封裝基板的導通孔結構及其製造方法

2023-04-30 23:46:01

專利名稱：封裝基板的導通孔結構及其製造方法
封裝基板的導通孔結構及其製造方法
技術領域：
本發明是有關於一種封裝基板的導通孔結構及其製造方法，特別是有關於一種依 序通過圓形鑽孔、鍍孔及非圓形鑽孔的步驟在封裝基板同一圓形通孔中形成多條相互分離 的導電通路的導通孔結構及所述導通孔結構的製造方法。
背景技術：
現今，半導體封裝產業為了滿足各種高密度封裝的需求，逐漸發展出各種不同型 式的封裝構造，其中許多封裝構造種類，例如球柵陣列封裝構造(ballgrid array，BGA)、針 腳陣列封裝構造(Pin grid array,PGA)或接點陣列封裝構造(land grid array,LGA)等， 都是以封裝基板(substrate)為基礎來進行封裝架構。在上述封裝構造中，所述基板的一 上表面承載有至少一晶片，並通過打線(wire bonding)或凸塊(bumping)製造過程將晶片 的數個接墊電性連接至所述基板的上表面的數個焊墊。同時，所述基板的一下表面亦必需 提供大量的焊墊，以焊接數個輸出端。所述基板可為單層或多層的印刷電路板，其除了在 上、下表面提供表面線路(trace)層以形成所需焊墊之外，其內部亦具有至少一內線路層 及數個微孔(via)或鍍通孔(plating through hole, PTH)等導通孔構造，以重新安排上、 下表面的焊墊的連接關係。一般封裝基板上的導通孔包括盲孔、埋孔及通孔等類型。傳統導通孔的做法是使 用機械鑽孔或者雷射(laser)鑽孔來製做。以機械鑽孔為例，其使用一個高速旋轉的鑽針 來鑽過整個基板，以形成通孔。由於鑽針的旋轉，因此所產生的通孔皆為圓形。接著，通過 在圓形通孔內電鍍一層銅層，以形成導通孔。如此，即可實現利用導通孔將基板的不同線路 層的線路進行連結的目的。再者，為了滿足對封裝基板線路布局日益密集化的需求，業界已開發出在一個導 通孔內實現多條導電通路的方法，其主要通過將導通孔內的導電層進行分隔，以使其可以 分別連結不同的線路。請參照圖1A、1B及IC所示，其揭示現有封裝基板形成導通孔結構的 製造過程示意圖，其製造過程包含下列步驟提供一封裝基板1 ；使用機械鑽孔或者雷射鑽 孔在所述封裝基板1上形成至少一通孔11 ；利用電鍍在所述通孔11的內壁電鍍上一層導 電層12，例如銅層；通過雷射去除所述導電層12的數個區段部分，使其剩餘的區段部分形 成相互分離的數個導電通路121 ；以及，對所述封裝基板1進行表面金屬層的圖案化，以形 成一表面線路13。然而，上述在同一通孔11內實現多條導電通路121的製造過程在實際使用上仍具 有下述問題，例如由於機臺通常只具備單一雷射裝置，而且雷射裝置對每一通孔11皆需 進行四次加工，因而使得雷射裝置依序加工各通孔11時耗費頗多加工時間，不但使其製作 流程較為繁瑣複雜，也不利於提升加工速度。再者，通過雷射去除所述導電層12的數個區 段部分時，若雷射入射角度不佳或所述通孔11的孔徑過小，其皆可能導致欲去除的區段部 分去除不完全，同時也將造成所述封裝基板1加工的良品率(yield)降低。故，有必要提供一種封裝基板的導通孔結構及其製造方法，以解決現有技術所存在的問題。
發明內容本發明的主要目的在於提供一種封裝基板的導通孔結構及其製造方法，其依序通 過圓形鑽孔、鍍孔及非圓形鑽孔的步驟在封裝基板的同一圓形通孔中提供多條相互分離的 導電通路，因而有利於簡化及加速高布線密度封裝基板的製作流程，以提高其生產效率。本發明的次要目的在於提供一種封裝基板的導通孔結構及其製造方法，其中封裝 基板的每一圓形通孔中具有多條相互分離的導電通路，因而有利於減少封裝基板的導通孔 總數量及其佔用的基板面積，以便將省下的基板面積用於提高封裝基板的線路布局密度。本發明的另一目的在於提供一種封裝基板的導通孔結構及其製造方法，其依序通 過圓形鑽孔、鍍孔、非圓形鑽孔及再次鍍孔的步驟在封裝基板的同一圓形通孔中提供多條 相互分離的導電通路，其中第二次鍍孔的加工方式有利於相對減少非圓形鑽孔時的衝孔模 具耗損率，並降低衝孔毛邊問題，以利於提高導電通路良品率。為達成本發明的前述目的，本發明提供一種封裝基板的導通孔結構的製造方法， 其特徵在於所述製造方法包含步驟提供一封裝基板；在所述封裝基板上形成至少一圓 形通孔；在所述圓形通孔內對應形成一圓形導電部；以及，利用一具有非圓形截面的衝孔 模具來衝壓所述基板形成一非圓形通孔，所述非圓形通孔對應於所述圓形通孔並且將所述 圓形通孔內部的所述圓形導電部分割成相互分離的至少二剩餘部分而形成至少二導電通 路。在本發明的一實施例中，在形成所述圓形通孔時，選擇利用一鑽針或一雷射裝置 來形成所述圓形通孔。在本發明的一實施例中，在形成所述圓形導電部時，選擇利用電鍍或無電電鍍方 式來形成所述圓形導電部，其中所述圓形導電部選擇僅形成在所述圓形通孔的內壁上或填 滿所述圓形通孔，即所述圓形導電部為一附著於所述圓形通孔的內壁的金屬層或一填滿所 述圓形通孔的圓形導電柱。在本發明的一實施例中，在形成所述圓形導電部時，選擇利用印刷方式來形成所 述圓形導電部，其中所述圓形導電部填滿所述圓形通孔。在本發明的一實施例中，在形成所述非圓形通孔時，利用一具有非圓形截面的衝 孔模具來形成所述非圓形通孔。在本發明的一實施例中，所述衝孔模具的非圓形截面的形狀選自十字形、米字形、 矩形、三角形、正方形、星形、花朵形或橢圓形。在本發明的一實施例中，在形成所述導電通路之後，另包含對所述導電通路進一 步進行增厚加工。在本發明的一實施例中，所述增厚加工是選擇使用電鍍或無電電鍍的工藝。在本發明的一實施例中，在形成所述導電通路之後，另包含在所述封裝基板的至 少一表面形成至少一表面線路層。再者，本發明提供另一種封裝基板的導通孔結構，其特徵在於所述導通孔結構包 含一圓形通孔，形成在一封裝基板上；至少二分離槽，其相互分離且沿著與基板平面垂直 的方向凹設形成在所述圓形通孔的內壁面周圍；以及，至少二導電通路，分別形成在各二相鄰所述分離槽之間的所述圓形通孔的內壁面上。 在本發明的一實施例中，所述至少二導電通路為附著於所述圓形通孔的內壁的金 屬層或者是沿所述圓形通孔的內壁向通孔中心延伸的金屬條。
在本發明的一實施例中，所述導電通路另包含一增厚部。

圖1A、1B及IC是一現有的封裝基板形成導通孔結構的製造過程的示意圖。圖2A、2B、2C及2D是本發明第一實施例封裝基板的導通孔結構及其製造方法的示 意圖。圖3A、;3B、3C、3D及3E是本發明第二實施例封裝基板的導通孔結構及其製造方法 的示意圖。圖4A、4B、4C、4D、4E、4F及4G是本發明其他實施例封裝基板的導通孔結構的示意 圖。
具體實施方式為讓本發明上述目的、特徵及優點更明顯易懂，下文特舉本發明較佳實施例，並配 合附圖，作詳細說明如下請參照圖2A至2C所示，本發明第一實施例的封裝基板(substrate)可應用於以 基板為基礎來進行封裝的各種封裝構造，例如球柵陣列封裝構造(ballgrid array, BGA)、 針腳陣列封裝構造(pin grid array, PGA)或接點陣列封裝構造(land grid array, LGA) 等，但並不限於此。本發明第一實施例的封裝基板的導通孔結構的製造方法主要包含提供 一封裝基板2 ；在所述封裝基板2上形成至少一圓形通孔21 ；在所述圓形通孔21內對應形 成一圓形導電部22 ；以及，利用一具有非圓形截面的衝孔模具3來衝壓所述封裝基板2形 成一非圓形通孔23，所述非圓形通孔23對應於所述圓形通孔21並且將所述圓形通孔21內 部的所述圓形導電部22分割成相互分離的至少二剩餘部分而形成至少二導電通路221。請參照圖2A所示，本發明第一實施例的封裝基板的導通孔結構的製造方法首先 提供一封裝基板2，其中所述封裝基板2可以指單層或多層的印刷電路板的成品或半成品， 若為半成品，在利用本發明方法製做完成導通孔結構後，則可再進一步增層形成多層印刷 電路板。因此，後續利用本發明方法製做完成的導通孔結構可能整個貫通印刷電路板的上 下表面或是僅貫通於其內部的某些層之間，以選擇電性連接印刷電路板的至少二層的線 路。再者，所述封裝基板2在利用本發明後續步驟加工之前可能在其上下表面預先形成未 圖案化的金屬箔，例如銅箔等，但並不限於此金屬材質。在某些情況下，所述封裝基板2也 可能是在本步驟時即已預先形成圖案化的表面線路層(未繪示)。請參照圖2A所示，本發明第一實施例的封裝基板的導通孔結構的製造方法接著 在所述封裝基板2上形成至少一圓形通孔21，其中本發明可以選擇利用一鑽針來進行機械 鑽孔或利用一雷射(laser)裝置來進行雷射鑽孔，以形成所述圓形通孔21。此外，亦可能 使用一圓形截面的衝孔模具(punch mold)來進行衝壓鑽孔。在本實施例中，所述圓形通孔 21的形狀是指利用機械鑽孔、雷射鑽孔或衝壓鑽孔所形成，且具適當孔徑及在幾何形狀上 接近正圓形的孔形。在利用鑽針、雷射裝置或衝孔模具加工之後，所述圓形通孔21將貫通整個封裝基板2的上下表面。請參照圖2A所示，本發明第一實施例的封裝基板的導通孔結構的製造方法接著 在所述圓形通孔21內對應形成一圓形導電部22。在本實施例中，本發明可選擇利用電鍍 (electroplating)、無電電鍍(electroless plating)或印刷(printing)方式來形成所述 圓形導電部。當使用電鍍或無電電鍍方式時，所述圓形導電部22可以選擇僅形成在所述圓 形通孔21的內壁上或填滿整個所述圓形通孔21，即所述圓形導電部22為一附著於所述圓 形通孔21的內壁的金屬層或一填滿所述圓形通孔21的圓形導電柱；也就是所述圓形導電 部22可以是中空圓形導電部或實心圓形導電部。或者，當使用印刷方式時，所述圓形導電 部22填滿整個所述圓形通孔21，也就是所述圓形導電部22是實心圓形導電柱。在本發明 中，所述圓形導電部22的形狀大致對應於所述圓形通孔21，例如呈中空的正圓管形或實心 的正圓柱形。在本實施例中，所述圓形導電部22是呈中空狀，其厚度可通過調整電鍍或無 電電鍍的條件來加以改變，並可依產品需求加以設計，故並不加以限制。請參照圖2B及2C所示，本發明第一實施例的封裝基板的導通孔結構的製造方法 接著利用一具有非圓形截面的衝孔模具3來衝壓所述封裝基板2形成一非圓形通孔23，所 述非圓形通孔23對應於所述圓形通孔21並且將所述圓形通孔21內部的所述圓形導電部 22分割成相互分離的至少二剩餘部分而形成至少二導電通路221。在本發明中，本發明可 以選擇利用一具有非圓形截面(cross section)的衝孔模具3來進行非圓形鑽孔形成所述 非圓形通孔23。在本實施例中，所述衝孔模具3的非圓形截面形狀及所述非圓形通孔23的 截面形狀優選是選自十字形或米字形，但並不限於此。所述衝孔模具3可用以對所述封裝 基板2進行衝壓加工，以形成一非圓形的區域，例如十字形或米字形的區域等。所述衝孔模 具3及所述非圓形通孔23的其他非圓形截面形狀將於下文另予說明。所述衝孔模具3的 非圓形截面優選具有輻射對稱或兩側對稱的形狀，但並不限於此。再者，不論使用何種非圓 形截面形狀進行非圓形鑽孔，所述衝孔模具3欲衝孔的位置優選是與所述圓形通孔21及圓 形導電部22具有同心圓排列的關係，但並不限於此。在利用所述衝孔模具3加工期間，所 述衝孔模具3將貫通整個封裝基板2的上下表面。再者，每一所述衝孔模具3皆具有一中 心部31及至少二延伸部32，在本實施例中，所述衝孔模具3概呈十字形，其具有一中心部 31及四延伸部32，其中所述延伸部32是由所述中心部31向外延伸，且對稱排列於所述中 心部31的四個直角位置處。在本發明中，所述衝孔模具3的最大截面直徑(即二相對延伸部32之間的長度) 至少大於(或等於)所述圓形導電部22的外徑，亦即至少大於(或等於)所述圓形通孔21 的內徑。例如，在本實施例中，所述衝孔模具3為一十字形衝孔模具，其最大截面直徑大於 所述圓形導電部22的外徑(或所述圓形通孔21的內徑)，因此所述衝孔模具3的衝孔動作 將造成去除所述圓形導電部22的數個區段部分以及所述封裝基板2的鄰近部分。因此，所 述非圓形通孔23的外緣輪廓與所述圓形通孔21的外緣輪廓至少有兩點重合(例如在本實 施例中為四點重合)，並且所述非圓形通孔23將所述圓形通孔21內部的所述圓形導電部 22分割成相互分離的至少二剩餘部分而形成至少二導電通路221，也就是所述衝孔模具3 的延伸部32將在所述圓形通孔21的內壁面形成至少二分離槽23，同時使得所述圓形導電 部22剩餘的至少二區段部分形成相互分離的至少二導電通路221，其中所述導電通路221 的橫截面概呈弧形。以所述封裝基板2結構的角度來看，所述至少二分離槽23是相互分離
6且沿著與基板平面垂直的方向對稱(或不對稱)的凹設形成在所述圓形通孔21的內壁面 周圍；而所述至少二導電通路221分別形成在所述圓形通孔21剩餘的內壁面上，且所述導 電通路221不會延伸至所述分離槽23內。所述至少二導電通路221為附著於所述圓形通 孔21的內壁的金屬層或者是沿所述圓形通孔21的內壁向通孔中心延伸的金屬條。如此， 本發明第一實施例即完成所述封裝基板2的導通孔結構的製做，並使同一圓形通孔21中能 提供多條相互分離的導電通路221，因而有利於簡化及加速高布線密度型封裝基板2的制 作流程，以提高其生產效率。同時，亦有利於減少所述封裝基板2的導通孔總數量及其佔用 的基板面積，以便將省下的基板面積用於提高所述封裝基板2的線路布局密度。請參照圖2D所示，本發明第一實施例的封裝基板的導通孔結構的製造方法可選 擇性的在形成所述導電通路221之後，另包含在所述封裝基板2的至少一表面形成至少一 表面線路層M，其具有數條線路分別電性連接不同的所述導電通路221。例如，所述封裝基 板2可能在其上下表面預先形成未圖案化的金屬箔，例如銅箔等，此時對金屬箔進行傳統 圖案化工藝即可形成所述表面線路層24。但是，在某些情況下，所述封裝基板2是在本發明 提供所述封裝基板2的步驟時即已預先形成圖案化的表面線路層M。請參照圖3A至3E所示，本發明第二實施例的封裝基板的導通孔結構及其製造方 法相似於本發明第一實施例，並沿用相同圖號，但第二實施例的差異特徵在於所述第二實 施例是依序通過圓形鑽孔、鍍孔、非圓形鑽孔、再次鍍孔增厚(及製作表面電路)的步驟在 所述封裝基板2的同一圓形通孔21中提供多條相互分離的導電通路221。更詳細來說，如 圖3A所示，本實施例同樣先提供一封裝基板2 ；並在所述封裝基板2上形成至少一圓形通 孔21。接著，在進行第一次鍍孔時，本發明是選擇利用無電電鍍方式來形成所述圓形導電部 22，其中所述圓形導電部22僅形成在所述圓形通孔21的內壁上，且本實施例優選採用無電 電鍍方式，使所述圓形導電部22的厚度能設計成明顯小於第一實施例的圓形導電部22的 厚度。再者，如圖3B及3C所示，本實施例同樣利用一具有非圓形截面的衝孔模具3來衝壓 所述封裝基板2形成一非圓形通孔23，所述非圓形通孔23對應於所述圓形通孔21並且將 所述圓形通孔21內部的所述圓形導電部22分割成相互分離的至少二剩餘部分而形成至少 二導電通路221，也就是使用所述衝孔模具3對所述圓形導電部22進行非圓形鑽孔，以去 除所述圓形導電部22的數個區段部分，並在所述圓形通孔21的內壁面形成至少二分離槽 23，所述至少二分離槽23使得所述圓形導電部22剩餘的至少二區段部分形成相互分離的 至少二導電通路221。接著，如圖3D所示，在形成所述導電通路221之後，另包含進一步 對所述導電通路221進一步進行一增厚加工的處理，以使所述導電通路221另包含一增厚 部221』，其中所述增厚加工優選是選擇使用電鍍或無電電鍍的工藝。在本實施例中，上述 二次不同階段的鍍孔加工方式一開始僅形成厚度較薄的圓形導電部22，因此有利於相對減 少所述衝孔模具3鑽過金屬時產生的耗損率，並可降低其鑽過金屬後所產生的衝孔金屬毛 邊(burr)問題。接著，在非圓形衝孔後的第二次鍍孔加工則可用以提高所述導電通路221 的厚度，以增加所述導電通路221的質量(quality)，進而提高所述導電通路221的良品率 (yield)。最後，如圖3E所示，同樣可選擇性的在所述封裝基板2的至少一表面形成至少一 表面線路層對，其具有數條線路分別電性連接不同的所述導電通路221。請參照圖4A至4G所示，本發明其他實施例的封裝基板的導通孔結構及其製造方 法相似於本發明上述第一或第二實施例，並沿用相同圖號，但這些其他實施例的差異特徵在於所述衝孔模具3及所述非圓形通孔23的截面形狀選自不同於上述第一實施例的非圓 形截面形狀，且所述圓形導電部22可以選擇是中空圓形導電部或實心圓形導電部。例如，如圖4A所示，所述衝孔模具3及所述非圓形通孔23的橫截面形狀選自矩 形，亦即具有一中心部31及二延伸部32 (參照圖2B所示)。相似的，如圖4B、4C、4D、4E及 4F所示，所述衝孔模具3及所述非圓形通孔23的橫截面形狀亦可選自三角形、正方形、星 形、花朵形或橢圓形等非圓形幾何形狀，亦即具有一中心部31及至少二延伸部32 (參照圖 2B所示)。上述衝孔模具3的中心部31及至少二延伸部32皆可用以局部切除所述圓形通 孔21及圓形導電部22的一部分內壁面，以形成功能相似於圖2C所示的導通孔結構，即所 述導電通路221。再者，如圖4G所示，所述衝孔模具3及所述非圓形通孔23的橫截面選自上述任一 形狀、其他幾何對稱非圓形造形或是不對稱的非圓形造形，例如選自十字形，其具有一中心 部31及四延伸孔部32 (參照圖2B所示)；同時，所述圓形導電部22可利用印刷或電鍍方 式形成實心狀。在所述衝孔模具3的中心部31及至少二延伸部32局部切除所述圓形通孔 21及圓形導電部22的一部分內壁面之後，將可形成功能相似於圖2C所示的導通孔結構，即 所述導電通路221。本發明在圖2A至4G揭露的各種實施例可依產品需求相互置換形狀或 結合，只要是先形成所述圓形通孔21，接著再形成對應形狀的圓形導電部22，並再利用所 述衝孔模具3進行非圓形鑽孔工藝，皆屬於本發明的技術概念。如上所述，相較於現有封裝基板的導通孔結構是通過雷射將所述通孔11內的導 電層12分離成數個導電通路121，造成耗費頗多加工時間，使其製作流程較為繁瑣複雜、不 利於提升加工速度且不易提高所述封裝基板1加工的良品率等缺點，圖2A至4G的本發明 封裝基板的導通孔結構的製造方法依序通過圓形鑽孔、鍍孔及非圓形鑽孔的步驟在所述封 裝基板2的同一圓形通孔21中提供多條相互分離的導電通路221，其確實有利於簡化及加 速高布線密度封裝基板的製作流程，以提高其生產效率。再者，亦有利於減少所述封裝基 板2的導通孔總數量及其佔用的基板面積，以便將省下的基板面積用於提高所述封裝基板 2的線路布局密度。另外，如圖3A至3E所示，本發明亦可依序通過圓形鑽孔、鍍孔、非圓形 鑽孔及再次鍍孔增厚的步驟在所述封裝基板2的同一圓形通孔21中提供多條相互分離的 導電通路221，其中二次鍍孔增厚的加工方式有利於相對減少所述衝孔模具3的耗損率、降 低衝孔毛邊問題及提高所述導電通路221的良品率。本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的範例。 必需指出的是，已公開的實施例並未限制本發明的範圍。相反地，包含於權利要求書的精神 及範圍的修改及均等設置均包括於本發明的範圍內。
權利要求
1.一種封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於所述製造方法包含步驟 提供一封裝基板；在所述封裝基板上形成至少一圓形通孔； 在所述圓形通孔內對應形成一圓形導電部；以及利用一具有非圓形截面的衝孔模具來衝壓所述封裝基板形成一非圓形通孔，所述非圓 形通孔對應於所述圓形通孔並且將所述圓形通孔內部的所述圓形導電部分割成相互分離 的至少二剩餘部分而形成至少二導電通路。
2.如權利要求1所述的封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於所述圓形導 電部為一附著於所述圓形通孔的內壁的金屬層。
3.如權利要求1所述的封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於所述圓形導 電部為一填滿所述圓形通孔的圓形導電柱。
4.如權利要求1、2或3所述的封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於在形 成所述圓形導電部時，選擇利用電鍍、無電電鍍或印刷方式來形成所述圓形導電部。
5.如權利要求1所述的封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於所述衝孔模 具的非圓形截面的形狀選自十字形、米字形、矩形、三角形、正方形、星形、花朵形或橢圓形。
6.如權利要求1所述的封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於在形成所述 導電通路之後，另包含對所述導電通路進一步進行增厚加工。
7.如權利要求1或6所述的封裝基板的導通孔結構的製造方法，其特徵在於在形成 所述導電通路之後，另包含在所述封裝基板的至少一表面形成至少一表面線路層。
8.一種封裝基板的導通孔結構，其特徵在於所述導通孔結構包含 一圓形通孔，形成在一封裝基板上；至少二分離槽，其相互分離且沿著與基板平面垂直的方向凹設形成在所述圓形通孔的 內壁面周圍；以及至少二導電通路，分別形成在各二相鄰所述分離槽之間的所述圓形通孔的內壁面上。
9.如權利要求8所述的封裝基板的導通孔結構，其特徵在於所述至少二導電通路為 附著於所述圓形通孔的內壁的金屬層或者是沿所述圓形通孔的內壁向通孔中心延伸的金屬條。
10.如權利要求8所述的封裝基板的導通孔結構，其特徵在於所述導電通路另包含一增厚部。
全文摘要
本發明公開一種封裝基板的導通孔結構及其製造方法，其依序通過圓形鑽孔、鍍孔及非圓形鑽孔的步驟在封裝基板的同一圓形通孔中提供多條相互分離的導電通路，因而不但能減少所述封裝基板的通孔總數量及其佔用的基板面積，以便將省下的基板面積用於提高所述封裝基板的線路布局密度；而且本發明的製造方法亦有利於簡化及加速高布線密度型封裝基板的製作流程，以提高其生產效率。
文檔編號H01L21/48GK102097332SQ20091020111
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者任金虎, 孫騏, 方仁廣, 林聰志, 羅光淋, 高洪濤 申請人:日月光半導體(上海)股份有限公司