CN112420524A - 一种支撑框架及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种支撑框架和支撑框架的制造方法，所述方法包括以下步骤：A)准备临时承载板；B)在所述临时承载板上形成线路层；C)在所述线路层上形成直立的金属导电柱和牺牲金属桩；D)用介质材料层压所述金属导电柱和所述牺牲金属桩形成介质层；E)减薄和平坦化所述介质层，暴露出所述金属导电柱和所述牺牲金属桩的端面；F)去除所述临时承载板；G)蚀刻掉所述牺牲金属桩以在所述介质层中形成嵌埋空腔。
Description
技术领域
本申请实施例涉及半导体器件封装技术领域，尤其涉及支撑框架及其制造方法。
背景技术
在对于越来越复杂的电子器件的小型化需求越来越大的带动下，诸如计算机和电信设备等消费电子元件的集成度越来越高。利用支撑框架实现嵌埋式芯片的封装方法得以大力发展，并在实际生产获得应用，满足了市场上对电子器件的尺寸小型化，轻薄化，高集成的需求。
嵌埋方式具有许多优点，第一级封装例如引线接合、倒装芯片或SMD（表面贴装器件）焊接的成本得到缩减。由于芯片和基板在单个产品中无缝连接，所以电性能得到改善。封装芯片变得更薄，得到更佳的形状因子，并且嵌入芯片封装的上表面被空出来用于其他用途，包括进一步空间节省构型，例如使用堆叠芯片和PoP（封装上封装）技术的用途。目前，面板级嵌埋技术通过支撑框架实现芯片嵌埋封装已经成为一种先进的生产工艺，可以为客户提供多元化的封装需求。
现有技术中提供了一种嵌埋支撑框架的制作方法，该嵌埋支撑框架的主要实施步骤包括：a)获取牺牲载体，并在牺牲载体上施加铜种子层；b）在载体上施加光刻干膜；c）图案化干膜并形成通孔；d)在通孔中沉积铜，形成铜通孔柱；e）用聚合物电介质层压通孔铜柱；f)减薄和平坦化介质层以暴露铜柱的端部；g）移除牺牲载体和种子层。
利用该方法制作嵌埋支撑框架时，由于所有通孔可以同时制造，所以通孔柱生产效率更高，而且通孔柱可以根据不同需求设计具有任意形状。但上述嵌埋支撑框架制作方法同时也存在很多缺陷：1）只能布置导通柱，结构单一；2）含有玻纤增强材料的介质层在经过减薄和平坦化后，容易导致玻纤暴露，而玻纤暴露会导致铜迁移，绿油结合力差以及短路等可靠性问题；3）制作厚度较薄的支撑框架时，框架的厚度均匀性差并且刚性不足容易折板。
发明内容
有鉴于此，本申请实施方案的目的之一在于提出一种支撑框架及其制造方法，以解决现有技术中的上述技术问题。
基于上述目的，在第一方面中，本申请实施方案提供一种支撑框架的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
A)准备临时承载板；
B)在所述临时承载板上形成线路层；
C)在所述线路层上形成直立的金属导电柱和牺牲金属桩；
D)用介质材料层压所述金属导电柱和所述牺牲金属桩形成介质层；
E)减薄和平坦化所述介质层，暴露出所述金属导电柱和所述牺牲金属桩的端面；
F)去除所述临时承载板；
G)蚀刻掉所述牺牲金属桩以在所述介质层中形成嵌埋空腔。
在一些实施方案中，步骤B包括：
在所述临时承载板上施加种子层；
在所述种子层上施加金属层；
在所述金属层上施加第一光刻胶层；
图形化所述第一光刻胶层，形成暴露出所述金属层的图案；
蚀刻所述图案下方的所述金属层和所述种子层以形成所述线路层；
移除所述第一光刻胶层。
在另一些实施方案中，步骤B包括：
在所述承载板上施加第一光刻胶层；
图形化所述第一光刻胶层，形成与所述线路层对应的线路图形；
在所述线路图形中电镀金属以形成所述线路层；
移除所述第一光刻胶层。
在一些实施方案中，步骤A还包括在所述临时承载板上沉积金属保护层，优选地，所述金属保护层包括镍。
在一些实施方案中，步骤F还包括将所述金属保护层通过蚀刻去除。
在一些实施方案中，步骤C包括：
在所述线路层上施加第二光刻胶层；
图形化所述第二光刻胶层形成通孔图案；
在所述通孔图案中电镀沉积金属，形成所述金属导电柱和所述牺牲金属桩；
移除所述第二光刻胶层。
在一些实施方案中，步骤G包括：
在所述介质层的上下表面上施加第三光刻胶层；
图案化所述第三光刻胶层，形成暴露出所述牺牲金属桩的开口区域；
蚀刻所述牺牲金属桩；
通过所述开口区域移除所述牺牲金属桩包围的介质材料；
移除所述第三光刻胶层。
在一些实施方案中，所述介质材料包括玻璃纤维增强的聚合物，优选地，所述聚合物选自聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片及其共混物。
优选地，本发明实施方案中的线路层、金属通孔柱和牺牲金属桩均由铜形成。
在第二方面中，本申请实施例提供了一种支撑框架，其包括介质层、贯穿所述介质层的嵌埋空腔以及沿所述介质层的厚度方向延伸的金属导电柱，其特征在于，在所述介质层的一面形成有线路层，其中所述线路层被所述介质层包围，所述线路层的暴露表面与所述介质层的表面齐平，并且所述金属导电柱与所述线路层电连接。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a-1f为本申请实施例提供的一种支撑框架的制造方法的中间结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种支撑框架的截面图。
附图标记说明：
100-支撑框架、1-介质层、2-线路层、3-金属导电柱、4-嵌埋空腔、5-第一光刻胶层、6-临时承载板、7-牺牲金属桩、8-第二光刻胶层、9-介质材料、10-第三光刻胶层、11-开口区域。
具体实施方式
为了使本申请实施方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本申请实施方案中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方案仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在无需作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本申请保护的范围。
图1a-1f为本申请实施例提供的一种支撑框架的制造方法的中间结构示意图。如图1所示，该支撑框架的制造方法包括以下步骤。
如图1a所示，准备临时承载板6（步骤A），临时承载板6在支撑框架的制造过程中起到临时支撑的作用，并且在支撑框架制造完成后移除。临时承载板6的形状本实施例中不做限定。临时承载板6可以是表面施加有分离层的任意金属板或玻璃基板，例如铜板、铝板、不锈钢板或铝合金板等，也可以是牺牲铜箔或表面覆铜板。优选地，本实施例中的临时承载板6为在绝缘层两面分别覆有双层铜箔的双层覆铜板，由于双层铜箔是物理压合在一起的，因此易于分离并且可以双面同时增层。
接着，如图1b所示，在临时承载板6上形成线路层2（步骤B）；线路层2通常通过图形转移的方式形成。
在一个实施例中，步骤B包括在临时承载板上施加种子层，在种子层上施加金属层，在金属层上施加第一光刻胶层5例如感光干膜，图形化第一光刻胶层5以形成暴露出金属层的图案，蚀刻所述图案下方的金属层和种子层以形成线路层2。
种子层可以包括钛、铜、钛铜或钛钨合金等，种子层可以通过沉积、化学镀或溅射的方式制作。本实施例中，沉积形成铜种子层并且金属层为铜层。
第一光刻胶层5可以选用负性光阻干膜，负性光阻干膜曝光的部分会形成交联聚合物，显影后可通过碱性溶液移除未曝光的干膜以形成暴露出金属层的图案。
第一光刻胶层5可以在线路层2制作完成后移除，也可在后续工序中与其他光刻胶层一起移除。例如，第一光刻胶层5可在后续工序中随第二光刻胶层8（请参考下文描述）一并移除。
作为可选方案，由于在分板移除临时承载板后需要蚀刻移除线路层2上的铜箔，因此为了保护线路层2不受蚀刻影响，通常在步骤B之前包括在临时承载板上形成金属保护层。相应地，在移除临时承载板6并蚀刻铜箔后，蚀刻移除金属保护层。
金属保护层通常包括镍，也可以包括例如铜、钨、钛、钛钨合金、锡、铅以及锡铅合金等，只要金属保护层的移除不影响所保护的金属的即可。金属保护层通常可以利用适当的溶剂或等离子体蚀刻条件移除。
在形成线路层2的另一实施例中，步骤B包括在临时承载板上施加种子层，在种子层上施加第一光刻胶层5，图形化第一光刻胶层5例如感光干膜以形成与线路层2对应的线路图形，在线路图形中电镀沉积金属形成线路层2。该实施例的其它条件与前一实施例相同。
然后，如图1c所示，在线路层2上形成金属导电柱3和牺牲金属桩7（步骤C）。金属导电柱3为可导电的金属柱状体，如铜柱、铝柱、金柱和银柱等，优选铜柱。本实施例对金属导电柱3的形状不做限定。
牺牲金属桩7用于贯穿支撑框架的嵌埋空腔4，可环绕嵌埋空腔4的预设位置设置多个牺牲金属桩7，优选铜桩。
步骤C包括在线路层2上施加第二光刻胶层8例如感光干膜，通过曝光、显影图形化第二光刻胶层8以在预设位置形成导电通孔和牺牲通孔，导电通孔和牺牲通孔与金属导电柱3和牺牲金属桩7的数目相同且位置对应，然后通过电镀等工艺在导电通孔和牺牲通孔内沉积金属例如铜，从而形成金属导电柱3和牺牲金属桩7，在金属导电柱3和牺牲金属桩7制造完成后可以一并移除第二光刻胶层8和第一光刻胶层5。
接着，如图1d所示，在临时承载板上层压或涂覆介质材料9以形成覆盖金属导电柱3和牺牲金属桩7的介质层1（步骤D）。此处覆盖金属导电柱3和牺牲金属桩7是指介质材料9将金属导电柱3和牺牲金属桩7包围，淹没金属导电柱3和牺牲金属桩7远离线路层2的顶部，并完全填充金属导电柱3和牺牲金属桩7之间的间隙。
介质材料9可以为玻璃纤维增强的聚合物，优选地，该聚合物选自聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂（BT树脂）、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片及其共混物。在一个优选的实施例中，介质材料9选用半固化片（PP）。
如图1e所示，在介质层1固化后，在远离线路层2的一面减薄和平坦化介质层1（步骤E）。通过减薄和平坦化介质层1，使得金属导电柱3和牺牲金属桩7远离线路层2的一端暴露，并与介质层1的表面处于同一平面，即与介质层1的表面平齐。减薄和平坦化介质层1可以采用等离子体蚀刻、磨板、化学和/或机械抛光等方式实现。介质层1具有在临时承载板一侧的第一表面以及远离临时承载板的与第一表面相对的第二表面，第一表面和第二表面可以平行。
完成减薄和平坦化后，移除临时承载板6（步骤F），例如通过机械力将双层铜箔分离，并且随后蚀刻掉铜箔。在具有金属保护层的实施方式中，将第一表面上的金属保护层通过蚀刻去除。
接着，如图1f所示，蚀刻掉牺牲金属桩7以在介质层1中形成嵌埋空腔4（步骤G）。步骤G可以包括在介质层1的上下表面（第一表面和第二表面）上分别施加第三光刻胶层10例如感光干膜，通过曝光显影在第三光刻胶层10上形成开口区域11以暴露出牺牲金属桩7，接着蚀刻开口区域11内的牺牲金属桩7，并通过开口区域11移除牺牲金属桩7包围的介质材料9以形成嵌埋空腔4，最后移除第三光刻胶层10。
嵌埋空腔4沿介质层1的厚度方向贯穿介质层1。嵌埋空腔4可以根据设计需要形成不同形状的截面，例如矩形、圆形及不规则形状等，本实施例不作限制。
嵌埋空腔4用于嵌埋电子元件，例如有源器件如芯片，也可以是无源器件如电阻器、电感器或电容器。
采用本申请实施例提供的支撑框架制造方法制作支撑框架具有如下优点：
1）预先在支撑框架中预制形成线路层，减少了嵌埋芯片后的再布线步骤，从而减少了在嵌埋器件上再布线过程中可能产生的缺陷，提高了产品的良率。
2）金属导电柱和牺牲金属桩可以同时制造，使得支撑框架的生产效率更高。同时，金属导电柱可以根据不同需求设计形成任意形状，而且嵌埋空腔的尺寸和形状都可以灵活调整，具有较好的灵活性和适应性。
3）线路层提前预制在支撑框架中可以增加支撑框架的刚性和改善介质材料压合时的介质层厚度均匀性，既能够降低支撑框架的折板风险，又能够提高嵌埋基板的平整度。
4）通过将线路层提前预制在支撑框架中，能够覆盖介质层表面暴露的玻纤范围，从而改善玻纤暴露所导致的缺陷，提高支撑框架的可靠性。
图2为本申请实施例提供的一种支撑框架的截面图，如图所示，该支撑框架100包括介质层1、贯穿介质层1的嵌埋空腔4以及沿介质层1的厚度方向延伸的金属导电柱3，并且在介质层1的一面形成有线路层2，其中线路层2被介质层1包围，线路层2的暴露表面与介质层1的表面齐平，并且金属导电柱3的一端与线路层2电连接，而暴露的另一端与介电层1的表面齐平。
介质层1为聚合物基质，例如选自聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂（BT树脂）、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片及其共混物。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
此外，上文所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种支撑框架的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)准备临时承载板；
B)在所述临时承载板上形成线路层；
C)在所述线路层上形成直立的金属导电柱和牺牲金属桩；
D)用介质材料层压所述金属导电柱和所述牺牲金属桩形成介质层；
E)减薄和平坦化所述介质层，暴露出所述金属导电柱和所述牺牲金属桩的端面；
F)去除所述临时承载板；
G)蚀刻掉所述牺牲金属桩以在所述介质层中形成嵌埋空腔。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤B包括：
在所述临时承载板上施加种子层；
在所述种子层上施加金属层；
在所述金属层上施加第一光刻胶层；
图形化所述第一光刻胶层，形成暴露出所述金属层的图案；
蚀刻所述图案下方的所述金属层和所述种子层以形成所述线路层；
移除所述第一光刻胶层。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤B包括：
在所述承载板上施加第一光刻胶层；
图形化所述第一光刻胶层，形成与所述线路层对应的线路图形；
在所述线路图形中电镀金属以形成所述线路层；
移除所述第一光刻胶层。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤A还包括在所述临时承载板上沉积金属保护层。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述金属保护层包括镍。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步骤F还包括将所述金属保护层通过蚀刻去除。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤C包括：
在所述线路层上施加第二光刻胶层；
图形化所述第二光刻胶层形成通孔图案；
在所述通孔图案中电镀沉积金属，形成所述金属导电柱和所述牺牲金属桩；
移除所述第二光刻胶层。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤G包括：
在所述介质层的上下表面上施加第三光刻胶层；
图案化所述第三光刻胶层，形成暴露出所述牺牲金属桩的开口区域；
蚀刻所述牺牲金属桩；
通过所述开口区域移除所述牺牲金属桩包围的介质材料；
移除所述第三光刻胶层。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述介质材料包括玻璃纤维增强的聚合物。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述聚合物选自聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片及其共混物。
11.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述线路层、金属通孔柱和牺牲金属桩由铜形成。
12.一种支撑框架，包括介质层、贯穿所述介质层的嵌埋空腔以及沿所述介质层的厚度方向延伸的金属导电柱，其特征在于，在所述介质层的一面形成有线路层，其中所述线路层被所述介质层包围，所述线路层的暴露表面与所述介质层的表面齐平，并且所述金属导电柱与所述线路层电连接。
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