缘保护层；在该电路板表面上沉积一个阻层，并在该阻层相对应于该焊垫处形成有至少一个开孔；经由非电镀的方法将焊锡材料沉积在该开孔；以及移除该阻层。
具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板的制造方法，该方法包括：提供一有机电路板，该电路板包含一表面，并在该表面上形成有至少两个接触焊垫，且在该焊垫间并未形成有绝缘保护层与导线；在该电路板表面上沉积一个阻层，并在该阻层相对应于该焊垫处形成有至少两个开孔；经由非电镀的方法将焊锡材料沉积在该开孔；以及移除该阻层。
本发明具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板，可与芯片形成覆晶焊锡结，或与电路板形成板对板的焊锡结。现有方法是将绝缘保护层覆盖在焊垫间距的电路板上，这可能对电路板的效能产生不利的影响；本发明在该电路板的接触焊垫排列紧密区域，没有覆盖绝缘保护层，可以借由镀覆工序，将焊锡材料成功地沉积在该接触焊垫上，且避免了现有方法中使用表面具有绝缘保护层的电路板影响可靠性的问题。
【附图说明】
图1A及图1B显示一种现有覆晶组件工序的截面示意图；
图2A及图2B显示另一种现有覆晶组件工序的截面示意图；
图3显示一种具有绝缘保护层的现有电路板的截面图；
图4A及图4B分别显示本发明实施例的电路板的截面图；
图5A及图5B分别显示在图4A所示的电路板上形成凸块的工序的截面示意图；
图6A及图6B分别显示在图4B所示的电路板上形成凸块的工序实例的截面示意图；
图7A及图7B分别显示在图4B所示的电路板上形成凸块的另一工序实例的截面示意图；
图8根据本发明将催化层涂覆至电路板的接触焊垫的截面图；
图9A及图9B是根据本发明的实例，形成覆晶焊锡结的回焊工序的截面示意图；
图10A及图10B是根据本发明的另一实例，形成覆晶焊锡结的回焊工序的截面示意图；
图11A及图11B是根据本发明的实例，形成覆晶焊锡结以及板对板的焊锡结的回焊工序的截面示意图；
图12A至图12C是根据本发明使用镀覆焊锡的技术，形成覆晶构装的工序的截面示意图；
图12D及图12E分别显示根据本发明另一实例的电路板的截面图；
图13A显示根据本发明又一实例的电路板的截面图；
图13B图13A所示的电路板的俯视图；
图13C显示根据本发明使用镀覆焊锡的技术，形成覆晶焊锡结的覆晶构装的截面图；以及
图13D及图13E分别显示根据本发明又一实例的电路板的截面图。
【具体实施方式】
实施例
图4至图13将详细说明本发明具有电镀焊锡的微焊垫间距有机电路板及其制造方法的较佳实施例。
如图4A所示，电路板200包括第一电路层201与第二电路层202，其中，该第一电路层201与该第二电路层202之间具有一绝缘层205，并借由导孔203使该第一与第二电路层电性连接。该绝缘层205可由有机材料、混有纤维的有机材料或混有颗粒的有机材料等(例如，环氧树脂、聚酰亚胺、氰酸酯、或玻璃纤维的复合材料等)制成。在该第一电路层201上仅具有接触焊垫204，没有其它导线(traces)形成在其上。可视实际需要，将由金、镍、钯、银、锡、金/镍、镍/钯或镍/钯/金等金属构成的金属阻障层形成在该接触焊垫204上。另一方面，如图4B所示，有机电路板300也可设计为表面仅含有接触焊垫301，且该接触焊垫301是恰好位于该导孔302的上表面。该接触焊垫301上也可形成有由金、镍、钯、银、锡、金/镍、镍/钯或镍/钯/金等材料构成的金属阻障层。该有机电路板300也包括第一电路层303与第二电路层304，该第一与第二电路层之间具有一绝缘层305，并借由导孔302使该第一与第二电路层电性连接。绝缘层305可由有机材料、混有纤维的有机材料或混有颗粒的有机材料等(例如，环氧树脂、聚酰亚胺、氰酸酯、或玻璃纤维的复合材料等)所制成。同样地，该电路板300的表面上并不具有绝缘保护层形成在其上。
一般而言，当该接触焊垫204、301是以高密度排列或具有微焊垫间距时，可以使用镀覆法(例如电镀或非电镀)将焊锡材料沉积至该电路板200、300的接触焊垫204、301上。在将焊锡材料沉积至该接触焊垫204、301之前，可先在该接触焊垫204、301上，形成导电种晶层(将在后文中详细说明)，以利焊锡材料的沉积。该导电种晶层可借由物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、非电镀或化学沉淀，例如溅镀(sputtering)、蒸镀(evaporation)、电弧蒸气沉积(arc vapor deposition)、离子束溅镀(ion beam sputtering)、激光熔散沉积(laser ablationdeposition)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)或有机金属化合物化学气相沉积(MOCVD)等方法，形成在该电路板200、300的表面。
如图5A所示，导电种晶层206是先沉积在该电路板200的接触焊垫204，再将阻层207直接施放在该导电种晶层206上；并使该阻层207在相对应于该接触焊垫204的位置上形成至少有一开孔208，以部分地曝露出该导电种晶层206；接者，借由镀覆工序(较佳的方式是采用电镀)，将焊锡材料209沉积在曝露出该导电种晶层206的开孔208；然后，如图5B所示，移除该阻层207以及该阻层所覆该的该导电种晶层206；最后，在足以使该沉积的焊锡材料209熔融的回焊温度条件下，进行回焊(reflow-soldering)的工序，使该焊锡材料209经回焊，在该接触焊垫204上形成焊锡凸块210。同样地，参照图6A中所示的电路板300，导电种晶层306是先沉积在该电路板300的接触焊垫301，再将阻层307直接施放在该导电种晶层306上；并使该阻层307在相对应于该接触焊垫301的位置上形成至少有一开孔308，以部分地曝露出该导电种晶层306。接着，借由镀覆工序将焊锡材料309沉积在该开孔308；然后，如图6B所示，移除该阻层307以及位于该阻层307下的导电种晶层306；进行回焊的工序，使经沉积的焊锡材料309经回焊，在该接触焊垫304上形成焊锡凸块310。
该导电种晶层206、306可由金属、合金或堆栈数层金属层构成。只是依实际操作的经验，该导电种晶层206、306最好是由铜或钯粒子(特别是非电镀)所构成。该焊锡材料209、309可以选自铅、锡、银、铜、铋、锑、锌、镍、锆、镁、铟、碲以及镓构成的组群元素的混合物所构成的合金。应注意的是，若有需要或可行的话，也可在该接触焊垫之间形成导线。
根据本发明，该焊锡材料209、309也可借由连续镀覆沉积元素的方式形成。例如，在该开孔208、308依序借由镀覆、沉积银薄层以及锡层，在回焊工序后，银最终会熔于锡而形成共熔的锡-银焊锡凸块210、310。
在本发明的另一实施例中，在沉积该焊锡材料之前，也可先在接触焊垫上形成金属垫，以提高后续沉积在其上的焊锡材料。如图7A所示，以该电路板300为例，施放该阻层307之后，借由电镀或非电镀方式，在该导电种晶层306相对应于该接触焊垫301的位置、并通过开孔308曝露出来的部分，形成多个金属垫311。这种金属垫311可由单一金属层或多层金属层所组成，且最好是由铜或高温焊锡材料(例如SnPb、SnAg或SnCu合金等)所形成。然后，将焊锡材料309沉积在各个金属垫311上；接着，进行回焊工序，在该金属垫311上形成最终的焊锡凸块312，如图7B所示。
如图8中所示，可选择性地将该种晶层306形成在该接触焊垫301上，而不是形成在该电路板300的整个表面上；就所形成的阻层307而言，它可使焊锡材料(图中未标出)借由非电镀直接沉积在该种晶层306上。在此情况下，该种晶层306实际上是做为该非电镀工序的催化层。然而，即使在该催化层(即种晶层)306不存在的条件下，该焊锡材料309也可借由非电镀工序直接地沉积在该接触焊垫301上。因此，借由使用非电镀的工序，该焊锡材料209、309也可在该种晶层206、306不存在的条件下，沉积在该阻层207、307的该开孔208、308内。
该电路板200、300上的该种晶层206、306的厚度最好是比较薄，以利于通过蚀刻的方法将其轻易地移除。实际上，该种晶层的厚度以0.0001至0.001毫米较为有效。关于蚀刻溶液，可参考已知的金相学(metallography)书籍(例如，″Metallographic etching″，Gunter Petzow，American Society for Metals，Metals Park，Ohio(1 978))加以选择。此外，该导孔203、302可借由镀覆填孔，或以导电物质(例如，铜、焊锡合金、填充金属的树脂或填充碳金属等)填充或部分填充导孔，提供该导孔203、302电性传导的特性。更特别的是，该导电材料的组成与该焊锡材料209、309的组成相同时，该导孔203、302以及该焊锡材料的镀覆，可在相同的镀覆步骤中进行。再有，该绝缘层205、305可视需要进行化学的或物理的表面粗糙化，以在后续的封装工序中提供较佳的粘着特性。
如图9所示，可以在该电路板300的接触焊垫301上制造该焊锡凸块310，以应用在覆晶焊锡结(flip-chip joint)的结构。准备具有多个电极焊垫402的半导体芯片401，使该电极焊垫402分别相对应于该电路板300的焊锡凸块310的位置，将该半导体芯片401设置在该电路板300上；然后，如图9B所示，进行回焊工序，使该焊锡凸块310回焊至该电极焊垫402，在该半导体芯片401与该电路板300之间，形成多个使该半导体芯片401与该电路板300电性连接的覆晶焊锡结403。
在本发明的另一实施例中，可将该具有焊锡凸块310的电路板300应用在具有金属凸块的半导体芯片以形成覆晶焊锡结。如图10A所示，半导体芯片501具有多个电极焊垫503形成在该半导体芯片501的作用表面，该电极焊垫503上具有多个用以形成覆晶焊锡结的金属凸块502。该半导体芯片501是以该金属凸块502分别相对应于该电路板300的焊锡凸块310位置的方式设置在该电路板300上。然后，如图10B所示，使该焊锡凸块310回焊至该金属凸块502，在该半导体芯片501与该电路板300之间形成覆晶焊锡结504。该金属凸块502可由金属、合金、或叠合多种金属的材料构成，例如焊锡凸块、金凸块、铜凸块或以焊锡帽(solder caps)覆盖的铜柱等；且该金属凸块可以是任意形状，例如钉柱状凸块、球形凸块、柱状凸块或其它形状的凸块。
根据本发明，该电路板也可同时地用于形成覆晶焊锡结以及板对板的焊锡结。在本实施例中将利用该具有焊锡凸块210的电路板200来加以说明，如图11A所示，制备一电路板600(在后文中称为″第二电路板″)，该电路板可以是有机或陶瓷电路板，并将芯片602设置在接近该电路板适当的位置；在该第二电路板600上，将多个接触焊垫601形成在该芯片602的周缘，其中，多个金属凸块604、605是分别形成在该第二电路板600的该接触焊垫601以及该芯片602的电极焊垫603上。然后，将该第二电路板600借由使其金属凸块604、605朝向形成在该电路板200(在后文中称为″第一电路板″)上的焊锡凸块210的方式，设置在该第一电路板200。如图11B所示，使该金属凸块604、605分别回焊至相对应的焊锡凸块210，在该芯片602与该第一电路板200之间形成覆晶焊锡结606，并在该第二电路板600与该第一电路板200之间形成板对板的焊锡结607。该金属凸块604、605可由金属、合金、或叠合多种金属材料所构成，例如焊锡凸块、金凸块、铜凸块或以焊锡帽覆盖的铜柱等；且该金属凸块可以是任意形状，例如钉柱状凸块、球形凸块、柱状凸块或其它形状的凸块。
请参照图12A，根据本发明可以使用图4A中所示的电路板200的类似工序，形成用作为制造覆晶构装710(如图12C所示)的基板或芯片承载件的有机电路板700。该电路板700是借由未使用绝缘保护层的相似的方法制造，并分别在该电路板的上、下表面704、705形成多个接触焊垫701、702。请参照图12B，借由镀覆的方法，在该接触焊垫701上形成多个焊锡凸块703。请参照图12C，将芯片706以覆晶方式设置在该电路板700，这种覆晶的设置方式是使形成在该芯片706的电极焊垫707焊接至形成在该电路板700的该焊锡凸块703；然后，以底胶材料709填充在该芯片706与该电路板700之间的间隙中；接着，将多个外部端708(例如附图中所示的焊球)植设在该电路板700的接触焊垫702，从而完成该覆晶构装710。
另一方面，如图12D所示，可将绝缘保护层721施用在该电路板700设有接触焊垫702的下表面，且该绝缘保护层721在相对应于该接触焊垫702的位置形成多个开孔722，使该接触焊垫702通过该开孔曝露出来，以便在进行后续的外部端植设(未图标)。又如图12E中所示，可在设有接触焊垫702的电路板700的下表面，形成导线731，并可在各个导线731上形成表面涂层732(例如，金、镍/金或环氧树脂等)以防止腐蚀。
参照图13A，可以使用图4A中所示的电路板200的类似工序，形成用以制造覆晶构装813(如图13C所示)的基板或芯片承载件的有机电路板800。该电路板800是借由未使用绝缘保护层的相似的方法制造，并在该电路板800的上表面803上形成有导线801以及接触焊垫802，以及该电路板800的下表面804形成有接触焊垫805以及视需要而形成的导线806。请参照图13B，由于位于该上表面803上的相邻两接触焊垫802之间的焊垫间隙相当小(例如，至少小于0.15毫米)，该导线801无法穿过该相邻接触焊垫802之间的间隙；因此，该导线801主要是连接至位于虚线807所包含的凸块区域内缘的接触焊垫802。回到图13A，在位于该电路板800的上表面803的接触焊垫802上形成多个焊锡凸块808，以供后续工序使用。
如图13C所示，可在该电路板800的上表面803以及下表面804上，施用绝缘保护层821以覆盖该导线801；该绝缘保护层821会使该接触焊垫805以及凸块区域(如图13B中所示，该虚线807所包含的区域)曝露出来。然后，将具有电极焊垫810的芯片809设置在该电路板800，并以底胶材料812填充在该芯片809与该电路板800之间的间隙中。最后，将外部端811(例如，焊球、引脚或金属柱等)接设至位于该电路板800的下表面804的接触焊垫805上，从而完成该覆晶构装813。另一方面，如图13D所示，可在各个接触焊垫805上形成表面涂层814(例如，金、镍/金或可焊的有机防护剂(OSP)等)，并在该导线801、806上形成表面涂层815(例如，金、镍/金或环氧树脂等)以防止腐蚀。再有，如图13E所示，另一种选择是在位于该电路板800的上表面803的各个导线801上形成表面涂层818(例如，OSP、环氧树脂、金、镍/金等)，以及在该电路板800的下表面804上覆盖一层绝缘保护层816以覆盖该导线806；该绝缘保护层816是通过多个形成在该保护层上的开孔817，将该接触焊垫805曝露出来。