新型高密度高性能多层基板表面对称结构及制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构及制作方法，所述结构包括自上而下依次布置的一层线路层（1）、二层线路层（2）、三层线路层（3）、四层线路层（4）、第一连接铜柱（5）、第二连接铜柱（6）和第三连接铜柱（7），所述一层线路层（1）和四层线路层（4）表面及外围包覆有绝缘感光材料（10），所述绝缘感光材料（10）在一层线路层（1）正面位置开设有装片区域（11），绝缘感光材料（10）在四层线路层（4）背面位置开设有植球区域（12）。本发明一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构及制作方法，它提高了封装体的安全性和可靠性，减少了玻璃纤维材料带来的环境污染，能够真正做到高密度线路的设计和制造。
【专利说明】新型高密度高性能多层基板表面对称结构及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构及制作方法，属于半导体封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]当前高密度基板封装结构如图33所示，其制作工艺主要是在玻璃纤维核心材料的基础上通过钻通孔及利用积成材料的方式叠加形成多层线路板，线路层之间通过激光钻盲孔的方式开孔，再镀孔完成电性连接。
[0003]上述高密度基板封装结构存在以下不足和缺陷:
1、中心芯板材料由树脂材料及玻纤布材料构成，由于玻纤布本身是一种发泡物质，所以容易因为放置的时间与环境吸入水分以及湿气，直接影响到可靠性的安全能力或是可靠性等级；
2、中心芯板材料由于需要确保一定的强度，其厚度一般都要在150um以上，难以做到超薄的要求；同时芯板材料的材质决定了其具有较高的介电常数及介质损耗，影响了高频高速电子产品的电性能；
3、中心芯板由于带有玻纤布，材料表面粗糙度较高，难以直接在其表面制作精细线路，更高密度精细线路制作时需要在其表面外加新的打底材料，成本高、工艺复杂；
4、线路层之间的连接是用激光钻孔方式进行开孔，再进行镀铜，通过激光钻孔形成的孔径大，难以做到高密度的设计与制造。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构及制作方法，其工艺简单，不需使用带玻璃纤维层的芯板，提高了封装体的安全性和可靠性，减少了玻璃纤维材料带来的环境污染，同时在高频、高速电子产品上具有更高的电性能；在工艺制作上，基板线路层之间的电性连接采用的是电镀方法，能够真正做到高密度线路的设计和制造。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构的制作方法，所述方法包括以下步骤:
步骤一、取金属基板
步骤二、金属基板表面预镀铜材
步骤三、基板双面贴光阻膜
在完成预镀铜材薄膜的金属基板的双面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜；
步骤四、光阻膜显影开窗
利用曝光显影设备将金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属基板正面后续需要进行铜柱电镀的区域图形；
步骤五、电镀铜柱在步骤四中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为连接铜
柱；
步骤六、去除光阻膜 去除金属基板表面的光阻膜；
步骤七、包封
在金属基板正面采用塑封料进行塑封；
步骤八、绝缘材料表面减薄
对绝缘材料的表面进行机械减薄，减薄到露出铜柱为止；
步骤九、基板双面贴光阻膜
在步骤八完成绝缘材料减薄的金属基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜；
步骤十、光阻膜显影开窗
利用曝光显影设备将金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形；
步骤^^一、去除金属基板
将金属基板背面进行蚀刻，去除金属基板，露出中心芯板的铜柱和绝缘材料；` 步骤十二、去除光阻膜 去除基板表面的光阻膜；
步骤十三、基板双面金属化
对基板绝缘材料正反面进行金属化处理，使其表面后续能进行电镀；
步骤十四、基板双面贴光阻膜
在步骤十三完成绝缘材料双面金属化的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜；
步骤十五、基板双面光阻膜显影开窗
利用曝光显影设备将金属化的基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属化的基板正面及背面后续需要进行二层线路层和三层线路层电镀的区域图形；
步骤十六、电镀金属线路层
在步骤十五中金属化的基板正面及背面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为二层线路层和三层线路层；
步骤十七、基板双面贴光阻膜
在步骤十六中完成二层线路层和三层线路层电镀的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜；
步骤十八、基板双面光阻膜显影开窗
利用曝光显影设备将基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出基板正面二层线路层及背面三层线路层中后续需要进行连接铜柱电镀的区域图形；
步骤十九、电镀铜柱
在步骤十八中基板正面二层线路层及背面三层线路层去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为连接铜柱；步骤二十、去除光阻膜 去除基板双面的光阻膜；
步骤二十一、快速蚀刻
对基板双面进行快速蚀刻，去除基板表面金属化的金属；
步骤二十二、基板双面覆盖绝缘材料层
基板二层线路层表面和三层线路层表面覆盖绝缘材料；
步骤二十三、绝缘材料表面减薄
将基板双面的绝缘材料进行机械减薄，直到露出铜柱层为止；
步骤二十四、基板双面绝缘材料表面金属化
对基板双面绝缘材料的表面同时进行金属化处理，使其表面后续能进行电镀；
步骤二十五、基板双面贴光阻膜
在步骤二十四完成绝缘材料双面金属化的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜；
步骤二十六、基板 双面光阻膜显影开窗
利用曝光显影设备将金属化的基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属化的基板正面及背面后续需要进行一层线路层和四层线路层电镀的区域图形；
步骤二十七、电镀金属线路层
在步骤二十六中金属化的基板正面及背面去除部分光阻膜的区域内同时电镀上金属线路层作为一层线路层和四层线路；
步骤二十八、去除光阻膜
去除金属化的基板正面及背面的光阻膜；
步骤二十九、快速蚀刻
对金属化的基板双面进行快速蚀刻，去除基板表面金属化的金属；
步骤三十、基板双面覆盖绝缘感光材料层
在基板正面一层线路层及背面四层线路层分别刷上可进行曝光显影的绝缘感光材
料；
步骤三十一、基板双面绝缘感光材料层显影开窗
利用曝光显影设备将基板正面一层线路层及背面四层线路层进行图形曝光、显影与去除部分图形绝缘感光材料，以露出基板的正面一层线路层后续需要装片的区域图形和背面四层线路层后续需要植球的区域图形。
[0006]一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构，它包括自上而下依次布置的一层线路层、二层线路层、三层线路层和四层线路层，所述一层线路层和二层线路层之间通过第一连接铜柱相连接，所述第二线路层与三层线路层之间通过第二连接铜柱相连接，所述三层线路层与四层线路层之间通过第三连接铜柱相连接，所述第二连接铜柱外围包封有塑封料，所述二层线路层和第一连接铜柱外围以及三层线路层和第三连接铜柱外围包覆有绝缘材料，所述一层线路层和四层线路层表面及外围包覆有绝缘感光材料，所述绝缘感光材料在一层线路层正面位置开设有装片区域，绝缘感光材料在四层线路层背面位置开设有植球区域。[0007]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1、本发明在金属板的基础上，通过电镀及预包封或压合绝缘材料的方式制作多层基板的芯板层，不需要使用玻纤布，其可靠性的等级可以再提高，相对封装体的安全性就会提高；同时也可以减少玻璃纤维材料所带来的环境污染；
2、本发明中心芯板材料由树脂及实心铜柱构成，决定了其具有更低的介电常数及介质损耗,可以满足高频高速电子产品的高电性能要求；
3、本发明多层基板层间连接铜柱所采用的是电镀方式形成，其制作铜柱直径比传统钻孔孔径小，可以真正地做到高密度线路的技术能力；
4、本发明多层基板，各层材料都由树脂构成，不带玻纤布，表面粗糙度低，其制作精细线路的能力强，利用加成工艺制作的线路，线宽线距可以容易达到15Mffl/15um及以下的要求；
5、本发明多层基板，采用的是双面积层的工艺，通过在金属板表面进行双面同时制作，相比单面积层工艺，多层基板结构对称，多种材料间的应力互相平衡，可以有效改善封装制程中翘曲的问题，满足封装生产要求；
6、本发明多层基板制作，采用的是双面积层的工艺，相比单面积层的工艺，整个制作流程短、效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图广图31为本发明一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构制作方法的各工序不意图。
[0009]图32为本发明一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构的示意图。
[0010]图33为当前高密度基板封装结构的示意图。
[0011]其中:
一层线路层I 二层线路层2 三层线路层3 四层线路层4 第一连接铜柱5 第二连接铜柱6 第三连接铜柱7 塑封料8
绝缘材料9 绝缘感光材料10 装片区域11 植球区域12。
【具体实施方式】
[0012]参见图32，本发明一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构，它包括自上而下依次布置的一层线路层1、二层线路层2、三层线路层3和四层线路层4，所述一层线路层I和二层线路层2之间通过第一连接铜柱5相连接，所述第二线路层2与三层线路层3之间通过第二连接铜柱6相连接，所述三层线路层3与四层线路层4之间通过第三连接铜柱7相连接，所述第二连接铜柱6外围包封有塑封料8，所述二层线路层2和第一连接铜柱5外围以及三层线路层3和第三连接铜柱7外围包覆有绝缘材料9，所述一层线路层I和四层线路层4表面及外围包覆有绝缘感光材料10，所述绝缘感光材料10在一层线路层I正面位置开设有装片区域11，绝缘感光材料10在四层线路层4背面位置开设有植球区域12。
[0013]其制造方法如下:
步骤一、取金属基板
参见图1，取一片厚度合适的金属基板，金属基板的材质可以依据芯片的功能与特性进行变换，例如:铜材、铁材、镍铁材或锌铁材等；
步骤二、金属基板表面预镀铜材
参见图2，在金属基板表面电镀一层铜材薄膜，目的是为后续电镀作基础，所述电镀的方式可以采用化学镀或是电解电镀；
步骤三、基板双面贴光阻膜
参见图3，在完成预镀铜材薄膜的金属基板的双面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤四、光阻膜显影开窗
参见图4，利用曝光显影设备将金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属基板正面后续需要进行铜柱电镀的区域图形；
步骤五、电镀铜柱
参见图5，在步骤四中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为连接铜柱；
步骤六、去除光阻膜
参见图6，去除金属基板表面的光阻膜，去除方法采用化学药水软化并采用高压水喷
除；
步骤七、包封
参见图7，在金属基板正面采用塑封料进行塑封，塑封方式可以采用模具灌胶方式、喷涂设备的喷涂方式或是用贴膜方式，所述塑封料可以采用有填料物质或是无填料物质的环氧树脂；目的是为了作为二层线路和三层线路层的绝缘层，同时作后续电镀二层线路层、三层线路层的基础；
步骤八、绝缘材料表面减薄
参见图8，对绝缘材料的表面进行机械减薄，减薄到露出铜柱为止，目的是为了使铜柱与后续的二层线路层连接，同时能增加后续化学铜的结合力；
步骤九、基板双面贴光阻膜
参见图9，在步骤八完成绝缘材料减薄的金属基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤十、光阻膜显影开窗
参见图10，利用曝光显影设备将金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形；步骤^^一、去除金属基板
参见图11，将金属基板背面进行蚀刻，去除金属基板，露出中心芯板的铜柱和绝缘材料，目的是为了绝缘材料背面做三层线路层，同时使铜柱与后续的三层线路层连接，蚀刻药水可以采用氯化铜或是氯化铁；
步骤十二、去除光阻膜
参见图12，去除基板表面的光阻膜，去除方法采用化学药水软化并采用高压水喷除；
步骤十三、基板双面金属化
参见图13，对基板绝缘材料正反面进行金属化处理，使其表面后续能进行电镀；
步骤十四、基板双面贴光阻膜
参见图14，在步骤十三完成绝缘材料双面金属化的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤十五、基板双面光阻膜显影开窗
参见图15，利用曝光显影设备将金属化的基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属化的基板正面及背面后续需要进行二层线路层和三层线路层电镀的区域图形；
步骤十六、电镀金属线路层
参见图16，在步骤十五中金属化的基板正面及背面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为二层线路层和三层线路层；
步骤十七、基板双面贴光阻膜
参见图17，在步骤十六中完成二层线路层和三层线路层电镀的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤十八、基板双面光阻膜显影开窗
参见图18，利用曝光显影设备将基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出基板正面二层线路层及背面三层线路层中后续需要进行连接铜柱电镀的区域图形；
步骤十九、电镀铜柱
参见图19，在步骤十八中基板正面二层线路层及背面三层线路层去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为连接铜柱；
步骤二十、去除光阻膜
参见图20，去除基板双面的光阻膜，去除方法采用化学药水软化并采用高压水喷除； 步骤二十一、快速蚀刻
参见图21，对基板双面进行快速蚀刻，去除基板表面金属化的金属；
步骤二十二、基板双面覆盖绝缘材料层
参见图22，基板二层线路层表面和三层线路层表面覆盖绝缘材料，目的是为了作为一层线路层和二层线路层、三层线路层和四层线路层的绝缘层，同时作后续电镀一层线路层、四层线路的基础；
步骤二十三、绝缘材料表面减薄
参见图23，将基板双面的绝缘材料进行机械减薄，直到露出铜柱层为止，目的是为了使二层线路层表面铜柱与后续的一层线路层连接，三层线路层表面铜柱与后续的四层线路层连接，同时能增加后续化学铜的结合力；
步骤二十四、基板双面绝缘材料表面金属化
参见图24，对基板双面绝缘材料的表面同时进行金属化处理，使其表面后续能进行电
镀；
步骤二十五、基板双面贴光阻膜
参见图25，在步骤二十四完成绝缘材料双面金属化的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜，所述光阻膜可以采用湿式光阻膜或干式光阻膜；
步骤二十六、基板双面光阻膜显影开窗
参见图26，利用曝光显影设备将金属化的基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属化的基板正面及背面后续需要进行一层线路层和四层线路层电镀的区域图形；
步骤二十七、电镀金属线路层
参见图27，在步骤二十六中金属化的基板正面及背面去除部分光阻膜的区域内同时电镀上金属线路层作为一层线路层和四层线路；
步骤二十八、去除光阻膜
参见图28，去除金属化的基板正面及背面的光阻膜，去除方法采用化学药水软化并采用高压水喷除；
步骤二十九、快速蚀刻
参见图29，对金属化的基板双面进行快速蚀刻，去除基板表面金属化的金属；
步骤三十、基板双面覆盖绝缘感光材料层
参见图30，在基板正面一层线路层及背面四层线路层分别刷上可进行曝光显影的绝缘感光材料；
步骤三十一、基板双面绝缘感光材料层显影开窗
参见图31，利用曝光显影设备将基板正面一层线路层及背面四层线路层进行图形曝光、显影与去除部分图形绝缘感光材料，以露出基板的正面一层线路层后续需要装片的区域图形和背面四层线路层后续需要植球的区域图形。
【权利要求】
1.一种新型高密度高性能多层基板表面对称结构的制作方法，其特征在于所述方法包括以下步骤: 步骤一、取金属基板 步骤二、金属基板表面预镀铜材 步骤三、基板双面贴光阻膜 在完成预镀铜材薄膜的金属基板的双面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜； 步骤四、光阻膜显影开窗 利用曝光显影设备将金属基板正面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属基板正面后续需要进行铜柱电镀的区域图形； 步骤五、电镀铜柱 在步骤四中金属基板正面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为连接铜柱； 步骤六、去除光阻膜 去除金属基板表面的光阻膜； 步骤七、包封 在金属基板正面采用塑封料进行塑封； 步骤八、绝缘材料表面减`薄 对绝缘材料的表面进行机械减薄，减薄到露出铜柱为止； 步骤九、基板双面贴光阻膜 在步骤八完成绝缘材料减薄的金属基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜； 步骤十、光阻膜显影开窗 利用曝光显影设备将金属基板背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属基板背面后续需要进行蚀刻的区域图形； 步骤^^一、去除金属基板 将金属基板背面进行蚀刻，去除金属基板，露出中心芯板的铜柱和绝缘材料； 步骤十二、去除光阻膜 去除基板表面的光阻膜； 步骤十三、基板双面金属化 对基板绝缘材料正反面进行金属化处理，使其表面后续能进行电镀； 步骤十四、基板双面贴光阻膜 在步骤十三完成绝缘材料双面金属化的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜； 步骤十五、基板双面光阻膜显影开窗 利用曝光显影设备将金属化的基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属化的基板正面及背面后续需要进行二层线路层和三层线路层电镀的区域图形； 步骤十六、电镀金属线路层 在步骤十五中金属化的基板正面及背面去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为二层线路层和三层线路层； 步骤十七、基板双面贴光阻膜 在步骤十六中完成二层线路层和三层线路层电镀的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜； 步骤十八、基板双面光阻膜显影开窗 利用曝光显影设备将基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出基板正面二层线路层及背面三层线路层中后续需要进行连接铜柱电镀的区域图形； 步骤十九、电镀铜柱 在步骤十八中基板正面二层线路层及背面三层线路层去除部分光阻膜的区域内电镀上金属线路层作为连接铜柱； 步骤二十、去除光阻膜 去除基板双面的光阻膜； 步骤二十一、快速蚀刻 对基板双面进行快速蚀刻，去除基板表面金属化的金属； 步骤二十二、基板双面覆盖绝缘材料层 基板二层线路层表面和三层线路层表面覆盖绝缘材料； 步骤二十三、绝缘材料表面减薄 将基板双面的绝缘材料进行机械减薄，直到露出铜柱层为止； 步骤二十四、基板双面绝缘材料表面金属化 对基板双面绝缘材料的表面同时进行金属化处理，使其表面后续能进行电镀； 步骤二十五、基板双面贴光阻膜 在步骤二十四完成绝缘材料双面金属化的基板的正面及背面分别贴上可进行曝光显影的光阻膜； 步骤二十六、基板双面光阻膜显影开窗 利用曝光显影设备将金属化的基板正面及背面进行图形曝光、显影与去除部分图形光阻膜，以露出金属化的基板正面及背面后续需要进行一层线路层和四层线路层电镀的区域图形； 步骤二十七、电镀金属线路层 在步骤二十六中金属化的基板正面及背面去除部分光阻膜的区域内同时电镀上金属线路层作为一层线路层和四层线路； 步骤二十八、去除光阻膜 去除金属化的基板正面及背面的光阻膜； 步骤二十九、快速蚀刻 对金属化的基板双面进行快速蚀刻，去除基板表面金属化的金属； 步骤三十、基板双面覆盖绝缘感光材料层 在基板正面一层线路层及背面四层线路层分别刷上可进行曝光显影的绝缘感光材料； 步骤三十一、基板双面绝缘感光材料层显影开窗 利用曝光显影设备将基板正面一层线路层及背面四层线路层进行图形曝光、显影与去除部分图形绝缘感光材料，以露出基板的正面一层线路层后续需要装片的区域图形和背面四层线路层后续需要植球的区域图形。
2.一种采用权利要求1所述的制作方法制备的新型高密度高性能多层基板表面对称结构，其特征在于:它包括自上而下依次布置的一层线路层(I)、二层线路层(2)、三层线路层(3)和四层线路层(4)，所述一层线路层(I)和二层线路层(2)之间通过第一连接铜柱(5)相连接，所述第二线路层(2)与三层线路层(3)之间通过第二连接铜柱(6)相连接，所述三层线路层(3)与四层线路层(4)之间通过第三连接铜柱(7)相连接，所述第二连接铜柱(6)外围包封有塑封料(8)，所述二层线路层(2)和第一连接铜柱(5)外围以及三层线路层(3)和第三连接铜柱(7 )外围包覆有绝缘材料(9 )，所述一层线路层(I)和四层线路层(4 )表面及外围包覆有绝缘感光材料(10)，所述绝缘感光材料(10)在一层线路层(I)正面位置开设有装片 区域(11)，绝缘感光材料(10)在四层线路层(4)背面位置开设有植球区域(12)。
【文档编号】H05K3/46GK103874347SQ201410122831
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】陈灵芝, 邹建安, 王孙艳, 梁新夫, 王新潮 申请人:江苏长电科技股份有限公司