多層電路板、絕緣片和使用多層電路板的半導體封裝件的制作方法

專利名稱：多層電路板、絕緣片和使用多層電路板的半導體封裝件的制作方法
技術領域：
本發明涉及多層電路板、絕緣片和使用多層電路板的半導體封裝件。
背景技術：
近年來，對功能提高且重量和體積減少的電子設備的需求加速了電子元件的高密 度集成和高密度安裝，并且促使用于這些電子設備中的半導體封裝件的小型化。由于在使用引線框的常規型半導體封裝件中存在小型化的極限，近期提出了球 柵陣列(BGA)，其中將半導體芯片安裝在電路板和區域安裝型半導體封裝件(area-mount type semiconductor package)，例如芯片級封裝件(CSP)上。在這些半導體封裝件中，安 裝在BGA中的半導體芯片通過已知的方式與電路板連接，例如引線接合、TAB(帶式自動接 合)和倒裝芯片(FC)接合，并且通常認為采用倒裝法接合系統的BGA和CSP結構有利于減 少半導體封裝件的體積。人們認為通過倒裝法接合進行安裝的優點在于相對于引線接合，倒裝法接合能夠 縮小安裝面積。此外，由于電路布線短，倒裝法安裝具有優良的電學性質特征。倒裝法安裝 特別適合于強烈需要縮小體積并且纖薄的移動設備電路，以及電學性質非常重要的高頻電路。在倒裝法安裝中，用于連接半導體芯片的內插板(interposer，多層電路板)具有 核心層、導體電路層和絕緣層。為了獲得更高密度的安裝并提高此類多層電路板的操作頻 率，現已提出薄構造內插板(thin build-up interposer)，其通過減少核心層的厚度，或采 用沒有核心層的無核結構獲得高頻率，所述無核結構利用由具有布線圖的樹脂組成的層狀 物作為內插板，以減少內插板的整體厚度，從而減少內層連接的長度(參見，例如專利文件 1)。在倒裝法安裝的半導體封裝件中，通常在半導體芯片和電路板之間的間隙中填充 用于強化(底層填料，underfill)的樹脂組合物，以確保半導體芯片、電路板和金屬隆起中 接合點的可靠性。如環氧樹脂的熱固性樹脂已廣泛用作底層填料物質。所述半導體封裝件通過將硅芯片的活性面朝向電路板放置，通過導電材料連接所 述活性面和電路板，并在硅芯片和電路板之間的間隙中填充熱固性樹脂組合物，隨后使所 述熱固性樹脂組合物固化而生產。所述熱固性樹脂組合物包含具有10個或以上且30個或 以下碳原子，并與熱固性樹脂化學連接的線性脂肪烴化合物。因此，可使用小剪切力在低溫 下取出硅芯片而不會損傷硅芯片或電路板，同時確保較高的溫度循環可靠性(參見，例如 專利文件2)。專利文件3和4描述了用于多層印刷電路板的層間絕緣層。專利文件3描述了通 過一個預浸漬體(PMpreg)層壓的銅箔。專利文件4描述了將銅箔放置在層疊預浸漬體的 兩側并層壓。也就是說，夾在互聯中間的層間絕緣層是由相同材料制成的樹脂層。專利文件1 日本公開申請No. 2006-24842。專利文件2 日本公開申請No. 1999-233571。
專利文件3 日本公開申請No. 2007-59838。專利文件4 日本公開申請No. 2008-37881。

發明內容
然而，上述文件中描述的現有技術在以下方面還有改進的空間。在安裝半導體芯片的多層電路板中，導體電路層的線性膨脹系數不同于絕緣樹脂 層，而安裝半導體芯片一側具有不同于對側的導體電路。不同導體電路的應用導致導體電 路和絕緣樹脂之間的拘束度(restraint degree)差異，而較小的拘束導致導體電路和樹脂 之間線性膨脹系數差異的較大變化。結果，當背面的差異變化導致整個電路板翹曲時，半導 體芯片的安裝產量顯著下降，并會由此降低半導體封裝件的可靠性。簡要而言，在現有技術中，導體電路與被導體電路夾在中間的層間絕緣層之間線 性膨脹系數的差異導致翹曲。此外，翹曲傾向于由每塊電路板的凸起或凹入方向決定。此外，問題還在于在安裝半導體芯片時，由于半導體芯片和多層線路板之間線性 膨脹系數的差異而導致整個多層電路板的翹曲。因此，即便在使用相同的多層電路板材料 時，還是存在翹曲方向隨著所安裝的半導體芯片的類型而改變的問題。考慮到上述情況，在將用于解決現有技術中問題的本發明專門應用于由插入到電 路層之間具有不同彈性模量的多個絕緣樹脂層構成的多層線路板時，彈性模量較低的絕緣 樹脂層充當緩沖材料，從而能夠減少電路層之間的翹曲。因此，可以防止整個電路板的翹 曲。此外，即便多層電路板中的翹曲方向隨著所安裝的半導體芯片的類型而改變，彈性模量 較低的絕緣樹脂層也能夠充當任意方向翹曲的緩沖材料，從而能夠防止整個多層電路板的 翹曲。這樣多層電路板對于無論任何類型的半導體芯片均可使用。本發明的目標是提供能夠改進半導體芯片安裝產率和半導體封裝件可靠性的多 層電路板、絕緣片和半導體封裝件。可通過本發明的以下方面實現上述目標。[1] 一種導體電路層和層間絕緣層交替層壓的多層電路板，其中，所述層間絕緣層包含第一絕緣層和第二絕緣層，所述第二絕緣層具有高于 所述第一絕緣層的彈性模量。[2]如[1]所述的多層電路板，其中所述多層電路板包含多個所述層間絕緣層；和所述層間絕緣層具有相同的彈性模量。[3]如[2]所述的多層電路板，其中所述層間絕緣層按照相同的層壓結構層壓。[4]如[3]所述的多層電路板，其中所述層間絕緣層按照第一絕緣層、第二絕緣層 和第一絕緣層順次層壓的結構層壓。[5]如[1]所述的多層電路板，其中所述多層電路板具有多個所述層間絕緣層；和所述層間絕緣層包含第一層間絕緣層和第二層間絕緣層，所述第一層間絕緣層由 順次層壓的第一絕緣層、第二絕緣層和第一絕緣層組成，且所述第二層間絕緣層由所述第二絕緣層組成。[6]如[1]至[5]中任一項所述的多層電路板，其中所述層間絕緣層由包含氰酸酯 樹脂的樹脂組合物制成。[7]如[6]所述的多層電路板，其中所述氰酸酯樹脂是酚醛清漆型氰酸酯樹脂。
[8]如[1]至[6]中任一項所述的多層電路板，其中所述多層電路板還包含核心 層；所述層間絕緣層層壓在所述核心層的上下兩側；并且將所述核心層周圍線性對稱的所 述層間絕緣層層壓成相同的層壓結構。[9]如[1]至[7]中任一項所述的多層電路板，其中所述第一絕緣層和所述第二絕 緣層的彈性模量分別為Ea和Eb，(Eb/Ea) >3。[10]如[1]至[7]中任一項所述的多層電路板，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈性測量測定所述第二絕緣層的彈性模量Eb時， (Eb) ^ 4GPa。[11]如[1]至[8]中任一項所述的多層電路板，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈性測量測定所述第一絕緣層的彈性模量Ea時， (Ea) ( 2GPa。[12] 一種由用于多層電路板的絕緣層組成的絕緣片，在所述多層電路板中導體電 路層和所述層間絕緣層交替層壓，其中所述層間絕緣層包含第一絕緣層和第二絕緣層，所 述第二絕緣層具有高于所述第一絕緣層的彈性模量。[13]如[12]所述的絕緣片，其中所述層間絕緣層具有按照第一絕緣層、第二絕緣層和第一絕緣層順次層壓的結 構。[14]如[12]或[13]中所述的絕緣片，其中所述層間絕緣層由包含氰酸酯樹脂的 樹脂組合物制成。[15]如[14]所述的絕緣片，其中所述氰酸酯樹脂是酚醛清漆型氰酸酯樹脂。[16]如[12]至[14]中任一項所述的絕緣片，其中所述第一絕緣層和所述第二絕 緣層的彈性模量分別為Ea和Eb，(Eb/Ea) >3。[17]如[12]至[16]中任一項所述的絕緣片，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈性測量測定所述第二絕緣層的彈性模量Eb時， (Eb) ^ 4GPa。[18]如[12]至[17]中任一項所述的多層電路板，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈性測量測定所述第一絕緣層的彈性模量Ea時， (Ea) ^ 2Gpa。[19] 一種半導體封裝件，其包含如[1]至[11]中任一項所述的多層電路板。在本發明的多層電路板、絕緣片和具有多層電路板的半導體封裝件中，層間絕緣 層包含第一絕緣層和第二絕緣層，所述第二絕緣層具有高于所述第一絕緣層的彈性模量， 從而能夠使所述多層電路板的整體翹曲最小化，并可由此改進半導體芯片的安裝產率和半 導體封裝件的可靠性。


可參考下文所述的適合實施方式和附圖以進一步理解上述目的和其他目的，特征 和優點。圖1是用于說明本發明半導體封裝件結構實例的立體橫截面視圖。圖2是詳細說明在本發明半導體封裝件結構部分中的絕緣層的橫截面視圖。
最佳實施方式下文將參考附圖描述本發明結構的具體實施方式
。然而，本發明并不限于這些實 施方式中的多層電路板1。〈多層電路板1>在圖1中，多層電路板1具有交替層壓的導體電路層11和層間絕緣層6，并且通過 在核心層5上裝配層間絕緣層6和導體電路層11而生產。多層電路板1的結構為在核心 層的上下兩側具有絕緣層和導體電路層，在所述導體電路層中形成通孔7，裝配層間絕緣層 6和導體電路層11，并形成作為導電組件的通路(via)。在本發明中，用于所述具有交替層壓的導體電路層11和層間絕緣層6的多層電路 板的層間絕緣層6為絕緣片。在此實施方式中，第一絕緣層和第二絕緣層的彈性模量分別為(Ea)和(Eb)，并且 在IOHz的頻率下通過動態粘彈性測量測定彈性模量。作為特征，層間絕緣層6包含彈性模量互不相同的第一絕緣層和第二絕緣層。對 于所述第一絕緣層和第二絕緣層的彈性模量，優選所述第一絕緣層的彈性模量低于所述第 二絕緣層的彈性模量。使用彈性模量不同的多個絕緣層能夠防止整個多層電路板1中的翹 曲ο此外，對于所述第一絕緣層和第二絕緣層的彈性模量，優選(Eb/Ea) > 3的關系。 因此，在層間絕緣層6中的第一絕緣層能夠充當緩沖材料以防止整個多層電路板1中的翹
曲ο所述第一絕緣層的彈性模量(Ea) ( 2GPa，更優選< lGPa。因此，該層能夠進一步 有效地充當用于減少整個多層電路板1中翹曲的緩沖材料。同時，所述第二絕緣層的彈性 模量(Eb)彡4GPa，更優選彡5GPa。這樣能夠進一步減少翹曲。固化的第二絕緣層的玻璃化溫度為170°C或更高，在玻璃化溫度或以下，面內方向 的線性膨脹系數為40ppm/°C或以下。在本文中，可以使用如TMA儀器(TA Instruments)在 10°C/min的程序升溫速率(temperature programmingrate)下測定面內方向的線性膨脹 系數。如果固化第二絕緣層的線性膨脹系數大于40ppm/°C，即達到了電路中常用的銅的線 性膨脹系數(17-18ppm/°C)的兩倍或以上，則將導致顯著的大翹曲。在玻璃化溫度或以下 的線性膨脹系數優選10-35ppm/°C，更優選15-30ppm/°C特別地，當多層電路板1的厚度小至0.5mm或以下時，第一絕緣層減少了由于線性 膨脹系數差異引發的變形，從而改進了半導體封裝件制備過程中的操作性和加工性。層間絕緣層6的厚度為10-60 μ m，優選20-50 μ m。特別優選第一絕緣層的厚度為 3-20 μ m，第二絕緣層的厚度為10-50 μ m。導體電路層11可以由任何導電金屬制成，對導電金屬沒有特別的限制，優選銅或 銅合金，并圖案化以形成所需的電路結構。通常通過脫除工藝(subtractive process)對 帶有銅箔的核心材料進行圖案化來形成核心層中的導體電路層；而通常使用半疊加或全疊 加工藝進行圖案化以形成層間絕緣層6上的導體電路層。核心層5的厚度優選為500 μ m或以下，更優選50 μ m至400 μ m。多層電路板1具 有核心層和，例如2-10個導體電路層11和層間絕緣層6。優選其具有2-6個導體電路層 11和層間絕緣層6。
可以在多層電路板1的外層表面上形成耐熱涂布層，例如阻焊層，以用于例如保 護導體和確保絕緣。<核心層5>在多層電路板1中，用于核心層5中絕緣層的材料可以是強度適合的任何材料；適 合使用的實例可以是，但不限于通過將纖維基材(例如，玻璃纖維片)浸漬在樹脂組合物中 并將產物半固化而制備的板材(所謂預浸漬體)，所述樹脂組合物包含環氧樹脂、酚樹脂、 氰酸酯樹脂、三嗪樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺_酰亞胺樹脂和苯并環 丁烯樹脂中的至少一種或兩種或更多。特別優選將纖維基材(例如，玻璃纖維片)浸漬在 包含氰酸酯樹脂、酚樹脂、環氧樹脂和無機填料的樹脂組合物中并將產物半固化而制備的 板材(所謂預浸漬體)。〈層間絕緣層6>在多層電路板1中，對用于層間絕緣層中的第一絕緣層和第二絕緣層的材料沒有 特別的限制，只要上述固化的第一絕緣層和第二絕緣層滿足玻璃化溫度、彈性模量和線性 膨脹系數的要求并且具有適合的強度；優選所述材料是包含熱固性樹脂的樹脂組合物。這 樣能夠改進層間絕緣層6的耐熱性。可以將如玻璃纖維片的纖維基材浸漬在用于層間絕緣 層6中第二絕緣層的樹脂組合物中，或本身能夠固化的樹脂組合物中。對于用樹脂組合物 浸漬纖維基材的方法沒有特別的限制。此外，通過在載體基材上形成由上述樹脂組合物制 成的層間絕緣層6來制備帶有載體基材的層間絕緣層6。上述熱固性樹脂的實例包括環氧樹脂、酚樹脂、氰酸酯樹脂、三嗪樹脂、雙馬來酰 亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺_酰亞胺樹脂、苯并環丁烯樹脂、含苯并噁嗪環的樹脂、尿 素樹脂、含三嗪環的樹脂，例如三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、鄰苯二甲酸二 烯丙酯樹脂和硅酮樹脂。可單獨使用上述實例中的一種；或將具有不同重均分子量的兩種或更多種組合物 使用；或者將其中的一種或多種與其預聚物組合使用。熱固性樹脂優選包含環氧樹脂、酚樹脂、氰酸酯樹脂、三嗪樹脂、雙馬來酰亞胺樹 脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺-酰亞胺樹脂、苯并環丁烯樹脂和含苯并噁嗪環的樹脂中的至少 一種或兩種或更多種。上述環氧樹脂的實例包括雙酚型環氧樹脂，例如雙酚-A環氧樹脂、雙酚-F環氧 樹脂、雙酚-E型環氧樹脂、雙酚-S型環氧樹脂、雙酚-Z型環氧樹脂、雙酚-P型環氧樹脂和 雙酚-M型環氧樹脂；酚醛清漆型環氧樹脂，例如苯酚_酚醛清漆型環氧樹脂和甲酚_酚醛 清漆環氧樹脂；和環氧樹脂，例如聯苯型環氧樹脂、聯苯基芳烷基型環氧樹脂、芳基亞烴基 型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、蒽型環氧樹脂、苯氧基型環氧樹脂、雙環戊二烯型環氧樹脂、降 冰片烯型環氧樹脂、金剛烷型環氧樹脂和芴型環氧樹脂。上述酚樹脂的實例包括酚醛清漆型酚樹脂，例如苯酚_酚醛清漆樹脂、甲酚-酚 醛清漆樹脂、雙酚-A酚醛清漆樹脂；未改性甲階酚醛樹脂；和甲階酚醛型酚樹脂，例如用油 (例如木油樹、亞麻子油和胡桃油)改性的油_改性甲階酚醛樹脂。其中，特別優選氰酸酯樹脂(氰酸酯樹脂的預聚物)。這樣能夠減少層間絕緣層 6的線性膨脹系數。此外，還改進了層間絕緣層6的電學性質(低介電常數和低介電正切 (Dielectric tangent))和機械強度。
可以通過如使鹵化氰化合物與酚衍生物反應，并在需要時進行加熱以形成預聚物 來制備上述氰酸酯樹脂。具體實例包括酚醛清漆型氰酸酯樹脂和雙酚型氰酸酯樹脂，例如 雙酚-A型氰酸酯樹脂、雙酚-E型氰酸酯樹脂和四甲基雙酚-F型氰酸酯樹脂。其中，優選酚醛清漆型氰酸酯樹脂。這樣能夠改進耐熱性，并且由于交聯密度增 大，還可以改進樹脂組合物等的耐燃性。這是因為酚醛清漆型氰酸酯樹脂在固化反應后形 成三嗪環。此外，還會因為酚醛清漆型氰酸酯樹脂由于其結構中苯環比例較高而易于碳化。上述酚醛清漆型氰酸酯樹脂可以是，例如由式(1)表示的化合物。
權利要求
一種導體電路層和層間絕緣層交替層壓的多層電路板，其中，所述層間絕緣層包含第一絕緣層和第二絕緣層，所述第二絕緣層的彈性模量高于所述第一絕緣層的彈性模量。
2.如權利要求1所述的多層電路板，其中所述多層電路板包含多個所述層間絕緣層； 且所述層間絕緣層具有相同的彈性模量。
3.如權利要求2所述的多層電路板，其中所述層間絕緣層按照相同的層壓結構層壓。
4.如權利要求3所述的多層電路板，其中所述層間絕緣層具有按照第一絕緣層、第二 絕緣層和第一絕緣層的順次層壓的結構。
5.如權利要求1所述的多層電路板，其中所述多層電路板具有多個所述層間絕緣層；且所述層間絕緣層包含第一層間絕緣層和第二層間絕緣層，所述第一層間絕緣層由順次層壓的所述第一絕緣層、所述第二絕緣層和所述第一絕緣層組成，且所述第二層間絕緣層 由所述第二絕緣層組成。
6.如權利要求1-5中任一項所述的多層電路板，其中所述層間絕緣層由包含氰酸酯樹 脂的樹脂組合物制成。
7.如權利要求6所述的多層電路板，其中所述氰酸酯樹脂是酚醛清漆型氰酸酯樹脂。
8.如權利要求1-6中任一項所述的多層電路板，其中所述多層電路板還包含核心層； 所述層間絕緣層層壓在所述核心層的上下兩側；并且所述核心層周圍線性對稱的所述層間 絕緣層是按相同的層壓結構層壓的。
9.如權利要求1-7中任一項所述的多層電路板，其中所述第一絕緣層和所述第二絕緣 層的彈性模量分別為Ea和Eb，(Eb/Ea) >3。
10.如權利要求1-7中任一項所述的多層電路板，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈 性測量測定所述第二絕緣層的彈性模量Eb時，(Eb) ^ 4GPa0
11.如權利要求1-8中任一項所述的多層電路板，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈 性測量測定所述第一絕緣層的彈性模量Ea時，(Ea) ^ 2GPa0
12.一種由用于多層電路板的絕緣層組成的絕緣片，在所述多層電路板中導體電路層 和所述層間絕緣層交替層壓，其中所述層間絕緣層包含第一絕緣層和第二絕緣層，所述第 二絕緣層具有高于所述第一絕緣層的彈性模量。
13.如權利要求12所述的絕緣片，其中所述層間絕緣層是按照所述第一絕緣層、所述 第二絕緣層和所述第一絕緣層順次層壓的結構層壓。
14.如權利要求12或13中所述的絕緣片，其中所述層間絕緣層由包含氰酸酯樹脂的樹 脂組合物制成。
15.如權利要求14所述的絕緣片，其中所述氰酸酯樹脂是酚醛清漆型氰酸酯樹脂。
16.如權利要求12-14中任一項所述的絕緣片，其中所述第一絕緣層和所述第二絕緣 層的彈性模量分別為Ea和Eb，(Eb/Ea) >3。
17.如權利要求12-16中任一項所述的絕緣片，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈性 測量測定所述第二絕緣層的彈性模量Eb時，(Eb) ^ 4GPa0
18.如權利要求12-17中任一項所述的絕緣片，其中在IOHz的頻率下通過動態粘彈性 測量測定所述第一絕緣層的彈性模量Ea時，(Ea) ^ 2GPa0
19.一種半導體封裝件，其包含如權利要求1-11中任一項所述的多層電路板。
全文摘要
多層電路板的翹曲損害半導體芯片的安裝產率和半導體封裝件的可靠性。使用層間絕緣層(6)的多層電路板(1)能夠通過將層間絕緣層(6)作為緩沖材料而抑制整個多層電路板(1)的翹曲。在使用層間絕緣層(6)的多層電路板(1)中，導體電路層(11)和層間絕緣層(6)交替排列。將用于多層電路板(1)中的層間絕緣層(6)包含第一絕緣層和第二絕緣層，所述第二絕緣層具有高于所述第一絕緣層的彈性模量。
文檔編號H05K3/46GK101983425SQ20098011217
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月25日 優先權日2008年3月31日
發明者丸山宏典, 川口均, 田中宏之 申請人:住友電木株式會社