專利名稱：有機芯片載體的高密度設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及集成電路裝置對印刷電路板的連接，特別是，本發(fā)明涉及利用集成電路芯片載體將半導(dǎo)體集成電路(IC)芯片連接在印刷電路板上，其中通過集成電路芯片載體實現(xiàn)全部信號和電源的連接。
當集成電路芯片已裝在集成電路芯片載體上時，集成電路芯片很容易進入其希望的工作環(huán)境。典型的芯片載體通過提供到芯片外或外部裝置的電連接來提供集成電路芯片和電路板的接口。
已經(jīng)使用用于芯片載體的有機襯底并為許多應(yīng)用繼續(xù)發(fā)展。由于改進的電性能和更低的成本期望這些襯底替代陶瓷襯底，特別在芯片載體應(yīng)用中。但是，使用用于互連半導(dǎo)體芯片和電子封裝中的印刷電路板的多層互連結(jié)構(gòu)引入許多挑戰(zhàn)，其中之一是芯片載體內(nèi)電信號電路之間所需的空間量。
隨著半導(dǎo)體芯片輸入/輸出(I/O)計數(shù)超出了外圍裝置以及隨著半導(dǎo)體芯片和印刷電路板縮小化趨勢的發(fā)展。區(qū)域陣列互連是用于建立半導(dǎo)體芯片和有機芯片載體之間以及有機芯片載體和印刷電路板之間大量連接的優(yōu)選方法。
典型的芯片載體包括頂表面和底表面。(術(shù)語“頂”和“底”只用于區(qū)分兩個表面，并不特指該結(jié)構(gòu)裝在印刷電路板時芯片或載體的方向。)芯片載體的頂表面具有以相應(yīng)于芯片上輸入或輸出焊盤的圖形或“腳印”的圖形安排一組接觸焊盤。芯片載體的底表面具有經(jīng)通孔連接到第一組接觸焊盤的第二組接觸焊盤。通孔是橫跨芯片載體厚度方向的(通常)圓柱孔，并與充當電熱導(dǎo)體的諸如銅的材料成一直線。通孔提供芯片和位于芯片載體內(nèi)層中的電路圖形之間的路徑。在載體中鉆出通孔是最常用的提供信號、接地和電源互連裝置的方案。
但是，利用完成信號接地和電源互連所必須的諸如受控熔塌芯片連接器(C4)焊料球柵的工業(yè)標準柵圖形鉆所有的通孔需要鉆極細的間距(例如，9密爾或更細的間距)。為了使所有的信號線躲開所鉆孔之間的槽，需要細電線(例如細于18微米)。具有這種布線的設(shè)計會導(dǎo)致可用產(chǎn)品產(chǎn)量非常低。
已經(jīng)建議其它的設(shè)計，即采用布線槽和隨后的建造工藝以使通孔從信號電路中獨立出來。這些設(shè)計中的信號線具有小到14微米的寬度。但是，這種布線不可能符合要求的阻抗規(guī)范。另外，為了實現(xiàn)14微米的寬度，通孔的鍍層必須非常薄，是2-3微米的數(shù)量級。此相對較薄的鍍層導(dǎo)致通孔的熱和電特性的不足。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案使得信號線寬度與電鍍通孔(PTH)鍍層厚度無關(guān)。
因此，存在一種以有效而廉價的方式增加封裝密度、電性能和裝置對芯片載體結(jié)構(gòu)的可靠性。電子封裝可以顯著增加半導(dǎo)體芯片和有機芯片載體之間以及有機芯片載體和印刷電路板之間互連的密度，該電子封裝包括諸如有機芯片載體的多層互連結(jié)構(gòu)并提供電信號可以選擇路由的布線槽。另外，它使得電子封裝的設(shè)計顯著改進電性能。應(yīng)當相信這種結(jié)構(gòu)將形成對現(xiàn)有技術(shù)的顯著改進。
本發(fā)明提供一種芯片載體結(jié)構(gòu)，其包括將通孔放在認為是“關(guān)柵”的位置上，即當通孔位于芯片載體內(nèi)部時，其不在由典型柵坐標或陣列圖形系統(tǒng)定義的位置上。以這種方式重新定位通孔允許成組的電信號涌入位于通孔之間的布線槽。利用布線槽還允許電線寬度增加，這導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性和產(chǎn)量的增加。
電通孔信號利用內(nèi)層中典型為狗骨頭形的導(dǎo)電連接器返回到多層結(jié)構(gòu)中的“開柵”位置(即，進一步連接要求的陣列圖形)。因此，當電信號從頂和底表面離開芯片載體時，該電信號再次位于陣列圖形結(jié)構(gòu)中。底表面的陣列圖形結(jié)構(gòu)類似于頂表面的結(jié)構(gòu)。或者，底表面的陣列圖形結(jié)構(gòu)可能遠遠不同于頂表面結(jié)構(gòu)。例如，頂表面的陣列圖形可以擴展或收縮(例如，分別為扇形張開圖形或扇形收縮圖形)。這些變換可以是線性或發(fā)射性或兩者的某些組合。而且，一個通孔可以連接到一個以上的微孔，或相反。
利用鉆通外部絕緣層的盲孔實現(xiàn)通孔返回陣列圖形位置，在通孔被鉆孔和電鍍之后，外部絕緣層用于芯片載體。外部絕緣層將覆蓋和/或填入關(guān)柵或非陣列圖形通孔?；蛘?，這些盲孔可以利用本領(lǐng)域所熟知的技術(shù)來形成，例如激光剝落、等離子體蝕刻、機械鉆孔或光成像。
一般說來，本發(fā)明提供一種包含疊置組件的集成電路載體結(jié)構(gòu)，包括第一表面；與所述第一表面大致平行的第二表面；一組在所述第一表面上以第一陣列圖形排列的接觸焊盤；一組在所述第二表面上以第二陣列圖形排列的接觸焊盤；所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的通孔，用于連接第一和第二表面上各自的接觸焊盤，其中所述通孔從第一表面上的陣列圖形水平移動；和連接接觸焊盤和通孔的導(dǎo)電元件。
本發(fā)明還提供一種印刷電路板組件，包括半導(dǎo)體集成電路；印刷電路板；將半導(dǎo)體集成電路裝在印刷電路板的集成電路裝置，包括具有第一表面和與所述第一表面大致平行的第二表面的分層結(jié)構(gòu)；一組在所述第一表面上以第一陣列圖形排列的接觸焊盤；一組在所述第二表面上以第二陣列圖形排列的接觸焊盤；所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的通孔，用于連接第一和第二表面上各自的接觸焊盤，其中所述通孔從第一表面上的陣列圖形水平移動，為了最大化可用布線槽的體積；和連接接觸焊盤和通孔的導(dǎo)電元件。
本發(fā)明還提供一種組裝具有疊置組件集成電路載體結(jié)構(gòu)的方法，其中疊置組件包括大致平行的第一和第二表面；包括在所述第一表面上以第一陣列圖形排列一組接觸焊盤；在所述第二表面上以第二陣列圖形排列一組接觸焊盤；所述結(jié)構(gòu)內(nèi)形成通孔，用于連接第一和第二表面上各自的接觸焊盤，其中所述通孔從第一表面上的陣列圖形水平移動；和采用導(dǎo)電元件以連接接觸焊盤和通孔。
可以理解上面的綜述和下面的詳細描述都是示范性的，而不是對本發(fā)明的限制。
當結(jié)合附圖閱讀下面的詳細描述時可以最好地理解本發(fā)明。需要強調(diào)的是根據(jù)通常的實踐和為了清楚，附圖的各種特征不是按比列畫出的。相反，各種特征的尺寸可以任意擴大或縮小。附圖中包含下面的幾幅圖

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明將半導(dǎo)體芯片裝在載體和將載體裝在印刷電路板上的分解透視圖；圖2是對圖1的根據(jù)本發(fā)明安裝和連接集成電路芯片、芯片載體和印刷電路板放大比例的縱向剖面圖；圖3描述圖2根據(jù)本發(fā)明的芯片載體結(jié)構(gòu)上表面的頂視圖；圖4描述圖2根據(jù)本發(fā)明一可能實施例的芯片載體結(jié)構(gòu)上表面的頂視圖；圖5描述圖2根據(jù)本發(fā)明另一可能實施例的芯片載體結(jié)構(gòu)上表面的頂視圖。
本發(fā)明提供一種有機集成電路芯片載體。特別是一種新設(shè)計，使半導(dǎo)體芯片的信號線通過多層芯片載體，同時保持用于增加生產(chǎn)量的最大的布線寬度。雖然本發(fā)明易用于多種不同形式的實施例，這里在附圖中表示并將詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是，應(yīng)當理解本說明書應(yīng)當認為是本發(fā)明原理的示范，而且不希望將本發(fā)明限制在所說明的實施例中。
參照圖1，此圖表示將半導(dǎo)體芯片12安在載體14上以及將載體14安在電路化襯底16(例如，印刷電路板)上的電子封裝10的分解透視圖。電子封裝10包括多層互連結(jié)構(gòu)20，最好是適于利用多個焊料球24和導(dǎo)電焊盤18將半導(dǎo)體芯片12電連接到印刷電路板的有機芯片載體。多層互連結(jié)構(gòu)20典型包括某種絕緣和導(dǎo)電材料的交替層(參見圖2)。
如圖2所示，多層互連結(jié)構(gòu)20還包括多個微孔22和接觸焊盤32，它們電連接于芯片載體14內(nèi)的多個導(dǎo)電連接器28。多個微孔22還連接于半導(dǎo)體芯片12上的多個接觸部件30。多個微孔22的每一個包括位于多個微孔22內(nèi)壁上和多個導(dǎo)電部件28選定部分上的一層導(dǎo)電材料34，該導(dǎo)電材料最好是銅，但導(dǎo)電膏或焊料也是可以的。
多個接觸焊盤32的選定部分電耦合于焊料連接34的相應(yīng)部分。將每個焊料連接34設(shè)計為有效匹配半導(dǎo)體芯片12上的接觸部件30的圖形。最好使不超過一個的接觸部件30與半導(dǎo)體芯片12下的其中一個電鍍通孔或通孔50、52匹配，以提供從每個接觸部件30通過焊料連接34、導(dǎo)電部件28和電鍍通孔50、52到達相應(yīng)焊料球24的直接電路徑。從接觸部件30到焊料球24的直接電路徑為電信號從半導(dǎo)體芯片12通過多層互連結(jié)構(gòu)20傳送到通過焊料球24外部環(huán)境的相對較短且有效的電路徑。
放置電鍍通孔(PTH)或通孔允許布線槽51有足夠的空間容納用于為電信號、電源和接地信號選擇路由的導(dǎo)電條。如圖2和圖3所示，布線槽51從一電鍍通孔50的邊緣伸到另一電鍍通孔52的邊緣。從A伸到A′所示的布線槽51的寬度表示為信號路徑40選擇路由的可用空間顯著增加。相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)局限在從B到B′所示的布線槽寬度(圖2)。
參照圖2，電子封裝10還可以包括在第一表面42上的多個接觸焊盤18的電路化襯底16(例如，印刷電路板)。接觸焊盤18電連接于多層互連結(jié)構(gòu)20上的相應(yīng)焊料球24。焊料球24典型以球柵陣列(BGA)結(jié)構(gòu)安排焊料球24以有效允許傳輸和功率分布出入電子封裝10。焊料球24也可以包括柱狀或其它形狀一邊在多層互連結(jié)構(gòu)20和電路化襯底16之間提供適當?shù)拈g隔和適當?shù)膽?yīng)力釋放。
參照圖3，表示了本發(fā)明的頂視圖，還說明通孔50、52如何利用狗骨頭形導(dǎo)電連接器28移到關(guān)柵?？梢栽谌我粚有纬晒饭穷^形導(dǎo)電連接器28，但這里為了清楚起見在表面附近形成。微孔22和接觸焊盤32(未示出)還在開柵上，而PTH 50、52已經(jīng)移到關(guān)柵以增加為多個信號條40在內(nèi)部信號層26上(見圖2)選擇路由可用的布線槽51的空間。在本發(fā)明的一個實施例中，在最佳布線槽51中為四個具有28微米最小線寬的信號路徑40提供足夠的空間。
圖4說明本發(fā)明另一可能實施例的頂視圖，以放射性方式說明通孔50、52如何利用狗骨頭形導(dǎo)電連接器28移到關(guān)柵?？梢栽谌我粚有纬晒饭穷^形導(dǎo)電連接器28，但這里為了清楚起見在表面附近形成。微孔22和接觸焊盤32(未示出)還在開柵上，而PTH 50、52已經(jīng)移到關(guān)柵以增加為在內(nèi)層26上每個槽51布置多個(例如四個)信號條40可用的布線槽51的空間，同時保持更寬的條寬(例如，至少28微米)以提高生產(chǎn)能力。
圖5說明本發(fā)明另一可能實施例的頂視圖，其中表示了兩種可能的連接圖形。圖形54表示兩個微孔22連接到一個通孔50；而圖形56表示一個微孔22連接到兩個通孔50。在這兩種圖形中，利用狗骨頭形導(dǎo)電連接器28進行從微孔22到通孔50的連接。
上面的說明希望是說明性的，而且不希望用來作為限制。在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的其它改變是可能的，并且很容易由本領(lǐng)域技術(shù)人員提出。
權(quán)利要求
1.一種包含疊置組件的集成電路載體結(jié)構(gòu)，包括第一表面；與所述第一表面大致平行的第二表面；一組在所述第一表面上以第一陣列圖形排列的接觸焊盤；一組在所述第二表面上以第二陣列圖形排列的接觸焊盤；所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的通孔，用于連接第一和第二表面上各自的接觸焊盤，其中所述通孔從第一表面上的陣列圖形水平移動；和連接接觸焊盤和通孔的導(dǎo)電元件。
2.權(quán)利要求1的集成電路載體結(jié)構(gòu)，還包括所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的柱狀體，最大化這些柱狀體以便在幾組通孔之間形成最大可能的布線槽，其中這些柱狀體位于通孔之間。
3.權(quán)利要求1的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電元件是狗骨頭形的。
4.權(quán)利要求1的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電元件用于變換所述通孔至少一次。
5.權(quán)利要求2的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述布線槽包含多個電信號線。
6.權(quán)利要求1的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中排列在所述第二表面的接觸微孔是盲孔。
7.權(quán)利要求6的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述盲孔是激光剝落的。
8.權(quán)利要求6的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述盲孔是光成像的。
9.權(quán)利要求6的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述盲孔是等離子體蝕刻的。
10.權(quán)利要求6的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中所述盲孔是機械鉆孔的。
11.權(quán)利要求1的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)由一種有機材料形成。
12.權(quán)利要求1的集成電路載體結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)由陶瓷材料形成。
13.一種印刷電路板組件，包括半導(dǎo)體集成電路；印刷電路板；將半導(dǎo)體集成電路裝在印刷電路板上的集成電路裝置，包括具有第一表面和與所述第一表面大致平行的第二表面的分層結(jié)構(gòu)；一組在所述第一表面上以第一陣列圖形排列的接觸焊盤；一組在所述第二表面上以第二陣列圖形排列的接觸焊盤；所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的通孔，用于連接第一和第二表面上各自的接觸焊盤，其中所述通孔從第一表面上的陣列圖形水平移動，為了最大化可用布線槽的體積；和連接接觸焊盤和通孔的導(dǎo)電元件。
14.權(quán)利要求13的印刷電路板組件，還包括所述結(jié)構(gòu)內(nèi)的柱狀體，最大化這些柱狀體以便在幾組通孔之間形成最大可能的布線槽，其中這些柱狀體位于通孔之間。
15.權(quán)利要求13的印刷電路板組件，其中該結(jié)構(gòu)由一種有機材料形成。
16.權(quán)利要求13的印刷電路板組件，其中該結(jié)構(gòu)由陶瓷材料形成。
17.一種組裝具有疊置組件集成電路載體結(jié)構(gòu)的方法，其中疊置組件包括大致平行的第一和第二表面；包括在所述第一表面上以第一陣列圖形排列一組接觸焊盤；在所述第二表面上以第二陣列圖形排列一組接觸焊盤；所述結(jié)構(gòu)內(nèi)形成通孔，用于連接第一和第二表面上各自的接觸焊盤，其中所述通孔從第一表面上的陣列圖形水平移動；和采用導(dǎo)電元件以連接接觸焊盤和通孔。
18.權(quán)利要求17的方法，還包括步驟在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)和所述通孔之間生成具有最大布線槽體積的柱狀體，在所述柱狀體中形成布線槽。
19.權(quán)利要求17的方法，其中所述導(dǎo)電元件是狗骨頭形的。
20.權(quán)利要求17的方法，其中所述導(dǎo)電元件用于變換所述通孔至少兩次。
21.權(quán)利要求17的方法，其中所述布線槽包含多個電信號線。
22.權(quán)利要求17的方法，其中排列在所述第二表面的接觸微孔是盲孔。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述盲孔是激光剝落的。
24.權(quán)利要求22的方法，其中所述盲孔是等離子體蝕刻的。
25.權(quán)利要求22的方法，其中所述盲孔是機械鉆孔的。
26.權(quán)利要求22的方法，其中所述盲孔是光成像的。
27.權(quán)利要求17的方法，其中該結(jié)構(gòu)由一種有機材料形成。
28.權(quán)利要求17的方法，其中該結(jié)構(gòu)由陶瓷材料形成。
全文摘要
一種用于高密度集成電路芯片連接的有機集成電路芯片載體,其中提供電互連到外部電路的接觸焊盤或微孔位于第一陣列圖形中,而電鍍通孔或通孔位于第二陣列圖形中。這允許在芯片載體中使用布線槽,信號布線條可以在芯片載體中選擇路由。
文檔編號H05K3/42GK1349258SQ0110464
公開日2002年5月15日 申請日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者T·F·卡登, T·W·達維斯, R·W·基斯勒, R·D·瑟貝斯塔, D·B·斯通, C·L·泰特蘭－帕羅馬基 申請人:國際商業(yè)機器公司