TWI853465B - 用於製備封裝基板的承載板、封裝基板結構及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本申請公開了一種用於製備封裝基板的承載板，包括介質層、在所述介質層內的種子層和在所述種子層上的銅柱層，所述種子層的底端高於所述介質層的下表面，所述銅柱層的頂端低於所述介質層的上表面，所述介質層的上下表面上分別設置有第一金屬層和第二金屬層。還公開了一種封裝基板結構以及封裝基板結構的製作方法。
Description
本發明涉及半導體封裝領域，具體涉及用於製備封裝基板的承載板、封裝基板結構及其製作方法。
現有技術製作核心層實心銅柱採用機械鑽盲鑽後再進行填孔電鍍，製備得到的機械盲孔的底部會存在殘餘突起(Stub)，影響到銅柱的製作，導致層與層之間的連接導通不好。
此外，機械盲孔的孔徑縱橫比大，填孔電鍍後得到的銅柱品質較差。
本發明的實施方案涉及提供一種用於製備封裝基板的承載板、封裝基板結構及其製作方法。
本發明第一方面涉及一種用於製備封裝基板的承載板，包括介質層、在所述介質層內的種子層和在所述種子層上的銅柱層，所述種子層的底端高於所述介質層的下表面，所述銅柱層的頂端低於所述介質層的上表面，所述介質層的上下表面上分別設置有第一金屬層和第二金屬層。
在一些實施方案中，所述介質層包括沿縱向排布的第一介質層和第二介質層，所述第一介質層的上表面和所述第二介質層的下表面貼
合，所述第二介質層內設置有種子層和在所述種子層上的銅柱層，所述種子層的下表面與所述第二介質層的下表面平齊，所述銅柱層的頂端低於所述第二介質層的上表面，所述第一介質層的下表面上設置有第一金屬層，所述第二介質層的上表面上設置有第二金屬層。
在一些實施方案中，所述第一介質層內設置有暴露所述種子層的第一導通孔，所述第一導通孔貫穿所述第一金屬層，所述第二介質層內設置有暴露所述銅柱層頂端的第二導通孔，所述第二導通孔貫穿所述第二金屬層。
在一些實施方案中，所述第一金屬層和所述第二金屬層的厚度相同或相近。
本發明的第二方面提供一種封裝基板結構，包括沿縱向排布的第一介質層和第二介質層，所述第一介質層的上表面和所述第二介質層的下表面貼合，所述第二介質層內設置有種子層、在所述種子層上的銅柱層和在所述銅柱層上的第二導通柱層，所述種子層的下表面與所述第二介質層的下表面平齊，所述第一介質層內設置有第一導通柱層，所述第一導通柱層與所述種子層連通，所述第一介質層的下表面上設置有第一線路層，所述第二介質層的上表面上設置有第二線路層，所述第一線路層和所述第二線路層通過所述第一導通柱層、所述銅柱層和所述第二導通柱層導通連接。
在一些實施方案中，所述第一介質層和所述第二介質層相同或不同。
在一些實施方案中，所述銅柱層包括至少一個銅柱。
在一些實施方案中，還包括在所述第一線路層上的第三介質層和在所述第二線路層上的第四介質層，所述第三介質層內設置有第三導通柱層，所述第三介質層的下表面上設置有第三線路層，所述第一線路層和所述第三線路層通過所述第三導通柱層導通連接，所述第四介質層內設置有第四導通柱層，所述第四介質層的上表面上設置有第四線路層，所述第二線路層和所述第四線路層通過所述第四導通柱層導通連接。
在一些實施方案中，導通柱層包括至少一個導通柱。
在一些實施方案中，還包括在所述第三線路層外的第一阻焊層和在所述第四線路層外的第二阻焊層，所述第一阻焊層和所述第二阻焊層內分別設置有第一阻焊開窗和第二阻焊開窗。
本發明的協力廠商面提供一種封裝基板結構的製造方法，包括如下步驟：
(a)準備第一介質層，並在所述第一介質層的上下表面上分別形成第一金屬層；
(b)在所述第一介質層上表面的第一金屬層上製備銅柱層，並蝕刻所述第一介質層上表面上暴露的第一金屬層形成種子層；
(c)在所述銅柱層上形成第二介質層，所述第二介質層的下表面和所述第一介質層的上表面貼合，所述銅柱層的頂端低於所述第二介質層的上表面；
(d)在所述第二介質層的上表面上形成第二金屬層；
(e)在所述第一介質層內形成暴露所述種子層的第一導通孔，且所述第一導通孔貫穿所述第一金屬層，在所述第二介質層內形成暴
露所述銅柱層頂端的第二導通孔，且所述第二導通孔貫穿所述第二金屬層，所述種子層形成所述銅柱層的底端，所述第二導通孔和所述第一導通孔分別暴露所述銅柱層的頂端和底端。
在一些實施方案中，還包括：
(f)在步驟(e)之後，電鍍所述第一導通孔形成第一導通柱層，電鍍所述第二導通孔形成第二導通柱層，所述第一介質層下表面上的第一金屬層和所述第二金屬層通過所述第一導通柱層、所述銅柱層和所述第二導通柱層導通連接。
在一些實施方案中，還包括：
(g)在步驟(f)之後，處理所述第一金屬層形成第一線路層，處理所述第二金屬層形成第二線路層，所述第一線路層和所述第二線路層通過所述第一導通柱層、所述銅柱層和所述第二導通柱層導通連接。
在一些實施方案中，還包括：
(h)在步驟(g)之後，在所述第一線路層上形成第三介質層，在所述第二線路層上形成第四介質層；
(i)在所述第三介質層上形成第三金屬層，在所述第四介質層上形成第四金屬層；
(j)在所述第三介質層內形成第三導通柱層，在所述第四介質層內形成第四導通柱層，所述第一線路層和所述第三金屬層通過所述第三導通柱層導通連接，所述第二線路層和所述第四金屬層通過所述第四導通柱層導通連接；
(k)處理所述第三金屬層形成第三線路層，處理所述第四
金屬層形成第四線路層，所述第一線路層和所述第三線路層通過所述第三導通柱層導通連接，所述第二線路層和所述第四線路層通過所述第四導通柱層導通連接；
(l)在所述第三線路層外形成第一阻焊層，在所述第四線路層外形成第二阻焊層，並分別在所述第一阻焊層和所述第二阻焊層內形成第一阻焊開窗和第二阻焊開窗。
從上面所述可以看出，本發明提供的用於製備封裝基板的承載板、封裝基板結構及其製作方法，預先在介質層內製作銅柱層，且製備分別與銅柱層連通的上導通柱和下導通柱，縮短了導通柱的縱向高度，降低了導通柱的孔徑縱橫比，提升了填孔電鍍後得到的導通柱的品質，使得製備得到的導通柱和銅柱具有良好的電性能和優越的可靠性能；並且該封裝基板結構的製作方法可以適用於厚芯板，降低了基板的翹曲不良率，與線路接觸的導通孔可以做的更小，實現核心(core)層精細線路設計需求，提高良率。
100:承載板
101:第一介質層
1011:第一金屬層
1012:第一導通孔
1013:第一導通柱層
1014:第一線路層
102:第二介質層
1021:種子層
1022:銅柱層
1023:第二金屬層
1024:第二導通孔
1025:第二導通柱層
1026:第二線路層
103:第三介質層
1031:第三導通柱層
1032:第三線路層
1033:第三金屬層
1034:第三導通孔
104:第四介質層
1041:第四導通柱層
1042:第四線路層
1043:第四金屬層
1044:第四導通孔
105:第一阻焊層
1051:第一阻焊開窗
106:第二阻焊層
1061:第二阻焊開窗
200:封裝基板結構
為了更好地理解本發明並示出本發明的實施方式，以下純粹以舉例的方式參照附圖。
具體參照附圖時，必須強調的是特定的圖示是示例性的並且目的僅在於說明性地討論本發明的優選實施方案，並且基於提供被認為是對於本發明的原理和概念方面的描述最有用和最易於理解的圖示的原因而被呈現。就此而言，沒有試圖將本發明的結構細節以超出對本發明基本理解所必須的詳細程度來圖示；參照附圖的說明使本領域技術人員認識到本
發明的幾種形式可如何實際體現出來。在附圖中：圖1為現有技術中機械鑽的結構示意圖；圖2為本發明一個實施例的用於製備封裝基板的承載板100的截面示意圖；圖3為本發明一個實施例的封裝基板結構200的截面示意圖；圖4(a)~4(j)示出本發明一個實施方案的封裝基板結構200的製造方法的各步驟中間結構的截面示意圖。
隨著電子技術的發展與進步，電子產品朝著短小輕薄的方向演進，促使電子產品的封裝結構朝著高度集成化、小型化的方向發展，從而使得電子元件及線路板基板線路越來越集成化、小型化和多功能化。進一步引起作為元器件載體的基板的層數增加和更小的線寬、線距以及導通孔/柱；同時高頻信號的傳輸以及對傳輸信號完整度的要求對層間導通要求也越來越高，層間採用實心的銅柱具有良好的電性能和優越的可靠性能。
現有技術製作核心層實心銅柱採用機械鑽盲鑽後再進行填孔電鍍，機械鑽結構如圖1所示，由於機械鑽的鑽咀存在鑽尖角，則盲鑽後形成的機械盲孔的底部會存在Stub，影響到銅柱的製作，導致層與層之間的連接導通不好。且Stub的長度為機械鑽工作部分的長度減去切削部分的長度。此外，由於機械盲孔的孔徑縱橫比大，則填孔電鍍後得到的銅柱品質偏差。
為瞭解決該問題，本發明提供了一種用於製備封裝基板的承載板，包括介質層、在介質層內的種子層以及在種子層上的銅柱層，種子層的底端高於介質層的下表面，銅柱層的頂端低於介質層的上表面，介質層的下表面上設置有第一金屬層，介質層的上表面上設置有第二金屬層。
本發明通過預先在介質層內製作銅柱層，且製備分別與銅柱層連通的上導通柱和下導通柱，縮短了導通柱的縱向高度，降低了導通柱的孔徑縱橫比，提升了填孔電鍍後得到的導通柱的品質，使得製備得到的導通柱和銅柱具有良好的電性能和優越的可靠性能。
參照圖2，示出用於製備封裝基板的承載板100的截面示意圖。承載板100包括沿縱向排布的第一介質層101和第二介質層102，第一介質層101和第二介質層102共同組成承載板100的介質層。
第一介質層101的上表面和第二介質層102的下表面貼合，第二介質層102內設置有種子層1021，在種子層1021上設置有銅柱層1022，種子層1021的下表面與第二介質層102的下表面平齊，銅柱層1022的頂端低於第二介質層102的上表面，第一介質層101的下表面上設置有第一金屬層1011，第二介質層102的上表面上設置有第二金屬層1023。
通常，銅柱層1022可以包括多個銅柱，其截面尺寸可以相同，也可以不同。優選，銅柱層1022上下尺寸均勻，對於嵌埋封裝結構的散熱以及信號傳輸穩定更具優勢。
通常，第一介質層101內可以設置有暴露種子層1021的第一導通孔1012，第一導通孔1012貫穿第一金屬層1011。第二介質層102內可以設置有暴露銅柱層1022頂端的第二導通孔1024，第二導通孔1024貫穿第二金屬層1023。
可選地，第一金屬層1011和第二金屬層1023的厚度可以相同
或相近。
參照圖3，示出封裝基板結構200的截面示意圖。封裝基板結構200包括沿縱向排布的第一介質層101和第二介質層102，第一介質層101的上表面和第二介質層102的下表面貼合。
第二介質層102內設置有種子層1021，在種子層1021上設置有銅柱層1022，在銅柱層1022上設置有第二導通柱層1025，種子層1021的下表面與第二介質層102的下表面平齊。
第一介質層101內設置有第一導通柱層1013，第一導通柱層1013與種子層1021連通，第一介質層101的下表面上設置有第一線路層1014，第二介質層102的上表面上設置有第二線路層1026，第一線路層1014和第二線路層1026通過第一導通柱層1013、銅柱層1022和第二導通柱層1025導通連接。第一導通柱層1013、銅柱層1022和第二導通柱層1025配合導通連接第一線路層1014和第二線路層1026，代替傳統採用單一導通柱將線路層導通，能夠有效縮短導通柱的縱向高度，降低了導通柱的孔徑縱橫比，提升了導通柱的品質。
可選地，第一介質層101和第二介質層102可以相同，也可以不同。
通常，銅柱層1022包括至少一個銅柱；優選銅柱層1022包括多個銅柱，其截面尺寸可以相同，也可以不同。銅柱層1022上下尺寸均勻，對於嵌埋封裝結構的散熱以及信號傳輸穩定更具優勢。
參照圖3，封裝基板結構200還包括在第一線路層1014上的第三介質層103，第三介質層103內設置有第三導通柱層1031，第三介質層的下
表面上設置有第三線路層1032，第一線路層1014和第三線路層1032通過第三導通柱層1031導通連接。
在第二線路層1026上還設置有第四介質層104，第四介質層104內設置有第四導通柱層1041，第四介質層104的上表面上設置有第四線路層1042，第二線路層1026和第四線路層1042通過第四導通柱層1041導通連接。
通常，導通柱層可以包括至少一個導通柱，優選導通柱層包括多個導通銅柱，其截面尺寸可以相同，也可以不同。
參照圖3，封裝基板結構200還包括在第三線路層1032外的第一阻焊層105，在第一阻焊層105內設置有第一阻焊開窗1051。在第四線路層1042外設置有第二阻焊層106，在第二阻焊層106內設置有第二阻焊開窗1061。
參照圖4(a)~4(j)，示出本發明一個實施方案的封裝基板結構的製造方法的各個步驟的中間結構的截面示意圖。
所述製造方法包括如下步驟：準備第一介質層101，並在第一介質層101的上下表面上分別形成第一金屬層1011一步驟(a)，如圖4(a)所示。
通常，可以通過層壓介質材料形成介質層，介質層可以選自PP、ABF或PID，優選PP。可以通過在第一介質層101的上下表面分別施加銅箔的方式形成第一金屬層1011，具體不做限定，優選第一金屬層1011包括銅。
接著，在第一介質層101上表面的第一金屬層1011上施加第一光刻膠層，曝光顯影形成第一特徵圖案，在第一特徵圖案中鍍銅形成銅柱層1022，移除第一光刻膠層，蝕刻第一介質層101上表面上暴露的第一金屬層1011形成種子層1021，種子層1021相當於銅柱層1022的底端-步驟(b)，如圖4(b)所示。
然後，在銅柱層1022上形成第二介質層102，第二介質層102的下表面和第一介質層101的上表面貼合，銅柱層1022的頂端低於第二介質層102的上表面，並在第二介質層102的上表面上形成第二金屬層1023-步驟(c)，如圖4(c)所示。
銅柱層1022的頂端遠低於第二介質層102的上表面，能夠減少由於層壓介質層而造成的銅柱損壞。
通常，可以通過施加銅箔的方式形成第二金屬層1023，具體不做限定。
接著，在第一介質層101內形成暴露種子層1021的第一導通孔1012，第一導通孔1012貫穿第一金屬層1011，在第二介質層102內形成暴露銅柱層1022頂端的第二導通孔1024，且第二導通孔1024貫穿第二金屬層1023，第二導通孔1024和第一導通孔1012分別暴露銅柱層1022的頂端和底端-步驟(d)，如圖4(d)所示。
通常，可以通過鐳射鑽孔的方式形成導通孔。
然後，電鍍第一導通孔1012形成第一導通柱層1013，電鍍第二導通孔1024形成第二導通柱層1025，且第一介質層101下表面上的第一金屬層1011和第二金屬層1023通過第一導通柱層1013、銅柱層1022和第二導通柱層1025導通連接-步驟(e)，如圖4(e)所示。
接著，在第一金屬層1011和第二金屬層1023上分別施加第二
光刻膠層和第三光刻膠層，分別曝光顯影形成第二特徵圖案和第三特徵圖案，在第二特徵圖案和第三特徵圖案中分別蝕刻暴露的第一金屬層1011和第二金屬層1023，形成第一線路層1014和第二線路層1026，移除第二光刻膠層和第三光刻膠層-步驟(f)，如圖4(f)所示。
然後，在第一線路層1014上形成第三介質層103，在第二線路層1026上形成第四介質層104，並在第三介質層103上形成第三金屬層1033，在第四介質層104上形成第四金屬層1043-步驟(g)，如圖4(g)所示。
接著，在第三介質層103內形成暴露第一線路層1014的第三導通孔1034，且第三導通孔1034貫穿第三金屬層1033，在第四線路層1042內形成暴露第二線路層1026的第四導通孔1044，且第四導通孔1044貫穿第四金屬層1043，分別電鍍第三導通孔1034和第四導通孔1044形成第三導通柱層1031和第四導通柱層1041，且第一線路層1014和第三金屬層1033通過第三導通柱層1031導通連接，第二線路層1026和第四金屬層1043通過第四導通柱層1041導通連接-步驟(h)，如圖4(h)所示。
然後，在第三金屬層1033和第四金屬層1043上分別施加第四光刻膠層和第五光刻膠層，分別曝光顯影形成第四特徵圖案和第五特徵圖案，在第四特徵圖案和第五特徵圖案中分別蝕刻暴露的第三金屬層1033和第四金屬層1043，形成第三線路層1032和第四線路層1042，移除第四光刻膠層和第五光刻膠層，並且第一線路層1014和第三線路層1032通過第三導通柱層1031導通連接，第二線路層1026和第四線路層1042通過第四導通柱層1041導通連接-步驟(i)，如圖4(i)所示。
最後，在第三線路層1032外形成第一阻焊層105，在第四線路層1042外形成第二阻焊層106，並分別在第一阻焊層105和第二阻焊層106內形成第一阻焊開窗1051和第二阻焊開窗1061，形成封裝基板結構200-步驟(j)，如圖4(j)所示。
本領域技術人員將會認識到，本發明不限於上文中具體圖示和描述的內容。而且，本發明的範圍由所附權利要求限定，包括上文所述的各個技術特徵的組合和子組合以及其變化和改進，本領域技術人員在閱讀前述說明後將會預見到這樣的組合、變化和改進。
在申請專利範圍中，術語“包括”及其變體例如“包含”、“含有”等是指所列舉的組件被包括在內，但一般不排除其他組件。
100:承載板
101:第一介質層
102:第二介質層
1011:第一金屬層
1021:種子層
1022:銅柱層
1023:第二金屬層
Claims (14)
- 一種用於製備封裝基板的承載板，包括介質層、在所述介質層內的種子層和在所述種子層上的銅柱層，所述種子層的底端高於所述介質層的下表面，所述銅柱層的頂端低於所述介質層的上表面，所述介質層的上下表面上分別設置有第一金屬層和第二金屬層。
- 根據請求項1所述的用於製備封裝基板的承載板，其中所述介質層包括沿縱向排布的第一介質層和第二介質層，所述第一介質層的上表面和所述第二介質層的下表面貼合，所述種子層和所述銅柱層均設置於所述第二介質層內，所述種子層的下表面與所述第二介質層的下表面平齊，所述銅柱層的頂端低於所述第二介質層的上表面，所述第一金屬層設置於所述第一介質層的下表面，所述第二金屬層設置於所述第二介質層的上表面。
- 根據請求項2所述的用於製備封裝基板的承載板，其中所述第一介質層內設置有暴露所述種子層的第一導通孔，所述第一導通孔貫穿所述第一金屬層，所述第二介質層內設置有暴露所述銅柱層頂端的第二導通孔，所述第二導通孔貫穿所述第二金屬層。
- 根據請求項2所述的用於製備封裝基板的承載板，其中所述第一金屬層和所述第二金屬層的厚度相同或相近。
- 一種封裝基板結構，包括沿縱向排布的第一介質層和第二介質層，所述第一介質層的上表面和所述第二介質層的下表面貼合，所述第二介質層內設置有種子層、在所述種子層上的銅柱層和在所述銅柱層上的第二導通柱層，所述種子層的下表面與所述第二介質層的下表面平齊，所述第一介質層內設置有第一導通柱層，所述第一導通柱層與所述種子層 連通，所述第一介質層的下表面上設置有第一線路層，所述第二介質層的上表面上設置有第二線路層，所述第一線路層和所述第二線路層通過所述第一導通柱層、所述銅柱層和所述第二導通柱層導通連接。
- 根據請求項5所述的封裝基板結構，其中所述第一介質層和所述第二介質層相同或不同。
- 根據請求項5所述的封裝基板結構，其中所述銅柱層包括至少一個銅柱。
- 根據請求項5所述的封裝基板結構，還包括在所述第一線路層上的第三介質層和在所述第二線路層上的第四介質層，所述第三介質層內設置有第三導通柱層，所述第三介質層的下表面上設置有第三線路層，所述第一線路層和所述第三線路層通過所述第三導通柱層導通連接，所述第四介質層內設置有第四導通柱層，所述第四介質層的上表面上設置有第四線路層，所述第二線路層和所述第四線路層通過所述第四導通柱層導通連接。
- 根據請求項5或8所述的封裝基板結構，其中導通柱層包括至少一個導通柱。
- 根據請求項8所述的封裝基板結構，還包括在所述第三線路層外的第一阻焊層和在所述第四線路層外的第二阻焊層，所述第一阻焊層和所述第二阻焊層內分別設置有第一阻焊開窗和第二阻焊開窗。
- 一種封裝基板結構的製作方法，包括如下步驟：(a)準備第一介質層，並在所述第一介質層的上下表面上分別形成第一金屬層；(b)在所述第一介質層上表面的第一金屬層上製備銅柱層，並蝕刻所述第一介質層上表面上暴露的第一金屬層形成種子層； (c)在所述銅柱層上形成第二介質層，所述第二介質層的下表面和所述第一介質層的上表面貼合，所述銅柱層的頂端低於所述第二介質層的上表面；(d)在所述第二介質層的上表面上形成第二金屬層；(e)在所述第一介質層內形成暴露所述種子層的第一導通孔，且所述第一導通孔貫穿所述第一金屬層，在所述第二介質層內形成暴露所述銅柱層頂端的第二導通孔，且所述第二導通孔貫穿所述第二金屬層，所述種子層形成所述銅柱層的底端，所述第二導通孔和所述第一導通孔分別暴露所述銅柱層的頂端和底端。
- 根據請求項11所述的製作方法，還包括：(f)在步驟(e)之後，電鍍所述第一導通孔形成第一導通柱層，電鍍所述第二導通孔形成第二導通柱層，所述第一介質層下表面上的第一金屬層和所述第二金屬層通過所述第一導通柱層、所述銅柱層和所述第二導通柱層導通連接。
- 根據請求項12所述的製作方法，還包括：(g)在步驟(f)之後，處理所述第一金屬層形成第一線路層，處理所述第二金屬層形成第二線路層，所述第一線路層和所述第二線路層通過所述第一導通柱層、所述銅柱層和所述第二導通柱層導通連接。
- 根據請求項13所述的製作方法，還包括：(h)在步驟(g)之後，在所述第一線路層上形成第三介質層，在所述第二線路層上形成第四介質層；(i)在所述第三介質層上形成第三金屬層，在所述第四介質層上形成第四金屬層；(j)在所述第三介質層內形成第三導通柱層，在所述第四介質層內形成第四導通柱層，所述第一線路層和所述第三金屬層通過所述第三導通柱 層導通連接，所述第二線路層和所述第四金屬層通過所述第四導通柱層導通連接；(k)處理所述第三金屬層形成第三線路層，處理所述第四金屬層形成第四線路層，所述第一線路層和所述第三線路層通過所述第三導通柱層導通連接，所述第二線路層和所述第四線路層通過所述第四導通柱層導通連接；(l)在所述第三線路層外形成第一阻焊層，在所述第四線路層外形成第二阻焊層，並分別在所述第一阻焊層和所述第二阻焊層內形成第一阻焊開窗和第二阻焊開窗。
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