TW201013868A - Passivated metal core substrate and process for preparing the same - Google Patents

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Description

201013868 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電子電路總成，且特定而言，係關於包含 金屬核心基板之電路總成，及其製造。 【先前技術】 微電子電路封裝被製備成各種大小。一個封裝級包含含 有多個微電路及/或其他組件之半導體晶片。此等晶片通 常係由半導體（諸如矽等）製成。包括多層基板之中間封裝 φ 級（即「晶片載體」）可包含複數個晶片。同樣地，此等中 間封裝級可被附接至更大型電路卡、母板等。中間封裝級 在總電路總成中提供多個目的，包含：結構支撐、較小型 電路至較大型板之轉變整合、及消散來自電路組件之熱。 習知中間封裝級中所使用之基板已包含各種材料，例如， 陶瓷、玻璃纖維增強聚環氧化物、及聚醯亞胺。 為了使上述基板具有足够的剛度，此等基板通常必須在 超過100微米之厚度下使用，以對於電路總成提供結構支 ❹ 撐。再者，上述基板之熱膨脹係數通常極不同具有與附接 於其上之微電子晶片之熱膨脹係數。因而，該電路總成在 重複使用之後故障係歸因於該電路總成之該等層之間的接 合處故障所致之風險。 將期望提供一種克服先前技術之缺點具有改良的熱屬性 與結構屬性之薄電路總成。 【發明内容】 在一第一態樣中，本發明提供一種基板，其包括：一 141749.doc 201013868 鎳合金核心；在該核心之至少一部分上之_鉻轉化塗層； 及在該鉻轉化塗層上之一絕緣塗層。 在另一態樣中，本發明提供一種製造一基板之方法，其 包括.提供一鐵鎳合金核心；施加一層六價或三價鉻轉化 塗層於該核心之至少一部分上；及施加一絕緣塗層於該鉻 轉化塗層上。 【實施方式】 在一第一態樣中，本發明係關於具有一金屬核心之基 板’可使用一有機絕緣材料塗布該金屬核心。該等基板可 被用於電子電路封裝。 圖1係可被用於本發明之一態樣之一基板核心10之一平 面圖。圖2係沿線2-2所取之圖1之該基板核心之一截面視 圖。在此實例中，該核心包含一大體上平坦的金屬合金 片’其可或可不包含孔或通孔，諸如〗2與14。 在一些實施例中，該基板核心可具有約丨〇微米至4〇〇微 米，或特定而言約20微米至200微米之厚度。在特定實例 中’該核心可具有約10微米、約2〇微米、或約3〇微米之最 小厚度。該等孔可具有一致的大小與形狀^當該等孔為圓 形’該等孔之直徑可係小至約4密耳（1〇16微米）^該等孔 根據需要可係更大或更小，根據規定，該等孔應足够大以 容納在後續加工中所施加之所有層，而沒有變成阻塞。 在一實例中，該金屬核心可係一鐵鎳合金，諸如 INVAR(商標歸地址在 168 Rue de Rivoli，Paris，France之 Imphy S_ A.所擁有）’包括約64重量百分比的鐵與36重量 141749.doc -4- 201013868 百分比的鎳。與製造電子裝置（例如，晶片）所使用之矽材 料的熱膨服係數相比，此合金具有一較低的熱膨服係數。 此屬性係合意的，以防止在一晶片級封裝之連續的較大或 較小型層之間之黏著的接合處因儲存或正常使用中的熱循 環而發生故障。 在先前已知之包含一 INVAR核心的基板中，一銅金屬層 已被施加於該INVAR之所有表面，以提供增加的傳導性。 • 該銅層通常可具有自1微米至20微米之厚度。然而，將期 > φ 望具有不包含一銅塗層之INVAR核心的基板。 使用一無塗層的INVAR核心，該鐵鎳核心之表面上之不 期望的化學變化可導致腐蝕產物的形成。在升高的溫度 中，可加速此等化學變化。例如，甚至在標準環境壓力下 於腐蝕測試2週之後沒有形成腐蝕產物時，在IPC-TM-650 協定中闡明於蒸壓測試條件下24小時内可在一鐵鎳合金核 心上形成腐蝕產物。將期望最小化在該鐵鎳合金核心上形 成腐姓產物。 ® 在另一實例中，核心材料為KOVAR(Carpenter Technology
Corporation之商標）；約54%鐵、29%鎳及17%钻之合金。 K0VAR係一鎳鈷鐵合金，其經設計以具有與電路總成中所 ， 使用之其他材料相容的熱膨脹係數。 在一態樣中，本發明使用鉻轉化處理以鈍化一鐵鎳合金 基板，接著，使用一介電材料塗層塗布該鐵鎳合金基板。 該鉻轉化處理係作為一鈍化劑使用，以防止在蒸壓測試中 常見之高壓/高溫潮濕之環境下可發生的腐蝕。 141749.doc 201013868 圖3係具有施加於該核心之表面之一鈍化塗層16之圖1之 該基板核心之一平面圖。圖4係沿線4-4所取之圖3之該基 板核心之一截面視圖。 在一態樣中，本發明對INVAR或KOVAR核心基板提供用 作鈍化劑之三價或六價鉻之方法與裝置’其可通過IPC-TM-650協定所要求之黏著剝離測試。IPC-TM-650協定規 定96個小時的蒸壓測試。 在以下實例中已將鉻轉化鈍化處理施加於INVAR與 KOVAR金屬核心。 實例1 在一 Alodine程序中使用以下步驟預處理INVAR與 KOVAR基板核心。 1) Ridolene 298清潔器：130°F ; 120秒；浸潰連同攪動 2) 浸潰龍頭沖洗：周圍環境；60秒；連同攪動 3) 喷射龍頭沖洗（水瓶） 4) DeOx 6/16混合：周圍環境；150秒；不攪動 5) 浸潰龍頭沖洗：周圍環境；60秒；連同攪動 6) 喷射自來水沖洗（水瓶） 7a) Alodine 1000 :周圍環境；300秒；不攪動 7b) Alodine 1200S :周圍環境；150秒；不攪動 7c) Alodine 1600 :周圍環境；300秒；不攪動 8) 浸潰DIW沖洗：周圍環境；60秒；連同攪動 9) 最終喷射沖洗DIW(水瓶） 步驟7a)、7b)及7c)係選用之替代步驟。如果被使用，一 141749.doc 201013868 特定的實例僅使用此等步驟中之一者。 實例2 在一 Metalast程序中使用以下步驟預處理INVAR與 KOVAR基板核心。 1) Metalast 1000清潔器：120下；120秒；浸潰連同攪動 2) 浸潰DIW沖洗：周圍環境；60秒；連同攪動 3) 喷射DIW沖洗（水瓶） * 4)DeOx LNC :周圍環境；180秒；不攪動 > φ 5)浸潰DIW沖洗：周圍環境；6〇秒；連同攪動 6) 噴射DIW沖洗（水瓶） 7) Metalast TCP :周圍環境；300秒；不攪動 8) 浸潰DIW沖洗：周圍環境；60秒；連同攪動 9) 最終喷射沖洗DIW(水瓶） 在實例1與2中，所有的去氧劑預處理都係在室溫下施 加。在130°F下經由浸潰施加清潔器Ridolene 298達2分 鐘。Ridolene 298可自 Henkel Corporation構得。在 120°F 下 ® 經由浸潰施加Metalast 1000清潔器2分鐘。Metalast 1000可 自 Metalast International，Inc.購得。
DeOx 6/16係可自Henkel Corporation購得之去氧處理。 ’ DeOx 6/16用作酸姓刻溶液。藉由控制酿基氟濃度及/或酸 蝕刻被施加至核心之時間可控制蝕刻率。表格1顯示藉由 控制其暴露於酸蝕刻溶液中之時間可如何控制Invar核心厚_ 度之實例。 141749.doc 201013868 . 表格1去氧劑對Invar的影響相對於時間 去氧劑時間 Invar厚度 (分鐘） (微米） 0 60 2 53 3 51 4 44 5 41 7 30 10 18
DeOx LNC係自Oakite講得之水性去氧劑。 六價鉻與三價鉻處理兩者可被用於鈍化金屬表面。反應 ® 機制係不同的，六價鉻在與基板（基板被氧化）的電解反應 中被還原為三價鉻。三價鉻處理可經由置換作用（與金屬 表面交換陰離子）將其鉻沈積至表面。在兩種情況中，最 終產物可含有不能溶解的鉻（III)氧化物，其作為鈍化層。 在兩種情況中，該等處理通常被稱為鉻轉化塗布。
Alodine 1000、1200S 及 1600 係可自 Henkel Corporation 購得之鉻轉化處理。Alodine 1000、1200S及1600用作鈍化 參 溶液。Metalast TCP-HF係可自 Metalast International, Inc 購得之水性三價鉻預處理。 圖5係具有施加至鈍化塗層之一絕緣塗層之圖3之該基板 之一平面圖。圖6係沿線6-6所取之圖5之該基板之一截面 視圖。絕緣材料之第一層18與第二層20被定位在該核心之 相對側（或表面）22、24上。額外絕緣26與28可被沈積在開 口 14與16之壁上。 141749.doc -8 - 201013868 以下實例闡釋電沈積塗層之製備及其在基板核心之塗層 鈍化部中之使用。
實例I 以下實例描述在如下所述之可電沈積之塗覆浴（Coating Bath)中所使用之陽離子黏著劑之合成。該黏著劑係由以 下成份製備： 成份 重量份 (克） MAZON .RTM. 16511 150.0 EPON.RTM. 8802 755.3 四溴雙酚A 694.9 TETRONIC.RTM. 150R13 0.2857 氨基丙基二乙醇胺 114.7 二乙醇胺 49.57 2-乙二醇單丁醚 382 EPON 880 48.3 交聯劑4 1195 141749.doc 1 一種可塑劑，其可自BASF Corporation購得。 2 —種環氡樹脂，其可自Hexion Specialty Chemicals購 得。 3 —種表面活性劑，其可自BASF Corporation購得0 4 一種根據EP 0 012 463之實例V製備的聚酯，且其在2-乙二醇單丁醚中被稀釋成90%固體。 MAZON 1651、EP0N 880、四溴雙酚 A 及 TETRONIC 150R1在氮氣層下被裝入具有攪拌器、溫度探測器、及迪 安-斯達克榻分水器之4頸圓底燒瓶中。該混合物被加熱至 201013868 70°C之溫度’且被攪拌15分鐘。然後移除熱源，並添加氨 基丙基二乙醇胺及二乙醇胺。在約1〇分鐘之後，反應混合 物放熱至最高溫度176°C。允許反應物在1小時之内冷却至 135C之溫度，添加2_乙二醇單丁醚，且混合物進一步冷 却至125C °接著’自放熱曲線峰值混合物保持在125 X：達 兩個小時。添加EPON 880與交聯劑之第二裝填量，並在 125 C下授拌溶液2.5小時。反應混合物（3428份）在強力搜 動下被注入溶於去離子水（1287份）之氨基磺酸（49 5份）溶 液中。在一小時攪動之後，慢慢地添加額外量之去離子水 (3970份），產生具有3〇 2%不揮發物含量之分散劑。
實例II 此實例顯示以下所顯示之微凝膠實例之合成中所使用的 未成膠陽離子皂的製備。該陽離子皂係由以下成份所製 備： 成份 重量份數 (克） EPON 828 ' ~ 1023 吟甲烷-環軋乙烷加成物1 365 盼甲院 297 2-乙二醇單丁醚 187.2 二甲苄胺 1.4 二甲苄胺" ~ 3.0 二亞胺 182.3 N-甲基乙醇胺 85.2 醋酸 105.9 去離子水 1065.9 去離子水 735.9 去離子水 1156.4 去離子水 867.3 141749.doc 201013868 1一種自BASF購得之酚曱烷/環氧乙烷之1/6莫耳加成物 表面活性劑 2—種二伸乙三胺與甲異丁甲酮之反應產物之71〇/〇甲異丁 甲酮溶液 EPON 828、酚甲烷-環氧乙烷加成物、酚曱烷及2_乙二 醇單丁醚被裝入一反應容器中，並在氮保護氣氛下被加熱 至125°C之溫度。添加二甲苄胺之第一份，且允許反應物 ， 加熱至180°c。在放熱期間，當反應物達到160°C時，開始 -φ 保持一小時。在放熱曲線峰值之後，允許樹脂冷却回到 160 C ’繼續保持。在保持之後，反應物被冷却至13〇°c， 並添加二甲苄胺之第二份。反應物被保持在u〇〇c至1〇7〇 之外推環氧當量。在預期的環氧當量，接著添加二亞胺與 N-甲基乙醇胺’且允許混合物放熱至約150 °C。在放熱曲 線峰值，開始一小時的保持，同時允許反應物冷却至 125°C。在一小時保持之後，樹脂被分散至溶於第一份去 離子水之醋酸溶液中。隨後，使用第二、第三、及第四份 ® 去離子水還原分散劑。所得陽離子皂被真空剝離，直到甲 異丁曱酮濃度低於0.05%。
實例III 此實例顯示由如上實例II中所述之陽離子環氧樹脂皂合 成一陽離子微凝膠。該微凝膠係由以下成份所製備： 141749.doc 201013868 成份 重量份數 (克） 疋例11之陽離子專 — . 2517 ~~ 去離+水 ---------- 443 ΕΡΟΝ ~~ 66.4 甲異丁甲ΐ ~ 5.81 去離子水 --—' - 337 ~ 添加去離子水至實例2之陽離子皂中 ，並在氮氣層下將 混合物加熱至70°C。在15分鐘内添加EP0N 828溶液，連 同充分攪動。添加甲異丁甲酮作為沖洗，且將混合物保持 在70 C達45分鐘。接著，在7〇分鐘内將混合物加熱至 90°C，並保持在此溫度達3小時，連同充分混合。然後添 加去離子水，並冷却該混合物，產生丨8 9%不揮發物含量 之微凝膠分散劑。
電沈積塗覆浴與塗層 實例A 此實例顯示用於製備如下所述實例C中之塗覆浴之摻合 物之製備。該摻合物由以下成份所製備： 原料 重量份數 (克） 具有聚酯交聯劑之陽離子環氧高MW 1023.7 (實例1) 乙二醇單十六醚 34.4 微凝膠 344.3 (實例3) 去離子水 2037.6 141749.doc • 12· 201013868 實例1之電沈積樹脂在慢攪動下被放置在一容器中。在 攪動下將乙二醇單十六謎慢慢地添加至此樹脂中，並攪拌 達30分鐘。接著，將去離子水添加至此混合物中。 實例Β 此實例顯示用於製備如下所述實例C中之塗覆浴之一第 二摻合物之製備❶藉由添加以下催化劑至實例Α之摻合物 而製備該摻合物： 原料 重量份數 (克） E62781 13.0 ' 1催化劑糊，其可自PPG Industries，Inc.購得。 在慢攪動30分鐘下混合上述成份。
實例C 在攪動下將實例B之第二摻合物添加至實例a之摻合 物。約1720克水經由超濾作用自塗覆浴滲流掉，使用去離 子水替代參流掉之水。超濾塗料之最終pH與傳導性分別係 Ο 5·08與566微西門子。所測量到之罐之固體（ii〇°c下i小時） 係 9.43% 〇 取决於所期望的塗層厚度在1·〇安培/4"χ6"平方基板上在 85卞之溫度下可將實例c之可電沈積塗層組合物自電沈積 浴電泳地施加至鈍化基板核心達45至24〇秒。該等塗層電 壓可係例如150伏特、200伏特或25〇伏特。接著，可固化 該塗層（例如，在240。(：下達3 0分鐘）。 可電路化該基板以在該絕緣材料上提供導體。圖7係在 141749.doc 13· 201013868 該絕緣塗層上具有導電軌跡30、32之圖5之該基板之一平 面圖。圖8係沿線8-8所取之圖7之該基板之·一截面視圖。 該總成係機械堅固的’並為可被安裝於該基板上之電子裝 置提供有效率之熱的移除。 在另一態樣中’本發明包含一種製造一電子電路總成之 方法。該方法包括：（a)提供一鐵鎳合金核心；（b)施加一 鉻轉化層至該鐵錄合金核心之至少一部分上；及（c)施加一 介電塗層至該絡轉化層之一第一面。在此實例中，首先形 成一金屬核心，接著施加任何必需的預處理、介電塗層塗 布、濺鍍、電鍍圖案等。 介電塗層可被施加至該核心之曝露面，以在其上形成一 保形塗層。如本文所使用，「保形」膜或塗層指的是具有 大體上均一厚度之膜或塗層，其對於該核心之表面構用 (topography)進行保形，包含在該核心之孔内部的表面 (但，最好是不阻塞）該介電塗層膜厚度可係（例如）在5微 米與50微米之間。由於各種原因，可期望較薄的膜厚度。 例如，具有較薄膜厚度之介電塗層容許較小型電路。 人在另-態樣中，本發明提供一種基板，其包含：一鐵鎳 合金核心，其具有複數個孔或通孔；-絡轉化層，其至該 鐵錄合金核心之至少—部分且至該等孔或通孔；及一介電 ^層’其在該鉻轉化層之至少—部分上與該等孔或通孔之 ::上。在一些實施例中’該核心可具有約1(>微米至400 ^之厚度’或更特定而言，約2G微米至2⑽微米。在特 疋例中，該核心可具有約10微米、約20微米，或約30微 14>749.d〇c 201013868 米之最小厚度。如上所述，藉由控制酿基氣濃度及/或酸 蝕刻施加至核心之時間可控制核心厚度。在—些實例中， 孔之直徑比核心之厚度的比率可為約2.5:1或約3:卜薄核 心之使用允許具有側壁之小孔的使用，該等孔可使用所描 述之絕緣塗層不堵塞地保形塗布。例如，微米核心可包 含約50微米’或約7〇微米小的孔。在另一實例中观米 核心可包含約90微米，或約100微米小的孔。 ’ 導體或接點可係由化學、機械或雷射燒溶形成，或使用 ‘❶j罩技術防止在經選擇的區域進行塗層塗布’或者移除預 定圖案中之介電塗層部分以曝露導電性核心的部分並施 加金屬層至介電塗層部分以形成導體與接點。介電塗層之 金屬化亦可用來形成鄰近於該等介電塗層層之表面的接點 應瞭解，本發明 > 古、土 + + / , 方法中之任何一者可在無違本發明之 範圍之情况下包含―七 匕3或夕個額外步驟。同樣地，在無違本 發明之範圍之梏π t ^ /下，根據需要可變化執行該等步驟之順 之=上述實例製造之結構通過了 Μ™·650協定所要求 3。测試樣本包含核心、鈍化塗層、及介電塗層。 使實例或另有指示之處外，在說明書與請求項中所 在所有情反應條件等的所有數字將被理解成 相反： 「約」修飾。因此，除非指明與此 近似值:下等說τ:書與所附請求項中所蘭明之參考數值係 ^ 取決於本發明設法獲得之期望屬性而變 141749.doc 201013868 化。至少’而非試圖限制與請求項之範圍相同之原則之應 用’蓉於所報告之有效數字之數量及藉由應用一般的舍入 技術至少應分析每一參考數值。 儘管在本發明之大範圍中闞明之數值範圍與參數係近似 值’但在特定實例中所闡明之數值要盡可能精確地報告。 然而’由於在各自的測試測定發現標準偏差，所以任何數 值本身含有一些不可避免的錯誤。
再者，應瞭解本文所列舉之任何數值範圍意欲包含其中 所包含之所有子範圍。例如，「H〇」之範圍意欲包含在 所列舉之最小们與所列舉之最大值10(包含 大值1。)之間的所有子範圍…具有等於或大於i之最: 值及等於或小於10之極大值。 ^ μ丄U個：^不贫明之特定實 例，熟習此項技術者將明白在無違如所附請求項中所界 之本發明之範圍之情况下可做本發明之細節之許多變化
::描述中所使用’除非指明與此不同，參考數值係 、於本發明設法獲得之期望屬性而變化的近似值。 :術蓉I:報告之有效數字之數量及藉由應用-般的捨 考數值 考慮到通常的製造容差，至少應分析每一 睁::：據若干實例已描述本發明’熟習此項技術者網 瞭在無違所附請求項中所闡明 對所描述之實例做許多變化。月之範圍之情况下 【圖式簡單說明】 141749.d〇c _ 16· 201013868 圖1係可被用於本發明之一態樣之一基板核心之一平面 圖。 圖2係沿線2-2所取之圖1之該基板核心之一截面視圖。 圖3係具有一鈍化塗層之圖1之該基板核心之一平面圖。 圖4係沿線4-4所取之圖3之該基板核心之一截面視圖。 圖5係具有一絕緣塗層之圖3之該基板之一平面圖。 圖6係沿線6-6所取之圖5之該基板之一截面視圖。 圖7係在該絕緣塗層上具有導電執跡之圖5之該基板之一 平面圖。 圖8係沿線8-8所取之圖7之該基板之一截面視圖。 【主要元件符號說明】 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 基板核心 孔或通孔 孔或通孔 鈍化塗層 第一層 第二層 相對側 相對側 額外絕緣 額外絕緣 導電軌跡 導電軌跡 141749.doc -17-

Claims (1)

  1. 201013868 七、申請專利範圍： 1· 一種用於一電子裝置封裝之基板，其包括： 一鐵鎳合金核心或一鈷鎳鐵合金核心； 在該核心之至少一部分上之一鉻轉化塗層；及 在該鉻轉化塗層上之一絕緣塗層。 2.如請求項1之基板’其中該核心具有至少約3〇微米之_ 厚度。 . 3. • · 4. 如請求項1之基板，其中該核心具有約2〇微米或更小之 一厚度。 如請求項1之基板，其中該核心具有約10微米或更小之 一厚度。 5·如請求項1之基板，其中該絕緣塗層包括：一電沈積塗 層。 6.如請求項5之基板’其中該核心包含具有約5〇微米小之 直徑的複數個孔，且該電沈積塗層保形地塗布該等孔的 側壁。 β 7.如請求項5之基板，其中該核心包含具有約7〇微米小之 直徑的複數個孔，且該電沈積塗層保形地塗布該等孔的 側壁。 8. 如請求項5之基板’其_該核心包含具有約90微米小之 直徑的複數個孔，且該電沈積塗層保形地塗布該等孔的 側壁。 9. 如請求項5之基板，其中該核心包含具有約1〇〇微米小之 直锉的複數個孔，且該電沈積塗層保形地塗布該等孔的 141749.doc 201013868 側壁。 10.如請求項1之基板，進一步包括： 定位在該絕緣塗層上之一電路層。 U.如請求項1之基板，其具有約80微米或更小之一厚度。 12. —種製造用於一電子裝置封裝之一基板之方法，其 括： 提供一鐵鎳合金核心或一銘錄鐵合金核心； 在該核心之至少一部分上施加一鉻轉化塗層；及 在該鉻轉化塗層上施加一絕緣塗層。 13. 如請求項12之方法，其中使用電沈積將該絕緣塗層施加 至該路轉化塗層。 14. 如請求項12之方法，其中在該核心之至少一部分上施加 一鉻轉化塗層之步驟包括： 施加一酸蝕刻溶液至該核心；及 施加一鈍化溶液至該核心。 15. 如請求項14之方法，其中該酸蝕刻溶液包括一醯基氟水 溶液’且該鈍化溶液包括一水性Cr6+及/或心3*溶液。 16_如請求項15之方法，其中藉由控制醯基氟濃度及/或時間 來控制該蝕刻率。 17.如明求項14之方法，其中該核心被姓刻至至少約微米 之一厚度。 1 8·如叫求項14之方法，其中該核心被姓刻至至少約2〇微米 或更小之一厚度。 19.如凊求項14之方法，其中該核心被蝕刻至至少約10微米 141749.doc 201013868 或更小之一厚度。 20.如請求項12之方法，其中該核心包含具有約50微米小之 直徑的複數個孔，且該絕緣塗層保形地塗布該等孔的側 〇
    141749.doc
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