专利名称：具有高可布线性的高密度微过孔基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及芯片载体，尤其涉及与倒装晶片技术等一起使用的具有高可布线性的高密度芯片载体。
背景技术：
由于半导体芯片的端子密度，尤其是芯片的输入/输出(I/O)连接密度随着技术的改进而增大，芯片载体的可布线性成为很大的问题。紧密聚集的端子的密度使其难于形成相互隔离的导线以将传输线连接到每个端子。对于信号承载端子和线路来说尤其麻烦，因为必须使它们相互隔离，并与电源和地线隔离。芯片载体上的信号线必须与其它导线充分地电隔离，以避免不希望的耦合和泄漏路径。
为了能够在高密度芯片载体中布线，已开发了微过孔等技术。微过孔芯片载体通常使用多层以形成需要的互连，尤其在使用倒装芯片球栅阵列(BGA)技术的芯片封装中。在这些高管脚数技术中，布线密度和层的可布线性非常重要，尤其就成本、产量、性能及可靠性来说。这里可以将“可布线性”看作对布线进行定位以使全部信号可以从给定的图形或层中“逃脱”(进或出)的技术可能性。布线的约束因素包括过孔密度、布线的线宽和间隔、端子的尺寸和需要的间隔、屏蔽要求以及本领域公知的其它设计约束。
一般围绕具有镀通孔(PTH)的芯板(core)制造微过孔芯片载体基板。该高密度互连(HDI)芯片载体在由环氧玻璃层制成的芯板的每侧上使用内建层(build up layer)。玻璃层由浸渍环氧树脂的玻璃布制成，并在高温下被层压以形成固态、尺寸稳定的芯板。在芯板的每侧上的内建层一般为非增强环氧树脂。美国专利No.6,518,516B2描述了典型微过孔芯片载体。芯板中PTHn的密度约束限制了载体前后之间的垂直互连能力。例如，当将孔放置在一起太近时，高密度PTH排列可能导致沿玻璃纤维从一孔到另一孔的可靠性故障。当将PTH放置在一起太近时，由可靠性问题引起的PTH密度约束，使来自芯片载体前后的大量信号不能互连，从而限制了将更高I/O数芯片连接到芯片载体或将这些芯片互连到印刷电路板(PCB)的能力。
由于对玻璃纤维的环氧树脂接合非常弱，导致了玻璃增强环氧树脂载体中PTH之间的短路。当在芯板中钻孔PTH并使用电镀化学物质电镀PTH，对玻璃纤维的弱环氧树脂接合使电镀化学物质沿纤维渗透一段距离。该渗透可以导致孔间的电短路。
发明内容
根据本发明，通过在孔偏移(jog)图形中偏移PTH在纤维基芯片载体中获得了增大的PTH密度，而没有引起纤维短路的危险。纤维基芯片载体基板通常将纤维排列成矩阵图形，其中在X-Y方向相互正交地编织纤维。通过偏移PTH的交错行，充分增加了沿纤维的同一绞合(strand)的孔间距。该排列使PTH密度增大，而不减小沿纤维的同一绞合PTH到PTH的间距。根据PTH之间的间距、PTH的直径以及PTH的行和列之间希望的间隔等因素，通过将PTH的常规X-Y网格图形旋转约15度到60度，可以获得偏移图形。
在一种排列中，将PTH的X行旋转约30度，以在Y行之间移动交错的Y行过孔，从而依赖用于PTH的钻头尺寸，使X和Y方向的直间距(同行间距)加倍。该旋转在竞争参数之间，例如，在直线和横向间隔中的钻头尺寸直径和孔间距，提供了较好的平衡。
因此，本发明的一个目的为提供改进的芯片载体。
本发明的另一目的为提供具有改进的可布线性的芯片载体。
本发明的再一目的为提供具有增大的PTH密度的芯片载体。
本发明的再一目的为提供改进的利用纤维基技术在多层芯片载体中定位PTH的方法和布图排列。
本发明的再一目的为提供用于浸渍环氧树脂的玻璃纤维多层芯片载体中的高密度PTH布图方法和排列。
本发明的再一目的为提供高密度PTH纤维基芯片载体，而不减少在X-Y方向上PTH与PTH的间距。
图1示出了用于在芯片载体中形成PTH的典型微过孔X-Y矩阵或孔的网格排列的俯视图；图2示出了根据本发明的孔的排列的俯视图，通过关于X-Y平面旋转图1的矩阵或网格排列以偏移孔来形成；图3示出了典型八层芯片载体的截面层；图4示出了可将旋转信号层的孔连接到孔的无旋转阵列的排列；图5示出了可将旋转信号层的孔连接到孔的无旋转阵列的另一排列。
具体实施例方式
参考图1，其中示出了每个代表具有Dμm钻头直径的典型PTH的圆或孔1的图形。通常，电镀PTH以形成PTH网格排列。如图所示，在X-Y网格排列中排列孔1。在该排列中，将PTH1的X和Y行与多层芯片载体的各层中的玻璃纤维的方向对齐。通常将该结构的各层中的纤维编织成网状图形，其中纤维相互平行地延伸并在X和Y方向或以约90度基本交叉正交。在X和Y方向都示出了孔的实际间距Xμm。此处所用的“正交”表示90度或在一个方向或另一方向的一些较小变化。
图1中的PTH1通常具有150μm的直径，并在X和Y方向相隔300μm或更多。这将导致450μm或更大的间距，形成每平方mm约5个孔的密度。这限制了HDI芯片载体基板的密度，因为大部分布线位于基板的顶侧(接近芯片)，并只能将有限数目的信号发送到芯片下的区域中的载体的底侧。很明显，当芯片信号密度增大时，这变成一个重大问题。芯片下的典型高信号数密度为10mm芯片中2000个信号或每平方mm 20个信号。由于通常可将每平方mm最多5个孔通过芯板布线到芯片载体的底部一半，那么必须在顶侧包含约75％的布线。这增加了HDI芯片载体需要的层数，从而增加了成本并加长了芯片与芯片载体底部之间的路径，因此影响了性能。根据本发明，以孔布形的形式提供了对以上问题的解决方法，其中使各个孔彼此相距更近，同时避免了孔间的短路。
图2示出了根据本发明的芯片载体的PTH偏移布形的一个排列的俯视图。该布图使用九个PTH用来描述偏移图形，但是很明显，可以将该图形以沿X和Y方向的同行上重复的相等间距重复很多次。使用如图1所示的相等实际间距Xμm。图2中的玻璃纤维沿如图1所示的X和Y方向延伸，即沿X和Y延长的条状区域3、5、7和9。这些条状区域在芯片载体中限定了玻璃纤维与孔互连的地方。这里，纤维直径可以比所述区域的宽度小很多倍。
虽然图2的排列示出了为形成偏移图形将孔的底部行的中间孔1f旋转26.6度，很明显，可以根据特定的设计选择和/或要被采用的基本规则，在该旋转的范围内进行变化。26.6度的旋转在X和Y方向的孔间提供相等的同行间距。“同行间距”为沿同一X和Y行的孔之间的间距，如图2中的头对头的间距。因此，沿延长的条状区域3的孔1a和1b之间的间距与沿延长的条状区域5的孔1c和1d之间的间距相等。类似地，在沿延长的条状区域7和9的孔间的间距相等。虽然条状区域3、5、7和9代表其中在X和Y方向的玻璃纤维可以在孔间提供短路径的区域，但是纤维路径可以具有一些微小的线性变化，在这些条和相邻孔间要求一些间隔。
很明显，约30度的任何旋转将在X和Y方向的孔间提供基本相等的间距。可以看出，旋转孔图形的目的为，将在X和Y方向上对齐的相邻孔旋转到不同行或偏移位置，从而增大同行孔间的距离。这样，原来应该沿条状区域9对齐的孔1c、1e和1f彼此之间得到了偏移，从而充分增加了新的同行孔1c和1d之间的距离。从而，如图2所示，将沿孔行上的头对头间距从X减D增加到根号5乘以X减D，其中X为图1所示的实际间距，D为PTH钻头直径。类似地，将直间距(或直线间距)从X增大到根号5乘以X。
图2还示出，该排列的玻璃横向间隙(cross gap)距离为根号5除以5乘以X减D。玻璃横向间隙代表延长的条状区域之间的距离，并且，如上述说明，条状区域限定了在其中纤维可能与孔互连的线性区域。玻璃横向间隙距离提供安全边缘，防止纤维路径中的一些为孔间的短路提供可能性的线性不规则性。
在图2的排列中，使用的旋转角度在可能的旋转角度中提供有效的折中。虽然不同的应用可以允许15到60度之间的旋转，所示角度不仅提供了在X和Y方向上相等的孔间距离，还提供了在X和Y方向上相等的玻璃横向间隙距离。另外，经过旋转，由根号5除以5乘以X限定的“相等间距”，在X和Y方向上孔的相邻行之间都相等。因此，在X方向，在孔1c和1g之间的间距与在孔1c和1e之间的间距相等。在Y方向沿相邻孔存在相等的间距。下表为一些典型示例，示出图2所示的变量的相互关联。所有值的单位为μm，并被四舍五入。
上表示出了玻璃横向间隙距离如何随实际间距值X的几个示例的特定变化，单位为μm，钻头尺寸一般在50到100μm之间。可以看到，钻头直径为100μm和实际间距值为212μm的玻璃横向间隙距离将趋于负数，表示在纤维的相邻条或区域之间将存在重叠。类似地，其它间距值具有在其上钻头尺寸将使玻璃横向间隙距离趋于负数的点。因此，可以调节横向间隙距离以满足采用的特定应用条件。
应该理解，图2和上表给出了如何增加沿纤维的行或区域的孔间距的特定示例。很明显，通过将网格排列从纤维的绞合方向旋转偏离轴，由于对角尺度和沿纤维绞合的同一区域跳过孔的可能性，增大了间距。因为纤维绞合区域由孔的直径限定，更小的孔直径增加了沿纤维绞合的这些区域跳过孔的可能性。然而，虽然可以存在使在纤维方向上彼此充分隔开的孔的横向间隙为极小或负数的排列，但必须将玻璃或纤维横向间隙间隔保持在一定水平。还应该理解，在纤维方向上放置的孔不必使孔精确对齐，只需保持合适的横向间隙间隔。
图3示出了典型8层芯片载体10的截面图，其用于例如在BGA芯片载体排列中承载如C4芯片的倒装晶片。以本领域技术人员公知的方式，通过焊料球连接14接合层11与芯片12。很明显，虽然为了说明示出了一个芯片，但是可以在芯片载体10上接合多个芯片。另外明显的是，也可以将层11与其它电子元件接合。同样为本领域的技术人员所公知，芯片用于提供信号处理排列。层13充当在芯板的芯片侧上的内建层。信号层15和21与电压/接地层17和19都包括芯板。层25是BGA层，通过焊料突起27与印刷线路板(PWB)29接合，以把信号从信号层23传送到PWB29。PWB29可以是任何电路化基板。信号层13和15提供从芯片输出的信号。在如图3的芯片载体排列中，需要的信号层数可以由在芯片与BGA的连接和芯片焊料球与BGA突起的间距之间的净计数确定。当然，各层都包括隔离导电层的介质材料。
因此，当10mm的芯片接近提供高达2000个信号，由纤维短路引起的对芯板中增大的微过孔密度的限制，将有必要提供更多的信号层。然而，根据本发明的PTH布形，在芯板层15、17、19和21中PTH的增大的密度使更多的信号在芯片下被垂直传输，因此限制了需要的总层数。从而，孔布形可以开始于信号层13或15，将孔延伸穿过芯板，结束于层21或23。
图4示出用于连接经过旋转的孔和未经过旋转的孔的一种排列。这可以用于此处，例如，需要将孔的旋转的电接点的图形与未旋转的接点连接。因此，例如，旋转的孔通过层13连接，并可将芯板与层23上的未旋转的接点连接。在X方向形成通过金属线33、35、37和29的连接。图5示出了类似的排列，具有一些不同的金属线连接41和43。
虽然已参考了在如玻璃纤维和浸渍环氧树脂的编织的玻璃纤维的纤维基材料中的PTH，很明显，根据本发明，可以将通过芯片载体的PTH电连接的图形布图用于将芯片或其它电子元件连接到基板的其它技术方法。从而，例如，在可以在基板中使用导电管脚或其它电接点的情况下，可以使用本发明的偏移图形来增加在该管脚或接点之间的沿纤维的同行间距，以使密度增大，所述基板如利用具有短路可能性的某种形式的绞合或纤维增强的芯片载体。此处使用的术语“连接点”，可以包括用于能够在高密度集成电路封装中布线的各种连接点技术中的任意一种，如微过孔、盲孔、埋孔、交错孔、焊盘等技术。
类似地，基板本身不需要为芯片载体，但是可以是任何用于承载电子元件的纤维基基板材料，所述元件具有在其上形成或从其中延伸的可能短路的导线。该基板可以是单层或多层基板。在多层基板中使用导电过孔的情况下，过孔可以延伸通过任何一层或全部层。
通过上述说明应该理解，只要不脱离本发明的精神，可以对本发明的优选实施例进行各种修改和变化。本说明书旨在说明，而不是为了限制。本发明的范围应该通过下述权利要求书来限定。
权利要求
1.一种基板，包括至少一层纤维基材料，具有纤维阵列，所述纤维阵列以基本相互平行的方向延伸；电连接点阵列，沿所述至少一层纤维基材料延伸，所述纤维基材料排列在连接点的平行行中，所述连接点在基本平行于所述纤维的方向延伸，在连接点的每个所述平行行中的连续的连接点之间的距离大于在连接点的所述平行行的相邻行中的连接点的各行之间的距离。
2.根据权利要求1的基板，其中所述纤维阵列在基本相互正交的两个方向延伸。
3.根据权利要求2的基板，其中基本平行于所述纤维阵列延伸的连接点的所述平行行在基本相互正交的两个方向延伸，并基本平行于在基本相互正交的两个方向延伸的所述纤维阵列，在所述基本正交的方向上的连接点的各行之间放置每个方向上的连接点。
4.根据权利要求3的基板，其中所述纤维阵列包括多层层压在一起的浸渍环氧树脂的玻璃布。
5.根据权利要求3的基板，其中所述基板为至少一个芯片与其接合的芯片载体。
6.根据权利要求3的基板，其中所述连接点是用于导电材料的孔。
7.根据权利要求6的基板，其中在所述孔行中的所述行是在纤维基材料的所述层上的延长的条状区域，所述区域具有与所述孔的直径相等的宽度，其限定了纤维与所述孔互连的区域。
8.根据权利要求7的基板，包括芯片载体基板，一面与至少一个芯片接合，另一面与电路化基板接合，其中所述孔为镀通孔，用于将所述至少一个芯片连接到所述电路化基板。
9.根据权利要求7的基板，其中沿所述延长的条状区域的连续孔间的距离是根号5乘以孔的对角行之间的距离减去所述孔直径。
10.一种集成电路载体结构，包括至少一层纤维基材料，具有纤维阵列，所述纤维阵列在基本相互平行的至少一个方向延伸；电连接点阵列，沿所述至少一层纤维基材料延伸，所述连接点阵列包括在基本相互正交的两个方向延伸和定位的等距连接点的平行行，以使所述等距连接点的行与所述纤维的所述方向成一角度。
11.根据权利要求10的集成电路载体结构，其中所述连接点具有给定直径，并且沿与所述纤维的方向相同的连接点的行具有宽度等于所述连接点的直径的延长的条状区域，所述宽度限定了与所述连接点互连的沿所述条状区域的纤维的区域，其中所述角度为这样以在相反方向延伸的延长的条状区域之间定位在所述阵列的一个方向延伸的交错连接点。
12.根据权利要求11的集成电路载体结构，其中所述连接点是用于导电材料的孔。
13.根据权利要求12的集成电路载体结构，其中所述角度为约30度。
14.根据权利要求12的集成电路载体结构，其中所述角度为这样以在相反方向延伸的所述条状区域之间的相等距离上定位在所述阵列的一个方向延伸的所述交错连接点。
15.根据权利要求12的集成电路载体结构，包括至少一个芯片，具有分别被电连接到连接点的各个所述阵列的电接点，以及电路化基板，具有分别被电连接到连接点的各个所述阵列的电接点，以形成信号处理排列。
16.根据权利要求12的集成电路载体结构，其中所述至少一层纤维基材料包括多层浸渍的编织的玻璃纤维材料。
17.一种集成电路载体结构，包括至少一层纤维材料，形成于粘合介质上，并具有在基本正交的方向延伸的平行纤维；给定直径的连接点阵列，形成于基本相互正交的平行列和行中的所述至少一层上，并平行于所述纤维的方向延伸，沿延长的条状区域的列和行形成连接点的所述列和行，所述区域的宽度约为所述给定直径并限定了纤维与所述连接点互连的区域，如此排列所述连接点阵列以在延长的条状区域的所述行之间定位交错列中的连接点，并在延长的条状区域的所述列之间定位交错行中的连接点。
18.根据权利要求17的集成电路载体结构，其中所述连接点是用于导电材料的孔。
19.根据权利要求18的集成电路载体结构，其中在约所述延长的条状区域的中点处定位所述交错列和行中的所述孔。
20.根据权利要求19的集成电路载体结构，包括至少一个芯片，其具有分别被接合到在所述至少一层上的所述连接点阵列的电接点。
21.根据权利要求20的集成电路载体结构，包括电路化基板，其被接合到在所述至少一层上的所述连接点的相对表面。
22.一种沿基板定位具有给定直径的电连接点的方法，包括提供具有在基本相互正交的方向延伸的平行纤维的基板层；以及在平行于所述纤维的方向的列和行中定位具有给定直径的电连接点，以使在所述行和列中的连续连接点之间的距离实质上大于连接点的相邻列和行之间的距离。
23.根据权利要求22的方法，其中在连接点的行之间定位在交错列中的连接点。
24.根据权利要求23的方法，其中所述连接点是包括在所述基板层中形成的导电材料的孔。
25.一种增加在纤维基集成电路载体中形成的孔密度的方法，包括提供纤维基集成电路载体基板，其具有沿基本相互正交的X和Y方向延伸的纤维；以及在平行于所述纤维的全部方向延伸的基本正交的行和列的图形中形成给定直径的孔，所述行和列限定了宽度约等于所述直径的纤维的延长的条状区域的行和列，形成所述孔使得在延长的条状区域的所述列之间定位交错行中的孔，并在在延长的条状区域的所述列之间定位交错列中的孔。
26.根据权利要求25的方法，其中对在所述列和行中的所述交错孔进行定位以便成为基本上等距离的所述延长的条状区域。
27.根据权利要求25的方法，其中所述纤维基集成电路载体基板包括多层纤维基材料，以及在所述层中的所述孔与具有与所述图形不同的图形的连接点互连。
28.根据权利要求27的方法，其中所述孔包括导电材料并用来将至少一个芯片连接到印刷线路板。
29.一种在集成电路载体上定位连接点的方法，包括提供至少一层具有基本平行的纤维阵列的纤维基材料，所述纤维在基本正交的方向延伸；沿所述至少一层纤维基材料定位连接点阵列，所述连接点阵列包括等距连接点的平行行和列，所述连接点在相互正交的X和Y方向延伸，并被排列以使连接点的所述行和列与所述纤维的所述方向成一角度。
30.根据权利要求29的方法，其中所述连接点为用于导电材料的孔。
全文摘要
高可布线性的高密度微过孔基板。通过将孔偏移到相邻孔的纤维连接不到的位置，增加了玻璃纤维基芯片载体中镀通孔的密度。延长的条状区域具有约为孔直径的宽度，沿孔的正交列和行延伸，平行于纤维方向，并限定了可能导致孔间短路的纤维的区域。旋转等距孔的常规X－Y网格图形以在相反方向延伸的延长的条状区域之间在一个方向上定位例如交错孔，这样显著增加了沿在每个方向延伸的延长的条状区域的孔间距。在具有充分间隔的延长的条状区域之间定位孔，以补偿在纤维的线性路径中的变化。
文档编号H05K1/18GK1614757SQ200410074698
公开日2005年5月11日 申请日期2004年9月13日 优先权日2003年11月4日
发明者河崎一茂, I·梅米斯 申请人:国际商业机器公司