CN102348328A - 芯片埋入方法和芯片埋入式电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种芯片埋入方法，其步骤包括：在基板上开设至少一个凹槽；将芯片固定于所述凹槽内；使用填充材料填充凹槽与芯片之间的空隙，使得所述凹槽填满；在所述芯片焊盘上植入金属球；在基板上对应芯片植入金属球的一面设置一层绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球；本发明还提供了一种芯片埋入式电路板，包括：基板，其至少设置有一个凹槽；固定于所述凹槽内的芯片，且凹槽与芯片之间的空隙填充有填充材料；设置在所述芯片焊盘上的金属球状体；所述基板上对应芯片植入金属球的一面上还覆盖有绝缘保护层，但暴露出所述芯片上焊盘上植入的金属球。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片封装的技术领域，更具体地说，是涉及一种芯片埋入方法和芯片埋入式电路板。
背景技术
随着信息社会的发展，各种电子设备的信息处理量与日俱增，对于高频、高速信号传输的需求日益增长。将半导体埋入封装基板，可以有效地缩短半导体与封装基板的连接距离，为高频、高速信号传输提供有力的保证。裸芯片埋入基板同时可以满足封装体高集成度(Integration)以及电子产品微型化的发展需求。
在实际生产中，印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)基板是以铜箔基板(CCL，Copper-clad Laminate)作为原料而制造的电器或电子的重要机构原件。而芯片的焊盘一般为铝Al材料，当Al材料直接进行埋入式工艺制作时，如果长期与基板上的铜Cu焊盘直接接触，会发生离子迁移，导致焊盘老化，影响产品可靠性和寿命。目前国外的研究所通过溅射钛/铜(Ti/Cu)的工艺实现Al焊盘向Cu焊盘的过渡，溅射主要是指在很高的温度和电压作用下，使Ti/Cu等金属成离子状发射，覆盖到需要的表面上，该工艺避免了由于Cu与Al焊盘的接触而导致的离子迁移，防止了焊盘的老化。但是溅射设备价格昂贵，工艺参数复杂，给埋入式基板制作提出了一些新的课题，较难在近期实现工业会生产。
发明内容
本发明实施例提供了一种芯片埋入方法和芯片埋入式电路板，采用在芯片焊盘上植入金属球的工艺，解决埋入式基板制作中，Al焊盘与铜Cu的直接接触而发生的离子迁移问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下方案：
一种芯片埋入方法，包括：在基板上开设至少一个凹槽；将芯片固定于所述凹槽内；使用填充材料填充凹槽与芯片之间的空隙，使得所述凹槽填满；在所述芯片焊盘上植入金属球；在所述基板上对应芯片植入金属球的一面设置一层绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球。
一种芯片埋入式电路板，包括：基板，其至少设置有一个凹槽；固定于所述凹槽内的芯片，且凹槽与芯片之间的空隙填充有填充材料；设置在所述芯片焊盘上的金属球状体；所述基板上对应芯片植入金属球的一面上还覆盖有绝缘保护层，但暴露出所述芯片焊盘上植入的金属球。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种芯片埋入方法和芯片埋入式电路板，在芯片的Al焊盘上植入球状体，将这些熔融形成的球状体作为焊盘，以实现芯片与基板或引线框架电性连接，避免了由于铝Al焊盘与铜Cu的直接接触而发生的离子迁移，从而导致焊盘老化，影响产品可靠性和寿命的问题，可以较好的满足埋入式工艺的需要。
附图说明
图1为本发明提供的一种芯片埋入方法中实施例一的方法流程图；
图2a～2f为本发明提供的一种芯片埋入方法中实施例二的制作过程示意图；
图3为本发明提供的一种芯片埋入方法中实施例三的方法流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种芯片埋入方法，包括步骤：在基板上开设至少一个凹槽；将芯片固定于该凹槽内；使用填充材料填充凹槽与芯片之间的空隙，使得该凹槽填满；使用打线机，在该芯片焊盘上植入金属球；在基板上对应芯片植入金属球的一面设置一层绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球。以下结合附图分别进行详细说明。
实施例一
请参考图1，为本发明实施例提供的一种芯片埋入方法的流程图。
101、在基板上开设至少一个凹槽；
具体地，在基板上开设至少一个凹槽，可以通过控深铣，或通过蚀刻和激光烧蚀的方式在基板上开设凹槽，此处不作限定。
在基板上开设凹槽，以便后续芯片的埋入。凹槽要具备一定的深度，本实施例中，凹槽的尺寸根据需要嵌入的芯片的尺寸确定。
需要说明的是，电路板的制造从对基板的加工开始，基板为制造电路板的基本材料。本实施例中，该基板包括本体和基体层，本体具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面；其基体层设置于本体的第二表面。该本体包括绝缘体和设置于绝缘体的第一导电线路层，且该第一导电线路层远离绝缘体的表面为本体的第一表面，该绝缘体可以是环氧树脂、玻璃布等；当然，本实施例中，本体也可以为多层板，此处不作限定；其基体层可以为金属层或陶瓷基或多层导电板。其中，基体层为陶瓷基是为了解决芯片散热的问题，通常会在电路板上设置带散热基体层。
可以理解的是，多层板可以采用间隙法、增层法、镀通法等方法制作而成。多层板顾名思议就是两层以上的板，比如说四层，六层，八层等等，也就是说，大于二层板的多层板建筑模板，层与层之间有绝缘材料隔开，且层与层之间必须按要求相连经过钻压、黏台而成的印制板叫做多层板，多层板的优点有因为是多层钻压的密度高，不用展开，体积就会比较小，重量也相对来说轻一点，因为密度高，减少了空间距离因此不是那么容易坏也就是说稳定性比较可靠，层数较多从而加大了设计的灵活性，从而得到广泛应用，正因为有这些优点，相对也有一些不足比如说造价高，生产时间长，检测难等等，不过这些不足对多层板的用途一点也不影响，多层板是建筑模板向高效率、多功能、大面积、小体积方向发展的必然产物。随着多层板技术的不断发展，尤其是大模板和超大模板的广泛深入应用，多层板正迅速向高密度、高精度、高层数化方向发展，提出了微细线条、小孔径贯穿、盲孔埋孔、高板厚孔径比等技术以满足市场的需要。
102、将芯片固定于该凹槽内；
使用胶剂，在凹槽内嵌入芯片，该胶剂可以为贴(die)裸芯片树脂或银基树脂或其它能够将芯片固定于凹槽内的非导电胶剂，使得芯片固定于凹槽内。
103、使用填充材料填充凹槽与芯片之间的空隙，使得凹槽填满；
选用一填充材料将凹槽与芯片之间的空隙填满，该填充材料是一种用于半导体封装的材料，通常情况下为液体，其具有散热、绝缘作用，并在120℃～300℃变成固体。
需要说明的是，填充材料也可以是通常情况下为液体，具有散热、导电作用，并在120℃～300℃变成固体的材料，如若在芯片底部具有焊盘，可采用这种材料，使其与凹槽底部形成电性连接，此处不作限定。
104、在该芯片焊盘上植入金属球；
使用打线机，或称引线键合机，在芯片的焊盘上，用金线熔融形成球状体。
可以理解的是，也可以采用其他金属线熔融形成球状体，此处不作限定。
105、在基板上对应芯片植入金属球的一面设置一层绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球；
在芯片焊盘上植入金属球后，进行绝缘隔层工序，即在基板上对应芯片植入金属球的一面涂布一层绝缘材料以形成绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球。
需要说明的是，该绝缘保护层上有多个开口，用来实现该层线路与上层线路导通用的导通孔，如果该绝缘保护层采用感光性的材料，就可以将这些孔通过曝光、显影的形式露出来；如果是普通绝缘材料也可以通过激光打孔的形式获得这些导通孔。
本实例中，采用了在芯片的Al焊盘上植入金属球状体，将这些熔融形成的球状体作为焊盘，以实现芯片与基板或引线框架电性连接，避免了由于铝Al焊盘与铜Cu的直接接触而发生的离子迁移。
实施例二：
本实施例中主要以基板为覆铜板的加工场景为例来介绍。如图2a所示，覆铜板包括本体和基体层，其本体具有第一表面210和与第一表面210相对的第二表面211，本体包括绝缘体22、以及置于绝缘体22的铜箔层21，该铜箔层21远离绝缘体22的表面，也就为本体的第一表面210；其基体层为铜箔层23，设置于本体的第二表面211。
可以理解的是，该绝缘体22的材质包括环氧树脂、BT树脂、或半固化片等具有绝缘作用的材料，其中BT树脂是以双马来酰亚胺和三嗪为主树脂成分，加入环氧树脂、聚苯醚树脂或烯丙基化合物作为改性组分，所形成的热固性树脂。
进一步地，本实施例通过在覆铜板的铜箔层21上进行贴膜、曝光、显影、蚀刻、去膜等步骤制作出电路图形，已制成电路的金属导电层，即铜箔层21可以称为电路层。同样地，基体层即铜箔层23，也可进行曝光显影和蚀刻制作电路层，此处不作限定。
201、在覆铜板上开设至少一个凹槽24；
具体地，可通过控深铣，或通过蚀刻和激光烧蚀的方式，在覆铜板上开设至少一个凹槽24，使得该绝缘体22及其铜箔层21形成有至少一个开口，如图2b。
需要说明的是，凹槽24的尺寸根据需要嵌入的芯片26的尺寸确定。
202、将芯片26固定于该凹槽24内；
使用胶剂25，在凹槽24内嵌入芯片26，该胶剂25可以为贴(die)裸芯片树脂或银基树脂，或其它能够将芯片固定于凹槽内的非导电或导电胶剂，使得芯片26固定于凹槽24内，如图2c；
203、使用填充材料27填充凹槽24与芯片26之间的空隙，使得凹槽24填满；
同实施例一，选用一填充材料27将凹槽24与芯片26之间的空隙填满，如图2d所示，该填充材料27是一种用于半导体封装的材料，通常情况下为液体，其具有散热、绝缘作用，并在120℃～300℃变成固体。
需要说明的是，根据电气需要，该材料或具有散热、导电作用，并在120℃～300℃变成固体。如若在芯片底部具有焊盘，可采用这种具有散热、导电作用的材料，使其与凹槽底部形成电性连接，此处不作限定。
204、在该芯片焊盘上植入金属球28；
使用打线机，或称引线键合机，在芯片26的焊盘上，用金线熔融形成球状体，如图2e。
需要说明的是，在芯片的Al焊盘上采用金线熔融球状体，以形成焊接点，实现芯片与基板或引线框架电性连接，同时，球状体的大小设计跟金线的粗细有关，在本发明实施例中，金线直径为18um或20um，而球状体的直径是金线直径的2～3倍，即为40um～50um；其高度大于金球半径，即为10um～15um；
可以理解的是，此处也可以采用其他金属线材料的细线，并使用其熔融形成球状体，则球状体的直径就也就有所不同，此处不作限定。
205、在覆铜板上对应芯片26植入金属球的一面设置一层绝缘保护层29，并暴露出芯片26焊盘上植入的金属球28；
在芯片26焊盘上植入的金属球28后，进行绝缘隔层工序，即在覆铜板上对应芯片植入金属球的一面涂布一层绝缘材料，从而形成绝缘保护层29，使得焊盘之间的空隙填满，该绝缘保护层设置于本体的第一表面上，并暴露出芯片26焊盘上植入的金属球28，如图2f。
需要说明的是，该绝缘保护层29上有多个开口，用来实现该层线路与上层线路导通用的导通孔，如果该绝缘保护层29采用感光性的材料，就可以将这些孔通过曝光、显影的形式露出来；如果是普通绝缘材料也可以通过激光打孔的形式获得这些导通孔；本实施例中，该绝缘保护层29的材质为感光树脂。
可以理解的是，所使用的感光树脂为聚酰亚胺树脂PI或苯并环丁烯BCB或其他能感光的绝缘材料，聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其应用前景已经得到充分的认识。
本实施例中主要以基板为覆铜板的加工场景为例来介绍，采用了在芯片的Al焊盘上植入球状体，将这些熔融形成的球状体作为焊盘，并在覆铜板上对应芯片植入金属球的一面涂布一层感光树脂，从而形成绝缘保护层，可通过曝光、显影的方式，暴露出芯片焊盘上植入的金属球，以实现芯片与基板或引线框架电性连接，避免了由于铝Al焊盘与铜Cu的直接接触而发生的离子迁移。
实施例三：
本发明实施例中，一种芯片埋入方法，其应用在多层线路板的制作上，请参考图3，其步骤包括：
301、在覆铜板上开设至少一个凹槽；
302、将芯片固定于该凹槽内；
303、使用填充材料填充凹槽与芯片之间的空隙，使得凹槽填满；
304、在该芯片焊盘上植入金属球；
305、在覆铜板上对应芯片植入金属球的一面设置一层绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球；
可以理解的是，由于步骤301至步骤305，与实施例二中的步骤201至步骤206操作一样，此处不再具体阐述。
306、在绝缘保护层上形成电路图形；
具体地说，在暴露出芯片焊盘上植入的金属球之后，即在305步骤中所形成的绝缘保护层上形成电路图形，使得该电路图形电性连接至芯片焊盘上植入的金属球。
可以理解的是，通过多层PCB制作中的层压技术，可将该基板压入多层PCB中，形成线路增层，即该基板可以为多层板中的一层；同时，可以通过激光钻孔→沉铜→电镀等工艺流程，实现与外部电子装置的电气连接；在多于一层，即多层电路板之间，是通过盲孔、通孔或者导电凸块进行电性连接的，在印刷电路板行业中也是很成熟的工艺。
另外，还可以利用感光绝缘树脂通过曝光→显影→固化的工艺，在球状体对应的位置做出孔，再沉铜、电镀，从而实现电性连接。所提到的钻孔→沉铜→电镀为印刷电路板行业中很成熟的工艺，而感光树脂通过曝光→显影→固化则起到了钻孔的目的。
在实施例三中，该基板采用覆铜板材料，可以理解的是，该基板也可以为涂树脂铜箔RCC，在选用了基板材料后，其后续步骤工艺的具体操作跟实施例二的操作一样，这里不再具体阐述。
本发明实施例的制作方法应用在增层线路板的制作上，在绝缘保护层上形成电路图形，使得该电路图形电性连接至芯片焊盘上植入的金属球，同样可以避免了由于铝Al焊盘与铜Cu的直接接触而发生的离子迁移，从而导致焊盘老化，影响产品可靠性和寿命的问题。
本发明实施例中还提供一种芯片埋入式电路板，如图2f所示，包括基板，其至少设置有一个凹槽；固定于该凹槽内的芯片，且凹槽与芯片之间的空隙填充有填充材料；设置在芯片焊盘上的金属球状体；基板上对应芯片植入金属球的一面上还覆盖有绝缘保护层，但暴露出芯片焊盘上植入的金属球。
进一步地，该芯片埋入式电路板还包括形成在绝缘保护层表面的电路图形，该电路图形与芯片焊盘上植入的金属球电连接。
本发明实施例中的一种芯片埋入式电路板，在芯片的Al焊盘上植入有球状体，将这些熔融形成的球状体作为焊盘，以实现芯片与基板或引线框架电性连接，避免了由于铝Al焊盘与铜Cu的直接接触而发生的离子迁移的问题。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种芯片埋入方法和芯片埋入式电路板进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种芯片埋入方法，其特征在于，包括：
在基板上开设至少一个凹槽；
将芯片固定于所述凹槽内；
使用填充材料填充凹槽与芯片之间的空隙，使得所述凹槽填满；
在所述芯片焊盘上植入金属球；
在所述基板上对应芯片植入金属球的一面设置一层绝缘保护层，并暴露出芯片焊盘上植入的金属球。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述基板包括本体和基体层，所述本体具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
所述基体层设置于所述本体的第二表面，所述绝缘保护层设置于本体的第一表面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述本体包括绝缘体和设置于绝缘体的第一导电线路层，且所述第一导电线路层远离绝缘体的表面为所述本体的第一表面；或，所述本体为多层板；
所述基体层为第二导电线路层或金属层或陶瓷基或多层导电板。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将基板开设至少一个凹槽，包括：
通过控深铣，或通过蚀刻和激光烧蚀的方式，在基板上开设至少一个凹槽，所述凹槽的尺寸根据需要嵌入的芯片的尺寸确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述芯片焊盘上植入金属球具体包括：
使用打线机，在所述芯片焊盘上，用金线熔融形成球状体。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述绝缘保护层上形成电路图形，该电路图形与所述芯片焊盘上植入的金属球电性导通。
7.一种芯片埋入式电路板，其特征在于，包括：
基板，其至少设置有一个凹槽；
固定于所述凹槽内的芯片，且凹槽与芯片之间的空隙填充有填充材料；
设置在所述芯片焊盘上的金属球状体；
所述基板上对应芯片植入金属球的一面上还覆盖有绝缘保护层，但暴露出所述芯片焊盘上植入的金属球。
8.根据权利要求7所述的电路板，其特征在于，所述芯片埋入式电路板还包括：
形成在绝缘保护层表面的电路图形，所述电路图形与所述芯片焊盘上植入的金属球电性导通。
9.根据权利要求7或8所述的电路板，其特征在于：
所述基板包括本体和基体层，所述本体具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
所述基体层设置于所述本体的第二表面，所述绝缘保护层设置于本体的第一表面上。
10.根据权利要求9所述的电路板，其特征在于：
所述本体包括绝缘体和设置于绝缘体的第一导电线路层，且所述第一导电线路层远离绝缘体的表面为所述本体的第一表面；或，所述本体为多层板；
所述基体层为第二导电线路层或金属层或陶瓷基或多层导电板。
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