Smt減法高密度封裝多層線路板結構及其製作方法

2023-05-14 00:37:41

Smt減法高密度封裝多層線路板結構及其製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構及其製作方法，所述結構包括內層線路層（1）和外層線路層（3），所述內層線路層（1）和外層線路層（3）之間設置有連接銅柱（2），所述內層線路層（1）中間進行局部蝕刻形成填充區域（4），局部蝕刻後的內層線路層（1）表面設置有錫層（5），所述錫層（5）上貼裝有元件（6），所述填充區域（4）內以及錫層（5）和元件（6）外圍填充有環氧樹脂（7），所述外層線路層（3）表面及外圍塗覆有感光絕緣材料（8）。本發明的有益效果是：它代替了錫膏塗布形成固態的表面貼裝焊區，從而在高密度線路設計與製作的基礎上實現高性能的電性連接與良好的可靠性保證。
【專利說明】SMT減法高密度封裝多層線路板結構及其製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構及其製作方法，屬於半導體封裝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]當前高密度基板的表面貼裝工藝主要是在基板表面的布線層Pad處通過局部使用鋼網印刷或注射塗布錫膏的，再在錫膏區域進行表面精確貼裝元件，最後再進行回流焊接。
[0003]常規刷錫膏工藝的多層線路板結構如圖35所示，上述當前高密度基板表面貼裝工藝存在以下不足和缺陷:
1、錫膏中的錫粉或錫粒有一定尺寸，從一定程度上限制了印刷間距，印刷的精度取決於錫膏中金屬成分的大小，常規能力可以做到50um，難以做到高密度的設計與製造；
2、塗布後的錫膏層為液態(較軟)且較厚(一般70-80um)，不利於控制表面貼裝元件的空間穩定性；
3、錫膏是多種物質混合成的膏狀物質，流動性相對較差，回流焊接後易形成焊區氣泡，降低了電性穩定性；
4、貼裝元件進行回流焊後，錫膏軟化而元件塌陷於錫膏層，容易造成元件與線路層之間的空隙過小而引起後續封裝未填充的問題；
5、高密度基板線路區域與邊框有一定厚度落差，刷錫膏的過程中印刷鋼網的放置與移除操作比較困難，且容易造成印刷鋼網位置的偏移與錫膏局部不均勻，從而會降低連接的電性能。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於克服上述不足，提供一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構及其製作方法，它將基板表面線路局部進行蝕刻，在剩餘表面線路上電鍍純錫，代替錫膏塗布形成固態的表面貼裝焊區，從而在高密度線路設計與製作的基礎上實現高性能的電性連接與良好的可靠性保證。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構，它包括內層線路層和外層線路層，所述內層線路層和外層線路層之間設置有連接銅柱，所述內層線路層和連接銅柱外圍包覆有絕緣材料，所述內層線路層中間進行局部蝕刻形成填充區域，局部蝕刻後的內層線路層表面設置有錫層，所述錫層上貼裝有元件，所述元件位於填充區域上方，所述填充區域內以及錫層和元件外圍填充有環氧樹脂，所述外層線路層表面及外圍塗覆有感光絕緣材料，所述感光絕緣材料在外層線路層正面的位置開設有植球區域，所述植球區域內設置有抗氧化層。
[0006]所述內層線路層和錫層表面設置有抗氧化層。
[0007]一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構的製作方法，所述方法包括以下工藝步驟:
步驟一、取金屬載板
步驟二、金屬載板表面預鍍銅材
在金屬載板表面電鍍一層銅材薄膜；
步驟三、貼光阻膜
在完成預鍍銅材薄膜的金屬載板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟四、顯影開窗
利用曝光顯影設備將步驟三完成貼光阻膜的金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行內層線路層電鍍的圖形區域；
步驟五、電鍍內層線路層
在步驟四中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層作為內層線路
層；
步驟六、去除光阻膜 去除金屬載板表面的光阻膜；
步驟七、貼光阻膜
在步驟五完成內層線路層電鍍的金屬載板的正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟八、顯影開窗
利用曝光顯影設備將步驟七完成貼光阻膜的金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行連接銅柱電鍍的圖形區域；
步驟九、電鍍連接銅柱
在步驟八中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬層作為連接內層線路層和外層線路層的銅柱；
步驟十、去除光阻膜 去除金屬載板表面的光阻膜；
步驟十一、覆蓋絕緣材料層 在金屬載板正面覆蓋一層絕緣材料；
步驟十二、絕緣材料表面減薄
將絕緣材料表面進行機械減薄，直到露出連接銅柱為止；
步驟十三、絕緣材料表面金屬化
對絕緣材料表面進行金屬化處理，使其表面後續能進行電鍍；
步驟十四、貼光阻膜
在完成金屬化的金屬載板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟十五、顯影開窗
利用曝光顯影設備將金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行外層線路層電鍍的圖形區域；
步驟十六、電鍍外層線路層
在步驟十五中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層作為外層線路層；步驟十七、去除光阻膜 去除金屬載板表面的光阻膜；
步驟十八、快速蝕刻
對金屬載板正面進行快速蝕刻，去除外層線路層以外的金屬；
步驟十九、塗覆感光絕緣材料
在完成外層線路層的金屬載板正面塗覆感光絕緣材料；
步驟二十、顯影開窗
利用曝光顯影設備將金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行加工的圖形區域；
步驟二 ^^一、去除金屬載板 去除金屬載板形成露出內層線路層的線路板；
步驟二十二、貼光阻膜
在去除金屬載板後形成的線路板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟二十三、顯影開窗
利用曝光顯影設備將線路板背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出線路板背面內層線路層後續需要進行局部蝕刻的圖形區域；
步驟二十四、局部蝕刻`
將步驟二十三中線路板背面去除部分光阻膜的區域內露出的內層線路層蝕刻掉，為後續表面貼裝作準備；
步驟二十五、去除光阻膜 去除線路板表面的光阻膜；
步驟二十六、貼光阻膜
在步驟二十五去除光阻膜後的線路板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻
膜；
步驟二十七、顯影開窗
利用曝光顯影設備將線路板背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出線路板背面後續需要進行電鍍錫的表面貼裝圖形區域；
步驟二十八、電鍍錫
在步驟二十七線路板背面去除部分光阻膜的區域內電鍍錫，為後續表面貼裝作鋪墊； 步驟二十九、去除光阻膜 去除線路板表面的光阻膜；
步驟三十、進行金屬有機保護
對線路板正面和背面露出的金屬層進行有機保護；
步驟三十一、塗覆助焊材料
在線路板背面的鍍錫區域塗覆助焊材料；
步驟三十二、貼裝元件並回流焊
在線路板背面塗覆助焊材料的內層線路層表面貼裝元件並進行回流焊接；
步驟三十三、環氧樹脂塑封
在步驟三十二完成貼裝元件並通過回流焊實現電性連接的線路板背面進行環氧樹脂塑封。
[0008]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
1、本發明採用直接局部選擇性電鍍焊錫層，焊區的精度不受局限，區域尺寸可做到20um左右，可以做到高密度的設計與製造；
2、本發明的貼裝焊區採用局部蝕刻電鍍錫工藝而直接成型，焊區呈固態，提高了表面貼裝時元件的空間穩定性，從而提高了電性能；
3、電鍍焊區錫含量接近百分百屬純錫，可有效地降低貼片焊接後產生焊區氣泡的風險，提聞了可罪性；
4、本發明焊區之間蝕刻區域的設計增加了貼裝元件與其下方區域之間的間隙，大大降低了後續封裝時產生包封未填充的風險性；
5、本發明在高密度基板上採用電鍍表面貼裝焊區代替錫膏印刷，可以避免基板線路區域與邊框厚度落差的困擾，操作簡單且可以避免錫膏塗布不均勻的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖廣圖33為本發明一種SMT減法高密度封裝多層線路板製作方法各工序示意圖。
[0010]圖34為本發明一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構的示意圖。
[0011]圖35為常規刷錫膏工藝的線路板結構的示意圖。
[0012]其中:
內層線路層I 連接銅柱2 外層線路層3 填充區域4 錫層5
元件6 環氧樹脂7 感光絕緣材料8 絕緣材料9 抗氧化層10 植球區域11。
【具體實施方式】
[0013]本發明一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構，它包括內層線路層I和外層線路層3，所述內層線路層I和外層線路層3之間設置有連接銅柱2，所述內層線路層I和連接銅柱2外圍包覆有絕緣材料9，所述內層線路層I中間進行局部蝕刻形成填充區域4，局部蝕刻後的內層線路層I表面設置有錫層5，所述錫層5上貼裝有元件6，所述元件6位於填充區域上方，所述填充區域4內以及錫層5和元件6外圍填充有環氧樹脂7，所述外層線路層3表面及外圍塗覆有感光絕緣材料8，所述感光絕緣材料8在外層線路層3正面的位置開設有植球區域11，所述植球區域11內設置有抗氧化層10。[0014]所述內層線路層I和錫層5表面設置有抗氧化層10。
[0015]其製造方法如下:
步驟一、取金屬載板
參見圖1，取一片厚度合適的金屬載板，金屬載板的材質可以依據晶片的功能與特性進行變換，例如:銅材、鐵材、鎳鐵材或鋅鐵材等；
步驟二、金屬載板表面預鍍銅材
參見圖2，在金屬載板表面電鍍一層銅材薄膜，目的是為後續電鍍作基礎，所述電鍍的方式可以採用化學鍍或是電解電鍍；
步驟三、貼光阻膜
參見圖3，在完成預鍍銅材薄膜的金屬載板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜，所述光阻膜可以採用溼式光阻膜或乾式光阻膜；
步驟四、顯影開窗
參見圖4，利用曝光顯影設備將步驟三完成貼光阻膜的金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行內層線路層電鍍的圖形區域；
步驟五、電鍍內層線路層
參見圖5，在步驟四中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層作為內層線路層；
步驟六、去除光阻膜
參見圖6，去除金屬載板表面的光阻膜，去除方法採用化學藥水軟化(必要時並採用高壓水噴除);
步驟七、貼光阻膜
參見圖7，在步驟五完成內層線路層電鍍的金屬載板的正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟八、顯影開窗
參見圖8，利用曝光顯影設備將步驟七完成貼光阻膜的金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行連接銅柱電鍍的圖形區域；步驟九、電鍍連接銅柱
參見圖9，在步驟八中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬層作為連接內層線路層和外層線路層的銅柱；
步驟十、去除光阻膜
參見圖10，去除金屬載板表面的光阻膜，去除光阻膜的方法採用化學藥水軟化(必要時並採用高壓水噴除);
步驟十一、覆蓋絕緣材料層
參見圖11，在金屬載板正面覆蓋一層絕緣材料，目的是為了做內層線路層與外層線路層之間的絕緣層，同時為後續電鍍外層線路層做基礎；
步驟十二、絕緣材料表面減薄
參見圖12，將絕緣材料表面進行機械減薄，直到露出連接銅柱為止。目的是為了使連接銅柱與後續的外層線路層連接，同時能增加後續化學銅的結合力；步驟十三、絕緣材料表面金屬化
參見圖13，對絕緣材料表面進行金屬化處理，使其表面後續能進行電鍍；
步驟十四、貼光阻膜
參見圖14，在完成金屬化的金屬載板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟十五、顯影開窗
參見圖15，利用曝光顯影設備將金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行外層線路層電鍍的圖形區域；
步驟十六、電鍍外層線路層
參見圖16，在步驟十五中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層作為外層線路層；
步驟十七、去除光阻膜
參見圖17，去除金屬載板表面的光阻膜，去除光阻膜的方法採用化學藥水軟化(必要時並採用高壓水噴除);
步驟十八、快速蝕刻
參見圖18，對金屬載板正面進行快速蝕刻，去除外層線路層以外的金屬；
步驟十九、塗覆感光絕緣材料
參見圖19，在完成外層線路層的金屬載板正面塗覆感光絕緣材料；
步驟二十、顯影開窗
參見圖20，利用曝光顯影設備將金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行加工(植球)的圖形區域；
步驟二 ^^一、去除金屬載板
參見圖21，去除金屬載板形成露出內層線路層的線路板，蝕刻藥水可以採用氯化銅或是氯化鐵；
步驟二十二、貼光阻膜
參見圖22，在去除金屬載板後形成的線路板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟二十三、顯影開窗
參見圖23，利用曝光顯影設備將線路板背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出線路板背面內層線路層後續需要進行局部蝕刻的圖形區域；
步驟二十四、局部蝕刻
參見圖24，將步驟二十三中線路板背面去除部分光阻膜的區域內露出的內層線路層蝕刻掉，為後續表面貼裝作準備，蝕刻藥水可採用氯化銅或氯化鐵溶液；
步驟二十五、去除光阻膜
參見圖25，去除線路板表面 的光阻膜；
步驟二十六、貼光阻膜
參見圖26，在步驟二十五去除光阻膜後的線路板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜；
步驟二十七、顯影開窗
參見圖27，利用曝光顯影設備將線路板背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出線路板背面後續需要進行電鍍錫的表面貼裝圖形區域；
步驟二十八、電鍍錫
參見圖28，在步驟二十七線路板背面去除部分光阻膜的區域內電鍍錫，為後續表面貼裝作鋪墊；
步驟二十九、去除光阻膜
參見圖29，去除線路板表面的光阻膜；
步驟三十、進行金屬有機保護
參見圖30，對線路板正面和背面露出的金屬層進行有機保護；
步驟三十一、塗覆助焊材料
參見圖31，在線路板背面的鍍錫區域塗覆助焊材料；
步驟三十二、貼裝元件並回流焊
參見圖32，在線路板背面塗覆助焊材料的內層線路層表面貼裝元件並進行回流焊接； 步驟三十三、環氧樹脂塑封
參見圖33，在步驟三十二完成貼裝元件並通過回流焊實現電性連接的線路板背面進行環氧樹脂塑封。
【權利要求】
1.一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構，其特徵在於:它包括內層線路層(I)和外層線路層(3)，所述內層線路層(I)和外層線路層(3)之間設置有連接銅柱(2)，所述內層線路層(I)和連接銅柱(2)外圍包覆有絕緣材料(9)，所述內層線路層(I)中間進行局部蝕刻形成填充區域(4)，局部蝕刻後的內層線路層(I)表面設置有錫層(5)，所述錫層(5)上貼裝有元件(6)，所述元件(6)位於填充區域上方，所述填充區域(4)內以及錫層(5)和元件(6)外圍填充有環氧樹脂(7)，所述外層線路層(3)表面及外圍塗覆有感光絕緣材料(8)，所述感光絕緣材料(8)在外層線路層(3)正面的位置開設有植球區域(11)，所述植球區域(11)內設置有抗氧化層(10)。
2.根據權利要求1所述的一種SMT減法高密度封裝多層線路板結構，其特徵在於:所述內層線路層(I)和錫層(5 )表面設置有抗氧化層(10 )。
3.—種SMT減法高密度封裝多層線路板結構的製作方法，其特徵在於所述方法包括以下工藝步驟: 步驟一、取金屬載板 步驟二、金屬載板表面預鍍銅材 在金屬載板表面電鍍一層銅材薄膜； 步驟三、貼光阻膜 在完成預鍍銅材薄膜的金屬載板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟四、顯影開窗 利用曝光顯影設備將步驟三完成貼光阻膜的金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行內層線路層電鍍的圖形區域； 步驟五、電鍍內層線路層 在步驟四中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層作為內層線路層； 步驟六、去除光阻膜 去除金屬載板表面的光阻膜； 步驟七、貼光阻膜 在步驟五完成內層線路層電鍍的金屬載板的正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟八、顯影開窗 利用曝光顯影設備將步驟七完成貼光阻膜的金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行連接銅柱電鍍的圖形區域； 步驟九、電鍍連接銅柱 在步驟八中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬層作為連接內層線路層和外層線路層的銅柱； 步驟十、去除光阻膜 去除金屬載板表面的光阻膜； 步驟十一、覆蓋絕緣材料層 在金屬載板正面覆蓋一層絕緣材料； 步驟十二、絕緣材料表面減薄將絕緣材料表面進行機械減薄，直到露出連接銅柱為止； 步驟十三、絕緣材料表面金屬化 對絕緣材料表面進行金屬化處理，使其表面後續能進行電鍍； 步驟十四、貼光阻膜 在完成金屬化的金屬載板正面及背面貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟十五、顯影開窗 利用曝光顯影設備將金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行外層線路層電鍍的圖形區域； 步驟十六、電鍍外層線路層 在步驟十五中金屬載板正面去除部分光阻膜的區域內電鍍上金屬線路層作為外層線路層； 步驟十七、去除光阻膜 去除金屬載板表面的光阻膜； 步驟十八、快速蝕刻 對金屬載板正面進行快速蝕刻，去除外層線路層以外的金屬； 步驟十九、塗覆感光絕緣材料 在完成外層線路層的金屬載板正面塗覆感光絕緣材料； 步驟二十、顯影開窗 利用曝光顯影設備將金屬載板正面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出金屬載板正面後續需要進行加工的圖形區域； 步驟二 ^^一、去除金屬載板 去除金屬載板形成露出內層線路層的線路板； 步驟二十二、貼光阻膜 在去除金屬載板後形成的線路板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟二十三、顯影開窗 利用曝光顯影設備將線路板背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出線路板背面內層線路層後續需要進行局部蝕刻的圖形區域； 步驟二十四、局部蝕刻 將步驟二十三中線路板背面去除部分光阻膜的區域內露出的內層線路層蝕刻掉，為後續表面貼裝作準備； 步驟二十五、去除光阻膜 去除線路板表面的光阻膜； 步驟二十六、貼光阻膜 在步驟二十五去除光阻膜後的線路板正面及背面分別貼上可進行曝光顯影的光阻膜； 步驟二十七、顯影開窗 利用曝光顯影設備將線路板背面進行圖形曝光、顯影與去除部分圖形光阻膜，以露出線路板背面後續需要進行電鍍錫的表面貼裝圖形區域； 步驟二十八、電鍍錫在步驟二十七線路板背面去除部分光阻膜的區域內電鍍錫，為後續表面貼裝作鋪墊； 步驟二十九、去除光阻膜 去除線路板表面的光阻膜； 步驟三十、進行金屬有機保護 對線路板正面和背面露出的金屬層進行有機保護； 步驟三十一、塗覆助焊材料 在線路板背面的鍍錫區域塗覆助焊材料； 步驟三十二、貼裝元件並回流焊 在線路板背面塗覆助焊材料的內層線路層表面貼裝元件並進行回流焊接； 步驟三十三、環氧樹脂塑封 在步驟三十二完成貼裝元件並通過回流焊實現電性連接的線路板背面進行環氧樹脂塑封。`
【文檔編號】H05K3/40GK103607841SQ201310648189
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】梁新夫, 陳靈芝, 鬱科鋒, 王津 申請人:江蘇長電科技股份有限公司