專利名稱：在電路上形成金屬接點的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及在電路上形成至少一個接點的方法。
雖然以前沒有專門地預備它，但是，這種方法特別適用已知的“倒裝片”技術，該技術中利用所謂的“接點”(stand-off)把幾個高密度電子芯片裝配到印刷電路板上面。該接點是金屬柱或突起，除了把芯片連接到電路板上以外，還在它們之間形成間距。由于通常由硅構成的芯片和載體，即印刷電路板的溫度膨脹系數不同，該間距是減少互連中疲勞效應所必需的，特別在裝配過程中，可以顯著地不損壞金屬柱。
在現有技術中，如稱為“控制熔塌芯片連接”或“C4”技術的IBMTM技術，已經公開了在芯片上形成接點或柱的方法。在該技術中，通過鉬掩模利用蒸發技術制造該柱。這種公知技術涉及相對昂貴的硅背端處理方法，此外需要高成本的掩模材料。例如，在1993年11月16在美國專利No.5,261,593公開了把倒裝片電連接到印刷電路基板的一種方法，而且，在1994年9月20在美國專利No.5,349,500公開了一種裝置。
在公知的技術中，在芯片上設置接點，即由芯片提供者設置接點。由于在相同的印刷電路板上通常裝配幾種不同的芯片，處理這些芯片需要形成多種掩模，使產量相對降低。而且由不同的芯片提供者重復至少部分的這些“突起”的加工方法。所有這些因素導致倒裝芯片技術生產成本的增加。
本發明的目的是減少操作芯片的數量，從而顯著地減少倒裝片裝配的生產成本。
按照本發明，由于在印刷電路板表面上形成所述接點來達到該目的，該印刷電路板包括所述電路，并且由第1層銅涂覆，所述方法包括下述主要連續的步驟至少在所述第1層銅的預定部分鍍上第2層銅，至少在所述第2層銅各部分上面鍍上第3層金屬層。
用這種方法，由相互層疊的3層金屬構成接點位于印刷電路板表面上，即在倒裝片技術情況，是在載體表面上，而不是在芯片表面上構成接點。僅用一個印刷電路板的單個背端方法代替幾個芯片的單獨處理來減少裝配的成本。換句話說，不采用與不同芯片有關的不同突起技術來減少“突起”方法的成本。并且，“非熔化”接點的制造，即由回流焊接期間不熔化的金屬構成，在裝配后，能良好控制芯片和印刷電路板之間的接點高度。
更詳細地說，所述的方法包括下列步驟淀積第1層光阻材料，覆蓋所述的第1銅層；至少在以后形成接點的位置，形成不覆蓋所述第1銅層的第1圖形；在所述第1銅層的未覆蓋部分，電鍍所述第2銅層，所述第2銅層顯著地厚于所述第1銅層。
由此，在印刷電路板表面形成由兩層銅構成的接點。但是，對于某些應用，這些接點的高度不足以形成上述接點。
為彌補所述不足，利用電鍍或電化學鍍覆技術，可以進一步實現本發明的方法。
另一方面，利用電鍍也稱為電流鍍(galvano-plating)技術的情況，本發明的方法還包括下述步驟淀積第2層光阻材料層；至少在所述以后要形成的接點位置，形成不覆蓋所述第2層銅的第2圖形；在所述第2銅層沒覆蓋的部分上涂鍍所述第3金屬層。
利用這種方法，形成由3層連續銅層構成的相對高的金屬接點。
利用下述步驟，可進一步完成本電鍍方法用第2金屬保護層涂鍍所述第3金屬層；剝離所述第1和第2光阻材料層；
腐蝕沒保護的金屬層直到除掉沒保護的第1銅層；剝離所述的第2金屬保護層。
由于第2銅層相對于第1銅層具有較厚的厚度，所以在所謂差別腐蝕步驟的上一個腐蝕步驟，除掉了第1銅層的整個沒保護的部分，而只稍微影響第2銅層的沒保護部分的厚度。
應該注意，所述第3層金屬最好為銅。
最后，通過下述步驟來完成本方法，電化學鍍一層鎳到沒保護的銅層上的步驟，再薄鍍一層金到所述的鎳層上面的步驟。
另一方面，在利用電化學鍍技術時，完成本發明的上述方法還包括下述步驟用第2金屬保護層涂鍍所述第2銅層；剝離所述第1層光阻材料；腐蝕沒保護的第1銅層；剝離所述第2金屬保護層；淀積光敏電介質材料層；在所述要形成金屬接點的位置，除掉光敏電介質材料層，形成第2圖形；在所述第2銅層沒保護的位置電鍍第3金屬層。
用這種方法，形成由3層連續層構成的相對高的金屬接點。
在本電化學鍍方法的第1實施例中，所述第3層金屬是銅。
該方法還包括下列步驟，利用所述光敏電介質材料作為掩模，把一層鎳電化學鍍到所述接點上。
在本電化學鍍方法的第2實施例中，所述第3層金屬是鎳。
然后，通過下述步驟完成電化學鍍方法，即利用所述光敏電介質材料層作為掩模，薄鍍一層金到所述鎳層上。
由此，形成良好的電接觸端或焊盤。
在上述方法中，所述保護層的第2金屬，最好為錫-鋁。
本技術可應用到非常大面積的基板上，即應用于不同尺寸的印刷電路板上，在一次設計和制造方法中，可以組合幾種不同倒裝芯片輸入/輸出(I/O)部分。它還能接納大多數標準的可買到芯片的組裝中。
通過下面結合附圖對實施例的敘述，本發明的上述和其它目的及特征會變得顯而易見，并且更好地理解本發明
圖1到圖3表示按照本發明的電鍍和電化學鍍方法的公共步驟；圖4到圖6表示電鍍方法的進一步的步驟；圖7到圖10表示電化學鍍方法的進一步的步驟。
利用圖1到圖10所示的方法，形成位于印刷電路板表面上的金屬突起或者接點，以便實現倒裝片組裝。
上述各圖表示具有孔的印刷電路板PCB的橫截面部分。如圖1所示，用銅Cu1底層涂覆印刷電路板PCB的上下表面。下述方法步驟，要在電路板PCB上面獲得導電的銅通路，突起的接點和電鍍的通孔的最佳組合，使外部輸入/輸出(I/O)端連到倒裝芯片上的接點，稱為“連接柱”。
在下述部分，說明形成金屬接點和電鍍通孔的兩種可能技術。按照第一種技術的連續的方法步驟，被稱為電或電(流)鍍技術，表示在圖1到圖6中，而按照第2種技術的連續方法步驟，被稱為電化學鍍技術，表示在圖1至圖3和圖7到圖10中。圖1到圖3是表示這兩種技術的公共部分，在下面對其只說明一次。
本發明的第1步是淀積第1層光阻材料PR1覆蓋PCB兩側的銅底層Cu1。按照現有技術中眾所周知的技術，用光阻材料PR1形成圖形，因此在下文不用更詳細地說明。圖2表示在層PR1上面形成圖形后的電路板。
本方法的另外步驟是在底層或第1銅層Cu1的沒覆蓋部分，利用已構圖的層PR1作為掩模，電鍍第2銅層Cu2。第2銅層Cu2具有基本上大于第1銅層Cu1的厚度。第2銅層Cu2不僅淀積在沒覆蓋Cu1的部分，也淀積在穿過印刷電路板PCB的通孔中，如圖3所示。
目前上述的兩種技術不同。下面從這步驟開始解釋關于電鍍或電(流)鍍的技術，以及電化學鍍的技術。
在電鍍技術中，接著的步驟是在器件上面淀積第2層光阻材料PR2，如圖3所示。然后在第2光阻層PR2上面形成圖形，在要形成接點的位置，留下沒覆蓋的部分銅Cu2。本方法的另外步驟是在這些沒覆蓋的Cu2部分上電鍍第3層銅Cu3。并且，利用第2構圖的層PR2作為掩模，在層Cu3的頂部，淀積錫-鉛SnPb保護金屬層。結果如圖4所示。
然后，剝離兩層光阻材料層PR1和PR2。其后，腐蝕銅層CU1和CU3的沒保護部分，直到從電路板PCB除掉沒覆蓋的CU1層的部分，如圖5所示。
在利用錫-鉛層SnPb作為掩模差別地腐蝕銅層CU1和CU2后，兩銅層CU1和CU2剩下的總厚度是大約35μm。
最后剝掉錫-鉛SnPb保護金屬層，形成由三個連續銅層CU1、CU2和CU3構成的高接點，如圖6所示。金屬接點的高度是在50到75μm之間。
通過在其上電化學鍍較薄的鎳保護層，涂覆又一個沒保護的銅CU2和CU3層。通過在鎳保護層頂面薄鍍金層，則可實現優良的電接觸。最后的電鍍步驟的結果在圖中沒有表示。
這樣完成了電鍍技術。
在電化學鍍中，圖7表示圖3所示的步驟的下一步驟，包括利用已構圖的光阻層PR1作為掩模，在層CU2頂面淀積錫-鉛SnPb保護金屬層。用現有技術中公知的電鍍方法，淀積保護層SnPb。
然后剝掉光阻層PR1，利用SnPb層作為掩模，腐蝕掉保留的銅CU1底層的沒覆蓋的部分。結果如圖8所示。
接著的步驟是剝離保護金屬層SnPb。然后，在整個器件上淀積光敏電介質材料層MP，如圖9所示。例如，利用公知的“幕涂”技術，可以進行上述的淀積，例如，由“Shipley”公司的“multiposit”TM材料構成電介質層MP。淀積光敏電介質材料MP層，而不淀積光阻層的原因是后者對以后要進行的鎳-金淀積不抗蝕。
如圖9所示，在電介質層MP中形成圖形。通過在以后要形成接點的位置，除掉光敏電介質材料MP層，利用光刻的方法，由該圖形限定接點的位置。
按照第1實施方案，把第3銅CU3層電鍍到第2銅層CU2沒覆蓋的部分。這樣，形成由3個連續的銅層CU1、CU2、CU3構成的高接點。
對于上述的電鍍技術，可以利用在其上電化學鍍的較薄鎳Ni保護層涂鍍第3銅層CU3。該電鍍方法利用電介質層MP作為掩模。通過在Ni鎳層上面薄鍍或電鍍金來完成該方法。此時又以電介質層MP作為掩模。金屬Au的厚度是大約0.1μm，利用它可改善芯片和接點之間的電接觸。
按照另一實施方案，圖中沒有表示，把較厚的鎳層電鍍到第2銅層CU2的沒覆蓋的部分。這樣形成的接點由兩個銅層CU1、CU2和厚的鎳層構成。用金層再覆蓋鎳層，以便提供良好的電接觸。應當注意，利用電介質層MP作為掩模淀積鎳和金層，并且，最好按照薄電鍍技術淀積金層。
上面已經結合具體的裝置敘述了本發明的原理，應當明白，所作的敘述只是舉例說明，而不是對發明保護范圍的限制。
權利要求
1.在電路上至少形成一個接點的方法，其特征是，在印刷電路板(PCB)表面上形成所述的接點，該電路板包括所述電路并且涂鍍第1銅(CU1)層，所述方法包括下述主要的連續步驟至少把第2銅(CU2)層鍍到所述第1銅(CU1)層的預定部分，把第3層金屬(CU3，Ni)鍍到至少所述第2銅(CU2)層部分的頂面上。
2.按照權利要求1的方法，其特征是，所述方法包括下列步驟淀積第1光阻材料(PR1)層，覆蓋所述第1銅(CU1)層；至少在要形成接點的位置，形成沒覆蓋所述第1銅(CU1)層的第1圖形；在所述第1銅(CU1)層沒覆蓋的部分上電鍍所述第2銅(CU2)層，所述第2銅(CU2)層基本上厚于所述第1銅(CU1)層。
3.按照權利要求2的方法，其特征是所述方法還包括下列步驟淀積第2光阻材料(PR2)層；至少在所述要形成接點的位置，形成沒覆蓋所述第2銅層(CU2)的第2圖形；在所述第2銅(CU2)層沒覆蓋的部分，電鍍所述第3金屬(CU3)層。
4.按照權利要求3的方法，其特征是，所述方法還包括下列步驟用第2金屬(SnPb)保護層涂鍍所述第3金屬(CU3)層；剝離光阻材料的所述第1(PR1)和第2(PR2)層；腐蝕沒保護的金屬層直到除掉沒保護的第1銅(CU1)層；剝掉第2金屬(SnPb)所述的保護層。
5.按照權利要求4的方法，其特征是，所述第3層金屬是銅(CU3)。
6.按照權利要求5的方法，其特征是，還包括電化學鍍一層鎳到沒保護的銅(CU2、CU3)層上的步驟。
7.按照權利要求6的方法，其特征是，還包括把一層金薄電鍍到所述鎳層上的步驟。
8.按照權利要求2的方法，其特征是，所述方法還包括下列步驟用第2金屬(SnPb)保護層涂鍍所述第2銅(CU2)層；剝離光阻材料的所述第1層(PR1)；腐蝕沒保護的第1銅層(CU1)；剝離所述第2金屬(SnPb)的保護層；淀積光敏電介質材料(MP)層；在所述要形成金屬接點的位置，形成除掉所述光敏電介質材料(MP)層的第2圖形；在所述第2銅(CU2)層沒覆蓋部分，電鍍所述第3金屬(CU3、Ni)層。
9.按照權利要求8的方法，其特征是，所述第3層金屬是銅(CU3)。
10.按照權利要求9的方法，其特征是還包括下述步驟，利用所述的光敏電介質材料(MP)層作為掩模，在所述接點上電化學鍍一層鎳(Ni)。
11.按照權利要求8的方法，其特征是，所述第3層的金屬是鎳(Ni)。
12.按照權利要求10或者11中任何一個方法，其特征是還包括下述步驟，利用所述光敏電介質材料(MP)層作為掩模，在所述鎳(Ni)層上薄鍍一層金(Au)。
13.按照權利要求4或8中任一個的方法，其特征是，所述保護層(SnPb)的第2金屬是錫-鉛。
全文摘要
一種在印刷電路板(PCB)上形成金屬接點或柱的方法。用該方法獲得的柱由連續3層金屬(CU1、CU2、CU3或鎳)構成,其中至少前兩層由銅構成。這樣形成接點的高度,足以用倒裝芯片技術把芯片裝配在印刷電路板上。利用電鍍(電流鍍)或電化學鍍技術可實現本方法。
文檔編號H05K3/28GK1195262SQ97129750
公開日1998年10月7日 申請日期1997年12月19日 優先權日1996年12月20日
發明者喬瑞斯·皮特斯, 安·阿凱特 申請人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司