低弯翘无芯基板及其半导体组体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无芯基板，其包括一增层电路、一抗弯控制件及一选择性的加强层。该抗弯控制件贴附于增层电路用于接置焊球的该侧，以对无芯基板提供机械支撑，而选择性的加强层位于增层电路用于接置芯片的该侧，并环绕于无芯基板的外围边缘处，以对无芯基板的外围区域提供机械支撑。
【专利说明】
低弯翘无芯基板及其半导体组体
技术领域
[0001]本发明涉及一种无芯基板，特别是一种具有抗弯控制件的无芯基板及其半导体组体。
【背景技术】
[0002]电子装置(如多媒体装置)的市场趋势倾向于更迅速且更薄型化的设计需求。其中一种方法是通过无芯基板，以互连半导体芯片，以使组合装置可更加薄型化，并可改善信号完整性。美国专利案号7，851，269、7，902，660、7，981，728及8，227，703即是基于此目的而揭露各种无芯基板。然而，由于无芯基板容易因工艺中重复加热及冷却而发生弯翘，因而仍无法被普遍采用。
[0003]美国专利案号9，185，799、8，860，205、7，981，728及7，902，660企图解决此问题却收效甚微。此外，通过修饰树脂材料特性或于无芯基板边缘加设加强层的公知方法，仅能部分地改善整体的刚性，但无法解决局部(尤其是无芯基板中央处)的弯翘问题。
[0004]为了上述理由及以下所述的其他理由，目前亟需发展一种新式无芯基板，以达高信号完整度及薄型要求，同时确保于组装及操作过程中不易发生弯翘情况。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是提供一种无芯基板，其使用抗弯控制件以对无芯基板的芯片接置区域提供机械支撑力，从而改善组体的机械可靠度。
[0006]本发明的另一目的是提供一种无芯基板，其使用增层电路以对无芯基板提供最短的可能互连长度，俾而降低电感并改善组体的电性效能。
[0007]依据上述及其他目的，本发明提出一种低弯翘无芯基板，其包括一增层电路及一抗弯控制件。于一优选【具体实施方式】中，该增层电路于顶侧处提供电性接点，以供芯片连接，同时亦于底侧处提供电性接点，以供下一级组体连接;而该抗弯控制件则贴附于增层电路的底侧处，并对准芯片接置区域。
[0008]于另一方式中，本发明提供一种低弯翘无芯基板，其包括:一增层电路，其具有一顶侧、一相对的底侧、位于该顶侧处的接合垫、及位于该底侧处的接触垫，其中所述接触垫电性耦接至所述接合垫；以及一抗弯控制件，其设置于增层电路的底侧上。
[0009]于再一方式中，本发明提供一种半导体组体，其包括:上述低弯翘无芯基板及一半导体元件，其中该半导体元件设置于增层电路的顶侧上，并电性耦接至所述接合垫。
[0010]本发明的低弯翘无芯基板具有许多优点。举例来说，该抗弯控制件可对增层电路提供抗弯平台，以解决无芯基板中央区域的局部弯翘问题。该无芯基板可选择性地更包括一加强层，其位于该增层电路顶侧的外围区域上。据此，该选择性的加强层可对无芯基板的外围区域提供机械支撑力。通过无芯基板相对两侧处的加强层及抗弯控制件所提供的机械强度，即可同时解决整体刚性及局部弯翘问题。
[0011]本发明的上述及其他特征与优点可通过下述优选实施例的详细叙述更加清楚明了。
【附图说明】
[0012]参考附图，本发明可通过下述优选实施例的详细叙述更加清楚明了，其中:
[0013]图1、2及3分别为本发明一实施方式中，低弯翘无芯基板的剖视图、顶部及底部立体示意图；
[0014]图4及5分别为本发明一实施方式中，半导体组体的剖视图及顶部立体示意图；
[0015]图6为本发明一实施方式中，层压基板的剖视图，其具有底部金属层、第一介电层及第一金属层；
[0016]图7为本发明一实施方式中，图6结构上形成第一盲孔的剖视图；
[0017]图8为本发明一实施方式中，图7结构上形成第一导线的剖视图；
[0018]图9为本发明一实施方式中，图8结构上形成第二介电层及第二金属层的剖视图；
[0019]图10为本发明一实施方式中，图9结构上形成第二盲孔的剖视图；
[0020]图11、12及13分别为本发明一实施方式中，图10结构上形成第二导线、定位件及接触垫的剖视图、顶部及底部立体示意图；
[0021]图14及15分别为本发明另一实施方式中，另一低弯翘无芯基板的剖视图及顶部立体示意图；以及
[0022]图16及17分别为本发明另一实施方式中，另一半导体组体的剖视图及顶部立体示意图。
[0023]【附图标记说明】
[0024]无芯基板100、200半导体组体110、210
[0025]增层电路10底侧101
[0026]顶侧103中央区域105
[0027]底部金属层11定位件116
[0028]接触垫118第一金属层12
[0029]第一介电层121第一盲孔123
[0030]第一导线125第一导电盲孔127
[0031]第二金属层13第二介电层131
[0032]第二盲孔133第二导线135
[0033]第二导电盲孔137接合垫138
[0034]抗弯控制件20黏着剂31、33
[0035]加强层40贯穿开口 405
[0036]半导体元件51焊料凸块61
[0037]焊球63
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0039]在下文中，将提供一实施例以详细说明本发明的实施方式。本发明的优点以及功效将通过本发明所揭露的内容而更为显著。在此说明所附的附图是简化过的且作为示例用。附图中所示的元件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且元件的配置可能更为复杂。本发明中也可进行其他方面的实践或应用，且不偏离本发明所定义的精神及范畴的条件下，可进行各种变化以及调整。
[0040][实施例1]
[0041]图1、2及3分别为本发明一实施方式中，一种低弯翘无芯基板100的剖视图、顶部及底部立体视图，其包括一增层电路10及一抗弯控制件20。
[0042]增层电路10具有一底侧101、一相对的顶侧103、位于底侧101处的接触垫118、及位于顶侧103处的接合垫138。接触垫118形成于底侧101的中央区域外，并通过垂直及侧向路由电性耦接至接合垫138 ο于此图中，接触垫118的垫间距及垫尺寸大于接合垫138的垫间距及垫尺寸，而接合垫138的垫间距及垫尺寸与随后接置其上的半导体元件I/O垫相符。由此，可将具有精细接垫的半导体元件电性耦接至增层电路10的顶侧103，并可由增层电路10的底侧101进行下一级的板级组装(board assembling)。
[0043]抗弯控制件20设置于增层电路10的底侧101上，并覆盖底侧1I的中央区域。抗弯控制件20通常由高弹性模量(elastic modulus)材料(5GPa至500GPa)所制成，如陶瓷、石墨、玻璃、金属或合金。抗弯控制件20亦可使用树脂/陶瓷复合材，如模塑料(mo I dingcompound)。优选为，抗弯控制件20具有低热膨胀系数(可与娃约3ppm/K相比拟)。此外，抗弯控制件20优选具有0.1毫米至1.0毫米的厚度。因此，抗弯控制件20可对中央区域提供机械支撑力。于此图中，该增层电路10更具有一定位件116，其由其底侧101凸出，并侧向环绕中央区域。据此，当抗弯控制件20通过黏着剂31贴附至底侧101的中央区域时，定位件116可控制抗弯控制件20置放的准确度。
[0044]定位件116朝向下方向延伸超过抗弯控制件20的贴附面，并且位于抗弯控制件20的四侧表面外，同时于侧面方向上侧向对准抗弯控制件20的四侧表面。据此，通过定位件116侧向对准并靠近抗弯控制件20的外围边缘，得以将抗弯控制件20限制于中央区域。优选为，抗弯控制件20与定位件116间的间隙约于25微米至100微米的范围内。此外，亦可于未使用定位件116的情况下，进行抗弯控制件20的贴附步骤。
[0045]图4及5分别为半导体组体110的剖视图及顶部立体示意图，其中半导体元件51(绘制成芯片)接置于图1、2及3所示的低弯翘无芯基板100上。该半导体元件51以覆晶方式通过焊料凸块61而接置于增层电路10的接合垫138上。于此图中，该抗弯控制件20对准芯片接置区域，且抗弯控制件20的厚度薄于接置于增层电路10接触垫118上的焊球63。如此一来，抗弯控制件20即不会对下一级组体造成干涉。
[0046]于本发明中，该增层电路10可通过任何方式制成，而图6-13所示的下述步骤仅作为说明范例。
[0047]图6为层压基板的剖视图，其包括一底部金属层11、一第一介电层121及一第一金属层12。第一介电层121接触底部金属层11及第一金属层12，并夹置于底部金属层11与第一金属层12之间，且通常具有50微米厚度。第一介电层121可由环氧树脂、玻璃环氧树脂、聚酰亚胺、或其类似物所制成。底部金属层11及第一金属层12则通常由铜所制成。
[0048]图7为形成第一盲孔123的剖视图。第一盲孔123可通过各种技术形成，如激光钻孔、电浆蚀刻、及微影技术，且通常具有50微米的直径。可使用脉冲激光提高激光钻孔效能。或者，可使用扫描激光束，并搭配金属光罩。第一盲孔123延伸穿过第一金属层12及第一介电层121，并对准底部金属层11的选定部分。
[0049]参考图8，通过金属沉积及金属图案化工艺形成第一导线125于第一介电层121上。第一导线125自底部金属层11朝上延伸，并填满第一盲孔123，以形成直接接触底部金属层11的第一导电盲孔127，同时侧向延伸于第一介电层121上。因此，第一导线125可提供X及Y方向的水平信号路由以及穿过第一盲孔123的垂直路由。
[0050]第一导线125可通过各种技术沉积为单层或多层，如电镀、无电电镀、蒸镀、溅镀或其组合。举例来说，首先通过将该结构浸入活化剂溶液中，使第一介电层121与无电镀铜产生触媒反应，接着以无电电镀方式被覆一薄铜层作为晶种层，然后以电镀方式将所需厚度的第二铜层形成于晶种层上。或者，于晶种层上沉积电镀铜层前，该晶种层可通过溅镀方式形成如钛/铜的晶种层薄膜。一旦达到所需的厚度，即可使用各种技术图案化被覆层，以形成第一导线125，其包括湿蚀刻、电化学蚀刻、激光辅助蚀刻及其组合，并使用蚀刻光罩(图未不)，以定义出第一导线125。
[0051 ]图9为第二介电层131及第二金属层13由上方层压或涂布于第一介电层121及第一导线125上的剖视图。第二介电层131接触第一介电层121、第一导线125及第二金属层13，并夹置于第一介电层121/第一导线125与第二金属层13之间。第二介电层131可由环氧树脂、玻璃环氧树脂、聚酰亚胺、或其类似物所制成，且通常具有50微米厚度。第二金属层13通常为铜层。
[0052]图10为形成第二盲孔133以显露第一导线125选定部位的剖视图。第二盲孔133延伸穿过第二金属层13及第二介电层131，并对准第一导线125的选定部位。如第一盲孔123所述。第二盲孔133可通过各种技术形成，如激光钻孔、电浆蚀刻、及微影技术，且通常具有50微米的直径。
[0053]参考图11，通过金属沉积及金属图案化工艺形成第二导线135于第二介电层131上。第二导线135自第一导线125朝上延伸，并填满第二盲孔133，以形成直接接触第一导线125的第二导电盲孔137，同时侧向延伸于第二介电层131上。如图12所示，第二导线135包含有图案化的接合垫138阵列，其与随后接置其上的半导体元件I/O垫相符。
[0054]此外，如图11及13所示，第一介电层121的下侧处则是通过底部金属层11的金属图案化步骤，以于第一介电层121的下侧上形成一定位件116及接触垫118。定位件116由第一介电层121的下侧凸出，并形成于中央区域105的周围。接触垫118形成于中央区域105外，并电性耦接至第一导电盲孔127，且与第一导电盲孔127接触。于此实施方式中，由于定位件116及接触垫118通过同一金属层图案化而形成，故定位件116与接触垫118具有相同材质及相同厚度。然而，于某些方式中，定位件116与接触垫118可能会由不同材料所制成，且可能具有不同厚度。例如，定位件116可能是由防焊材料(soIder mask)或光阻材料(photoresist)制成，且厚度可能大于接触垫118厚度。
[0055][实施例2]
[0056]图14及15分别为本发明另一实施方式中，另一低弯翘无芯基板200的剖视图及顶部立体示意图，其更包含一加强层。
[0057]于此实施例中，该低弯翘无芯基板200与实施例1中所述相似，惟不同处在于，增层电路10的顶侧103上更设有一加强层40。该加强层40具有于顶侧与底侧间延伸贯穿加强层40的贯穿开口 405，且其通过黏着剂33贴附至增层电路10的顶侧103处。该加强层40覆盖增层电路10的顶侧103处的外围边缘，且增层电路10的接合垫138对准加强层40的贯穿开口405，并于加强层40的贯穿开口 405处由上显露。该加强层40可由陶瓷、金属、树脂、金属复合材、或任何其他具有足够机械强度的材料所制成。因此，加强层40可对无芯基板的外围区域提供机械支撑，而对准加强层40贯穿开口 405的抗弯控制件20则可对无芯基板的中央区域提供机械支撑。通过抗弯控制件20及加强层40于无芯基板200相对两侧上提供的双重支撑作用，得以有效地避免无芯基板200发生弯翘。
[0058]图16及17分别为半导体组体210的剖视图及顶部立体示意图，其中半导体元件51(绘示成芯片)接置于图14及15所示的低弯翘无芯基板200上。该半导体元件51设置于加强层40的贯穿开口 405内，并以覆晶方式通过焊料凸块61而接置于增层电路10的接合垫138上。
[0059]上述的无芯基板及组体仅为说明范例，本发明尚可通过其他多种实施例实现。此夕卜，上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用。举例来说，加强层可包括多个排列成阵列形状的贯穿开口，且每一贯穿开口中可对应一抗弯控制件。此外，可再提供额外的定位件，以侧向对准额外的抗弯控制件。
[0060]如上述实施方式所示，本发明建构出一种独特的低弯翘无芯基板，其包括一增层电路、一抗弯控制件及一选择性的加强层。
[0061]该增层电路可具有任何路由/互连结构，且不具核心层，其可于顶侧处提供芯片连接用的电性接点，而于底侧处则提供下一级组体或另一元件连接用的电性接点。于一优选实施方式中，该增层电路于顶侧处包含有接合垫，其与芯片的I/O垫相符，而于底侧处则包含有接触垫，其垫尺寸大于接合垫的垫尺寸，并且与下一级组体或另一元件的端子垫相符。据此，可将具有精细接垫的半导体元件电性耦接至所述接合垫，而下一级组体或另一元件则可接置于所述接触垫，并通过增层电路而与该半导体元件电性连接。更具体地说，增层电路可包括一介电层及导线，其中导线填满介电层中的盲孔，以形成导电盲孔，并同时侧向延伸于介电层上，而所述的导电盲孔会与位于介电层底侧处的接触垫直接接触。若需要更多的信号路由，增层电路可进一步包括额外的介电层、额外的盲孔、及额外的导线。介电层与导线连续轮流形成，且最上层导线包括有图案化的接合垫阵列，并通过作为垂直连接用的导电盲孔而电性耦接至最下层介电层底侧处的接触垫。
[0062]该抗弯控制件可通过黏着剂而贴附于增层电路的底侧处，以对无芯基板的中央区域提供机械支撑。于一优选实施方式中，该抗弯控制件对准用于接置半导体元件的区域，其中半导体元件电性耦接至接合垫，且抗弯控制件的厚度薄于随后接置于接触垫上的焊球厚度，以避免抗弯控制件对下一级组体造成干涉。抗弯控制件可具有0.1毫米至1.0毫米的厚度，且可由高弹性模量材料(5GPa至500GPa)所制成，如陶瓷、石墨、玻璃、金属或合金。抗弯控制件亦可使用树脂/陶瓷复合材，如模塑料(molding compound)制成。优选为，抗弯控制件具有低热膨胀系数(可与硅约3ppm/K相比拟)。于增层电路更包含有一定位件的方式中，可利用该定位件来控制抗弯控制件置放的准确度，其中定位件自增层电路的底侧凸出，并侧向对准且环绕抗弯控制件的外围边缘。于一优选实施方式中，定位件可于形成接触垫时同时形成，其接触增层电路的最下层介电层，并由最下层介电层延伸超过抗弯控制件的贴附表面。如此一来，靠近抗弯控制件外围边缘的定位件可将抗弯控制件限制于预定位置。定位件可具有各种防止抗弯控制件发生不必要位移的图案。举例来说，定位件可包括一连续或不连续的凸条、或是凸柱阵列，并且侧向对准抗弯控制件的四侧表面，以定义出与抗弯控制件形状相同或相似的区域。更具体地说，定位件可对准并顺应抗弯控制件的四侧边、两对角、或四角。由此，位于抗弯控制件外的定位件可避免抗弯控制件发生不必要的侧向位移。此外，亦可于不具定位件下进行抗弯控制件的贴附步骤。
[0063]该选择性的加强层具有一贯穿开口，以贯穿其顶侧与底侧之间，其可为单层或多层结构，并可选择性地嵌埋有单层级导线或多层级导线。于一优选实施方式中，该加强层设置于增层电路之顶侧上，并覆盖顶侧的外围区域，且增层电路的接合垫及抗弯控制件对准加强层的贯穿开口。该加强层可由任何具有足够机械强度的材料制成，如金属、金属复合材、陶瓷、树脂或其他非金属材料。据此，该加强层可对无芯基板的外围区域提供机械支撑，以防止无芯基板发生弯翘现象。
[0064]半导体元件可为已封装或未封装的芯片。举例来说，半导体元件可为裸芯片，或是晶圆级封装晶粒等。或者，半导体元件可为堆叠芯片。
[0065]“覆盖”一词意指于垂直及/或侧面方向上不完全以及完全覆盖。例如，抗弯控制件覆盖增层电路的底侧，不论另一元件例如黏着剂是否位于抗弯控制件与增层电路之间。
[0066]“接置于...上”及“贴附于...上” 一词包括与单一或多个元件间的接触与非接触。例如，抗弯控制件可贴附于增层电路的底侧上，不论此抗弯控制件接触该增层电路，或与该增层电路以一黏着剂相隔。
[0067]“对准”一词意指元件间的相对位置，不论元件之间是否彼此保持距离或邻接，或一元件插入且延伸进入另一元件中。例如，当假想的水平线与定位件及抗弯控制件相交时，定位件即侧向对准于抗弯控制件，不论定位件与抗弯控制件之间是否具有其他与假想的水平线相交的元件，且不论是否具有另一与抗弯控制件相交但不与定位件相交、或与定位件相交但不与抗弯控制件相交的假想水平线。同样地，抗弯控制件对准于加强层的贯穿开口。
[0068]“靠近”一词意指元件间的间隙的宽度不超过最大可接受范围。如本领域习知通识，当抗弯控制件以及定位件间的间隙不够窄时，则无法准确地将抗弯控制件限制于预定位置。可依抗弯控制件设置于预定位置时所希望达到的准确程度，来决定抗弯控制件与定位件间的间隙最大可接受限值。由此，“定位件靠近抗弯控制件的外围边缘”的叙述是指抗弯控制件的外围边缘与定位件间的间隙窄到足以防止抗弯控制件的位置误差超过可接受的最大误差限值。举例来说，抗弯控制件与定位件间的间隙可约于25微米至100微米的范围内。
[0069]“电性连接”、以及“电性耦接”的词意指直接或间接电性连接。例如，第一导线直接接触并且电性连接至接触垫，而第二导线与接触垫保持距离，并且通过第一导线而电性连接至接触垫。
[0070]在此所述的实施例是作为示例之用，其中所述实施例可能会简化或省略本技术领域已熟知的元件或步骤，以免模糊本发明的特点。同样地，为使附图清晰，附图亦可能省略重复或非必要的元件及元件符号。
[0071]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低弯翘无芯基板，其包括: 一增层电路，其具有一顶侧、一相对的底侧、位于该顶侧处的接合垫、及位于该底侧处的接触垫，其中所述接触垫电性耦接至所述接合垫；以及一抗弯控制件，其设置于该增层电路的该底侧上。2.如权利要求1所述的低弯翘无芯基板，其特征在于，该抗弯控制件的弹性模量为5GPa以上。3.如权利要求1所述的低弯翘无芯基板，其特征在于，该增层电路还具有一定位件，其由该增层电路的该底侧凸出，并且侧向对准且环绕该抗弯控制件的外围边缘。4.如权利要求1所述的低弯翘无芯基板，其特征在于，还包括:一加强层，其具有一贯穿开口，且设置于该增层电路的该顶侧上，并覆盖该顶侧的一外围区域，其特征在于，该增层电路的所述接合垫及该抗弯控制件对准该加强层的该贯穿开口。5.如权利要求1所述的低弯翘无芯基板，其特征在于，所述接触垫的垫尺寸大于所述接合垫的垫尺寸。6.如权利要求1所述的低弯翘无芯基板，其特征在于，该抗弯控制件覆盖该增层电路的该底侧的一中央区域，而所述接触垫位于该增层电路的该底侧的该中央区域外。7.—种半导体组体，其包括: 如权利要求1所述的该低弯翘无芯基板；以及 一半导体元件，其设置于该增层电路的该顶侧上，并电性耦接至所述接合垫。8.如权利要求7所述的半导体组体，其特征在于，该抗弯控制件的弹性模量为5GPa以上。9.如权利要求7所述的半导体组体，其特征在于，该增层电路还具有一定位件，其由该增层电路的该底侧凸出，并且侧向对准且环绕该抗弯控制件的外围边缘。10.如权利要求7所述的半导体组体，其特征在于，还包括:一加强层，其具有一贯穿开口，且设置于该增层电路的该顶侧上，并覆盖该顶侧的一外围区域，其中该增层电路的所述接合垫及该抗弯控制件对准该加强层的该贯穿开口。11.如权利要求7所述的半导体组体，其特征在于，所述接触垫的垫尺寸大于所述接合垫的垫尺寸。
【文档编号】H05K1/02GK105932008SQ201610105931
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】林文强, 王家忠
【申请人】钰桥半导体股份有限公司