集成電路封裝基板的實心導電過孔成形方法
2023-04-25 23:15:06 2
專利名稱：集成電路封裝基板的實心導電過孔成形方法
技術領域：
本發明涉及集成電路封裝基板製造技術，具體是一種集成電路封裝基板中絕緣層上下兩導線層互聯所需的實心導電過孔成形方法。
背景技術：
隨著集成電路發展的小型化，對集成電路封裝的要求也隨之提高，其中對封裝基板的要求更向著輕，薄，短，小的方向發展，並保證良好的電性能和熱性能。為達到以上的要求，尺寸更小的高可靠性導電過孔，對布線的密度和封裝後的電、熱性能有著很大的影響。
眾所周知，IC封裝基板上必須有若干導電過孔用來連接相絕緣層上下相鄰導線層面的電路。而傳統的導電過孔的製作方法之一是機械成孔，如衝床或鑽床，在基板上衝出或鑽出所需要的通孔，然後通過沉銅、電鍍工藝形成空心的導電過孔，參照圖1，圖中各部分是基板1、下層導線面2、絕緣層3、空心導電過孔4、上層導線面5，這種空心導電過孔對後續的工藝流程會有很大的負面影響，例如在空心導電過孔成形後的線路圖形轉移過程，由於空心通孔造成的基板表面的凸凹不平會造成感光抗蝕膜貼附不好，易造成線路缺陷。另外這種通孔對布線設計會有很大的影響，使球拍上布孔受到限制，使疊孔等特殊的布線結構不能實現，從而制約了布線密度的提高。
導電過孔的製作方法二是目前利用光學成像絕緣介質或利用雷射成孔技術製作的盲導電過孔和埋導電過孔。盲、埋導電過孔的製作方法是通過圖形轉移技術在感光絕緣介質材料上形成露出介質層下面銅層的微凹坑，或通過雷射燒蝕技術直接在絕緣介質層上形成露出介質層下面銅層的微凹坑，然後通過沉銅、電鍍工藝形成盲、埋式的導電過孔，如圖2所示(圖中，1-基板；2-下層導線面；3-絕緣層；5-上層導線面；6-盲導電過孔；7-埋導電過孔)，盲、埋導電過孔由於其工藝的特點，孔形控制困難，經常造成孔底變大(倒置漏鬥形)，導致後續的孔金屬化工藝困難，導電過孔的可靠性不穩定。另外盲、埋導電過孔在加工成形後會自然凹陷，如果在孔上需要繼續製作導線圖形的話，必須要應用專門的塞孔或電鍍工藝將凹陷填平，才能實現疊孔、球拍上布孔等特殊的布線結構。
對於通孔式導電過孔或盲、埋導電過孔，目前也有通過反向脈衝電鍍等特殊工藝將空心或凹陷導電過孔電鍍為實心導電過孔，但其存在需使用特殊電鍍設備，成本高並且效率較低的問題。
發明內容
鑑於現有空心通孔式導電過孔或凹陷的盲埋導電過孔導致集成電路封裝基板出現的上述問題，本發明提供一種集成電路封裝基板的實心導電過孔成形方法，通過簡單、方便的工藝實現實心導電過孔，從而實現集成電路封裝基板不同的導線層間的電信號的導通，保證信號傳輸的完整性，並滿足高可靠性要求。
本發明的集成電路封裝基板的實心導電過孔成形方法，包括如下步驟a在集成電路封裝基板需要導通連接的絕緣介質層上下兩層導電線路面之一上，貼附薄膜，在薄膜上對應實心銅導電過孔位置形成要求的導電過孔的孔形；b、通過電鍍工藝在薄膜的導電過孔的孔形內形成實心銅柱，去除薄膜；c、在形成銅柱後的導電線路面上塗敷絕緣介質，並使所述的實心銅柱端面暴露；d、在暴露的實心銅柱端面和絕緣介質面上沉積金屬薄層，並通過圖形電鍍工藝或整板電鍍加圖形蝕刻工藝在金屬薄層上形成所需線路面；e、在新成形的線路面上重複上述步驟a-d的操作，完成多層絕緣層上相鄰線路層圖形之間的實心導電過孔連接。
本發明與現有技術相比較具有如下優點採用本發明方法能夠實現集成電路封裝基板導線層間的實心導電過孔連接，此種連接與傳統機械成孔技術形成的貫通空心導電過孔連接相比較面積佔用更小，且孔上下對應線路球拍保留完整，未被過孔破壞，相應的電氣性能表現也更為優良。本發明方法可以形成小尺寸的電路基板層間的實心銅柱，而機械成孔對小於100微米過孔加工幾乎不能實現。
與傳統的盲孔和埋孔比較，採用本技術可以實現層間的實心銅柱連通結構，形成與線路面共面(磨刷暴露銅拄工藝)或凹陷很淺(圖形轉移暴露銅拄工藝)的導電過孔連接，其後續的線路成形工藝相對容易實現。另外，本發明的實心銅導電過孔避免了傳統盲、埋孔工藝容易產生的孔底變大(倒置漏鬥形)的問題，提高了過孔連接的可靠性。
雖然採用特殊的電鍍工藝也可以實現以上實心孔的連接結構，但本發明的實現過程與之完全不同，僅用常規的傳統工藝就可以完成實心銅導電過孔連接結構，較之更簡便可行，具有較低的實現成本。
圖1為機械鑽孔形成的導電過孔結構剖面示意圖；圖2為傳統盲、埋導通過孔結構剖面示意圖；圖3為本發明實現的實心導通過孔結構剖面示意圖；
圖4實施步驟1，電鍍電流導通層剖面示意圖；圖5實施步驟2，薄膜上形成實心導電過孔形後的剖面示意圖；圖6實施步驟3，銅拄形成後的剖面示意圖；圖7實施步驟4，塗敷絕緣介質層後的剖面示意圖；圖8實施步驟5，感光絕緣層中銅拄端面暴露後的剖面示意圖；圖9實施步驟5，非感光絕緣層中銅拄端面暴露後的剖面圖；圖10實施步驟6，將導線圖形轉移到感光薄膜後的剖面圖；具體實施方式
以下結合附圖對本發明方法進一步說明。
圖3為本發明方法製作的實心導電過孔成形後的剖面圖。其中，(1)為基板，(2)為下層線路面，(5)為上層線路面，(3)為絕緣層，(8)為實心導電過孔。
本發明基板的實心導電過孔成形主要過程如下a、在基板(1)需要導通連接的絕緣介質層下層電線路面(2)上貼附感光薄膜，採用掩膜、曝光、顯影為特徵的圖形轉移技術在感光薄膜上對應實心銅導電過孔位置形成要求的導電過孔的孔形；或在下層電線路面(2)上貼附非感光薄膜，採用雷射打孔工藝在非感光薄膜上對應實心銅導電過孔位置形成要求的導電過孔的孔形。
b、通過電鍍工藝在薄膜的導電過孔的孔形內形成實心銅柱，然後去除幹膜。
c、在形成實心銅柱後的導電線路面上塗敷絕緣介質，並使所述的實心銅柱端面暴露出絕緣介質層。
若以感光材料作絕緣介質層時，採用傳統的掩膜、曝光、顯影為特徵的圖形轉移方法使實心銅柱端面暴露出絕緣層。
當採用非感光材料作絕緣介質層時，採用傳統的板面磨刷工藝使實心銅柱端面暴露出絕緣層。
d、在暴露的實心銅柱端面和絕緣介質面上沉積金屬薄層，並應用圖形電鍍工藝或整板電鍍加圖形蝕刻工藝在薄金屬層上形成所需線路面，完成實心導電過孔的連接。然後用微蝕工藝將導線圖形間的沉積金屬薄層去除。
具體實施例中，可在暴露的實心銅柱端面和絕緣介質面上通過成熟的化學沉銅方法沉積薄銅層。
e、在新成形的線路面上重複上述步驟a-d的操作，完成多層絕緣層上相鄰線路層圖形之間的實心導電過孔連接。
具體的實施步驟是1.電鍍電流導通層的形成參照圖4，對於基板(1)上需要形成實心導電過孔的某些導線圖形(2)，由於某些導線圖形(2)可能是與基板(1)板邊的電鍍夾點圖形沒有電連接，因此需要通過金屬化學沉積工藝在整個基板面上沉積一層薄的金屬沉積層(9)，形成所有孤立導線圖形間的導電連接，。
2.薄膜上實心導電過孔形的形成如圖5所示，在基板(1)上通過貼膜設備將薄膜(10)貼在基板(1)上由步驟1所形成的金屬沉積層(9)上。薄膜(10)可以用可感光的感光薄膜(如感光抗蝕膜)，或非感光的薄膜。對於感光薄膜，利用掩膜、曝光、顯影在薄膜(10)上形成導電過孔形(11)；對於非感光薄膜，利用雷射熱蝕孔技術在薄膜(10)上形成導電過孔形(11)。
3.實心銅柱的電鍍、薄膜和金屬沉積層的去除利用電鍍工藝在薄膜上形成的導電過孔的孔內電鍍銅柱(12)，然後在退膜藥水中將薄膜(10)去除，在銅蝕刻藥水中將暴露出的金屬沉積層(9)去除，便得到圖6所示的實心銅柱結構。
4.塗敷絕緣介質層完成步驟3後，利用絲印機等塗敷設備將油墨狀的絕緣介質材料(3)塗敷在形成銅拄(12)的導線圖形(2)所在的導線層面上。用烘烤設備將油墨狀的絕緣介質固化成半固化狀態，見圖7所示。
上述絕緣介質材料可以選用常規的感光絕緣材料，如美國樂思公司出產的ENVISION PDD-9016感光絕緣樹脂；也可以選用常規的非感光絕緣材料，如日本太陽油墨公司出產的HRP-700系列絕緣樹脂等。
5.絕緣介質層內銅柱端面的暴露a.感光絕緣介質層內銅柱端面的暴露參照圖8，步驟4中所用的絕緣材料為可感光絕緣材料時，可採用掩膜、曝光、顯影工藝將銅柱端面暴露。
b.非感光絕緣介質層內銅拄端面的暴露步驟4中所用的絕緣材料為非感光絕緣材料時，可利用磨板機對板面進行磨刷處理，使銅柱端面如圖9暴露。
6.板面金屬化及線路形成應用金屬化學沉積工藝在整個板面沉積一層薄的金屬沉積層，並利用貼膜工藝在薄金屬沉積層面上貼感光薄膜(13)，再利用掩膜、曝光、顯影工藝在感光薄膜(13)上形成所需導線圖形，見圖10。
然後利用電鍍工藝在感光薄膜形成的圖形上完成圖形電鍍，並用步驟3中相同的工藝將感光薄膜(13)和金屬沉積層(9)去除後就結束整個工藝過程，得到圖3所示的實心導電過孔(8)和所需的絕緣層(3)上導線圖形(5)結構。
在新成形的線路面上重複上述步驟1-6的操作，即可完成多層絕緣層上相鄰線路層圖形之間的實心導電過孔連接。
權利要求
1.一種集成電路封裝基板的實心導電過孔成形方法，其特徵是包括如下步驟a在集成電路封裝基板需要導通連接的絕緣介質層上下兩層導電線路面之一上，貼附薄膜，在薄膜上對應實心銅導電過孔位置形成要求的導電過孔的孔形；b、通過電鍍工藝在薄膜的導電過孔的孔形內形成實心銅柱，去除薄膜；c、在形成銅柱後的導電線路面上塗敷絕緣介質，並使所述的實心銅柱端面暴露；d、在暴露的實心銅柱端面和絕緣介質面上沉積金屬薄層，並通過圖形電鍍工藝或整板電鍍加圖形蝕刻工藝在金屬薄層上形成所需線路面；e、在新成形的線路面上重複上述步驟a-d的操作，完成多層絕緣層上相鄰線路層圖形之間的實心導電過孔連接。
2.據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟a中採用感光薄膜貼附在導電線路面上時，採用圖形轉移方法在實心導電過孔位置的感光薄膜上形成導電過孔的孔形。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟阿a中採用非感光薄膜貼附在導電線路面上時，通過雷射打孔在實心導電過孔位置的非感光薄膜上形成導電過孔的孔形。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟c中採用感光材料作絕緣介質層時，採用掩膜、曝光、顯影為特徵的圖形轉移方法使實心銅柱端面暴露出絕緣層。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟c中採用非感光材料作絕緣介質層時，採用板面磨刷工藝使實心銅柱端面暴露出絕緣層。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟d中在暴露的實心銅柱端面和絕緣介質面上通過化學沉銅方法沉積薄銅層。
全文摘要
一種集成電路封裝基板的實心導電過孔成形方法，包括a.在封裝基板需要連接導通的兩層線路面之一上貼附薄膜，在薄膜上對應實心銅導電過孔位置形成要求的導電過孔的孔形；b.通過電鍍工藝在薄膜的導電過孔的孔形內形成實心銅柱，去除薄膜；c.塗敷絕緣介質，並通過磨板或圖形轉移工藝使實心銅柱端面暴露；d.在銅柱端面和絕緣介質面上沉積金屬薄層，並通過圖形電鍍工藝在金屬薄層上形成所需線路面；e.在新成形的線路面上重複上述步驟a－d的操作，完成多層絕緣層上相鄰線路層圖形之間的實心導電過孔連接。其通過簡單、方便工藝實現實心導電過孔，進而實現基板不同線路層間電信號的連通，保證信號傳輸的完整性，並滿足高可靠性要求。
文檔編號H01L21/48GK1567551SQ0313967
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月30日 優先權日2003年6月30日
發明者尤寧圻, 朱惠賢, 陳金富 申請人:美龍翔微電子科技(深圳)有限公司