CN102097329B - 封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法，其依序通过钻孔及嵌入导通嵌塞元件的步骤在封装基板的同一通孔中由导通嵌塞元件提供多条相互分离的导电通路，因而不但能减少所述封装基板的通孔总数量及其占用的基板面积，以便将省下的基板面积用于提高所述封装基板的线路布局密度；而且本发明的制造方法亦有利于简化及加速高布线密度型封装基板的制作流程，以提高其生产效率。

Description

封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法

【技术领域】

本发明是有关于一种封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法，特别是有关于一种依序通过钻孔及嵌入导通嵌塞元件的步骤在封装基板同一通孔中由导通嵌塞元件形成多条相互分离的导电通路的嵌入式导通结构及所述嵌入式导通结构的制造方法。

【背景技术】

现今，半导体封装产业为了满足各种高密度封装的需求，逐渐发展出各种不同型式的封装构造，其中许多封装构造种类，例如球栅阵列封装构造(ballgrid array，BGA)、针脚阵列封装构造(pin grid array，PGA)或接点阵列封装构造(land grid array，LGA)等，都是以封装基板(substrate)为基础来进行封装架构。在上述封装构造中，所述基板的一上表面承载有至少一芯片，并通过打线(wire bonding)或凸块(bumping)制造过程将芯片的数个接垫电性连接至所述基板的上表面的数个焊垫。同时，所述基板的一下表面亦必需提供大量的焊垫，以焊接数个输出端。所述基板可为单层或多层的印刷电路板，其除了在上、下表面提供表面线路(trace)层以形成所需焊垫之外，其内部亦具有至少一内线路层及数个微孔(via)或镀通孔(plating through hole，PTH)等导通孔构造，以重新安排上、下表面的焊垫的连接关系。

一般封装基板上的导通孔包括盲孔、埋孔及通孔等类型。传统导通孔的做法是使用机械钻孔或者激光(laser)钻孔来制做。以机械钻孔为例，其使用一个高速旋转的钻针来钻过整个基板，以形成通孔。由于钻针的旋转，因此所产生的通孔皆为圆形。接着，通过在圆形通孔内电镀一层铜层，以形成导通孔。如此，即可实现利用导通孔将基板的不同线路层的线路进行连结的目的。

再者，为了满足对封装基板线路布局日益密集化的需求，业界已开发出在一个导通孔内实现多条导电通路的方法，其主要通过将导通孔内的导电层进行分隔，以使其可以分别连结不同的线路。请参照图1A、1B及1C所示，其揭示现有封装基板形成导通孔结构的制造过程示意图，其制造过程包含下列步骤：提供一封装基板1；使用机械钻孔或者激光钻孔在所述封装基板1上形成至少一通孔11；利用电镀在所述通孔11的内壁电镀上一层导电层12，例如铜层；通过激光去除所述导电层12的数个区段部分，使其剩余的区段部分形成相互分离的数个导电通路121；以及，对所述封装基板1进行表面金属层的图案化，以形成一表面线路13。

然而，上述在同一通孔11内实现多条导电通路121的制造过程在实际使用上仍具有下述问题，例如：由于机台通常只具备单一激光装置，而且激光装置对每一通孔11皆需进行四次加工，因而使得激光装置依序加工各通孔11时耗费颇多加工时间，不但使其制作流程较为繁琐复杂，也不利于提升加工速度。再者，通过激光去除所述导电层12的数个区段部分时，若激光入射角度不佳或所述通孔11的孔径过小，其皆可能导致欲去除的区段部分去除不完全，同时也将造成所述封装基板1加工的良品率(yield)降低。

故，有必要提供一种封装基板的改良导通结构及其制造方法，以解决现有技术所存在的问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法，其依序通过钻孔及嵌入导通嵌塞元件的步骤在封装基板的同一通孔中由导通嵌塞元件提供多条相互分离的导电通路，因而有利于简化及加速高布线密度封装基板的制作流程，以提高其生产效率。

本发明的次要目的在于提供一种封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法，其中封装基板的每一通孔中可由嵌入导通嵌塞元件提供多条相互分离的导电通路，因而有利于减少封装基板的导通孔总数量及其占用的基板面积，以便将省下的基板面积用于提高封装基板的线路布局密度。

为达成本发明的前述目的，本发明提供一种封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述制造方法包含步骤：提供一封装基板；在所述封装基板上形成至少一通孔；提供一导通嵌塞元件，其外周面具有至少二导电通路；以及，将所述导通嵌塞元件嵌入所述通孔内。

在本发明的一实施例中，在嵌入所述导通嵌塞元件后，在所述封装基板的二表面分别形成一线路层，使所述导电通路电性连接于所述封装基板的二线路层之间。

在本发明的一实施例中，在提供所述封装基板时，所述封装基板具有至少二线路层；以及，在嵌入所述导通嵌塞元件时，使所述导电通路电性连接于所述封装基板的至少二线路层之间。

在本发明的一实施例中，所述线路层是所述封装基板的表面线路层、内层线路层或其组合。

在本发明的一实施例中，在形成所述通孔时，对所述封装基板选择进行机械钻孔、激光钻孔或冲压钻孔，以形成所述通孔。

在本发明的一实施例中，所述导通嵌塞元件的导电通路选择嵌设在所述导通嵌塞元件的外周面上，或者突出于所述导通嵌塞元件的外周面上。

在本发明的一实施例中，在嵌入所述导通嵌塞元件时，另使用各向异性导电胶填充于所述导通嵌塞元件与所述通孔的接触表面之间。

在本发明的一实施例中，所述导通嵌塞元件的横截面形状选自圆形；以及，所述通孔的形状对应于所述导通嵌塞元件的圆形形状。

在本发明的一实施例中，所述导通嵌塞元件的横截面形状选自非圆形；以及，所述通孔的形状对应于所述导通嵌塞元件的非圆形形状。

在本发明的一实施例中，所述导通嵌塞元件的非圆形形状选自矩形、十字形、三角形或正方形。

再者，本发明提供另一种封装基板的嵌入式导通结构，其特征在于：所述嵌入式导通结构包含：一封装基板，具有一通孔及至少二线路层；以及，一导通嵌塞元件，其对应嵌设于所述封装基板的通孔内，且所述导通嵌塞元件的外周面具有至少二导电通路，所述导电通路电性连接于所述封装基板的至少二线路层之间。

【附图说明】

图1A、1B及1C是一现有的封装基板形成导通孔结构的制造过程的示意图。

图2A、2B及2C是本发明第一实施例封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法的示意图。

图3A、3B、3C、3D及3E是本发明第一实施例封装基板的嵌入式导通结构其他形状的示意图。

图4是本发明第二实施例封装基板的嵌入式导通结构的示意图。

图5A、5B、5C及5D是本发明第二实施例封装基板的嵌入式导通结构其他形状的示意图。

【具体实施方式】

为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

请参照图2A至2C所示，本发明第一实施例的封装基板(substrate)可应用于以基板为基础来进行封装的各种封装构造，例如球栅阵列封装构造(ballgrid array，BGA)、针脚阵列封装构造(pin grid array，PGA)或接点阵列封装构造(land grid array，LGA)等，但并不限于此。本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法主要包含：提供一封装基板2；在所述封装基板2上形成至少一通孔21；提供一导通嵌塞元件3，其外周面具有至少二导电通路32；以及，将所述导通嵌塞元件3嵌入所述通孔21内。

请参照图2A所示，本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法首先提供一封装基板2，其中所述封装基板2可以指单层或多层的印刷电路板的成品或半成品，若为半成品，在利用本发明方法制做完成嵌入式导通结构后，则可再进一步增层形成多层印刷电路板。因此，后续利用本发明方法制做完成的嵌入式导通结构可能整个贯通印刷电路板的上下表面或是仅贯通其内部的某些层间，以选择电性连接印刷电路板的至少二层的线路。再者，所述封装基板2在利用本发明后续步骤加工之前可能在其上下表面预先形成未图案化的金属箔，例如铜箔等，但并不限于此金属材质。在某些情况下，所述封装基板2也可能是在本步骤时即已预先形成图案化的线路层(未绘示)。

请参照图2A所示，本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法接着在所述封装基板2上形成至少一通孔21，其中本发明可以选择利用一钻针来进行机械钻孔或利用一激光(laser)装置来进行激光钻孔，以形成所述通孔21。此外，亦可能使用一圆形截面的冲孔模具(punch mold)来进行冲压钻孔。在本实施例中，所述通孔21的形状是指利用机械钻孔、激光钻孔或冲压钻孔所形成，且具适当孔径及在几何形状上接近正圆形的孔形。在利用钻针、激光装置或冲孔模具加工之后，所述通孔21将贯通整个封装基板2的上下表面。

请参照图2A所示，本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法接着提供一导通嵌塞元件3，其外周面具有至少二导电通路32。在本发明中，所述导通嵌塞元件3的本体是由热固性或热塑性的绝缘材料所制成，例如环氧树脂(epoxy)或酚醛塑料(bakelite，俗称电木)等，其中所述导通嵌塞元件3的本体于外周面凹设有至少二凹槽31，且每一所述凹槽31内具有一导电通路32，也就是所述导电通路32是嵌设在所述导通嵌塞元件3的外周面上。在本实施例中，所述导通嵌塞元件3整体是呈短圆柱型，横截面(cross section)形状是圆形，且于其外周面具有4组对称排列的凹槽31及导电通路32，其中所述凹槽31及导电通路32的横截面形状概呈弧形。本发明在制做所述导通嵌塞元件3时，优选是先制做长线条状的绝缘本体，再于其外周面加工形成所述凹槽31，接着再选择利用电镀(electroplating)、无电电镀(electroless plating)或印刷(printing)方式来形成所述导电通路32，另外亦可能先预制所述导电通路32再嵌镶于所述凹槽31内。所述导电通路32必需填满所述凹槽31，也就是所述导电通路32的外表面至少需达到与绝缘本体的外周面齐平的填平程度。最后，再通过切割长线条状的绝缘本体，来获得数个短圆柱型的导通嵌塞元件3。再者，所述导通嵌塞元件3优选是实心短圆柱体，但亦可能是中空短圆柱体。在本发明中，所述导通嵌塞元件3的横截面形状大致对应于所述通孔21的形状，例如皆近似于正圆形。

请参照图2B所示，本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法接着将所述导通嵌塞元件3嵌入所述通孔21内。在本发明中，本发明可以选择利用一适当的压块(未绘示)来向下压迫所述导通嵌塞元件3，使其嵌入所述通孔21内。所述导通嵌塞元件3的外径必需设计成能紧配合于所述通孔21的内径，或者，本发明亦可能进一步使用各向异性导电胶(anisotropicconductive adhesive)来预先填入所述通孔21内，以便填充于所述导通嵌塞元件3与所述通孔21的接触表面之间，进而有利于确保所述导通嵌塞元件3的导电通路32能与预先形成或后续形成在所述通孔21周围的线路具有较佳的电性连接性。举例来说，本发明可在加热环境下进行上述嵌入动作，此时所述通孔21的内径将因所述封装基板2受热膨胀而扩大，若能再配合适当选择所述导通嵌塞元件3的绝缘本体材料使其热膨胀系数小于所述封装基板2的热膨胀系数，则会有利于将所述导通嵌塞元件3顺利嵌入所述通孔21内。在完成嵌入动作后，则可回复至常温，使所述导通嵌塞元件3紧配合结合在所述封装基板2上。再者，在本实施例中，所述导通嵌塞元件3的长度是设计成与所述通孔21的深度相同，但本发明亦可能设计成使所述导通嵌塞元件3的长度稍大于所述通孔21的深度，并在完成嵌入动作后，再利用刀具切除或研磨转盘转动研磨等适当方式来去除所述导通嵌塞元件3突出于所述通孔21外的多余部分。如此，本发明第一实施例即完成所述封装基板2的嵌入式导通结构的制做，并使同一通孔21中能由所述导通嵌塞元件3来提供多条相互分离的导电通路32，因而有利于简化及加速高布线密度型封装基板2的制作流程，以提高其生产效率。同时，亦有利于减少所述封装基板2的导通孔总数量及其占用的基板面积，以便将省下的基板面积用于提高所述封装基板2的线路布局密度。

请参照图2C所示，本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法可选择性的在嵌入所述导通嵌塞元件3之后，另包含：在所述封装基板2的二表面分别形成一线路层22，其具有数条线路分别电性连接所述导通嵌塞元件3不同的所述导电通路32。例如，所述封装基板2可能在其上下表面预先形成未图案化的金属箔，例如铜箔等，此时对金属箔进行传统图案化工艺即可形成所述线路层22。但是，在另一实施方式中，本发明也可能在提供所述封装基板2时，已使所述封装基板2预先具有图案化的至少二线路层，其中所述线路层可以是所述封装基板2的表面线路层、内层线路层或其组合；以及，在嵌入所述导通嵌塞元件3时，使所述导电通路32可用以电性连接于所述封装基板2的至少二线路层之间。

请参照图3A至3E所示，在本发明第一实施例的封装基板的嵌入式导通结构中，所述导通嵌塞元件3的凹槽31及导电通路32的横截面形状尚具有许多设计多样性，例如：如图3A及3B所示，所述导通嵌塞元件3具有二组或三组的所述凹槽31及导电通路32，其中所述凹槽31及导电通路32是呈弧形，且对称排列嵌设于所述导通嵌塞元件3的外周面上。如图3C、3D及3E所示，所述导通嵌塞元件3具有二组、四组或六组所述凹槽31及导电通路32，其中所述凹槽31及导电通路32是呈近半圆形、扇形或圆槽形，且对称排列嵌设于所述导通嵌塞元件3的外周面上。值得注意的是，上述凹槽31及导电通路32的数量只要是至少二组或以上皆可，且其数量是依所述封装基板2所需的线路布局设计来做变化，并不加以限制。同时，所述凹槽31的横截面形状亦不限于上述几何形状，其亦可依所述封装基板2所需的线路布局设计来变化成为其他几何形状。

请参照图4所示，本发明第二实施例的封装基板的嵌入式导通结构及其制造方法相似于本发明第一实施例，并沿用相同图号，但第二实施例的差异特征在于：所述第二实施例是提供非圆形的通孔21及非圆形的导通嵌塞元件3。更详细来说，本实施例可以选择利用一钻针来进行机械钻孔或利用一激光(laser)装置搭配非圆形掩膜(mask)来进行激光钻孔，以形成非圆形的通孔21。另外，可利用相同制做方式来形成非圆形的导通嵌塞元件3及其凹槽31与导电通路32。所述导通嵌塞元件3的横截面形状选自非圆形；以及，所述通孔21的形状对应于所述导通嵌塞元件3的非圆形形状。如图4所示，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状皆为矩形，且所述导通嵌塞元件3在矩形的四个外周面分别形成一凹槽31，以供分别形成一导通嵌塞元件3。

请参照图5A至5D所示，在本发明第二实施例的封装基板的嵌入式导通结构中，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状尚具有许多设计多样性，例如：如图5A所示，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状皆为圆形，同时所述导电通路32选择突出形成于所述导通嵌塞元件3的外周面上，其突出的厚度依所述导通嵌塞元件3的外径及所述通孔21的内径加以设计。上述突出设计具备的优点为在将所述导通嵌塞元件3嵌入所述通孔21内时，突出状的所述导电通路32具有卡掣所述通孔21内壁面的效果，可以相对提高两者之间紧配合嵌设结合的结合强度。同时，各二相邻突出状的所述导电通路32之间的间距则可提供紧配合嵌入时允许所述导电通路32产生些微弹性变形的裕度。再者，如图5B所示，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状亦可为十字形，同时所述导电通路32选择突出形成于所述导通嵌塞元件3四端的外周面上。如图5C所示，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状亦可为三角形，同时所述导电通路32选择嵌设于所述导通嵌塞元件3三个外周面的凹槽31内。如图5D所示，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状亦可为正方形(或矩形)，同时所述导电通路32选择嵌设于所述导通嵌塞元件3其中二个外周面的凹槽31内，以及突出形成于所述导通嵌塞元件3另二个外周面上。

在本发明图2A至5D揭露的各种实施例中，所述导通嵌塞元件3的横截面形状及所述通孔21的形状可以选自上述任一形状、其他几何对称圆形或非圆形造形，或是不对称的非圆形造形。所述凹槽31与导电通路32的横截面形状亦可选自上述任一形状、其他几何对称或不对称的造形，以形成功能相似于图2C所示的嵌入式导通结构。图2A至5D揭露的各种实施例可依产品需求相互置换形状或结合，只要是先形成所述通孔21，接着再提供对应形状的导通嵌塞元件3，并再将所述导通嵌塞元件3嵌入所述通孔21内，皆属于本发明的技术概念。另外，上述形成所述通孔21及提供所述导通嵌塞元件3的步骤顺序亦可对调，该两步骤的顺序亦非用以限定本发明。

如上所述，相较于现有封装基板的嵌入式导通结构是通过激光将所述通孔11内的导电层12分离成数个导电通路121，造成耗费颇多加工时间，使其制作流程较为繁琐复杂、不利于提升加工速度且不易提高所述封装基板1加工的良品率等缺点，图2A至5E的本发明封装基板的嵌入式导通结构的制造方法依序通过钻孔及嵌入所述导通嵌塞元件3的步骤在所述封装基板2的同一通孔21中由所述导通嵌塞元件3提供多条相互分离的导电通路32，其确实有利于简化及加速高布线密度封装基板的制作流程，以提高其生产效率。再者，亦有利于减少所述封装基板2的导通孔总数量及其占用的基板面积，以便将省下的基板面积用于提高所述封装基板2的线路布局密度。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述制造方法包含步骤：

提供一封装基板；

在所述封装基板上形成至少一通孔；

提供一导通嵌塞元件，其外周面具有至少二导电通路；

将所述导通嵌塞元件嵌入所述通孔内；以及

在所述封装基板的二表面分别形成一线路层，使所述导电通路电性连接于所述封装基板的二线路层之间。

2.一种封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述制造方法包含步骤：

提供一封装基板，其具有至少二线路层；

在所述封装基板上形成至少一通孔；

提供一导通嵌塞元件，其外周面具有至少二导电通路；以及

将所述导通嵌塞元件嵌入所述通孔内，使所述导电通路电性连接于所述封装基板的至少二线路层之间。

3.如权利要求1或2所述的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述导通嵌塞元件的导电通路选择嵌设在所述导通嵌塞元件的外周面上，或者突出于所述导通嵌塞元件的外周面上。

4.如权利要求1或2所述的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：在嵌入所述导通嵌塞元件时，另使用各向异性导电胶填充于所述导通嵌塞元件与所述通孔的接触表面之间。

5.如权利要求1或2所述的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述导通嵌塞元件的横截面形状选自圆形；以及，所述通孔的形状对应于所述导通嵌塞元件的圆形形状。

6.如权利要求1或2所述的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述导通嵌塞元件的横截面形状选自非圆形；以及，所述通孔的形状对应于所述导通嵌塞元件的非圆形形状。

7.如权利要求6所述的封装基板的嵌入式导通结构的制造方法，其特征在于：所述导通嵌塞元件的非圆形形状选自矩形、十字形、三角形或正方形。

8.一种封装基板的嵌入式导通结构，其特征在于：所述嵌入式导通结构包含一封装基板，具有一通孔及至少二线路层；以及

一导通嵌塞元件，其对应嵌设于所述封装基板的通孔内，且所述导通嵌塞元件的外周面具有至少二导电通路，所述导电通路电性连接于所述封装基板的至少二线路层之间。

9.如权利要求8所述的封装基板的嵌入式导通结构，其特征在于：所述通孔的形状选自圆形或非圆形；以及，所述导通嵌塞元件的横截面形状对应于所述通孔的形状。

10.如权利要求8所述的封装基板的嵌入式导通结构，其特征在于：所述导通嵌塞元件的导电通路选择嵌设在所述导通嵌塞元件的外周面上，或者突出于所述导通嵌塞元件的外周面上。

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