专利名称：加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板结构及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种使用于半导体封装工艺中以雷射钻孔加强散热式晶片朝下球型阵列载板结构及制造方法，可解决IC封装的散热降温、电镀导线末端讯号回溯产生干扰杂讯与增加其它I/O布局需求的问题。
公知改善高功率IC散热的做法，是在陶瓷或有机载板晶片的背面，另外附着鳍片型的散热座，也可另提供一些具散热效果的BGA封装结构，但由于这些公知的方法，都需多一道制作工序，使得该封装的成本增加，且晶片未能直接和散热鳍片接触，以致使得散热的效果不佳。此外，世界第一大封装厂AmKor/AnAm所推出SUPER BGA及德州仪器公司(IT)的USTAR BG，也类似以HEAT SINK配合嵌入朝下方式设计，试图增强其散热效果，其基本上为BT材料的PBGA，并以机械钻孔作导通孔(孔径ф250цm)，并需拉电镀镍/金导电线方式，但仍无法达到本发明所能提供的以雷射钻微小导通孔(孔径ф50--ф150цm)的能力。
一般BGA载板的设计因考虑到散热效率对晶片的影响，通常会将接地层(GND-GROUND-大面积金属层)设计放在载板的最低层，其以三层板为例，其三层板结构为层1-层2为讯号层，层3为接地层，这种三层板设计使用在高速逻辑线路时，由于密集布线且讯号层过近的原因，造成会有串讯干扰，因此本发明的结构上已由多片金属补强片提供绝佳散热效率，所以设计时可将该接地层移至层2，而使用层1和3作为线路讯号层，因此可将串讯问题解决。
再加上本发明所揭露的无电镀导线的布线设计，可具有布线密度高、无杂讯回授及使用多片金属补强片补强结构等优点，所以本发明的设计结构与其制造方法完全改善前述公知方法的缺点。
因此为达到以上目的，本发明提供一种雷射钻孔加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板的制造方法，包括提供一第一基板，该第一基板上下表面预先形成一第二金属层与一第三金属层，以形成内层线路；再以一干膜影像转移的方式，蚀刻该第二金属层形成一第二金属层线路，并开雷射光罩于该第三金属层上形成一多个第三雷射光罩开口。
压合一第二基板，于该第二金属层线路表面上压合一第二基板，并于该第二基板上形成一第一金属层，以形成外层线路。
雷射钻孔形成第三通孔，是以雷射钻孔方式于该第三金属层至该第二金属层间形成一多个第三通孔，或于该第三金属层至第一金属层间形成一多个第三通孔；并于该第三通孔中镀金属材料后，接着以一干膜影像转移的方式蚀刻该第三金属层形成一第三金属层线路；压合一第三基板，于该第三金属层线路表面压合一第三基板，且该第三基板中是具有一个金属补强片构造，再以一干膜影像转移的方式开雷射光罩于第一金属层上形成一多个雷射光罩口；雷射钻孔形成第一通孔，是以雷射钻孔方式于该第一金属层至该第二金属层间形成一多个第一通孔，并于该第一通孔中镀金属材料后，接着以一干膜影像转移的方式于该第一金属层上电镀镍金，接着对该第一金属层进行线路蚀刻，形成一第一金属层线路；印刷防焊阻剂于该第一金属层线路表面，且将该第一、第二与第三基板切孔形成一晶片嵌入区域，并压合一散热片于该第三基板的一侧，作为散热之用。
图号101第一基板201第一基板102第二金属层 202第二金属层线路102a 第二层属层线路 203第三金属层线路103第三金属层 206第二基板104干膜207第一金属层线路105雷射光罩208第三通孔106第二基板209镀金属材料107第一金属层 211第三基板107a 第一金属层线路 214第一通孔108a 第三通孔215镀金属材料108b 第三通孔217电镀镍金109镀金属材料 218防焊阻剂110干膜219晶片嵌入区域111第三基板220散热片112干膜301基板113雷射光罩302第一金属层114第一通孔303第二金属层115镀金属材料 304雷射的方式钻通孔116干膜305通孔中镀金属层
117 电镀镍金 306 干膜118 防焊阻剂 307 镀镍金层119 晶片嵌入区域 308 干膜120 散热片309 印刷防焊阻剂压合一第二基板106步骤，于该第二金属层线路102A表面上利用热压方式结合一第一基板106及金属层107，如
图1(E)所示，其中该第二基板可为一树脂层，其厚度约为50--100μm。利用金属层107以形成外层线路，其中该第二基板106上的该第一金属层107材料可为铜，厚度约为9μm。
雷射钻孔形成第三通孔步骤，是以雷射钻孔方式，如图1(F)所示，于该第三金属层103至该第二金属层102间形成一多个第三通孔108a，或于该第三金属层103至该第一金属层107间形成一多个第三通孔108b；并于该第三通孔108a、108b中镀金属材料109后，如图1(G)所示，其中该第三通孔与该第一通孔中镀金材料可为铜，厚度约为15μm。接着以一干膜110影像转移的方式，如图1(H)所示，然后蚀刻该第三金属层103形成一第三金属层线路103a，如图1(I)所示，其中形成该第一金属层线路103a后，剥除干膜110，可再施予一黑氧化步骤，将该第一金属层线路表面黑氧化形成一第二黑氧化层。
压合一第三基板111步骤，于该第三金属层线路103a表面压合一第三基板111，如图1(J)所示，其中该第三基板111材料，是以一双马来酰亚胺三嗪(BT)介电材料或为其它的有机热压粘合材料，以结合该第三基板111中是具有一个或一个以上的金属补强片STIFFENER构造，其中的该金属补强片材料可为一铜、铝或其它合金，以提供支撑板弯，板翘及提高散热功率的设计运用，再以一干膜112影像转移的方式，如图1(K)所示，开雷射光罩113于该第一金属层107上形成一多个第一雷射光罩开口；如图1(L)所示；雷射钻孔形成第一通孔步骤，是以雷射钻孔方式于该第一金属层107至该第二金属层102间形成一多个第一通孔114，如图1M所示，并于该其中第一通孔114中镀金属材料115后，如图1N所示其中该第一通孔114中镀金属材料115可为铜，厚度约为15μm。接着以一干膜116影像转移的方式，如图1(O)所示；再于该第一金属层上电镀镍金117，如图1(P)所示；接着对该第一金属层107进行线路蚀刻。如图1(Q)所示，形成一第一金属层线路107a；形成一防焊阻剂步骤，是以一印刷喷涂或混涂等方式将防焊阻剂118形成于该第一金属层线路107a表面，且以暴光显影工艺形成图样，如图1(R)所示，之后将该第一基板101、第二基板106与第三基板111切孔，如图1(S)所示，形成一晶片嵌入区域119，并压合一散热片120于该第三基板111的一侧；作为散热之用。
而且本发明经由以上的制造方法所形成的结构，如图2所示，包括一第一基板201，该第一基板上下表面具有一第二金属层线路202与一第三金属层线路203，以形成内层线路；一第二基板206，该第二基板206形成与该第二金属层线路202表面，并于该第二基板206上形成一第一金属层线路207，以形成外层线路。
一多个第三通孔208，是以雷射钻孔方式于该第三金属层线路203至该第二金属层线路202间形成，或于该第三金属层线路203至第一金属层线路207间形成；且该第三通孔208中镀金属材料209；一第三基板211，该第三基板211形成于该第三金属层线路203表面，且该第三基板211中是具有一个或一个以上的金属补强片构造；一复数个第一通孔214，是以雷射钻孔方式于该第一金属层线路207至该第二金属层线路202间形成，，且该第一通孔214中镀金材料215，该第一金属层线路上电镀镍金217；一防焊阻剂218，该防焊阻剂是以一印刷喷涂SPRAY COATING或混涂等方式形成，且防焊阻剂是形成于该第一金属层线路207表面，并且该第一基板201、第二基板206与第三基板211切孔形成一晶片嵌入区域219，并压合一散热片220HEAT SINK于该第三基板211的一侧；由公知技艺中为降低晶片温度，增强散热效果，以PBGA载板上的晶片背面，另附着鳍片型散热座的方式增强散热功率，且减低晶片温度，公知双面板的IC热阻抗约为2.4℃/瓦特，4层板的热阻抗约为1.8℃/瓦特，而本发明的以上实施方案以一个或多个金属补强片作为散热片时，其晶片直接以嵌入朝下的结构粘着接触该散热片，因此其热阻抗可大幅度降为约为1.3℃/瓦特，如图3所示，将可增强散热功率，并提供功率至5瓦特以上的IC使用。
本发明的另一实施方案为线路布局是以无电镀导线BUSSLESS设计，因此电镀导线末端讯号回溯，所产生干扰讯号可解决，并减少电镀导线的布线空间，该多出的空间可增加其它I/O布局需求的应用，可在不改变载板面积下增加布线密度，以大幅度降低成本，至少包括下列步骤提供一基板，该基板301上下预先形成一第一金属层302与第二金属层303；钻孔与镀金金属于孔中步骤，是于该基板301、第一金属层302与该第二金属层303以雷射的方式钻孔304，并于该通孔中镀金金属层305；镀镍金属形成步骤，是先形成一干膜306，且以影像转移方式于该第一金属层302与第二金属层303上的镀金属层305表面形成一镀镍金属层307；蚀刻形成金属线路步骤，是先形成一干膜308，蚀刻该金属层305、第一金属层302与第二金属层303，形成金属线路；印刷防焊阻剂309步骤。
因为一般BGA板考虑到散热效率通常将接地层(GND-GROUND-大面积金属层)放在最底层其以三层板为例结构为层1-层S2为讯号层，层3为接地层，这种设计在高速逻辑线路由于密集布线且讯号层会过近会有串讯干扰。因此本发明结构上已由一个或多个以上的金属补强片提供绝佳散热功率，所以设计将接地层移至层2、层1及层3放线路讯号层，可将串讯问题解决。
而且本发明更揭露一种只使用金属补强片为基础，并配合以雷射钻孔微小控制作导通孔方式连接多层板载结构间的电路，且配合全板镀金工艺，制作无导电线的电镀镍/金表面处理线路的多层板载板结构和形成该结构的制造方法，其中本发明的一种线路布局是以无电镀导线设计制作导通孔的布局方式，可为完全对称堆叠性式。逐层增设式等变化运用，如图5A-图5D所示。
本发明与“现有技术”比较本发明的优点在于1.以金属补强片作为散热片之用，晶片直接黏着接触其热阻抗可大幅降为约1.3℃/瓦特，将可提供功率至5瓦特以上的IC使用。
2.线路布局无线电镀导线设计，电镀导线末端讯号回溯产生干扰杂讯的问题可解决，减少电镀导线的布线，可多出空间增加其它I/O布局需求的应用，可在不改变载板面积下增加布线密度大幅降低成本。
3.全板镀镍/金工艺及雷射微小孔导通孔工艺的发明可支援本发明结构载板的制作。
因此，本发明的“一种雷射钻孔加强散热式晶片嵌入朝下球形阵列载板结构及制造方法”，确能籍所揭露的技艺，达到所预期的目的与功效，符合发明专利的新颖性，进步性与产业利用性的重要条件。
以上所揭露的图式及说明，仅为本发明的较佳实施方案而已，并非用以限定本发明的精神，所作的变化或修改，皆应涵盖在以下本案的申请专利范围内。
权利要求
1.一种雷射钻孔加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板的制造方法，包括提供一第一基板，该第一基板上下表面预先形成一第二金属层与一第三金属层，以形成内层线路；再以一干膜影像转移的方式，蚀刻该第二金属层形成一第二金属层线路，并开雷射光罩于该第三金属层上形成一多个第三雷射光罩开口；压合一第二基板，于该第二金属层线路表面上压合一第二基板，并于该第二基板上形成一第一金属层，以形成外层线路；雷射钻孔形成第三通孔，是以雷射钻孔方式于该第三金属层至该第二金属层间形成一多个第三通孔，或于该第三金属层至第一金属层间形成一多个第三通孔；并于该第三通孔中镀金属材料后，接着以一干膜影像转移的方式蚀刻该第三金属层形成一第三金属层线路；压合一第三基板，于该第三金属层线路表面压合一第三基板，且该第三基板中是具有一个或一个以上的金属补强片构造，该金属补强片材料可为一铜(Cu)、铝(Al)或其它合金，以提供支撑板弯，板翘及提高散热功率的设计运用，再以一干膜影像转移的方式开雷射光罩于该第一金属层上形成一多个第一雷射光罩开口；雷射钻孔形成第一通孔，是以雷射钻孔方式于该第一金属层至该第二金属层间形成一多个第一通孔，并于该第一通孔中镀金属材料后，接着以一干膜影像转移的方式于该第一金属层上电镀镍金，接着对该金属层进行线路蚀刻，形成一第一金属层线路；形成一防焊阻剂，是以一印刷喷涂或混涂等方式，将该防焊阻剂形成于该第一金属层线路表面，且将该第一、第二与第三基板切孔形成一晶片嵌入区域，并压合一散热片于该第三基板的一侧，作为散热之用。
2.如权利要求1所述的加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板的制造方法，其中该第一基板材料，是可为一双马来酰亚胺三嗪(BT)介电材料或为其它的有机材料甚至可为无机陶瓷材料，厚度约为60--300μm，且该第二金属层与该第三金属层的材料可为铜(Cu)，厚度约为12μm。
3.如权利要求1所述的加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板的制造方法，其中蚀刻该第二金属层前，可将该第二金属层与该第三金属层作一薄化处理，薄化的厚度约为9μm。
4.如权利要求1所述的加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板的制造方法，其中形成该第二金属层线路后，可再加入一黑氧化步骤，将该第二金属层线路表面黑氧化，形成一第二黑氧化层。
5.如权利要求1所述的制造方法，其中该第二基板可为一树脂层，其厚度约为50--100μm。
6.如权利要求1所述的制造方法，其中该第二基板上的该第一金属层材料可为铜(Cu)，厚度约为9цm。
7.如权利要求1所述的制造方法，其中该第三通孔与该第一通孔中镀金属材料可为铜(Cu)，厚度约为15цm。
8.如权利要求1所述的制造方法，其中形成该第一金属层线路后，可再施予一黑氧化步骤，将该第一金属层线路表面黑氧化，形成一第二黑氧化层。
9.如权利要求1所述的制造方法，其中该第三基板材料，是可为一双马来酰亚胺三嗪(BT)介电材料或为其它的有机热压粘合材料。
10.一种雷射钻孔加强散热式晶片嵌入朝下球型阵列载板结构，包括一第一基板，该第一基板上下表面具有一第二金属层线路与一第三金属层线路，以形成内层线路；一第二基板，该第二基板形成与该第二金属层线路表面，并于该第二基板上形成一第一金属层线路，以形成外层线路；一多个第三通孔，是以雷射钻孔方式于该第三金属层线路至该第二金属层线路间形成，或于该第三金属层线路至第一金属层线路间形成；且该第三通孔中镀金属材料；一第三基板，该第三基板形成于该第三金属层线路表面，且该第三基板中是具有一个或一个以上的金属补强片构造，其中该金属补强片材料可为一铜(Cu)、铝(Al)或其它合金，以提供支撑板弯，板翘及提高散热功率的设计运用；一多个第一通孔，是以雷射钻孔方式于该第一金属层线路至该第二金属层线路间形成，且该第一通孔中镀金属材料，该第一金属层线路上电镀金；一防焊阻剂，该防焊阻剂是以一印刷喷涂或混涂等方式，形成于该第一金属层线路表面，并且该第一、第二与第三基板切孔形成一晶片嵌入区域，并在该第三基板的一侧具有一散热片；
11.如权利要求10所述的结构，其中形成该第一基板材料，是可为一双马来酰亚胺三嗪(BT)介电材料或为其它的有机材料甚至可为无机陶瓷材料，厚度约为60--300μm，且该第二金属层与该第三金属层的材料可为铜(Cu)，厚度约为12μm。
12.如权利要求11所述的结构，其中可将该第二金属层与该第三金属层作一薄化处理，薄化的厚度约为9μm。
13.如权利要求10所述的板结构，其中该第一金属层与该第二金属层线路表面可形成一第二黑氧化层，是利用一黑氧化步骤，将该第一金属层线路表面黑氧化，形成一第二黑氧化层。
14.如权利要求10所述的结构，其中该第二基板可为一树脂层，其厚度约为50--100μm。
15.如权利要求10所述的板结构，其中该第二基板上的该第一金属层材料可为铜(Cu)，厚度约为9μm。
16.如权利要求10所述的结构，其中该第三通孔与该第一通孔中镀金材料可为铜(Cu)，厚度约为15μm。
17.如权利要求10所述的结构，其中该第三基板材料，是可为一双马来酰亚胺三嗪(BT)介电材料或为其它的有机热压粘合材料。
全文摘要
本发明以多层板中的金属补强片为基础，公开了一种加强散热式晶片嵌入朝下球形阵列载板结构及制造方法。达到以金属补强片配合IC封装需求，可弹性调整补强片厚度，以提供支撑板弯，板翘及提高散热功率的设计运用。本发明结构设计更可利用电镀镍/金的表面处理工艺，使得可利用不需拉电镀导电线的布线设计全板镀金制作无导电线的电镀镍/金的表面处理的工艺技术，及利用以雷射钻微下孔增层制作导孔的方式减少雷镀导线的布线空间，该多出空间可增加其它I/O布局需求的应用。而且其微小导通孔布局可为完全对称，堆叠性式，逐层增设式等变化运用。
文档编号H01L21/60GK1434495SQ0210251
公开日2003年8月6日 申请日期2002年1月23日 优先权日2002年1月23日
发明者张谦为, 黄胜川 申请人:景硕科技股份有限公司