專利名稱：熱加強球型柵極陣列封裝的金屬芯基質印刷接線板及方法
相關申請的引用本申請基于1999年4月13日提交的題為”致能熱加強球型柵極陣列封裝之金屬芯基質”的臨時申請第60/128946號。
背景技術：
Prolinx C2BGAC2BGAs乃是使用復雜的蝕刻可調磁控管之絕緣方法，在芯上產生由一些絕緣材質所懸吊的銅質島狀物以及之后通過表面處理與光照通孔步驟所制造的。對復雜的步驟以及產生復雜的架構而言，所招致的成本乃是相當昂貴的。
發明內容
對于細微程度、高接腳數的半導體封裝而言，球型柵極陣列(BGA)乃是一種先進的封裝方式，其在今日IC工業中，通常使用于包裝集成電路架構的多層芯片上(chip-up)印刷接線板(PWB)基座之中。然而，由于諸如Pentium II & III等高速的CPUs以及高速的制圖方式、DSP和可編程邏輯芯片之出現，熱散逸仍是主要關心的因素。為了滿足21世紀IC產品的需求，因此需要較佳的熱BGA封裝之解決方式。
本發明的目的為提供一種新穎且較為簡單的PWB架構以及方法，具有比得上或較佳的熱效能，致使較低的成本與較佳的可靠性。在材質與層數以及每層厚度的選擇上，其高度的彈性提供封裝應用廣泛的范圍以及高密度的印刷電路板或PWB。鍍銅的通孔同樣也提供較佳的熱效能，并且對所產生的封裝而言致使整體較佳的熱效能。
處理步驟同樣也已經證明，用來實現封裝應用中高密度之相互連接。
附圖簡述當結合附圖考慮以下的說明時，本發明上述以及其它的目的優點與特點將會是顯而易見的，其中相似的參考符號與所相應組件或元件視為同一事物，而且其中
圖1A以剖面圖顯示合并本發明的初始金屬芯架構，圖1B顯示在各玻璃纖維層上附加兩額外的功能層之后的包含本發明的金屬芯架構，圖1C顯示包含本發明的五層架構，圖1D顯示在圖1的架構上使用焊接劑掩蔽涂刷，圖2闡述根據本發明的一種型式1的通孔，圖3闡述根據本發明的一種型式2的通孔，圖4闡述根據本發明的一種型式3的通孔，圖5闡述包含本發明的整體架構之剖視圖，以及圖6為包含本發明所完成之具有基座的BGA IC封裝之俯視圖，其架置于一PWB上，而PWB可以是傳統的薄片板或是包含本發明的。
元件符號之說明110 金屬芯120 建立層210 銅箔220 鉆孔電鍍的穿洞(PTH)230 玻璃纖維之內預浸漬體240 遮光或激光鉆孔&電鍍之通孔310 頂層建立層320 建立通孔330 穿洞鉆孔340 外預浸漬體350 底層建立層實施發明的較佳方式結構圖1A顯示在初始的金屬芯110形成階段期間中的架構。圖1B顯示在起初的兩個建立層120制作之后的架構。圖1B顯示在其架構中的兩個鉆孔電鍍之穿洞(PTH)220。如果所需要的是3層的架構210-110-210，則如此便是完整的PWB架構，其較為簡單且成本較低。請注意的是，1/3盎司的銅箔210以及5-10盎司的銅芯110為玻璃纖維之預浸漬體層230所絕緣隔離的。同樣地，遮光或激光鉆孔&電鍍的通孔240用來連接到充當接地的金屬芯110。在圖1C中的五層架構預期更為復雜并且用于高密度的應用中。圖1C顯示兩個額外的建立層310與建立通孔320以及PTH 220。在以下的說明中，我們將集中注意于敘述于圖1C中的五層架構，其包含實現于本發明之三種各不相同的通孔型式。
如圖2所闡述的，型式1通孔220乃是用來實現同樣在圖1B、圖1C所示的架構中大多數之通孔。型式1之通孔隔離于金屬芯并且經由建立通孔320連接到外層，其中的建立通孔320若不是由激光鉆孔便是由深度控制的機械式鉆孔所得到的。
如圖3所闡述的，型式2通孔乃是一種與金屬芯相連接的通孔，其中的金屬芯典型地用來充當接地平面。藉由直接在金屬芯110上的穿洞鉆孔330，并且之后藉由電鍍來實現型式2之通孔，其產生與金屬芯側壁的連接。
型式2通孔的優點乃是提供從頂層310至金屬芯110且之后再到底層350的直接之熱傳送路徑，其對實現封裝應用中的熱通孔而言乃是理想的。
型式2通孔唯一的缺點乃是側壁電鍍具有與包含金屬芯110和預浸漬體230的各層之接觸面，以及傳導層210、310和預浸漬體之間的接觸面，其若不適當地處理，則將會含有細微的裂縫，而讓水份滲入。細微的裂縫可能會導致金屬芯110和預浸漬體230之間的接觸面分解。
如圖4所闡述的型式3通孔同樣也是一種連接到金屬芯110上的接地面之通孔，并且同樣也提供金屬芯110良好的熱路徑。型式3之通孔乃是藉由建立芯通孔240和320經激光或深度控制鉆孔所實現的，其同樣也顯示于圖1B和1C中。就熱效能而言，型式3之通孔乃是良好的，并且不具有如同型式2的通孔之可靠性缺點。
材質金屬芯110較佳的選擇為5-10盎司或5-15密爾厚度的銅C194薄片，如圖1A所示的。注入金屬芯孔洞120的液體可以是PHP900或其等效的材質。
內預浸漬體230若不是具有1.5-3密爾厚度的玻璃纖維之BT(雙順丁烯亞胺三)是47N。玻璃纖維的成份提供架構的增強功能，藉以對抗金屬芯110與預浸漬體材質230之間不匹配的熱擴展系數。
外預浸漬體340可以是B.T.或R.C.C(樹脂涂層之銅質)材質，典型地使用于激光鉆孔之建立。外漬體340的厚度同樣也是在1.5-3密爾的范圍之內。盡管對各種的應用而言，廣泛的厚度范圍乃是適當的(1/8、1/4或1/2盎司)，而用于非芯層的銅箔210可以是1/3盎司的厚度。
處理盡管通過眾所周知的印刷電路板技術以及HDI(高密度的相互連接)之制造，而能夠接受種種的改變，然以下說明一種較佳的處理步驟之順序。
1.開始于金屬芯110，在通過金屬芯的通孔位置上鉆孔或蝕刻出洞孔，如圖1B和圖1C所示的，洞孔的大小大約在于25密爾附近(對BGA的應用而言，15密爾至40密爾乃是可允許的)。所要注意的是，典型的嵌鑲板大小為12”×18”或18”×24”、或者其變化。為了薄片板狀的預浸漬體210、230、310、250與340較為良好的附著，在金屬表面上執行黑色氧化物之處理。
對條帶或單一傳送格式中簡易的單一特性而言，在第一通孔的鉆孔蝕刻步驟期間中，能夠將每一個基座單元邊緣上的單一線路預先鉆孔或預先蝕刻。
2.液體(PHP900)注入洞孔120(如同圖1A中所示的密平行線區域)。在較薄的金屬芯110之狀況下，諸如大約5密爾附近的，由于在壓成薄片的期間中，內預浸漬體230會自然地流入并且充滿洞孔，因此可以不用將液體注入洞孔120。對較厚的金屬芯而言，則起初較佳地將其注入洞孔之中。
3.從事預浸漬體230和340之制作。例如，于圖1C中，使用具有1/3盎司銅箔之3密爾的預浸漬體。所要注意的是，為了保持對稱的理由，而同時將用于頂側及底側的每一預浸漬體層制成薄片。
4.鉆制用于與金屬芯隔離的通孔之洞孔。鉆錐的直徑大約為10密爾左右用于通孔的激光鉆錐或深度控制之機械式鉆錐，而其中的通孔連接到金屬芯，如圖1B所示。所要注意的是，在步驟2，注入預浸漬體材質120的液體流進第一鉆孔之中，借助將所電鍍的通孔220與金屬芯隔離。
5.傳送內層210和250的圖像，藉以形成墊片及圖形電路。
6.以BT或R.C.C材質將外預浸漬體層310和340制成薄片狀。如果只是需要3層的架構，則并不需外預浸漬體層310和340。以相同的原理，如果只是需要4層的架構，則并不需底部的BT或R.C.C層。
7.通過激光鉆孔或深度控制的機械鉆孔，形成建立通孔320。
8.若有需要，則從事型式2通孔之機械洞孔鉆孔。
9.將銅質310和350電鍍至通孔并且從事嵌鑲板之電鍍。
10.視Ni/Au電鍍技術以及應用的需求而定，停止其步驟。其包含外層以及Ni/Au電鍍420的圖樣傳送。
11.焊接掩蔽罩410涂層，如圖1D所示的。
12.完成將其嵌鑲板單一化為個別的單元或者成為用于封裝組合的條帶。
優點1.用于高熱量傳導的有效率之對稱層以及通孔架構。
2.相較于現有技術，以成熟的處理技術以及已證明的材質，實現相同或較佳的熱效能。
3.僅僅需要增加成本，便能提供比塑膠球型柵極陣列(PBGA)更為良好的效能。
本發明特點1.新穎的銅質芯基架構，使用3層(金屬芯+1頂層+1底層)、4層(金屬芯+2頂層+1底層)以及5層(金屬芯+2頂層+2底層)，用于芯片組合之高熱量效能封裝。再者，能夠簡易地建立5或更多層。3和5層的選擇乃是對稱的，藉以從事較佳的彎曲老化預防。
2.使用鉆孔/蝕刻、有所選擇地充滿液體、制成薄片狀、鉆孔、以及電鍍處理步驟，用來形成通過金屬芯的洞孔。
3.激光掩蔽通孔之組合建立于金屬芯架構之頂部，賦予用于高密度應用的額外之建立層。
4.藉由電鍍建立以及從頂側和底側連接到金屬芯，致使有效率的熱通孔。
5.在第一通孔的鉆孔-蝕刻步驟期間中，對條帶或單一傳送格式中簡易的單一特性而言，能夠預先鉆孔或預先蝕刻每一個基座單元邊緣上的單一線路。
6.應用a)用于熱加強微調強度BGAs的金屬芯基座，以及b)金屬芯基的高密度板，諸如用于高熱輸出SDRAM DIMM模組的。
盡管已經以本發明相關的實施例來說明本發明，然而將會察知的是對熟習技術者而言，本發明的適合體以及變體乃是顯而易見的。
權利要求
1.一種制作用于球型柵極集成電路封裝的熱加強印刷電路接線板基座的方法，其特征在于包含以下的步驟a)提供具有相對表面的初始的薄而傳導性的金屬芯；b)在每一個多數的通過金屬芯之通孔位置上，于該金屬芯中形成一個或多個的洞孔；c)將硬化處理的非傳導性介質薄板分別疊至該每一個相對的表面；及d)將至少一個薄傳導層應用于該硬化處理的非傳導性介質薄板之其中一個的表面上，并且在該多數的通過金屬芯之其中一個通孔位置上，達成至該初始的薄傳導金屬芯之至少一個的電氣連接。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于包含在一個或多個通孔的位置上制作一個或多個在此所定義的型式1通孔的步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于包含在一個或多個通孔的位置上形成一個或多個在此所定義的型式2通孔之步驟。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于包含在一個或多個通孔的位置上形成一個或多個在此所定義的型式3通孔之步驟。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于包含在一個或多個通孔的位置上形成一個或多個型式2或型式3通孔之步驟。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于該型式3通孔隔離于金屬芯并且連接到外層以建立其通孔。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于該通孔乃是通過直接從事金屬芯層的通洞電鍍所制作以及接著電鍍致使側壁與金屬芯連接所產生的。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于該多數個通過金屬芯的通孔位置乃是鉆孔、電鍍的通洞(PTH)。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于該通孔乃是通過印刷建立以及將其頂側和底側兩者連接到金屬芯所制作的。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于包含在該基座邊緣形成單一線路的步驟，可以在用于條帶每一個單一特性的第一通孔之鉆孔步驟期間中，預先從事其基座之鉆孔或蝕刻，或者可以單一化以傳送格式。
11.一種用于球型柵極集成電路封裝的熱加強印刷電路(PC)接線板，其特征在于包含一相對較薄、傳導性的金屬芯層，具有相對面的表面在多數個通過金屬芯的通孔位置上的以及一個或多個在金屬芯中的洞孔，第一和第二薄而硬化的非傳導性薄片板，分別附著于該相對面的表面，以及至少一個在該薄而硬化的非傳導性薄片板，以及其上的多數個通孔上的至少一個上的傳導性電路圖樣。
12.如權利要求11所述的PC接線板，其特征在于包含多個通過電鍍建立并且從其頂側及底側連接到金屬芯所制作的通孔。
13.如權利要求11所述的PC接線板，其特征在于該傳導性的金屬芯層乃是5-15密爾的厚度范圍內之銅質，而該薄片板則是玻璃纖維的。
14.如權利要求13所述的PC接線板，其特征在于其上包含一個或多個額外的非傳導以及傳導層。
15.如權利要求11所述的PC接線板，其特征在于包含多數個在此所定義的型式1、型式2或型式3中所選出的通孔。
16.如權利要求12所述的PC接線板，其特征在于包含多數個在此所定義的型式1、型式2或型式3中所選出的通孔。
全文摘要
一種熱加強面部朝上的BGA基座由金屬芯(銅質)、層、介質層、傳導性的穿過金屬芯以及建立通孔所組成。其具有較佳熱效能之新穎而簡單的架構,致使較低的成本以及較佳的可靠性。再者,在材質與層數以及每層厚度的選擇上,其高度的彈性提供封裝應用廣泛的范圍以及高密度的印刷電路板。
文檔編號H05K3/40GK1346513SQ00806143
公開日2002年4月24日 申請日期2000年4月13日 優先權日1999年4月13日
發明者吳英芳, 陳銳, 魯靖, 陳河旭, 張謙為 申請人:耀文電子工業股份有限公司