TWI594349B - 半導體封裝載板及其製造方法 - Google Patents

Description

半導體封裝載板及其製造方法

本發明係關於一種載板及其製造方法，特別關於一種適用於中低腳數之積體電路封裝領域的半導體封裝載板及其製造方法。

隨著人類對提高生活便利性的需求下，各種電子化產品爆炸性的急速擴張，而在電子產品組件製程上佔據舉足輕重地位之積體電路封裝技術也因應此需求所寄予的高速處理化、多功能化、積集化(Integrated)以及小型輕量化等多方面渴望，朝向微型化與高密度化發展。

目前半導體封裝技術在中低腳數的封裝上主要是以引線框架(Lead frame)、四方扁平無腳封裝(Quad Flat No-lead Package,QFN)或晶圓級晶片封裝方式(WB CSP)為主，但若要應用於智慧型手機或穿戴式裝置所需求的小型、輕薄、低成本以及細間距等功能需求下，上述封裝用之載板或引線框架已面臨技術瓶頸。

舉例來說，在引線框架上的封裝製程架構上，其所使用的導線架厚度往往較大，再者，因為其無法形成較為精細的線路與現率間距，以及線路佈局(un-routable)，因此導線架無法對設置於其上之晶片具有電磁波防護效果。此外，現有的載板之介電材料是採用有玻璃纖維之核心層(CCL)或樹脂膠片(PP：Prepreg)，並用雷射鑽孔(laser via)作為電性連接，但雷射對玻璃纖維材進行鑽孔的加工產出慢，成本高，且孔徑不易微小化。再者，當介電材採用玻纖之BT、FR4、FR5或ABF等材料和防焊材料時，在薄型化的情況下，非常容易產生板翹，導致薄型化困難。 更者，由玻璃纖維組構成之介電材料也增加了細線路加工的難度與成本。

因此，各家封裝業者無不汲汲營營研究可符合目前中低腳數封裝結構市場所需的導線架。本發明係針對此一需求，提出一種嶄新的載板及其製造方法，以符合此需。

本發明之主要目的在於提供一種半導體封裝載板及其製造方法，其兼具有可繞線，細線路間距與厚度薄之優點。

本發明之另一目的在於提供一種半導體封裝載板及其製造方法，其可符合中低腳數之積體電路封裝領域之體積輕薄與成本低廉的需求。

為達上述目的，本發明提供一種半導體封裝載板，其主要包括一模鑄介電層與一圖案化導體層。模鑄介電層具有至少一開口槽。而圖案化導體層是埋設於此模鑄介電層內，其中部分圖案化導體層自開口槽顯露出，形成上下兩端是開放端的是作為導電柱，其餘圖案化導體層因僅一端是開放端的是作為導線。

另外，為達上述目的，本發明尚提供此種半導體封裝載板的製造方法，其首先於一暫時性載板之一表面形成一圖案化導體層；隨後，於此暫時性載板上形成一覆蓋該圖案化導體層之模鑄介電層；接續，於模鑄介電層上形成至少一開口槽，以顯露出部分圖案化導體層，其中開口槽即是作為一開放端；以及，最後移除該暫時性載板，以顯露出圖案化導體層之一側，作為另一開放端，並且顯露出部分之介電材料層。部分圖案化導體層自開口槽顯露出，形成上下兩端是開放端者係作為導電柱，而於圖案化導體層僅一端是開放端者係作為導線。

10、50‧‧‧半導體封裝載板

12‧‧‧模鑄介電層

14‧‧‧圖案化導體層

14a‧‧‧導電柱

14b‧‧‧導線

16‧‧‧保護層

18‧‧‧開口槽

20、60‧‧‧封裝結構

22‧‧‧晶片

23‧‧‧連接凸塊

24‧‧‧封膠層

25‧‧‧固定膠

26‧‧‧錫球

32‧‧‧金屬線材

40‧‧‧暫時性載板

42‧‧‧圖案化光阻層

422‧‧‧開孔

44‧‧‧導體材料

52‧‧‧導電層

圖1所示為本發明第一實施例之半導體封裝載板的一示意圖。

圖2為圖1之半導體封裝載板應用於球柵陣列封裝之一實施例示意圖。

圖3為圖1之半導體封裝載板應用於球柵陣列封裝之另一實施例示意圖。

圖4A至圖4F為圖1所示之半導體封裝載板的製作步驟示意圖。

圖4G為具有保護層之半導體封裝載板之一示意圖。

圖5為本發明第二實施例之半導體封裝載板的一示意圖。

圖6為圖5之半導體封裝載板應用於平面網格陣列封裝之一實施例示意圖。

圖7為圖5之半導體封裝載板應用於平面網格陣列封裝之另一實施例示意圖。

圖8A至圖8F為圖5所示之半導體封裝載板的製作步驟示意圖。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

本發明是一種兼具有體積小、厚度薄，成本低，且導線間距可以細微化等特性之載板，其可應用於中低腳數之積體電路封裝領域。請參照圖1所示，其係本發明之半導體封裝載板的第一實施例之示意圖。如圖1所示，半導體封裝載板10主要包括一模鑄介電層12以及至少一圖案化導體層14。圖案化導體層14係埋設於模鑄介電層12內，且圖案化導體層14包含有至少一第一導體部與至少一第二導體部。其中，第一導體部與第二導體部間係由模鑄介電層12隔離。模鑄介電層12具有至少一開口槽18，以顯露出第一導體部，使第一導體部呈現上下兩端皆為開放式，也就是第一導體部具有上下兩端顯露於模鑄介電層12外的開放端，使第一導體部可作為上下層電性傳遞之導電柱14a。而第二導體部僅一端開放式顯露於模鑄介電層12外，是作為導線14b，可做同一層的 線路布局(繞線)之用。另外，部分的導線14b亦可作為電性連接墊，以作為與電子元件連接之用途。

於此，要說明的是，所謂的開放式係指圖案化導體層14未被模鑄介電層12覆蓋之部分。換言之，即顯露於模鑄介電層12的部分圖案化導體層14，不論是否再被其他元件覆蓋，皆稱之為開放式。

上述之界定方式是意味著導電柱14a與導線14b實由單一圖案化導體層14所同步形成的，差異僅在於開口槽18之有無，來界定出此部分的圖案化導體層14是作為上下層電性傳遞之導電柱14a或是做為單一平面之電性傳遞的導線14b。此外，圖案化導體層14是埋設於模鑄介電層12內，所以模鑄介電層12之高度可以與圖案化導體層14極為近似，因為其僅需些許增加覆蓋住圖案化導體層14單一側之高度僅可。如此一來，整體載板之厚度將可以大幅縮小。

再者，圖案化導體層14自模鑄介電層12顯露於外的部分更形成有一保護層16，以避免顯露出的圖案化導體層14在常態環境下產生氧化反應。

上述之半導體封裝載板10可應用於球柵陣列(BGA)封裝。舉例來說，如圖2所示，封裝結構20包含有一晶片22、一封膠層24以及至少一錫球26。晶片22係藉由至少一連接凸塊(Bump)23採覆晶接合(Flip-Chip)方式透過保護層16而與半導體封裝載板10中之導線14b電性連接。封膠層24係將晶片22與位於晶片22側之顯露於模鑄介電層12外之導電柱14a、導線14b及保護層16同時封圍，以防止濕氣由外部進入。錫球26係設置於導電柱14a未被封膠層24封圍之開口槽18，以作為電性接腳，來與後續之電路板(圖中未示)之電性接點連接。

當然，如圖3所示，晶片22也可利用固定膠25暫時固定於半導體封裝載板10，再藉由金屬線材32採打線接合(wire bonding)方式透過保護層16而與半導體封裝載板10上之導電柱14a電性連接。因封裝過程係為一習知技術，於此將不再贅述。

再如圖1所示，半導體封裝載板10使用模鑄介電層12作為基材，以承載圖案化導體層14，並藉以絕緣隔離以及保護圖案化導體層14。模鑄介電層12之材質係可選用晶片封裝用之鑄模化合物(Molding Compound)，其例如但不限於具有酚醛基樹脂(Novolac-Based Resin)、環氧基樹脂(Epoxy-Based Resin)、矽基樹脂(Silicone-Based Resin)或其他適當之鑄模化合物，且鑄模化合物亦可包含適當之填充劑，例如是粉狀二氧化矽。

於本實施例中，圖案化導體層14之材質係為金屬，例如但不限於選自銅、鐵、銀、鎳及其組合。

請參閱圖4A至圖4F，其係圖1之半導體封裝載板10的製作步驟示意圖。首先如圖4A所示，提供一可分離式的暫時性載板40，並於此暫時性載板40表面上形成一圖案化光阻層42，其具有複數開孔422。圖案化光阻層42係應用曝光顯影技術所形成。在本實施例中，暫時性載板40之材質可以為鐵、鎳、銅金屬或與介電材料複合而製成，當然也可依據不同的技術需求進行任意變化。

隨後，如圖4B所示，於圖案化光阻層42之該等開孔422中形成一導體材料44。於本實施例中，導體材料44之材質係為金屬，例如但不限於選自銅、鐵、銀、鎳及其組合，且依據不同的材質可應用電鍍技術、無電鍍(Electroless Plating)技術、濺鍍(Sputtering Coating)技術或蒸鍍(Thermal Coating)技術所形成。

接續，如圖4C所示，移除圖案化光阻層42即獲得先前所述之具有至少一第一導體部與至少一第二導體部之圖案化導體層14。隨後，如圖4D所示，利用鑄模技術形成一覆蓋圖案化導體層14之一模鑄介電層12。於本實施例中，模鑄介電層12係可應用真空壓模技術或是鑄模技術所形成。當應用鑄模技術時，模鑄介電層12之材質係可選用晶片封裝用之鑄模化合物，其例如但不限於具有酚醛基樹脂、環氧基樹脂、矽基樹脂或其他適當之鑄模化合物，且鑄模化合物亦可包含適當之填充劑，例如是粉狀二氧化矽。

另外，當應用鑄模技術時，形成模鑄介電層12之步驟還可包括：提供一鑄模化合物，其中鑄模化合物具有樹脂及粉狀之二氧化矽；加熱鑄模化合物至液體狀態；注入呈液態之鑄模化合物於第三開孔中，並使鑄模化合物在高溫和高壓下包覆圖案化導體層；固化鑄模化合物，使鑄模化合物形成模鑄介電層12。

隨後，如圖4E所示，移除部分位於圖案化導體層14上之模鑄介電層12，形成數個開口槽18，以顯露出部分圖案化導體層14。此處所指的移除步驟，可選用磨削(grinding)、電漿(plasma)或反應離子式蝕刻(RIE)的方式來移除部分模鑄介電層12。

最後，搭配圖4F所示，移除暫時性載板40，即獲得半導體封裝載板10。如該圖所示，移除暫時性載板40後，圖案化導體層14之另一側將顯露出來，以作為後續的電性連接用途，此時，部分圖案化導體層14之上下兩端顯露於模鑄介電層12，以作為導電柱14a，而另一部分圖案化導體層14僅一端顯露於模鑄介電層12外者係作為導線14b。

此外，再如圖4G所示，為避免顯露出在常態環境下產生氧化反應，更可於顯露於模鑄介電層12外之圖案化導體層14表面上形成一保護層16。此保護層16可以是有機保焊膜(OSP)、Ni/Pd/Au鍍膜或Ni/Ag鍍膜。

請參閱圖5，其係本發明第二實施例之半導體封裝載板50的示意圖。此實施例與第一實施例之差異在於半導體封裝載板50之模鑄介電層12之開口槽18內更填設有一導電層52，以使導電柱14a加上導電層52之高度與模鑄介電層12之高度約略一致。

此時為避免顯露出在常態環境下產生氧化反應，同樣也可於顯露於模鑄介電層12外之導電柱14a、導線14b或導電層52表面上形成一保護層16。

請圖6所示，其係圖5所示之半導體封裝載板50應用於平面網格陣列封裝的一實施例示意圖。如圖6所示，封裝結構60包含有一晶片22及一封膠層24。晶片22係藉由連接凸塊23採覆晶 接合方式透過保護層16而與半導體封裝載板50中顯露於外之導線14b電性連接。封膠層24係將晶片22與位於晶片側自該模鑄介電層12顯露外之導線14b封圍，以防止濕氣由外部進入。因封裝過程係為一習知技術，於此將不再贅述。當然，如圖7所示，晶片22也可藉由固定膠25暫時固定於半導體封裝載板50，再利用金屬線材32採打線接合方式透過保護層16來與半導體封裝載板50上之導電柱14a電性連接。

請參閱圖8A至圖8F，其係本發明第二實施例之半導體封裝載板50的製作步驟示意圖。首先如圖8A所示，提供一可分離式的暫時性載板40，並於此暫時性載板40表面上形成一圖案化光阻層42，其具有複數開孔422。

隨後，如圖8B所示，於圖案化光阻層42之開孔422形成一導體層，接續，移除圖案化光阻層42，以獲得一圖案化導體層14。隨後，如圖8C所示，形成一覆蓋圖案化導體層14之模鑄介電層12。

隨後，如圖8D所示，利用磨削(grinding)、電漿(plasma)或反應離子式蝕刻(RIE)的方式於模鑄介電層12上形成至少一開口槽18，以顯露出部分圖案化導體層14之表面。

接續，如圖8E所示，於開口槽18內填入一導電層52，以使自開口槽18所露出之該部分圖案化導體層14之高度加上導電層52之高度後能夠與模鑄介電層12之高度約略一致。

最後，搭配圖8F所示，移除暫時性載板40，以形成半導體封裝載板50。如該圖所示，移除暫時性載板40後，圖案化導體層14之另一側將顯露出來，以作為後續的電性連接用途。此時為避免顯露出在常態環境下產生氧化反應，更可於顯露於模鑄介電層12外之圖案化導體層14以及導電層52表面上形成一保護層16。

在上述圖8A至圖8F中製程步驟的細節，如暫時性載板的材料，圖案化光阻層的形成方法等可承襲圖4A至圖4F所教示的內容，因此不再進行贅述。

綜上所述，本發明提供一種嶄新的半導體封裝載板與其製作方法，其導電柱和導線是由圖案化導體層所同時形成，並利用一高度約略相近之模鑄介電層封圍，因為模鑄介電層之高度與導電柱或導線之高度相當近似，因此能夠減少載板整體厚度，並且因導電層的圖案化過程已經是一相當成熟的技術，因此線路間距也可以大幅縮小，並可以形成環繞式的導線佈局(routable)，進而提供晶片電磁上的防護。

本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧半導體封裝載板

12‧‧‧模鑄介電層

14‧‧‧圖案化導體層

14a‧‧‧導電柱

14b‧‧‧導線

16‧‧‧保護層

18‧‧‧開口槽

Claims (15)

1. 一種半導體封裝載板的製造方法，包含：於一暫時性載板之一表面形成一圖案化導體層；於該暫時性載板之該表面上形成一模鑄介電層，該模鑄介電層覆蓋該圖案化導體層；於該模鑄介電層上形成至少一開口槽，該開口槽顯露出部分該圖案化導體層；以及移除該暫時性載板，以顯露出該圖案化導體層之一側及部分之該模鑄介電層，其中部分該圖案化導體層自該開口槽顯露出，形成上下兩端是開放端者係作為導電柱，而於該圖案化導體層僅一端是開放端者係作為導線，且導電柱和導線是由該圖案化導體層所同時形成。
2. 如請求項1所述之半導體封裝載板的製造方法，其中該暫時性載板係為鐵、鎳、銅金屬或與介電材料複合而製成。
3. 如請求項1所述之半導體封裝載板的製造方法，其中形成該圖案化導體層之步驟係包含：於該暫時性載板之該表面形成一圖案化光阻層，該圖案化光阻層具有複數開孔；於該開孔中形成一導體材料；以及移除該圖案化光阻層，以形成該圖案化導體層。
4. 如請求項3所述之半導體封裝載板的製造方法，其中該導體材料係透過電鍍技術、無電鍍技術、濺鍍技術或蒸鍍技術所形成。
5. 如請求項1所述之半導體封裝載板的製造方法，其中該模鑄介電層係透過真空壓模技術或鑄模技術所形成。
6. 如請求項1所述之半導體封裝載板的製造方法，其中在形成該開口槽後，更包含填設一導電層於該開口槽內。
7. 如請求項6所述之半導體封裝載板的製作方法，更包含：形成一保護層於該導電層表面及顯露於該模鑄介電層外之該圖案化導體層表面。
8. 如請求項1所述之半導體封裝載板的製作方法，更包含：形成一保護層於顯露於該模鑄介電層外之該圖案化導體層表面。
9. 一種半導體封裝載板，包含：一模鑄介電層，其具有至少一開口槽；以及至少一圖案化導體層，其係埋設於該模鑄介電層內，其中部分該圖案化導體層自該開口槽顯露出，形成上下兩端是開放端者係作為一導電柱，而於該圖案化導體層僅一端是開放端者係作為一導線，該導電柱與該導線之間係由該模鑄介電層隔離。
10. 如請求項9所述之半導體封裝載板，其中該模鑄介電層是一利用真空壓模技術或鑄模技術所形成模鑄介電層。
11. 如請求項9所述之半導體封裝載板，更包含有一導電層，其係填設於該開口槽內。
12. 如請求項11所述之半導體封裝載板，其中該導電層表面與顯露於該模鑄介電層外之該圖案化導體層表面上形成有一保護層。
13. 如請求項9所述之半導體封裝載板，其中顯露於該模鑄介電層外之該圖案化導體層表面上形成有一保護層。
14. 一種使用如請求項9所述之半導體封裝載板所形成之封裝結構，其包含：一晶片，其係設置於該載板表面；以及一封膠層，其係封圍該晶片。
15. 如請求項14所述之封裝結構，更包含至少一錫球，其係設置於該開口槽內並與該導電柱電性連接。