專利名稱：一種防止翹曲現(xiàn)象發(fā)生的基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體封裝件用的基板，特別是關(guān)于一種用以防止翹曲(Warpage)現(xiàn)象發(fā)生的基板。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體封裝件中，用于芯片承載件(Chip Carrier)的基板，通常具有一芯層(Core Layer)，該芯層是用樹脂，如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、聚酰亞胺(Polyimide)樹脂、BT(Bismaleimide Trazine)樹脂、FR4樹脂等材料制成。之后，在芯層的相對(duì)上、下表面上各壓合至少一銅(Copper)層，銅層經(jīng)過曝光(Exposing)、顯影(Developing)、蝕刻(Etching)等制程，經(jīng)圖案化(Patterning)后，形成多條導(dǎo)電跡線(Conductive Trace)，各導(dǎo)電跡線具有一終端。接著，在芯層的相對(duì)上、下表面上敷設(shè)拒焊劑(SolderMask)等絕緣性材料，形成一遮覆導(dǎo)電跡線的保護(hù)層，同時(shí)要使各導(dǎo)電跡線的終端外露出拒焊劑；絕緣性保護(hù)層可保護(hù)導(dǎo)電跡線免受外界水氣、灰塵的侵害。外露的導(dǎo)電跡線的終端可作為焊墊或焊指，在后續(xù)封裝制程中與導(dǎo)電組件，如焊球(Solder Ball)或焊線(Bonding Wire)焊接。
基板應(yīng)用在半導(dǎo)體封裝制程時(shí)，其芯層的上、下表面的作用通常不同，例如，芯層的上表面是用來承載芯片，而芯層的下表面是植接多個(gè)如焊球的導(dǎo)電組件與外界電性連接。因此，芯層上表面上的導(dǎo)電跡線的分布與芯層下表面上的導(dǎo)電跡線的分布往往不同。由于銅質(zhì)導(dǎo)電跡線與拒焊劑的熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)差異很大，在制程中的溫度變化下，這種基板結(jié)構(gòu)易造成諸多問題，其中之一即為基板翹曲(Warpage)現(xiàn)象。圖5A及圖5B即顯示一個(gè)產(chǎn)生翹曲的基板1，該基板1包括一芯層10；一個(gè)由多條銅質(zhì)導(dǎo)電跡線構(gòu)成的上金屬層11，形成在芯層10的上表面12上；一個(gè)由多條銅質(zhì)導(dǎo)電跡線構(gòu)成的下金屬層13，形成在芯層10的下表面14上；一上拒焊劑層15敷設(shè)在上金屬層11，以遮蓋住導(dǎo)電跡線；以及一下拒焊劑層16敷設(shè)至下金屬層13，以遮蓋住導(dǎo)電跡線。
如圖5A所示，當(dāng)上金屬層11的金屬(銅)含量少于下金屬層13的金屬含量時(shí)，由于制程中溫度的變化，如基板的烘烤(Baking)、封裝膠體的固化(Curing)、后續(xù)熱循環(huán)(Thermal Cycle)作業(yè)等環(huán)境下，上金屬層11與下金屬層13會(huì)產(chǎn)生不同的熱應(yīng)力(Thermal Stress)，使下拒焊劑層16的變形量或收縮量比上拒焊劑層15的變形量或收縮量大，使基板1產(chǎn)生向下彎曲的翹曲現(xiàn)象。
如圖5B所示，當(dāng)上金屬層11的金屬含量多于下金屬層13的金屬含量時(shí)，基板1在溫度變化下會(huì)使上拒焊劑層15及上金屬層11的一側(cè)產(chǎn)生的變形量或收縮量，比下拒焊劑層16及下金屬層13的一側(cè)產(chǎn)生的變形量或收縮量大，使基板1向上彎曲變形而導(dǎo)致翹曲現(xiàn)象。
為解決基板結(jié)構(gòu)中因熱膨脹系數(shù)差異而造成的翹曲，美國第5,473,119號(hào)專利發(fā)明了一個(gè)吸收應(yīng)力的基板。如圖6所示，該基板2是由一支撐層(Support Layer)或芯層20、一應(yīng)力減緩層(Stress-RelievingLayer)21及一導(dǎo)電層(Conductive Layer)22構(gòu)成；該導(dǎo)電層22具有多條導(dǎo)電跡線。該應(yīng)力減緩層21是用膨脹(Expanded)的聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)制成，其壓縮系數(shù)(Compressive Modulus)小于50,000磅/平方英時(shí)。其中，膨脹的聚四氟乙烯具高孔性(Porosity)、極低的介電常數(shù)(Dielectric Constant)及極低的熱膨脹系數(shù)。
當(dāng)一電子組件，如半導(dǎo)體芯片23借助焊塊(Solder Bump)24接置在基板2上、并電性連接至導(dǎo)電層22時(shí)，在后續(xù)制程中溫度變化環(huán)境下，應(yīng)力減緩層21能夠吸收由半導(dǎo)體芯片23與基板2間的熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生的應(yīng)力，使焊塊24不會(huì)受應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂損(Crack)，因而能確保整體結(jié)構(gòu)的完整及電性連接品質(zhì)。
上述具有應(yīng)力減緩層21的基板2，雖能避免因熱膨脹系數(shù)差異所造成的結(jié)構(gòu)損害，然而，在支撐層或芯層20上增設(shè)該應(yīng)力減緩層21，會(huì)增加基板2的厚度，令使用該基板2的半導(dǎo)體封裝件的尺寸變大，不符合封裝結(jié)構(gòu)輕薄短小的發(fā)展趨勢；再有，應(yīng)力減緩層21的設(shè)置也增加基板2的制程和材料成本，使半導(dǎo)體封裝件的生產(chǎn)成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用以防止翹曲(Warpage)現(xiàn)象發(fā)生的基板，使布設(shè)在基板相對(duì)表面上的跡線，在溫度變化下所產(chǎn)生的應(yīng)力能夠彼此抗衡，從而能有效避免基板產(chǎn)生翹曲以維持基板的平坦，并能確保使用該基板的封裝產(chǎn)品的品質(zhì)及優(yōu)良率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種防止翹曲現(xiàn)象發(fā)生的基板，不會(huì)增加基板的厚度及生產(chǎn)成本，使用該基板的封裝結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)小尺寸、低成本。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種防止翹曲現(xiàn)象發(fā)生的基板包括一芯層(Core Layer)，具有一第一表面及一相對(duì)的第二表面；多條第一導(dǎo)電跡線(Conductive Trace)及第二導(dǎo)電跡線，分別形成在該芯層的第一表面及第二表面上，各該導(dǎo)電跡線具有一終端；多條第一非功能性跡線及第二非功能性跡線，分別布設(shè)在該芯層的第一表面及第二表面上沒有形成有該導(dǎo)電跡線的區(qū)域，使該第一非功能性跡線具有不同于該第二非功能性跡線的布設(shè)密度，使該芯層的第一表面上的第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線所產(chǎn)生的應(yīng)力(Stress)，能夠與該芯層的第二表面上的第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線所產(chǎn)生的應(yīng)力抗衡，從而維持該基板的平坦；以及一絕緣性材質(zhì)層，分別敷設(shè)至該芯層的第一表面及第二表面上，遮覆住該導(dǎo)電跡線及該非功能性跡線，使各該導(dǎo)電跡線的終端外露出該絕緣性材質(zhì)層。
在半導(dǎo)體封裝件的制程中使用上述基板，在溫度變化(如基板的烘烤、封裝膠體的固化及后續(xù)熱循環(huán)作業(yè)等)的環(huán)境下，以不同密度布設(shè)在芯層的第一表面及第二表面上的第一非功能性跡線及第二非功能性跡線，能夠使芯層的第一表面上的第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，與芯層的第二表面上的第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線所產(chǎn)生的熱應(yīng)力抗衡，同時(shí)，敷設(shè)至第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線上的絕緣性材質(zhì)層所產(chǎn)生的變形，與敷設(shè)至該第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線上的絕緣性材質(zhì)層所產(chǎn)生的變形相當(dāng)，從而能有效避免基板翹曲而維持基板的平坦，確保封裝成品的品質(zhì)及優(yōu)良率。再有，用以防止基板翹曲的第一非功能跡線及第二非功能性跡線，是分別與第一導(dǎo)電跡線及第二導(dǎo)電跡線同時(shí)形成，故不會(huì)增加基板的厚度及生產(chǎn)成本，使用該基板的封裝結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)小尺寸、低成本。


為讓本發(fā)明的上述及其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，將與較佳實(shí)施例，配合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖的內(nèi)容簡述如下圖1是本發(fā)明的基板的剖視圖；圖2是顯示圖1基板的跡線布設(shè)的上視圖；圖3是顯示圖1基板的跡線布設(shè)的底視圖；圖4是使用本發(fā)明的基板的半導(dǎo)體封裝件的剖視圖；
圖5A及圖5B是現(xiàn)有產(chǎn)生翹曲的基板的剖視圖；以及圖6是美國第5,473,119號(hào)專利案基板的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例以下即配合圖1至圖3詳細(xì)說明本發(fā)明的防止翹曲現(xiàn)象發(fā)生的基板。
如圖1所示，本發(fā)明的基板3包括一芯層30，形成在芯層30相對(duì)表面上的第一金屬層31及第二金屬層32，以及分別敷設(shè)在第一金屬層31及第二金屬層32上的絕緣性材質(zhì)層33、34。
該芯層30具有一第一表面300及一相對(duì)的第二表面301，且由現(xiàn)有樹脂材料，如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、聚酰亞胺(Polyimide)樹脂、BT(Bismaleimide Trazine)樹脂、FR4樹脂等材料制成。芯層30的結(jié)構(gòu)及制法屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不重復(fù)說明。
該第一金屬層31是一至少壓合在芯層30的第一表面300上的銅層31(以相同于第一金屬層的標(biāo)號(hào)表示)，采用現(xiàn)有曝光(Exposing)、顯影(Developing)、蝕刻等技術(shù)，使銅層31圖案化(Patteming)，且在芯層30上的預(yù)定部位形成多條第一導(dǎo)電跡線35，各第一導(dǎo)電跡線35具有一終端(焊指)350；在芯層30的第一表面300上沒有布設(shè)第一導(dǎo)電跡線35的區(qū)域，形成多條第一非功能性跡線36；該第一非功能性跡線36是假(Dummy)跡線，呈網(wǎng)狀(Mesh)方式布設(shè)(但不以此為限)，如圖2所示。
同理，該第二金屬層32是一至少壓合在芯層30的第二表面301上的銅層32(以相同于第二金屬層的標(biāo)號(hào)表示)圖案化，形成多條第二導(dǎo)電跡線37，各第二導(dǎo)電跡線37具有一終端(焊墊)370，在芯層30的第二表面301上沒有布設(shè)第二導(dǎo)電跡線37的區(qū)域，形成多條第二非功能性跡線38；該第二非功能性跡線38是假跡線，呈網(wǎng)狀(Mesh)方式布設(shè)(但不以此為限)，如圖3所示。
當(dāng)基板3應(yīng)用在半導(dǎo)體封裝制程時(shí)，其芯層30的第一表面300及第二表面301的作用通常不同。例如(但不限于此)，芯層30的第一表面300是用以承載芯片(未圖標(biāo))，而芯層30的第二表面301則得植接多條導(dǎo)電組件如焊球(未圖標(biāo))以與外界電性連接，因此，第一導(dǎo)電跡線35的分布往往與第二導(dǎo)電跡線37的分布不同，在溫度變化(如基板烘烤、封裝膠體固化、后續(xù)熱循環(huán)作業(yè)等)的環(huán)境下，分布不同的第一導(dǎo)電跡線35及第二導(dǎo)電跡線37會(huì)因銅含量不均，產(chǎn)生不同的熱應(yīng)力(Thermal stress)而導(dǎo)致基板3的翹曲。有鑒于此，本發(fā)明的特征即分別在芯層30的第一表面300及第二表面301上沒有布設(shè)第一導(dǎo)電跡線35及第二導(dǎo)電跡線37的區(qū)域，形成有第一非功能性跡線36及第二非功能性跡線38，其中，第一非功能性跡線36具有不同于第二非功能性跡線38的布設(shè)密度，使芯層30的第一表面300上的第一導(dǎo)電跡線35及第一非功能性跡線36產(chǎn)生的熱應(yīng)力，能夠與芯層30的第二表面301上的第二導(dǎo)電跡線37及第二非功能性跡線38產(chǎn)生的熱應(yīng)力抗衡，進(jìn)而維持基板3的平坦；同時(shí)，第一導(dǎo)電跡線35及第一非功能性跡線36的用量銅與第二導(dǎo)電跡線37及第二非功能性跡線38的用量銅形成一比例關(guān)系，以避免基板3產(chǎn)生翹曲。
再有，用以防止基板3翹曲的第一非功能跡線36及第二非功能性跡線38是分別與第一導(dǎo)電跡線35及第二導(dǎo)電跡線37同時(shí)制成，故不會(huì)增加基板3的厚度及生產(chǎn)成本，因此使用該基板3的封裝結(jié)構(gòu)能夠兼顧小尺寸、低成本。
該絕緣性材質(zhì)層如拒焊劑(Solder Mask)層33、34是分別敷設(shè)至芯層30的第一表面300及第二表面301上，以遮覆住第一導(dǎo)電跡線35及第二導(dǎo)電跡線以及第一非功能跡線36與第二非功能性跡線38，令第一導(dǎo)電跡線35的焊指350及第二導(dǎo)電跡線37的焊墊370外露出絕緣性材質(zhì)層33、34。以拒焊劑層33、34包覆的導(dǎo)電跡線35、37及非功能性跡線36、38，能夠避免外界水氣或污染物對(duì)其的侵害，并可防止后續(xù)制程中因?qū)щ娵E線外露而產(chǎn)生短路(Short Circuit)現(xiàn)象。
當(dāng)基板3應(yīng)用在半導(dǎo)體封裝制程時(shí)，外露的第一導(dǎo)電跡線35的焊指350與焊線(未圖標(biāo))焊接，而第二導(dǎo)電跡線37的焊墊370是供后續(xù)植接焊球或焊塊(未圖標(biāo))之用；例如(但不限于此)，若芯層30的第一表面300是用以承載芯片(未圖標(biāo))，第一導(dǎo)電跡線35的焊指350可焊接有焊線以電性連接芯片至基板3，而芯層30的第二表面301上的第二導(dǎo)電跡線37的焊墊370，可植接焊球與外界裝置如印刷電路板(PrintedCircuit Board，未圖標(biāo))成電性連接關(guān)系。
再有，第一導(dǎo)電跡線35及第一非功能性跡線36使敷設(shè)其上的絕緣性材質(zhì)層33在溫度變化下產(chǎn)生的變形，與敷設(shè)至第二導(dǎo)電跡線37及第二非功能性跡線38上的絕緣性材質(zhì)層34產(chǎn)生的變形相當(dāng)，因而能夠避免基板3產(chǎn)生翹曲。
圖4顯示使用上述基板3的半導(dǎo)體封裝件；在此以球柵陣列(BallGrid Array，BGA)半導(dǎo)體封裝件為例進(jìn)行說明，但不以此為限，本發(fā)明的基板3也可適用于其它種類的封裝結(jié)構(gòu)，如覆晶(Flip-Chip)結(jié)構(gòu)，或作為承載封裝件用于電路板，如印刷電路板。
首先，制備上述基板3，該基板3具有一置晶面3a及一相對(duì)的植球面3b，其中，置晶面3a是對(duì)應(yīng)于上述芯層30的第一表面300，而植球面3b是對(duì)應(yīng)于芯層30的第二表面301，但不以此為限。通過布設(shè)不同密度的第一非功能性跡線36及第二非功能性跡線38，基板3的置晶面3a(含第一導(dǎo)電跡線35、第一非功能性跡線36及絕緣性材質(zhì)層33)與植球面3b(含第二導(dǎo)電跡線37、第二非功能性跡線38及絕緣性材質(zhì)層34)，在基板3的制程中的溫度變化(如烘烤作業(yè))環(huán)境下，能夠產(chǎn)生彼此抗衡的熱應(yīng)力，同時(shí)，置晶面3a的絕緣性材質(zhì)層33產(chǎn)生的變形與植球面3b的絕緣性材質(zhì)層34產(chǎn)生的變形相當(dāng)，故不會(huì)發(fā)生基板3翹曲而得維持基板3的平坦。
然后，進(jìn)行一粘晶(Die Bonding)作業(yè)以接置至少一芯片4至基板3的置晶面3a上。接著，進(jìn)行一焊線(Wire Bonding)作業(yè)以形成多條焊線5，如金線(Gold Wire)，該焊線5焊接至外露出絕緣性材質(zhì)層33的第一導(dǎo)電跡線35的焊指350以及芯片4，以電性連接芯片4至基板3的置晶面3a。
進(jìn)行一模壓(Molding)作業(yè)以使用一樹脂化合物如環(huán)氧樹脂等在基板3的置晶面3a上形成一封裝膠體(Encapsulant)6，以包覆芯片4及焊線5使其與外界氣密隔離，從而免受外界水氣、污染物的侵害。
完成模壓作業(yè)后，進(jìn)行一固化(Post Molding Curing，PMC)制程，使形成在基板3的置晶面3a上的封裝膠體6，在大約175℃的條件下，經(jīng)過6小時(shí)的烘烤而固化(Curing)。在此高溫環(huán)境下，由于基板3的置晶面3a(含第一導(dǎo)電跡線35及第一非功能性跡線36)與植球面3b(含第二導(dǎo)電跡線37及第二非功能性跡線38)能夠產(chǎn)生彼此抗衡的熱應(yīng)力，從而能避免基板3翹曲并維持基板3的平坦。
最后，進(jìn)行一植球(Ball Implantation)作業(yè)，植接多個(gè)焊球7在基板3的植球面3b上外露出絕緣性材質(zhì)層34的第二導(dǎo)電跡線37的焊墊370，使焊球7作為半導(dǎo)體封裝件的輸入/輸出(Input/Output，I/O)端，令芯片4與外界裝置，如印刷電路板(未圖標(biāo))成電性連接關(guān)系。
使用上述基板3的半導(dǎo)體封裝件，在后續(xù)封裝件測試或熱循環(huán)的溫度變化環(huán)境下，基板3中以不同密度布設(shè)的第一非功能性跡線36及第二非功能性跡線38，使基板3的置晶面3a所產(chǎn)生的熱應(yīng)力及絕緣性材質(zhì)層33的變形，與植球面3b產(chǎn)生的熱應(yīng)力及絕緣性材質(zhì)層34的變形獲得平衡，從而能夠確?；?不會(huì)發(fā)生翹曲、維持基板3的平坦，增進(jìn)封裝成品的品質(zhì)及優(yōu)良率。
權(quán)利要求
1.一種用以防止翹曲現(xiàn)象發(fā)生的基板，其特征在于，該基板包括一芯層，具有一第一表面及一相對(duì)的第二表面；多條第一導(dǎo)電跡線及第二導(dǎo)電跡線，分別形成在該芯層的第一表面及第二表面上，各該導(dǎo)電跡線具有一終端；多條第一非功能性跡線及第二非功能性跡線，分別布設(shè)在該芯層的第一表面及第二表面上未形成有該導(dǎo)電跡線的區(qū)域，使該第一非功能性跡線具有不同于該第二非功能性跡線的布設(shè)密度，令該芯層的第一表面上的第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線產(chǎn)生的應(yīng)力，與該芯層的第二表面上的第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線產(chǎn)生的應(yīng)力抗衡，從而維持該基板的平坦；以及一絕緣性材質(zhì)層，分別敷設(shè)至該芯層的第一表面及第二表面上，以遮覆住該導(dǎo)電跡線及該非功能性跡線，令各該導(dǎo)電跡線的終端外露出該絕緣性材質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該芯層是由環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、BT樹脂或FR4樹脂等材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該導(dǎo)電跡線及非功能性跡線是用銅制成。
4.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該非功能性跡線是假跡線。
5.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該非功能性跡線是呈網(wǎng)狀方式布設(shè)的。
6.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該第一導(dǎo)電跡線的分布與第二導(dǎo)電跡線的分布不同。
7.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線使敷設(shè)其上的絕緣性材質(zhì)層，在溫度變化下產(chǎn)生的變形與敷設(shè)至該第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線上的絕緣性材質(zhì)層產(chǎn)生的變形相當(dāng)，因而可避免該基板產(chǎn)生翹曲。
8.如權(quán)利要求3所述的基板，其特征在于，該第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線的用銅量，與該第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線的用銅量成一比例關(guān)系。
9.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該絕緣性材質(zhì)層是拒焊劑層。
10.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該導(dǎo)電跡線的終端是供植接焊球之用。
11.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該導(dǎo)電跡線的終端是供植接焊塊之用。
12.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該第一導(dǎo)電跡線的終端是供焊接焊線之用，而該第二導(dǎo)電跡線的終端是供植接焊球之用。
13.如權(quán)利要求1所述的基板，其特征在于，該第一導(dǎo)電跡線的終端是供植接焊球之用，而該第二導(dǎo)電跡線的終端是供焊接焊線之用。
全文摘要
一種不會(huì)翹曲的基板。在基板的芯層第一表面及第二表面分別形成多條第一導(dǎo)電跡線及第二導(dǎo)電跡線，以及多條第一非功能性跡線及第二非功能性跡線，其中，第一非功能性跡線具有不同于第二非功能性跡線的布設(shè)密度，令第一導(dǎo)電跡線及第一非功能性跡線產(chǎn)生的應(yīng)力與第二導(dǎo)電跡線及第二非功能性跡線產(chǎn)生的應(yīng)力抗衡；再有，芯層的第一及第二表面上的導(dǎo)電跡線及非功能性跡線在溫度變化下產(chǎn)生彼此抗衡的熱應(yīng)力，同時(shí)，敷設(shè)至芯層第一表面上的絕緣性材質(zhì)層所產(chǎn)生的變形與敷設(shè)至芯層第二表面上的絕緣性材質(zhì)層產(chǎn)生的變形相當(dāng)，能有效避免基板翹曲以維持基板的平坦。
文檔編號(hào)H01L23/12GK1494133SQ0214615
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
發(fā)明者張錦煌, 邱進(jìn)添, 劉正仁 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司