CN104125710A - 一种基于铝阳极氧化技术的基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于铝阳极氧化技术的基板及其制造方法。该基板包括：有多孔氧化铝介质的铝合金基板；位于铝合金基板第一表面的第一布线层；埋置于铝合金基板中的第二布线层；位于铝合金基板第二表面的第三布线层；以及贯穿铝合金基板第一表面及第二表面的铝全通柱和/或未贯穿铝合基板的铝半通柱。该基板制造方法包括以下步骤：对铝合金基板进行预处理、第一步光刻涂胶；第一步光刻；致密型阳极氧化、第一次去胶；第二步光刻涂胶、第二步光刻；穿透型阳极氧化、第二次去胶。本发明提供的基于铝阳极氧化技术的基板及其制作方法，制作流程简洁，基板热导率高，热膨胀系数可调，提高了三维封装的可靠性。

Description

一种基于铝阳极氧化技术的基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及微电子三维封装基板领域，特别涉及一种基于铝阳极氧化技术的基板及其制造方法。

背景技术

随着微电子技术的不断发展，微电子封装基板不但直接影响着集成电路本身的电性能、机械性能、热性能，还在很大程度上决定着电子整机系统的微型化、功能化、可靠性以及成本。目前，传统的二维封装基板越来越难以满足新一代的封装需求，三维封装基板因其近乎理想的封装密度和优越的电学性能（信号路径短，寄生电感和电容小），而被认为是未来最有希望的封装基板。

三维封装基板的类型主要有：P型（塑封型）和C型（陶瓷型）等。P型基板多采用FR-4、BT树脂基板，基板材料成本相对较低，但其制作工艺采用传统的层压、钻孔、化学镀铜、电镀铜、光刻、腐蚀等工艺，工艺步骤多，流程长，其基板材料的热膨胀系数（CTE）与芯片的热膨胀系数失配，并且散热型能差，不适用于大功率封装。C型基板多为HTCC或LTCC基板，其制作工艺采用浆料流延、丝网印刷、叠层、冲孔、烧成、溅射铜、光刻、腐蚀、电镀填充铜和减薄等多种工艺，虽然解决了与芯片CTE的匹配性，但对于大功率芯片封装和高频器件封装来说，散热特性差和收缩率较大是其主要特征，尤其在实际封装中，还会遇到焊点产生应力较大，热疲劳寿命短等问题。

散热性能好的基板材料包括硅、金属（铝、铜）、和复合材料等。其中，铝基衬底具有热导率高[238W/(m·K)]、易加工成型、成本低的优点，成为散热基板的首选材料之一，但铝基板与硅芯片间存在CTE的匹配问题，铝硅合金材料可通过调整配比，将金属材料(铝) 的高导热性和热匹配材料(硅)的低热胀系数结合起来, 使得基板具有热导率高、CTE可调、制造成本低等优点, 从而满足封装需求。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种基于铝阳极氧化技术的基板及其制造方法，克服了现有三维封装基板散热性能差、热膨胀失配、工艺流程复杂等不利因素。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种基于铝阳极氧化技术的基板，该基板包括：铝合金基板、第一层布线、第二层布线、第三层布线以及铝全通柱和/或铝半通柱。其中：所述铝合金基板含有多孔氧化铝介质，具有两相对的第一表面及第二表面；所述第一层布线位于所述铝合金基板的第一表面上；所述第二层布线埋置于所述铝合金基板中；所述第三层布线位于所述铝合金基板的第二表面上；所述铝全通柱贯穿所述铝合金基板的第一表面及第二表面，所述铝半通柱未贯穿所述铝合金基板。

其中，所述铝全通柱和铝半通柱既可以连通三层布线，还可以在铝通柱表面植球后安放芯片；同时还起到加强基板机械强度和提供散热通道的作用。热量通过铝全通柱和/或铝半通柱和多孔氧化铝介质散出，使得散热路径大幅缩短，散热效果好。

较佳地，所述铝合金基板含有一定比例的硅、镁、铁元素，所述铝合金基板的厚度为0.1mm至0.3mm。

本发明还提供一种基于铝阳极氧化技术的基板制造方法，包括以下步骤：

对含有多空铝介质的铝合金基板进行预处理，再进行第一步光刻涂胶；

对第一步光刻涂胶后的所述铝合金基板进行第一步光刻，形成第二层布线的初步掩膜图形；

对第一步光刻后的铝合金基板进行致密型阳极氧化，形成致密型氧化层，再进行第一次去胶，形成第二层布线的图形掩膜；

对第一次去胶后的铝合金基板进行第二步光刻涂胶，并进行第二步光刻，形成第一层布线、第三层布线及铝全通柱和/或铝半通柱的图形掩膜；

对第二步光刻后的铝合金基板进行穿透型阳极氧化，形成多孔型氧化铝介质，再进行第二次去胶，完成基板的制造。

其中，基板的第一层布线、第三层布线、铝全通柱的图形掩膜，通过第二步光刻工艺制作，第二层布线的图形掩膜通过第一步光刻工艺和致密型阳极氧化实现，铝半通柱的图形掩膜通过第一步光刻工艺、致密型阳极氧化和第二步光刻工艺实现。第一层布线、第三层布线的图形掩膜材料实际上是第二步光刻所涂的光刻胶，第二层布线的图形掩膜材料实际上是致密型氧化铝层，致密型氧化铝层掩膜随着穿透型氧化过程而逐渐溶解，所以实际上未被致密氧化层掩膜保护的区域比致密型氧化铝层掩膜保护的区域先氧化，当未被任何掩膜保护的区域穿透时铝合金基板停止氧化，则第二层布线不会被过度氧化，第二层布线形成。铝全通柱的图形掩膜位于铝合金基板的金属铝上，材料实际上是第二步光刻所涂的光刻胶；铝半通柱的图形掩膜在铝合金基板的第一表面上材料实际上是第二步光刻所涂的光刻胶或致密型氧化铝层，在铝合金基板的第二表面上材料实际上是致密型氧化铝层或第二步光刻所涂的光刻胶，并且此时第二步光刻所涂的胶位于致密型氧化铝层上。

较佳地，所述铝合金基板含有一定比例的硅、镁、铁元素，所述铝合金基板的厚度为0.1mm至0.3mm。

较佳地，所述致密型氧化层的厚度为0.5微米到5微米。

较佳地，所述致密型阳极氧化的过程时间控制在10分钟到30分钟；所述穿透型阳极氧化的过程时间控制在6小时到20小时。

较佳地，所述致密型阳极氧化所用的电解液为柠檬酸、硼酸等弱酸性电解液；所述穿透型阳极氧化所用的电解液为硫酸、磷酸、铬酸或草酸等酸性电解液。

较佳地，所述去胶采用的方法为等离子体干法去胶工艺。 

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于铝阳极氧化技术的基板及其制作方法，制作流程简洁，基板热导率高，CTE可调，提高了三维封装的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的不含铝半通柱的基于阳极氧化技术的基板的结构示意图；

图2为本发明的含铝半通柱的基于阳极氧化技术的基板的结构示意图；

图3为本发明的基于阳极氧化技术的基板制造方法的工艺流程图；

图4a为本发明的实施例一的S1步骤后的铝合金基板示意图；

图4b为本发明的实施例一的S2步骤后的铝合金基板示意图；

图4c为本发明的实施例一的S3步骤后的铝合金基板示意图;

图4d为本发明的实施例一的S4步骤后的铝合金基板示意图;

图4e为本发明的实施例一的S5步骤后的铝合金基板示意图;

图4f为本发明的实施例一的S6步骤后的铝合金基板示意图;

图4g为本发明的实施例一的S7步骤后的铝合金基板示意图;

图5a为本发明的实施例二的S1步骤后的铝合金基板示意图;

图5b为本发明的实施例二的S2步骤后的铝合金基板示意图;

图5c为本发明的实施例二的S3步骤后的铝合金基板示意图;

图5d为本发明的实施例二的S4步骤后的铝合金基板示意图;

图5e为本发明的实施例二的S5步骤后的铝合金基板示意图;

图5f为本发明的实施例二的S6步骤后的铝合金基板示意图;

图5g为本发明的实施例二的S7步骤后的铝合金基板示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请参阅图1-图5，给出了本发明的不含铝半通柱和含铝半通柱的基于阳极氧化技术的基板的结构图及其制造方法的工艺流程图。

图1示出了不含铝半通柱的基于铝阳极氧化技术的基板的结构，其包括：铝合金基板11、第一层布线1、第二层布线2、第三层布线3以及铝全通柱5。其中：铝合金基板11含有多孔氧化铝介质4，具有两相对的第一表面及第二表面；第一层布线1位于铝合金基板11的第一表面上；第二层布线2埋置于铝合金基板中；第三层布线3位于铝合金基板11的第二表面上；铝全通柱5贯穿铝合金基板11的第一表面及第二表面。

图2示出了含铝半通柱的基于阳极氧化技术的基板的结构，其包括：铝合金基板11、第一层布线1、第二层布线2、第三层布线3、铝全通柱5以及铝半通柱6。其中：铝合金基板11含有多孔氧化铝介质4，具有两相对的第一表面及第二表面；第一层布线1位于铝合金基板11的第一表面上；第二层布线2埋置于铝合金基板中；第三层布线3位于铝合金基板11的第二表面上；铝全通柱5贯穿铝合金基板11的第一表面及第二表面，铝半通柱6未贯穿铝合金基板11。

实施例一：

本实施例提供的基于铝阳极氧化技术的基板制造方法选用厚度0.3mm的8011牌号Al合金基板，其成分见表1。

表1  8011牌号Al合金成分表（质量百分比）

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	其它	Al
										0.5-0.9	0.6-1.0	0.1	0.2	0.05	0.05	0.1	0.08	0.15	其余

请参阅图3、图4，该基于铝阳极氧化技术的基板制造方法包括以下步骤：

S1：先把铝合金基板切割成所需的外形，在200℃下热压整平，用化学方法清洗铝合金基板，以除去表面油污和杂质；用激光在铝合金基板上做出双面光刻的对准标记，之后用化学方法把铝合金基板双面都抛光到镜面，最后再次用化学方法清洗铝合金基板，进行第一步光刻涂胶；

S2：对第一次光刻涂胶后的铝合金基板进行第一步光刻，采用双面光刻工艺，使其表面形成第二层布线的初步掩膜图形；

S3：将第一步光刻后的铝合金基板在5%的柠檬酸中做致密型阳极氧化，氧化电压80V，温度15℃，时间15min,完成后用去胶液进行第一次去胶，将第一步光刻所涂的胶除去，形成第二层布线的图形掩膜，清洗并烘干铝合金基板，使铝合金基板始终保持平整；

S4：对第一次去胶后的铝合金基板进行第二步光刻涂胶；

S5：对第二步光刻涂胶后的铝合金基板进行第二步光刻，也采用双面光刻，制作出第一层布线、第三层布线及铝全通柱的图形掩膜；

S6：将第二步光刻后的铝合金基板在7%的草酸溶液中做穿透型阳极氧化，氧化电压60V，温度30℃，时间15小时。待氧化电流降至初始氧化电流的50%时，用光源检查铝合金基板的穿透性，当光线透过铝合金基板并形成完整的介质区图案时，完成穿透型阳极氧化。

S7：对完成穿透型阳极氧化后的铝合金基板进行第二次去胶，第二次去胶采用等离子体干法去胶工艺，功率800W，时间20min，第二次去胶后，即形成了有三层布线的含有铝全通柱的基板。

实施例二：

本实施例提供的基于铝阳极氧化技术的基板制造方法选用厚度0.3mm的5052牌号Al合金基板，其成分见表2。

表2  5052牌号Al合金成分表（质量百分比）

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Al
								0.25	0.4	0.1	0.1	2.2-2.8	0.15-0.35	0.1	其余

请参阅图3、图5，该基于铝阳极氧化技术的基板制造方法包括以下步骤：

S1：先把铝合金基板切割成所需的外形，在150℃下热压整平，用化学方法清洗铝合金基板，以除去表面油污和杂质；用激光在铝合金基板上做出双面光刻的对准标记，之后用化学方法把铝合金基板双面都抛光到镜面，最后再次用化学方法清洗铝合金基板，进行第一步光刻涂胶；

S2：对第一步光刻涂胶后的铝合金基板进行第一步光刻，采用双面光刻工艺，使其表面形成第二层布线的初步掩膜图形；

S3：将第一步光刻后的铝合金基板在10%的柠檬酸中做致密型阳极氧化，氧化电压60V，温度15℃，时间10min,完成后用去胶液进行第一次去胶，将第一次光刻所涂的胶除去，形成第二层布线的图形掩膜，清洗并烘干铝合金基板，使铝合金基板始终保持平整；

S4：对第一次去胶后的铝合金基板进行第二步光刻涂胶；

S5：对第二步光刻涂胶后的铝合金基板进行第二步光刻，也采用双面光刻，制作出第一层布线、第三层布线及铝全通柱和铝半通柱的图形掩膜；

S6：将第二步光刻后的铝合金基板在10%的硫酸溶液中做穿透型阳极氧化，氧化电压24V，温度20℃，时间10小时。待氧化电流降至初始氧化电流的50%时，用光源检查铝合金基板的穿透性，当光线透过铝合金基板并形成完整的介质区图案时，完成穿透型阳极氧化；

S7：对完成穿透型阳极氧化后的铝合金基板进行第二次去胶，采用等离子体干法去胶工艺，功率800W，时间20min,第二次去胶后，即形成了有三层布线的含铝全通柱和铝半通柱的基板。

不同实施例中，致密型阳极氧化所用的电解液并不限制为柠檬酸，还可以使用硼酸等弱酸性电解液；穿透型阳极氧化所用的电解液也并不限制为硫酸、草酸，还可以为磷酸或铬酸等酸性电解液。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于铝阳极氧化技术的基板，其特征在于，包括：

铝合金基板，其含有多孔氧化铝介质，所述铝合金基板具有两相对的第一表面及第二表面；

第一层布线，位于所述铝合金基板的第一表面上；

第二层布线，埋置于所述铝合金基板中；

第三层布线，位于所述铝合金基板的第二表面上；以及

铝全通柱和/或铝半通柱，其中所述铝全通柱贯穿所述铝合金基板的第一表面及第二表面，所述铝半通柱未贯穿所述铝合金基板。

2.根据权利要求1所述的基于铝阳极氧化技术的基板，其特征在于，所述铝合金基板含有硅、镁、铁元素，所述铝合金基板的厚度为0.1mm至0.3mm。

3.一种基于铝阳极氧化技术的基板制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

对含有多孔铝介质的铝合金基板进行预处理，再进行第一步光刻涂胶；

对第一步光刻涂胶后的所述铝合金基板进行第一步光刻，形成第二层布线的初步掩膜图形；

对第一步光刻后的铝合金基板进行致密型阳极氧化，形成致密型氧化层，再进行第一次去胶，形成第二层布线的图形掩膜；

对第一次去胶后的铝合金基板进行第二步光刻涂胶，并进行第二步光刻，形成第一层布线层、第三层布线及铝全通柱和/或铝半通柱的图形掩膜；

对第二步光刻后的铝合金基板进行穿透型阳极氧化，形成多孔氧化铝介质，再进行第二次去胶，完成基板的制造。

4.根据权利要求3所述的基于铝阳极氧化技术的基板制造方法，其特征在于，所述铝合金基板含有硅、镁、铁元素，所述铝合金基板的厚度为0.1mm至0.3mm。

5.根据权利要求3所述的基于铝阳极氧化技术的基板制造方法，其特征在于，所述致密型氧化层的厚度为0.5微米到5微米。

6.根据权利要求3所述的基于铝阳极氧化技术基板制造方法，其特征在于，所述致密型阳极氧化的过程时间控制在10分钟到30分钟；所述穿透型阳极氧化的过程时间控制在6小时到20小时。

7.根据权利要求6所述的基于铝阳极氧化技术的基板制造方法，其特征在于，所述致密型阳极氧化所用的电解液为柠檬酸、硼酸等弱酸性电解液；所述穿透型阳极氧化所用的电解液为硫酸、磷酸、铬酸或草酸等酸性电解液。

8.根据权利要求7所述的基于铝阳极氧化技术的基板制造方法，其特征在于，所述第二次去胶采用的方法为等离子体干法去胶工艺。