专利名称：线路载板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种线路载板，特别是涉及一种其表面的焊罩层具有一阶梯状开口的线路载板。
背景技术：
覆晶接合技术(flip chip interconnect technology)是一种将晶片连接到承载器的封装技术，其主要是将晶片的多个焊垫利用面阵列(areaarray)的排列方式，配置在晶片的主动表面上，并在各个焊垫上分别依次形成球底金属层(UBM)及凸块，例如为焊料凸块，接着将晶片翻面(flip)之后，再利用这些凸块将晶片的主动表面上的这些焊垫分别电性及结构性地连接至一承载器(例如基板或印刷电路板PCB)的表面的多个接点。值得注意的是，覆晶接合技术可适用于高接脚数(high pin count)的晶片封装结构，并具有缩小封装面积及缩短信号传输路径等优点。
参照图1A，其表示公知的一种线路载板其预焊料与凸块未接合前的剖面示意图。线路载板100包括一基板110、多个接合垫120(图中仅示出一个)、一焊罩层130、一保护层140以及一预焊料150，其中基板110包括多个导线层、多个绝缘层以及多个导电孔(图中未示)，而每一绝缘层配置在相邻两导线层之间，每一导电孔穿过至少一绝缘层而连接至少两导线层。此外，这些接合垫120配置在基板110的表面112上，用以分别连接多个凸块12(图中仅示出一个)，例如为覆晶接合用的焊料凸块，其中接合垫120可由基板110的最外层的导线层构成。此外，由于基板110的导线层的材质通常为铜，所以接合垫120的材质也是铜，为了防止铜材质的接合垫120的表面发生氧化，通常在接合垫120的局部暴露的表面上配置一保护层140，例如一镍/金层。
同样参照图1A，焊罩层130全面性地覆盖在基板110的表面112，且焊罩层130具有多个孔径为D1的开口132(图中仅示出一个)，而开口132分别暴露出局部的接合垫120，也就是说，接合垫120为一焊罩定义(SolderMask Define，SMD)类型的接合垫，其中焊罩层130除可保护基板110的表面的图案化导线层以外，还可在回焊(reflow)这些预焊料150时，可限制预焊料150的流动，以避免相邻两预焊料150在回焊时彼此熔接，因而导致相邻两接合垫120之间的短路。
接着，参照图1B，其表示公知的一种线路载板在预焊料与凸块已接合后的剖面示意图。由于预焊料150与凸块12的组成成分通常为锡/铅合金，而预焊料150的锡/铅比例通常为37/63，且凸块12的锡/铅比例通常为5/95或3/97，使得预焊料150的熔点小于凸块12的熔点。因此，当凸块12与预焊料150接触并且回焊预焊料150之后，预焊料150将熔化而包覆在凸块12的底部与部分侧边，并将凸块12连接至接合垫120。
继续参照图1B，对于覆晶封装结构的线路载板100的可靠度测试，或是对于覆晶封装结构的后续正常使用，必须长期地维持凸块12与接合垫120之间的接合强度。一般来说，凸块12与接合垫120之间的接合强度是与预焊料150的体积成正比，所以当凸块12的密度不变的情况下，对于焊罩定义类型的线路载板100来说，焊罩层130的可容纳预焊料150的体积多少是与焊罩层130的开口132的大小成正比。因此，当焊罩层130的开口132的面积增加时，此时接合垫120的面积必须相对增加，以符合焊罩层定义类型的接合垫120，但在基板110的接合垫120的密度固定的情况下，接合垫120的面积的增加，将相对地导致基板110的导线密度降低，进而导致整体基板110的绕线密度降低。
同样参照图1B，凸块12的材质无论是含铅焊料或是无铅焊料，凸块12的成分都会包括锡。因此，当线路载板100在长期处于高功率与高电流密度的情况下，使得凸块12的内部的电子迁移趋于明显，因而导致凸块12的锡极易与接合垫120的铜在凸块12及接合垫120之间结合生成中介金属化合物IMC(图未示)。由于锡和铜的中介金属化合物的结构相当脆弱，因而导致凸块12和接合垫120之间的接合强度大幅地降低，当剪应力长期作用于凸块12和接合垫120时，很容易在凸块12和接合垫120之间发生断裂，因而导致凸块12与接合垫120之间的电性与结构性连接不良，甚至电性中断。此外，该电子迁移现象将导致凸块12与接合垫120之间的接合面内的金属原子产生迁移，使得其接合面容易产生空洞而断路。
同样参照图1B，由于电子封装体的封装集成度越来越高，使得连接至线路载板100的这些凸块12的密度也相对提高，焊罩定义的焊罩层130的开口132的密度也将相对提高，因而导致这些开口132和这些接合垫120的面积和间距必须相对变小，以配合这些凸块12的密度。然而，在开口132和接合垫120的面积均变小之后，使接合垫120与凸块12之间的接触面积变小，进而导致接合垫120的可通过电流的面积变小，使线路载板100的电流密度增加，因而导致接合垫120的电子迁移现象趋于明显，特别是这些长期处于高功率与高电流的电子封装体，例如中央处理单元(CPU)和绘图处理单元(GPU)更是如此。
新型内容因此，本实用新型的目的就是提供一种线路载板，其可容纳较多体积的预焊料，以增加凸块与接合垫之间的接合强度。
为达到本实用新型的上述目的，本实用新型提出一种线路载板，其适于连接至少一凸块。此线路载板包括一基板与至少一接合垫及一焊罩层，其中接合垫配置在基板的一表面，用以连接凸块，而焊罩层覆盖在基板的表面上，且焊罩层具有一阶梯状开口，其暴露出局部的接合垫，其中阶梯状开口具有一第一端与一第二端，而第一端比第二端远离接合垫，且第一端的孔径大于第二端的孔径。
基于上述，本实用新型的线路载板的焊罩层因具有一阶梯状开口，其具有较大空间以容纳较多体积的预焊料，所以可增加凸块与接合垫之间的接合强度。此外，本实用新型的线路载板因具有一电移阻抗层，其配置在预焊料及接合垫之间，所以可增加接合垫的电移阻抗，以减缓在接合垫和凸块之间中介金属化合物的生成速率，进而长时间地维持凸块与接合垫之间的接合强度。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易于理解，下面特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中图1A表示公知的一种线路载板，其预焊料与凸块未接合前的剖面示意图；图1B表示公知的一种线路载板，其预焊料与凸块已接合后的剖面示意图；图2A表示本实用新型优选实施例的一种线路载板，其预焊料与凸块未接合前的剖面示意图；图2B表示本实用新型优选实施例的一种线路载板，其预焊料与凸块已接合后的剖面示意图；图3表示本实用新型优选实施例的一种线路载板，其还具有一电移阻抗层的剖面示意图。
具体实施方式
参照图2A，其表示本实用新型优选实施例的一种线路载板，其预焊料与凸块未接合前的剖面示意图。线路载板200包括一基板210、多个接合垫200(图中仅示出其一)、一焊罩层230、一保护层240、一预焊料250，其中基板210包括多个导线层、多个绝缘层以及多个导电孔(图中未示出)，每一绝缘层配置在相邻两导线层之间，且每一导电孔穿过至少一绝缘层而连接至少两导线层。此外，这些接合垫220配置在基板210的表面212上，用以连接多个凸块22，例如是覆晶接合用的焊料凸块，其中接合垫220可由基板210的最外层的导线层构成，由于基板210的导线层的材质通常为铜，所以接合垫220的材质也是铜，为了防止铜材质的接合垫220的表面发生氧化，保护层240配置在接合垫220的暴露出的表面，例如为一镍/金层。
同样参照图2A，焊罩层230全面性地覆盖在基板210的表面212，且焊罩层230具有多个阶梯状开口232(图中仅示出其一)，而阶梯状开口232暴露出局部的接合垫220，也就是说，接合垫220为一焊罩定义(SMD)类型的接合垫，其中焊罩层230除可保护基板210的表面的图案化导线层以外，还可在回焊这些预焊料250时，限制住预焊料250的流动，以避免相邻两预焊料250在回焊时彼此熔接，因而导致相邻两接合垫220之间的短路。
接着参照图2B，其表示本实用新型优选实施例的一种线路载板，其预焊料与凸块已接合后的剖面示意图。由于预焊料250与凸块22的组成成分通常为锡/铅合金，而预焊料250的锡/铅比例通常为37/63，凸块22的锡/铅的比例通常为5/95或3/97，使得预焊料250的熔点小于凸块22的熔点。因此，当凸块22与预焊料250接触，并回焊预焊料250之后，预焊料250会熔化而包覆于凸块22的底部与部分侧边，并将凸块22连接至接合垫220。
同样参照图2B，值得注意的是，为了容纳较多的预焊料250，以增加凸块22和接合垫220之间的接合强度，本优选实施例的焊罩层230的开口为阶梯状开口232(图中仅示出其一)，例如为多层阶梯状，这些阶梯状开口232分别具有一第一端232a和一第二端232b，其中第一端232a比第二端232b较远离接合垫220，且阶梯状开口232的第一端232a的孔径D2大于阶梯状开口232的第二端232b的孔径D3。
接着同时参照图1B和2B，与公知线路载板100的焊罩层130的开口132的孔径D1相比较，在开口132的孔径D1与阶梯状开口232的孔径D2相等的情况下，本实用新型的阶梯状开口232因具有较大的容积，所以可容纳较多体积的预焊料250，因而可增加凸块22和接合垫220之间的接合强度。
同时参照图1B和2B，由于本实用新型的阶梯状开口232的孔径D3小于公知开口132的孔径D1，所以本实用新型的线路载板200仅为一较小面积的接合垫220就可以构成一焊罩定义(SMD)类型的接合垫。因此，当基板210的每相邻两个接合垫220的间距固定时，因接合垫220的面积变小，因此，配置在相邻两接合垫220之间的导线(图未示)数目将可增加；相对来说，当在基板210的两接合垫220之间的导线数目为固定时，由于接合垫220的面积变小，使得相邻两接合垫220的间距将可缩减，所以可增加基板210上的接合垫220的密度。基于上述，本优选实施例的线路载板200的阶梯状开口232可增加整体线路载板200的绕线密度。
同时参照图1B和2B，当本实用新型的阶梯状开口232的容积与公知的开口132的容积相同时，本实用新型的线路载板200的阶梯状开口232的孔径D2小于公知的线路载板100的开口132的孔径D1，使得本实用新型的阶梯状开口232的孔径D3更小于公知开口132的孔径D1。因此，本实用新型的线路载板200仅需一更小面积的接合垫220即可构成一焊罩定义(SMD)类型的接合垫，因此，本优选实施例线路载板200的阶梯状开口232可以更加增加整体基板210的绕线密度。
参照图3，其表示本实用新型优选实施例的一种线路载板，其还具有一电移阻抗层的剖面示意图。当凸块22长期处于高温和高电流密度的情况下，凸块22的内部的电子迁移将趋于明显，因而导致凸块22的锡在凸块22和接合垫220之间极易与接合垫220的铜结合生成中介金属化合物(图未示)。因此，为了减缓铜和锡的中介金属化合物层生成在凸块22及接合垫220之间的速率，以便长期地维持凸块22和接合垫220之间的接合强度，本优选实施例的线路载板201在接合垫220与预焊料250之间配置一电移阻抗层260，以提高接合垫220的电移阻抗，所以可减缓中介金属化合物层的生成速率。
继续参照图3，当线路载板300的阶梯状开口232的孔径D2小于或等于公知的线路载板100的开口132的孔径D1时，这时阶梯状开口232的孔径D3必小于公知开口132的孔径D1，使得接合垫220的面积小于接合垫120的面积，此时接合垫220的电子迁移现象必然大于接合垫120的电子迁移现象，但由于本优选实施例还配置一电移阻抗层260在接合垫220与预焊料250之间，因此，接合垫220的电移阻抗将可补偿到等于或甚至高于接合垫120的电移阻抗。
任何本领域的技术人员可知，本实用新型的线路载板可以应用在覆晶接合型态的封装技术。
综上所述，本实用新型具有下列优点(1)本实用新型的焊罩层的阶梯状开口可容纳较多体积的预焊料，所以可增加凸块和接合垫之间的接合强度。
(2)本实用新型的阶梯状开口仅需一较小的接合垫，就可构成一焊罩定义类型的接合垫，所以可提高绕线密度。
(3)本实用新型的电移阻抗层可增加接合垫的电移阻抗，因而减缓凸块与接合垫之间的中介金属化合物的生成速率，并可有效地减缓接合垫内的铜的消耗，进而长时间地维持凸块与接合垫之间的接合强度。
虽然本实用新型已以一优选实施例揭示，但并非用以限定本实用新型，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作出些许更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以后附的权利要求书界定。
权利要求1.一种线路载板，适于连接至少一凸块，其特征在于，包括一基板，具有一表面；至少一接合垫，配置在所述基板的所述表面，连接所述凸块；以及一焊罩层，覆盖在所述基板的表面上，且所述焊罩层具有至少一阶梯状开口，其暴露出局部的接合垫，其中所述阶梯状开口具有一第一端和一第二端，而所述第一端较比所述第二端远离所述接合垫，所述第一端的孔径大于所述第二端的孔径。
2.如权利要求1所述的线路载板，其特征在于，所述接合垫的材质包括铜，所述凸块的组成成分包括锡。
3.如权利要求1所述的线路载板，其特征在于，还包括一预焊料，其配置在暴露出局部的所述接合垫上，接合垫经由预焊料与凸块连接。
4.如权利要求1所述的线路载板，其特征在于，还包括一电移阻抗层，其配置在暴露出局部的接合垫上，所述电移阻抗层增加接合垫的电移阻抗。
5.如权利要求4所述的线路载板，其特征在于，还包括一预焊料，其配置在所述电移阻抗层上与所述焊罩层的阶梯状开口内，接合垫经由预焊料而与凸块连接。
6.如权利要求5所述的线路载板，其特征在于，所述电移阻抗层的熔点大于预焊料的熔点。
专利摘要一种线路载板，适于连接至少一凸块，该线路载板包括一基板、至少一接合垫以及一焊罩层，其中接合垫配置在基板的一表面，用以连接所述的凸块，而焊罩层覆盖在基板表面和接合垫上，且焊罩层具有至少一阶梯状开口，其暴露出局部的接合垫，其中阶梯状开口具有一第一端和一第二端，第一端较第二端远离接合垫，且第一端的孔径大于第二端的孔径。焊罩层的阶梯状开口可容纳较多体积的预焊料，以增加凸块与接合垫之间的接合强度。
文档编号H01L23/12GK2689448SQ200420003900
公开日2005年3月30日 申请日期2004年3月4日 优先权日2004年3月4日
发明者杨智安 申请人:威盛电子股份有限公司