一種在印製電路板上製作銅柱的方法
2023-05-27 20:42:26
一種在印製電路板上製作銅柱的方法
【專利摘要】一種在印製電路板上製作銅柱的方法，包括如下步驟：a）將形成銅柱用銅箔貼在支撐板表面；b）在形成銅柱用銅箔的第二面鍍一金屬保護層；c）通過圖形電鍍方法在金屬保護層表面製作銅線路圖形；d）在銅線路圖形上層壓介電層材料和形成銅線路用銅箔，形成埋線結構；e）採用層壓工藝、銅線路圖形製作工藝完成多層結構、阻焊、可焊性塗覆層；f）在完成阻焊、可焊性塗覆層的印製電路板表面貼上防止藥水滲透的保護層；g）將支撐板去除；h）在形成銅柱用銅箔的第一面上圖形電鍍錫；i）減成法差異蝕刻工藝，得到印製電路板表面銅柱結構圖形；j）蝕刻去除暴露的金屬保護層；k）去除保護層。本發明可利用不同銅箔厚度製作不同高度規格的銅柱結構。
【專利說明】一種在印製電路板上製作銅柱的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及印製電路板或半導體集成電路封裝基板的製造技術，特別涉及一種在印製電路板上製作銅柱的方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子產業的蓬勃發展，電子產品已經進入功能化、智能化的研發階段，為滿足電子產品高集成度、小型化、微型化的發展需要，印製電路板或半導體集成電路封裝基板，在滿足電子產品良好的電、熱性能的前提下，也朝著輕、薄、短、小的設計趨勢發展。同時，對於電子系統的設計需求也越來越複雜，並朝不同的方向發展。然而，對於新一代電子產品具有兩種基本需求，隨著設計尺寸的逐步變小，所有產品在設計水平上的互連密度不斷增加。也就是說，在越來越有限的面積區域裡，需要設計更多的輸入輸出信號線路。同時，因為元器件是在高速信號下運作，性能必須得到提高。
[0003]基於以上需求,人們開發了 flip chip覆晶連接技術。因flip chip覆晶連接具有晶片與電路板連接路徑短，阻抗低，信號損失小，電信號寄生現象低等優點，因此，在許多高端產品設計中，flip chip覆晶封裝方式已經逐步取代了線路連接相對較長的wirebonding封裝連接方式,變得普遍起來。
[0004]傳統的flip chip覆晶封裝連接是採用錫球的方式，將晶片節點與電路板節點通過高溫回流焊的方式焊接在一起。但是，隨著產品線路設計密度的不斷增加，晶片與電路板連接點間的間距(pitch)也越來越小。一方面，由於對接焊點設計密度越來越大時，在應用過程中的電流與熱效應隨之增加，因錫球電子遷移因素的影響，產品信賴性潛在問題也隨之增加；另一方面，特別是當節點間距(bump pitch) <130 μ m時,傳統的採用錫球,通過高溫回焊爐的連接方式因易產生短路，製作成本等問題，已不適合用於大量產。基於這樣的背景，採用銅柱結構作為連接方式的設計應運而生，且逐步被多家公司接受應用於實際產品設計。
[0005]銅柱可以製作在晶片上，也可以製作在印製電路板上。
[0006]在晶片上製作銅柱時，由於晶片所在的晶圓面積相對較小(直徑約200mm)，並採用高級的電鍍設備和藥水，電鍍的能力比較強，因此電鍍均勻性好，形成的銅柱高度的一致性好，因此，現在的設計多將銅柱設計在晶圓側的晶片上，但是其製作成本比較高。
[0007]在印製電路板上製作銅柱時，由於印製電路板製作時的板面面積一般較大(約400X500mm)，採用的電鍍設備為普通的電鍍設備及藥水，如:傳統的龍門式或垂直連續電鍍，因此電鍍的均勻性比較差，而且由於需要與晶片連結的節點在板面上分布不均勻，導致電鍍時所產生的電流密度分布不均勻，容易產生電鍍厚度(即銅柱高度)的顯著差異，無法滿足封裝的要求。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於提供一種在印製電路板上製作銅柱的方法，採用常規減成法工藝，避免了因電流密度分布不均勻而產生的厚度差異缺點，且製作流程成本較低，有效的滿足了高端產品製作流程簡化，成本節約的發展趨勢。
[0009]為達到上述目的，本發明的技術方案是:
[0010]一種在印製電路板上製作銅柱的方法，包括如下步驟:
[0011]a)將形成銅柱用銅箔貼在支撐板表面，其中，朝向支撐板的一面為形成銅柱用銅箔的第一面；背對支撐板的一面為形成銅柱用銅箔的第二面；
[0012]b)在形成銅柱用銅箔的第二面鍍一金屬保護層；
[0013]c)通過圖形電鍍的方法，在金屬保護層表面製作銅線路圖形；
[0014]d)在金屬保護層表面的銅線路圖形上層壓一介電層材料和形成銅線路用銅箔，形成埋線結構；
[0015]e)採用印製電路板的傳統層壓工藝及銅線路圖形的製作工藝完成多層結構、阻焊、可焊性塗覆層的製作；
[0016]f)在已經完成阻焊、可焊性塗覆層的印製電路板表面貼上防止藥水滲透的保護層；
[0017]g)將支撐板去除；
[0018]h)在形成銅柱用銅箔的第一面上圖形電鍍錫；
[0019]i)將圖形電鍍錫作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的上層，將金屬保護層作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的下層，進行減成法差異蝕刻工藝，得到印製電路板表面銅柱結構圖形；
[0020]j)採用蝕刻金屬保護層的藥水去除暴露的金屬保護層；
[0021]k)去除防止藥水滲透的保護層，即得到具有晶片互連對接用銅柱結構的印製電路板。
[0022]進一步,所述的形成銅柱用銅箔厚度為I μ m?300 μ m。
[0023]所述的形成銅柱用銅箔的表面粗糙度Rz為0.001 μ m?20 μ m。
[0024]又，所述的金屬保護層為鎳、鎳磷合金、錫、錫鉛合金、銀、銀合金、鉻或鉻合金；相應地，所述的蝕刻金屬保護層的藥水包括褪鎳藥水、褪鎳磷合金藥水、褪錫藥水、褪錫鉛合金藥水、褪銀藥水、褪銀合金藥水、褪鉻藥水或褪鉻合金藥水。
[0025]所述的金屬保護層的厚度為0.01 μ m?200 μ m。
[0026]另外，所述的介電層材料為純樹脂材料或含有玻璃纖維布的樹脂材料。
[0027]所述的純樹脂材料包括環氧樹脂、聚醯亞胺、聚馬來醯亞胺三嗪樹脂、聚苯醚或聚四氟乙烯；含有玻璃纖維布的樹脂材料包括FR-4或FR-5。
[0028]所述的防止藥水滲透的保護層包括幹膜、聚醯亞胺、聚四氟乙烯、環氧樹脂粘結劑、聚苯醚、熱塑性樹脂或熱固性樹脂。
[0029]本發明的優點在於:
[0030]第一，銅柱具有高度的均勻性。
[0031]已有技術中採用圖形電鍍的方法進行銅柱的製作，由於圖形電鍍時，電力線分布不均勻，因此形成的銅柱均勻性差，如果採用這種均勻性差的銅柱進行晶片之間的對接，將會使晶片發生焊接不良或晶片翹曲的現象，導致良率下降。而形成銅柱的銅箔是由銅箔廠生產的，採用的電解工藝製作，具有優良的銅厚度均勻性，以35μπι銅箔為例，其厚度的極差僅僅為0.5 μ m。[0032]本發明利用形成銅柱的銅箔自身所具有的均勻性厚度，通過減成法製作銅柱結構，從而保證得到的銅柱具有優良的高度均勻性，能夠更好的滿足封裝時與晶片的良好對接。
[0033]第二，可以製作更小節點間距的產品。
[0034]隨著電子產品線路設計密度的增加，晶片和電路板連接點間的節點間距(bumpPitch)越來越小。已有技術採用植錫球的方法，通過高溫回流焊的連結方法只能製作節點間距大於130 μ m的產品。本發明可以通過調整形成銅柱的銅箔厚度來進行減成法的製作，最終可以獲得製作更小節點間距的產品，如:節點間距為70 μ m的產品。
[0035]第三，成本低。
[0036]已有技術中，有在晶片表面進行銅柱的製作，其採用高級的電鍍設備及藥水，因此成本比較高；還有在印製電路板上進行銅柱的製作，但是由於採用圖形電鍍的方法，需要成本比較高的抗電鍍幹膜、圖形電鍍填孔的藥水，因此成本比較高。
[0037]本發明採用減成法蝕刻銅箔，所需的幹膜及蝕刻藥水均為普通的印製電路板製程材料,因此成本低廉。
[0038]第四，用途廣泛。
[0039]本發明方法製作的銅柱結構，不僅可以用於與晶片互連對接用的銅柱結構上，也可用在印製電路板與其它模塊連接的互連對接點上，如在BGA—側，使用本發明的銅柱結構，可以節省BGA上植錫球的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1至11是本發明以三層板為實例的製作流程圖。其中:
[0041]圖1是將形成銅柱用銅箔貼在支撐板表面的剖面圖；
[0042]圖2是在形成銅柱用銅箔的第二面電鍍一金屬保護層的示意圖；
[0043]圖3是通過圖形電鍍的方法，在金屬保護層表面製作銅線路圖形的示意圖；
[0044]圖4是將金屬保護層表面的銅線路圖形與介電層材料和形成銅線路用銅箔進行層壓，形成埋線結構的示意圖；
[0045]圖5是根據實際產品的要求，採用印製電路板的傳統層壓工藝及銅線路圖形的製作工藝完成多層結構、阻焊、可焊性塗覆層的製作的示意圖；圖中以3層板為例；
[0046]圖6是在已經完成阻焊、可焊性塗覆層的表面貼上防止藥水滲透的保護層的示意圖；
[0047]圖7是將支撐板去除的示意圖；
[0048]圖8是在形成銅柱用銅箔的第一面上圖形電鍍錫的示意圖；
[0049]圖9將圖形電鍍錫作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的上層，將金屬保護層作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的下層，進行減成法差異蝕刻工藝，得到印製電路板表面銅柱結構圖形的示意圖；
[0050]圖10是採用蝕刻金屬保護層的藥水去除暴露的金屬保護層的示意圖；
[0051]圖11是去除防止藥水滲透的保護層的示意圖，即得到具有晶片互連對接用銅柱結構的印製電路板。【具體實施方式】
[0052]參見圖1?圖11，本發明的在印製電路板上製作銅柱的方法，其包括如下步驟:
[0053]a)將一張厚度35 μ m、表面粗糙度Rz為7 μ m的形成銅柱用銅箔101貼在支撐板100表面，其中，朝向支撐板100的一面為形成銅柱用銅箔101的第一面1011 ;背對支撐板100的一面為形成銅柱用銅箔101的第二面1012，如圖1所示；
[0054]b)在形成銅柱用銅箔的第二面1012上鍍一金屬保護層102 (鎳層)，鎳層厚度為5 μ m,如圖2所示；
[0055]c)通過圖形電鍍的方法，在金屬保護層102表面製作實際產品所要求的第一層銅線路圖形103，如圖3所示；
[0056]d)在第一層銅線路圖形103上層壓第一介電層材料104 (含有玻璃纖維布的樹脂材料FR-4)和第二層銅箔105，形成埋線結構，如圖4所示；
[0057]e)採用印製電路板的傳統層壓工藝及銅線路圖形的製作工藝完成多層結構、阻焊油墨塗覆、可焊性塗覆層的製作，如圖5所示，其中，106為圖形轉移的方法製作的第二層銅線路圖形，107為層壓的第二層介電層材料，108為製作的第三層銅線路圖形，109表示阻焊油墨塗覆處理，110為第一層盲孔，111為第二層盲孔；
[0058]f)在已經完成阻焊、可焊性塗覆層的印製電路板表面貼上防止藥水滲透的保護層112 (幹膜)，如圖6所示；
[0059]g)將支撐板100去除，如圖7所示；
[0060]h)在形成銅柱用銅箔101的第一面1011上圖形電鍍錫113，如圖8所示；
[0061]i)將圖形電鍍錫113作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的上層，將金屬保護層102 (鎳層)作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的下層，進行減成法差異蝕刻工藝，得到印製電路板表面銅柱結構圖形114,如圖9所示；
[0062]j)採用褪鎳藥水去除暴露的金屬保護層102 (鎳層)，只留下在印製電路板表面銅柱結構下面的金屬保護層102』(鎳層)，即得到完整的銅柱結構，如圖10所示；
[0063]k)去除防止藥水滲透的保護層112 (幹膜)，即得到具有晶片互連對接用銅柱結構的印製電路板，如圖11所示。
【權利要求】
1.一種在印製電路板上製作銅柱的方法，包括如下步驟: a)將形成銅柱用銅箔貼在支撐板表面，其中，朝向支撐板的一面為形成銅柱用銅箔的第一面；背對支撐板的一面為形成銅柱用銅箔的第二面； b)在形成銅柱用銅箔的第二面鍍一金屬保護層； c)通過圖形電鍍的方法，在金屬保護層表面製作銅線路圖形； d)在金屬保護層表面的銅線路圖形上層壓一介電層材料和形成銅線路用銅箔，形成埋線結構； e)採用印製電路板的傳統層壓工藝及銅線路圖形的製作工藝完成多層結構、阻焊、可焊性塗覆層的製作； f)在已經完成阻焊、可焊性塗覆層的印製電路板表面貼上防止藥水滲透的保護層； g)將支撐板去除； h)在形成銅柱用銅箔的第一面上圖形電鍍錫； i)將圖形電鍍錫作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的上層，將金屬保護層作為形成銅柱用銅箔抗蝕層的下層，進行減成法差異蝕刻工藝，得到印製電路板表面銅柱結構圖形； j)採用蝕刻金屬保護層的藥水去除暴露的金屬保護層； k)去除防止藥水滲透的保護層，即得到具有晶片互連對接用銅柱結構的印製電路板。
2.如權利要求1所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述形成銅柱用銅箔的厚度為I μ m?300 μ m。
3.如權利要求1或2所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述形成銅柱用銅箔的表面粗糙度Rz為0.001 μ m?20 μ m。
4.如權利要求1所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述的金屬保護層為鎳、鎳磷合金、錫、錫鉛合金、銀、銀合金、鉻或鉻合金；相應地，所述的蝕刻金屬保護層的藥水包括褪鎳藥水、褪鎳磷合金藥水、褪錫藥水、褪錫鉛合金藥水、褪銀藥水、褪銀合金藥水、褪鉻藥水或褪鉻合金藥水。
5.如權利要求1或4所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述的金屬保護層的厚度為0.01 μ m?200 μ m。
6.如權利要求1所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述的介電層材料為純樹脂材料或含有玻璃纖維布的樹脂材料。
7.如權利要求6所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述的純樹脂材料包括環氧樹脂、聚醯亞胺、聚馬來醯亞胺三嗪樹脂、聚苯醚或聚四氟乙烯；含有玻璃纖維布的樹脂材料包括FR-4或FR-5。
8.如權利要求1所述的在印製電路板上製作銅柱的方法，其特徵是，所述的防止藥水滲透的保護層包括幹膜、聚醯亞胺、聚四氟乙烯、環氧樹脂粘結劑、聚苯醚、熱塑性樹脂或熱固性樹脂。
【文檔編號】H05K3/40GK103945657SQ201410155226
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】孫炳合, 常明, 付海濤 申請人:上海美維科技有限公司