CN101593750A - 芯衬底和印刷布线板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种芯衬底和印刷布线板。芯衬底的芯层由浸渍有树脂的碳纤维制成。当芯层的温度增加时，芯层受到由于树脂的热膨胀所造成厚度增加的影响。芯层夹在包含有玻璃纤维的绝缘层之间。绝缘层用以抑制由于芯层的热膨胀所造成的芯层厚度增加。在芯衬底中抑制热应力。本发明能够有助于抑制应力。

Description

芯衬底和印刷布线板
相关申请的交叉引用
本申请基于2008年5月30日提交的在先日本专利申请第2008-143450号并且要求该申请的优先权，其全部内容通过援引结合于此。
技术领域
本发明涉及一种包括含有碳纤维的芯衬底的印刷布线板。
背景技术
印刷布线板(如探针卡)是众所周知的。探针卡用来检查例如半导体晶片和LSI(大规模集成电路)芯片封装。半导体晶片或者LSI芯片封装设置于探针卡上。执行高温操作测试(如老化测试(burn-in test))或者低温操作测试(如筛选(screen))。探针卡受到热应力，比如温度的变化，即热循环。迫使温度在针对高温测试或低温测试而设置的范围内变化。
LSI芯片例如包括硅衬底。硅具有相对低的热膨胀系数，从而允许LSI芯片具有相对低的热膨胀系数。另一方面，探针卡的芯衬底由例如浸渍有树脂材料的碳纤维织物(cloth)制成。碳纤维织物用以减少芯衬底的热膨胀系数。探针卡的热膨胀系数可以等于LSI芯片的热膨胀系数。因此可以防止探针卡的多个导电垫(pad)例如分别从LSI芯片的对应电极引脚处偏移。
通孔(through hole)形成于探针卡的芯衬底中。具有大直径的圆柱形大尺寸通路形成于各个通孔的内壁表面上。由树脂材料制成的填充材料填充大尺寸通路内的内部空间。小直径通孔形成为穿透填充材料。直径比大尺寸通路的直径小的圆柱形小尺寸通路形成于小直径通孔的内壁表面上。填充材料填充小尺寸通路内的内部空间。填充材料用以将小尺寸通路和大尺寸通路相互电绝缘。填充材料例如由环氧树脂制成。
芯衬底的碳纤维织物例如是编织(woven)织物或者非编织织物。碳纤维织物沿着芯衬底的前表面和后表面延伸。这造成例如在热循环测试过程中，在芯衬底的面内(in-plane)方向上出现的树脂材料热膨胀的明显约束。树脂材料的热膨胀因此往往造成芯衬底的厚度增加。热膨胀在探针卡中诱发破裂(crack)。这样的破裂可能造成导电图案的破损。
发明内容
因而本发明的一个目的在于提供一种有助于抑制应力的芯衬底和印刷布线板。
根据本发明的第一方案，提供一种芯衬底，该芯衬底包括：由浸渍有树脂的碳纤维制成的芯层；形成于芯层中的通孔，该通孔从芯层的前表面到芯层的后表面穿透芯层；填充通孔的圆柱形填充材料；由浸渍有树脂的玻璃纤维制成的一对绝缘层，这些绝缘层分别叠覆于芯层的前表面和后表面上，使得芯层夹在绝缘层之间；形成于圆柱形填充材料中的通洞，该通洞沿着通洞的纵轴，从一个绝缘层到另一绝缘层穿透芯层；以及沿着通洞的内壁表面以圆柱体的形状形成的导电通路。
芯衬底的芯层由浸渍有树脂的碳纤维制成。例如当芯层的温度增加时，芯层受到由于树脂的热膨胀所造成的厚度增加的影响。芯层夹在绝缘层之间。由于绝缘层包括玻璃纤维，所以绝缘层具有相对高的强度。绝缘层因此用以抑制由于芯层的热膨胀所造成的芯层厚度增加。在芯衬底中抑制热应力。在印刷布线板无法包括前述绝缘层的情况下，芯层受到由于芯层的热膨胀所造成的厚度增加的影响。这导致产生相对大的热应力。
根据本发明的第二方案，提供一种印刷布线板，该印刷布线板包括：由浸渍有树脂的碳纤维制成的芯层；形成于芯层中的通孔，该通孔从芯层的前表面到芯层的后表面穿透芯层；填充通孔的圆柱形填充材料；由浸渍有树脂的玻璃纤维制成的一对绝缘层，这些绝缘层分别叠覆于芯层的前表面和后表面上，使得芯层夹在绝缘层之间；形成于圆柱形填充材料中的通洞，该通洞沿着通洞的纵轴从一个绝缘层到另一绝缘层穿透芯层；以及沿着通洞的内壁表面以圆柱体的形状形成的导电通路。
印刷布线板的芯层由浸渍有树脂的碳纤维制成。例如当芯层的温度增加时，芯层受到由于树脂的热膨胀所造成的厚度增加的影响。芯层夹在绝缘层之间。由于绝缘层包括玻璃纤维，所以绝缘层具有相对高的强度。绝缘层因此用以抑制由于芯层的热膨胀所造成的芯层厚度增加。在芯衬底中抑制热应力。在印刷布线板无法包括前述绝缘层的情况下，芯层受到由于芯层的热膨胀所造成的厚度增加的影响。这导致产生相对大的热应力。
本发明能够有助于抑制应力。
本发明的附加目的和优点将部分地在以下描述中加以阐述、部分地将从描述中变得清楚或者可以通过本发明的实施加以获悉。将借助在所附权利要求书中特别指出的元件和组合来实现和达到本发明的目的和优点。应当理解，前文大体描述和下文具体描述均为举例说明，而不是限制要求保护的本发明。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征及优点将从结合附图对优选实施例的以下描述中变得清楚，在附图中：
图1是示意地示出了根据本发明一个实施例的印刷布线板的截面结构的局部放大截面图；
图2是示意地示出了将预浸料(prepreg)彼此叠覆的工艺的局部放大截面图；
图3是示意地示出了将预浸料彼此叠覆的工艺的局部放大截面图；
图4是示意地示出了在芯层中形成通孔的工艺的局部放大截面图；
图5是示意地示出了在芯层上形成铜镀层的工艺的局部放大截面图；
图6是示意地示出了将树脂材料灌入通孔中的工艺的局部放大截面图；
图7是示意地示出了在芯层的前表面和后表面中的各表面上叠覆预浸料和铜箔的工艺的局部放大截面图；
图8是示意地示出了在芯层的前表面和后表面中的各表面上叠覆预浸料和铜箔的工艺的局部放大截面图；
图9是示意地示出了在芯层中形成通孔的工艺的局部放大截面图；
图10是示意地示出了形成铜镀层的工艺的局部放大截面图；
图11是示意地示出了形成铜镀层的工艺的局部放大截面图；
图12是示意地示出了形成导电焊盘的工艺的局部放大截面图；
图13是示意地示出了在芯衬底的表面上形成绝缘层的工艺的局部放大截面图；
图14是示意地示出了在绝缘层上形成铜镀层的工艺的局部放大截面图；以及
图15是示意地示出了在绝缘层上形成导电图案的工艺的局部放大截面图。
具体实施方式
图1示意地示出了根据本发明一个例子的印刷布线板11的截面图。利用印刷布线板11例如作为探针卡。这样的探针卡例如设置于探针装置中。应当理解可以在任何其它电子装置中利用印刷布线板11。
印刷布线板11包括芯衬底12。芯衬底12包括薄板形式的芯层13。芯层13包括导电层14。碳纤维织物嵌入于导电层14中。碳纤维织物的纤维沿着芯层13的前表面和后表面延伸。这会显著地限制导电层14在面内方向上的热膨胀。碳纤维织物具有导电性。碳纤维织物浸渍有树脂材料以便形成导电层14。树脂材料是热固性树脂，例如环氧树脂。碳纤维织物是由碳纤维纱制成的编织织物或者非编织织物。
芯层13包括分别叠覆在导电层14的前表面和后表面上的芯绝缘层15、16。导电层14夹在芯绝缘层15、16之间。芯绝缘层15、16是绝缘的。玻璃纤维织物嵌入于芯绝缘层15、16中。玻璃纤维织物的纤维沿着芯层13的前表面和后表面延伸。玻璃纤维织物浸渍有树脂材料以便形成芯绝缘层15、16。树脂材料是热固性材料，例如环氧树脂。玻璃纤维织物是由玻璃纤维纱制成的编织织物或者编织织物。
通孔17形成于芯层13中。通孔17从芯层13的前表面到后表面穿透芯层13。每个通孔17各自限定柱形空间。柱形空间的纵轴被设置成垂直于芯层13的前表面和后表面。每个通孔17分别在芯层13的前表面和后表面上限定圆形开口。
具有大直径的大尺寸通路18形成于每个通孔17中。大尺寸通路18是导电的。沿着通孔17的内壁表面，以圆柱体形状形成该大尺寸通路18。大尺寸通路18连接到位于芯层13的前表面和后表面上的环形导电焊盘19。导电焊盘19在芯层13的前表面和后表面上延伸。大尺寸通路18和导电焊盘19由导电材料如铜制成。
通孔17中的大尺寸通路18的内空间填充有由树脂材料制成的填充材料21。填充材料21沿着大尺寸通路18的内壁表面形成为圆柱体形状。填充材料21是热固性树脂，例如环氧树脂。例如，陶瓷填充物嵌入于环氧树脂中。
芯衬底12包括分别叠覆在芯层13的前表面和后表面上的绝缘层22、23。分别在芯层13的前表面和后表面上容置在(receive)绝缘层22、23的后表面。芯层13夹在绝缘层22、23之间。绝缘层22、23覆盖于填充材料21的暴露表面之上。绝缘层22、23是绝缘的。玻璃纤维织物嵌入于绝缘层22、23中。玻璃纤维织物的纤维沿着芯层13的前表面和后表面延伸。玻璃纤维织物浸渍有树脂材料以便形成绝缘层22、23。树脂材料是热固性树脂，例如环氧树脂。玻璃纤维织物是由玻璃纤维纱制成的编织织物或者非编织织物。
通孔24形成于芯衬底12中。通孔24穿透芯层13和绝缘层22、23。各个通孔24位于对应的通孔17的内部。通孔24穿透对应填充材料21。这里，通孔24各自限定柱形空间。各个通孔24与对应的通孔17同轴。各个通孔24分别在芯衬底12的前表面和后表面上限定圆形开口。
直径比大尺寸通路18的直径更小的小尺寸通路25形成于各个通洞(through bore)24中。小尺寸通路25是导电的。沿着通洞24的内壁表面，以圆柱体形状形成该小尺寸通路25。填充材料21用以将大尺寸通路18和小尺寸通路25相互绝缘。小尺寸通路25由导电材料如铜制成。
导电焊盘26形成于绝缘层22、23的表面上。小尺寸通路25连接到位于绝缘层22、23的表面上的导电焊盘26。导电焊盘26由导电材料如铜制成。小尺寸通路25的内空间填充有在导电焊盘26、26之间由绝缘树脂制成的填充材料27。例如以圆柱体的形状形成填充材料27。填充材料27是热固性树脂，例如环氧树脂。陶瓷填充物嵌入于环氧树脂中。
增层28、29分别形成于绝缘层22、23的表面上。分别在绝缘层22、23的表面上容置(receive)增层28、29的后表面。芯层13和绝缘层22、23夹在增层28、29之间。增层28、29覆盖于对应导电焊盘26、26之上。
增层28、29是包括绝缘层31和导电图案32的多层结构体。绝缘层31和导电图案32交替地相互叠覆。通过通路33在形成于不同层中的导电图案32之间建立电连接。绝缘层31由热固性树脂如环氧树脂制成。导电图案32和通路33由导电材料如铜制成。
导电垫34暴露于增层28、29的表面上。导电垫34由导电材料如铜制成。保护层(overcoat layer)35在离开导电垫34的位置叠覆于各增层28、29的表面上。保护层35例如由环氧树脂制成。印刷布线板11的后表面上的导电垫34例如连接到探针装置上的电极终端。印刷布线板11的前表面上的导电垫34例如装配于半导体晶片的电极凸块上。然后执行热循环测试以便例如检查半导体晶片。
在印刷布线板11中，碳纤维织物的纤维在导电层14的面内方向上延伸。导电层14例如在热循环测试过程中受到由于树脂材料在导电层14中的热膨胀所造成的厚度增加的影响。导电层14夹在绝缘层22、23之间。由于绝缘层22、23包含玻璃纤维织物，所以绝缘层22、23具有相对高的强度。绝缘层22、23因此用以抑制由于导电层14的热膨胀所造成的厚度增加。这抑制了印刷布线板11中的热应力。因此例如在增层28、29中避免破裂。可以避免导电图案32的损坏(break)。另外，绝缘层22、23分别覆盖于填充材料21的暴露表面之上。绝缘层22、23延伸跨过在导电层14与填充材料21之间的边界。这会显著地抑制沿着在导电层14与填充材料21之间的边界产生破裂。在印刷布线板没有包括前述绝缘层22、23的情况下，导电层14受到由于热膨胀所造成的导电层14的厚度增加的影响。例如可能在增层中产生破裂。可能造成导电图案的破损。
接着，将对制作印刷布线板11的方法进行描述。首先制备芯衬底12。如图2中所示，例如制备四个预浸料41。每个预浸料41包含碳纤维织物。同时，例如制备成对的预浸料42。每个预浸料42包含玻璃纤维织物。碳纤维织物浸渍有环氧树脂清漆(varnish)，以便形成预浸料41。类似地，玻璃纤维织物浸渍有环氧树脂清漆，以便形成预浸料42。然后干燥环氧树脂清漆。以这一方式形成预浸料41、42。
预浸料41夹在预浸料42、42之间。预浸料42在受到加热工艺时相互推抵(urge against)。例如真空按压用来推动预浸料42。根据预定条件设置加热工艺的峰值温度和真空按压的压力。预浸料41、42基于熔融环氧树脂(molten epoxy resin)粘合在一起。以这一方式如图3中所示形成芯层13。预浸料41形成导电层14。预浸料42分别形成芯绝缘层15、16。
如图4中所示，通孔17在预定位置形成于芯层13中。例如，可以使用钻孔机(drill)形成通孔17。通孔17从芯层13的前表面到后表面穿透芯层13。例如，在芯层13的整个表面上实现电解镀或非电解镀。如图5中所示，铜镀层43因此形成于芯层13的整个表面之上。按预定厚度沿着芯层13的前表面和后表面以及通孔17的内壁表面形成铜镀层43。以这一方式，在通孔17的内部形成大尺寸通路18。
如图6中所示，树脂材料44填充于大尺寸通路18中。树脂材料44例如是溶剂(solvent)环氧树脂。树脂材料44受到加热工艺处理。因此硬化或者固化树脂材料44。例如采用抛光(buffing)来去除从大尺寸通路18溢出的树脂材料44。然后，抗蚀剂膜(未示出)以预定图案形成于芯层13的前表面和后表面中的各表面上。在抗蚀剂膜的轮廓以外的铜镀层43上实现蚀刻。在蚀刻之后去除抗蚀剂膜。导电焊盘19因此形成于芯层13的前表面和后表面上。
如图7中所示，制备成对的预浸料45、45和成对的铜箔46、46。预浸料45具有与前述预浸料42的结构相同的结构。预浸料45和铜箔46以这一顺序叠覆于芯层13的前表面和后表面上。铜箔46和预浸料45在受到加热工艺时推抵芯层13的前表面和后表面。真空按压用来推动铜箔46和预浸料45。根据预定条件设置加热工艺的峰值温度和真空按压的持续时间。如图8中所示，预浸料45和铜箔46基于熔融环氧树脂粘合到芯层13的前表面和后表面。预浸料45形成绝缘层22、23。绝缘层22、23分别覆盖于位于芯层13的前表面和后表面上的树脂材料44的暴露表面之上。
如图9中所示，通孔24形成于芯层13的通孔17内部的树脂材料44中。通孔24可以与对应通孔17同轴。例如可以使用钻孔机来形成通孔24。通孔24从芯层13的前表面到后表面穿透芯层13。例如在芯层13的整个表面上实现电解镀或者非电解镀。如图10中所示，铜镀层47因此形成于芯层13的整个表面之上。按预定厚度沿着芯层13的前表面和后表面以及通孔24的内壁表面形成铜镀层47。小尺寸通路25以这一方式形成于通孔24内部。
树脂材料48填充于小尺寸通路25中。树脂材料48例如是溶剂环氧树脂。树脂材料48受到加热工艺。因此硬化或者固化树脂材料48。例如采用抛光来去除从小尺寸通路25溢出的树脂材料48。例如在芯层13的整个表面上实现电解镀或者非电解镀。以这一方式，如图11中所示，铜镀层49形成于芯层13的前表面和后表面中的各表面上。用铜镀层49闭合通孔24的开口。抗蚀剂膜(未示出)以预定图案形成于芯层13的前表面和后表面中的各表面上。在抗蚀剂膜的轮廓以外的铜镀层49上实现蚀刻。如图12中所示，导电焊盘26因此形成于芯层13的前表面和后表面上。以这一方式形成芯衬底12。
接着，增层28、29分别形成于芯衬底12的前表面和后表面上。同时形成增层28、29。如图13中所示，树脂片51叠覆于芯衬底12的前表面和后表面中的各表面上。树脂片51在受到加热工艺时推抵芯衬底12的前表面和后表面。执行真空按压以推动树脂片51。根据预定条件设置加热工艺的峰值温度和真空按压的压力。通过加热工艺来硬化或者固化树脂片51。树脂片51因此提供绝缘层31。
例如在预定位置将UV-YAG激光施加到各个绝缘层31。如图14中所示，孔52因此形成于绝缘层31中。导电焊盘26例如暴露于孔52的底部。铜镀层53形成于绝缘层31的表面上和孔52内部。例如实现非电解镀以便形成铜镀层53。抗蚀剂膜(未示出)以预定图案形成于铜镀层53的表面上。在抗蚀剂膜的轮廓以外的铜镀层53上实现蚀刻。然后去除抗蚀剂膜。如图15中所示，导电图案32因此形成于绝缘层31的表面上。通路33形成于孔52中。
重复执行叠覆绝缘层31的工艺和形成导电图案32的工艺。前述导电垫34形成于在芯层13的前表面和后表面上的绝缘层31的最上层或者暴露层上。保护层(未示出)形成于绝缘层31中的最上层的表面上。保护层可以例如由树脂材料制成。例如可以实现网印或者光刻，以形成保护层。开口在预定位置形成于保护层中。导电垫34暴露于开口的底部。增层28、29以这一方式分别形成于芯衬底12的前表面和后表面上。由此产生印刷布线板11。
实施例的轮流次序并不表明本发明的优劣。虽然已经具体描述本发明的实施例，但是应当理解可以对其进行各种改变、替换和更改而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种芯衬底，包括：
芯层，由浸渍有树脂的碳纤维制成；
通孔，形成于所述芯层中，所述通孔从所述芯层的前表面到所述芯层的后表面穿透所述芯层；
圆柱形填充材料，填充所述通孔；
一对绝缘层，由浸渍有树脂的玻璃纤维制成，所述绝缘层分别叠覆于所述芯层的所述前表面和所述后表面上，使得所述芯层夹在所述绝缘层之间；
通洞，形成于所述圆柱形填充材料中，所述通洞沿着所述通洞的纵轴，从所述绝缘层中的一个绝缘层到所述绝缘层中的另一绝缘层穿透所述芯层；以及
导电通路，沿着所述通洞的内壁表面以圆柱体的形状被形成。
2.根据权利要求1所述的芯衬底，其中所述绝缘层覆盖于所述填充材料之上。
3.根据权利要求1所述的芯衬底，其中所述玻璃纤维形成编织织物或非编织织物。
4.一种印刷布线板，包括：
芯层，由浸渍有树脂的碳纤维制成；
通孔，形成于所述芯层中，所述通孔从所述芯层的前表面到所述芯层的后表面穿透所述芯层；
圆柱形填充材料，填充所述通孔；
一对绝缘层，由浸渍有树脂的玻璃纤维制成，所述绝缘层分别叠覆于所述芯层的所述前表面和所述后表面上，使得所述芯层夹在所述绝缘层之间；
通洞，形成于所述圆柱形填充材料中，所述通洞沿着所述通洞的纵轴，从所述绝缘层中的一个绝缘层到所述绝缘层中的另一绝缘层穿透所述芯层；以及
导电通路，沿着所述通洞的内壁表面以圆柱体的形状被形成。
5.根据权利要求4所述的印刷布线板，其中所述绝缘层覆盖于所述填充材料之上。
6.根据权利要求4所述的印刷布线板，其中所述玻璃纤维形成编织织物或者非编织织物。
7.根据权利要求4所述的印刷布线板，还包括增层，所述增层叠覆于所述绝缘层中的至少一个绝缘层上。
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