TW450019B - Circuit board for mounting bare chip - Google Patents

Description

45〇〇] Q 五、發明說明（1) 發明背 1.發明 本發明係有關於以倒裝晶片方式安裝裸晶的電路板。 本申請案以日本專利申請案He i. 1 0-1 76422為基礎，該 文併入本文參考。 L·__ jUL#·術描述 近年來，隨著電子用品體積縮小、性能提升的發展，已 要求構成電子用品的半導體元件，以及安裝或封裝半導體 元件用的多層印刷接線板要做到體積小/側形低、高性能 及高可靠度。為滿足這些要求，封裝的型式已從接腳插入 式的封裝轉變到表面-黏著封裝。近來，已發展出一種倒 裝晶片的封裝技術’它不封裝而是裸半導體元件（裸晶片） 直接安裝到印刷接線板上。 另一方法，在倒裝晶片安裝中，熱脹係數為3-4ppm/ t 的石夕晶片經由黏著直接接合到熱脹係數為1〇 —20ppm/的 印刷接線板上。由於兩者的熱脹係數不同，因此在它們的 連接部分會產生應力。此會降低連接的可靠度。特別是， 因為熱脹係數的差所產生的應力，黏著中會發生裂缝，會 降低漁電阻並使連接部分破裂。於是，為化解這種應力， 已嘗試使黏著的各種特性最佳化，以擴散該應力。 的技術並不能實現足夠的連接可靠度 不過，以 需要高密度連接，且預期未來矽晶片的尺寸愈^大，°由 於矽晶片及印刷接線板間熱脹係數之差異所產生的應力問 題也就愈來愈嚴重。"

4 50 0 彳 9 五、發明說明（2) 问時，在安裝處理中，在矽晶片與印刷接線板相互接合 後，要在其間灌入一種熱硬化的底部填充材料，以封住矽 晶片。要將像這樣安裝好的矽晶片取下，更換苴它良好的 矽晶片再安裝回去（修理步驟）。在修理步驟中了如果印刷 接線板之中間層間的接合力不夠，電路要被部分切除，且 田比鄰的層間會發生剝離情形。 .本發明的目的是提供一種供安裝裸晶片的電路板，可以 增進裸晶片的可修理性，以及兩者間的連接可靠度。 為達到上述目的，本發明提供一種以倒裝晶片方式安裝 ，晶片的電路板’其中用來保護電路且與電路絕緣的金屬 猪’配置在裸晶）ΐ所在位置的區域。 基於對 片間的可 明人發現 與電路絕 要修理安 路，且當 生剝離。 熱脹係數 舒解裸晶 部分的應 在本發 個貫穿孔 上之裸晶 發明的發 護電路且 ，因此當 部分電 也不會發 用具有低 時，可以 生於焊接 片安裝。 ，且每一 孔可以做 增進電路板與以倒裝晶片方式安裝於其 修理性及連接可靠度之研究的渴望，本 ’如果在裸晶片所在位置的區域配置保 緣的金屬箔，它可保護電路板上的電路 裝於其上的裸晶片時，不會損壞或切割 電路板是由複數層構成時，毗鄰的層間 此外’如稍後的描述，發明人發現，使 特性的金屬箔（接近矽晶片的熱脹係數） 片與電路板間熱脹係數的差異，可使發 力減至最小，以做到高可靠度的倒裝晶 明中，貫穿孔成形在金屬箔的既定位置 的内周緣都以絕緣材料覆蓋，這些貫穿

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五、發明說明（3) 為要被女裝之裸晶與位於金屬箔下方電路 空間（在安裝時，它可用來插入提供於裸晶片 或疋預先提供於電路板上的電極）。 間電氣連接的 上的電極， 在本發明巾，每一個貫穿孔中都填充有 接要被安裝的裸晶片與位於金屬箱下方的電材枓，供連 供用來在電路板上提供導電材料的電極。 ，貫穿孔可 在本發明中，如果導電材料是焊料，由焊 可以很容易地提供於貫穿孔内。 成的電極 在本發明中，如果金屬羯在2〇-25(Tc的熱脹係數 或更Η丨此金屬搭的低熱脹係數特性可以 電路板與裸晶片間熱脹係數的差#，並使電氣連接部分^ 所產生的應力減至最小，倒裝晶片的安裝可以具有極高的 可靠度s 在本發明中，金屬箔是由鐵/鎳合金製成，鎳含量的重 量百分比為31-50%，厚度為ίο-〗00微米，此金屬箔可以抑 制裸晶片與電路板間熱脹係數的差異，因此提供絕佳的 接可靠度。 在本發明中，金屬箔所涵蓋的區域比成形要被安襞之裸 晶片之接塾的範圍寬’因此可以確保金屬箔保護電路板上 之電路的效果’並抑制裸晶片與電路板間埶脹係數的差 異。 配合附圖，從以下對較佳具體例的詳細描述，將可明瞭 本發明的特徵及優點。 圖式之簡罨說明

8S110445.ptd 第6頁 4 5〇〇i 9 五、發明說明（4) 圖1解釋製造本發明供 圓2解釋製造上述供安；片之電路板的方法； 圖3解釋製造上述供安m之電路板的方法； 圖4解釋製造上述供安^ :之電路板的方法； 圖5解釋製造上述供安f曰曰θ片之電路板的方法； 圖_製造上述供安襄：：：之電路板的方法； 圖7解釋製造上述供安裝裸曰曰曰路板的方法； 圖8解釋配置金屬_的區域Τ電路板的方法； 圖9解釋上述金屬箔配置範圍； 圖10是本發明供娈u 圖； 考裝裸曰曰片之電路板之具體例的平面 圖11顯示比較例的平面圖。 列之詳 以下將對本發明做詳細解釋。 、本發明的電路板可以是坡璃樹脂板、㈣ 以玻璃樹脂板為核心板的屛 ,_ 匕括 電路圖案的撓性電路板以及它的層積板。 有

本發明所使用的锅缕屉可·、I 月旨，熱塑樹脂，如聚t tf，如環氧樹 谢π十一 + 聚醚亞私、phenoxy樹脂等、聚醯胺 樹知或廷些的材料的化合物製成。 二發=々用的金屬猪可以由铜(Cu)、銘⑴）、鐵 制裸a曰月、盥1雷肷鉻Μ10或它們的合金製成。特別是，為抑 的埶Z孫^盘板間熱脹係數的差異，金屬材料要具有低 '…糸，最好是Wppm/t或更低（20_25() t)。具有低

88110445.ptd 第7頁 4 5Π Ο ] 9 五、發明說明（5) 熱脹係數特性的金屬材 金具有各種不同的熱脹係J中：-是鐵/錦合金。這種合 定。在本發明中，錄人 主要視鐵與鎳的成分比例而 圍，最好是在31-45%的^，（以重量計）設定在31 — 50%的範 圍，熱脹係數都會增加& 。鎳的含量大於或小於此範 差異。 θ 。此將使得它無法抑制熱脹係數的 具有低熱脹係數之金歷— 圍，10-70微米較佳，ln ^的厚度設定在10 —丨⑽微米的範 此範圍將使得它鉦法和,〇微米更佳。金屬羯的厚度小於 異。反過來說，;：ίΓ邀晶片與電路板間熱服係數的差 形直徑不大於20 0微米的二的厚度大於此範圍’將無法成 化。 、小孔，且會使連接的可靠度劣 以下將解釋製造本發明 首先，如圖i所示，V上女裸晶片之電路板的製程。 f Ϊ之裸W之㈣數量的貫穿孔i a。如圖2 Λ兩片 ::Γ力(ί ί Ϊ明中對應於絕緣層)疊置於金屬箱1的兩 側，並加壓加孰。因]^ 4,J β '' u此製成金屬箔1的兩個表面皆霜芸 底!(:3)。如圖4所示，在基二t 貝穿孔一 a的刀製作比貫穿孔1 a小的貫穿孔4。之 ::不允Γ 5底3排列疊置於表面上成形有電路6的電 路板5上’並加壓加熱’以使它們相互熱結合在 此’如圖6所示，即可製造裸晶片。此外，如圖7 口 電塊7可成形於基底3内的貫穿孔4内。這些 路與安裝於其上之裸晶片間的電氣連接。 仪為電

450019 五、發明說明（6) 基底3上製作貫穿孔“及4的技術包括沖 孔、鑽孔、蝕孔、雷射等。導電塊的導電材料可以是導電 ==的鋼糊。可以使用印刷導電材料的方法成形 雷鍵方 '去硬1匕。導電材料以焊料為佳。焊塊可以使用 助焊劑之電極上的焊球二:成後回流，或以位於施加 的：屬箱區域要比成形要被安裝之裸晶片之接塾 ΐ範圍大。在料板上以安裝複數片裸W，例如多_ Γ所要模^(MCM) 同的金屬羯1可以配置在每一個裸晶片 8所要安裝的位置’或者金屬幻可以配置於整個基底。 如果以上述方法製造的電路板5有彎曲的問題，則 電路板5的背面配置另一個金屬箱i。此 =焊塊可按電路板5之貫穿孔4排列，並接= 於入裸， 不二如圖6所示。製造安裳裸晶片之電路板的製程並 不限於以上所描述的技術。 才立 見明參閱各圖解釋本發明的具體例。 供安裝裸“之電路板的具體例D在圖 ir之有玻電:6。參考編號3表示-個基底’與其^ 璃環氧樹脂板5的表面接合。基底3是由鐵/錄合Σ 置J底3的區Η大於成形要被安裝之裸晶片斤之構接成塾： =圍（圖8)。參考編號7表示成形於基底3上極 、 的焊塊其中之一（圖7)。 夕貫穿孔4中

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45001 9 五、發明說明（7) 以上供安裝裸晶片之電路板的製造程序如下。首先，在 鐵/鎳合金箔1上鑽極多的貫穿孔la(圖1)。接下來，在鐵/ 鎳合金箔1的兩侧以加壓加熱結合聚醯亞胺接合片2，藉以 提供基底3(圖3)。在基底3上對應於各個貫穿孔la的位 置’沖出比每一個貫穿孔1 a直徑小的貫穿孔4 (圖4)。之 後’以加壓加熱將基底3結合於成形有電路6之破璃環氧樹 脂板5的表面。在基底3之每一個貫穿孔4上印刷烊糊，並 在氮氣的大氣中以既定的溫度”回流。在清除助焊劑後， 焊塊7即告形成。按此方法，可以製造如圖]〇所示供安裝 裸晶片的電路板。 在上述的具體例中’由於電路6被鐵/鎳合金箔1保護， 當要修理已安裝之裸晶片時’電路6不會被部分割開D鐵/ 錦合金箱1具有很低的熱脹係數’可以降低裸晶片8與玻璃 環氧樹脂板5間熱脹係數的差異，藉以使焊塊7中所發生的 應力降至最小。 Λ 以下將解釋各種用來比較的比較具體例。 具體例1 在厚5 0微米、2 0毫米正方的鐵/鎳合金箔丨（鎳的重量百 分比36%，以及熱脹係數1· 5ppm/。〇上成形直徑3〇Q微米的 孔，孔間的間距5 0 0微米（如圖1所示）。以加壓加熱將聚醯 亞胺 #2 (SINNITTETU KAGAKU 公司的SPB-035 )接合於鐵 / 鎳合金箱1的兩個表面（在18〇。(：、3〇kg/cm2下30分°鐘）（圖 3)。再在貫穿孔la的位置成形直徑為2〇〇微米的貫穿孔4。 將按此方法成形的基底3，排列於表面上成形有電路6的玻

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450 0 1 9 五、發明說明（8) 璃環氧樹脂板5 (FR-4)的表面，並加壓加熱（在200。(：、 4 0kg/cm2下1小時）（圖6)使兩者結合。 具體例2 使用與具體例1相同方法製造的樣品連接裸晶片，將焊 糊（Sn 8RA-3AMQ ’ 熔點 260 °C，NIHON SUPERIA 公司製造） 印刷於每一個直徑2 0 0微米的貫穿孔4内，在23〇t的氮氣 大氣中”回流"後，清除助焊劑形成焊塊（圖7及丨〇 )。 具體例3 以厚100微米、20毫米正方的鐵/鎳合金箔ι(錄的重量百 分比36%，以及熱脹係數1. 5ppm/ )取代具體例工中的合金 箔1。 具體例4 具以厚1 0微米、20毫米正方的鐵/鎳合金箔丨（鎳的重量 百分比36% ’以及熱脹係數1· 5ppm/ t：)取代體例}中的合金 箔 1。 。’ 具體例5 以聚醯亞胺撓性板取代具體例丨中的玻璃環氧樹脂板5， 且採用厚1 0微米、2 0毫米正方的鐵/鎳合金箔接合於成形 電路6之表面的相對表面。 口、 y 比較例1 以具體㈣不使用合金绪i，沖有每一個直徑均為2〇〇微 米之貫穿孔4的聚醯亞胺接合片2(SINNITTEtu (的列：表Γΐ成形有電路6的破壤環氧樹脂:: (FR-4)的表面，並以加壓加熱（在2〇〇°c

五、發明說明（9) 時）使兩者結合。 比較例2 以厚5微米、20毫米正方的鐵/錦合金箔1(錦的重量百分 比3 6 %，以及熱脹係數1 5 p p m / C )取代具體例1中的合金镇 1 〇 ' 比較例3 以厚20 0微米、20毫米正方的鐵/鎳合金箔丨（鎳的重量百 分比36%，以及熱脹係數1. 5ppm/ °C )取代具體例！中的合金 箔1。 比較例4 在厚50微米、8毫米正方的鐵/錄合金箱ι(錦的重量百分 比36% ’以及熱脹係數i.5ppm/t：)(足以裝配在成形於玻璃 環氧樹脂板5上之電路6之電路導體的尖端之中）的兩側， 以加壓加熱（在180、30kg/cm2下！小時）接合聚醯亞胺接 合月 2 (SINNITTETU KAGAKU 公司的SPB-0 35)。之後，在合 成的基底上沖直徑200微米的貫穿孔（圖中未顯示）。之 後’將基底排列於表面上成形有電路6的玻璃環氧樹脂板5 (FR-4)的表面’並以加壓加熱（在2〇〇它、4〇kg/cm2下1小 時）使兩者結合。將焊糊（Sn 8RA-3AMQ，熔點260 °C， N I HON SUPER ΙΑ公司製造）印刷於基底之每一個直徑2〇〇微 米的貫穿孔内。在2 3 0。(：的氮氣大氣中11回流”。之後清除 助焊劑形成焊塊7 (圖1 1 )。 f有直徑100微米、間距500微米之焊塊的1〇毫米平方的 矽晶片’以倒裝方式安裝於以具體例1、3_5及比較例卜4

88110445.ptd -- 第12頁 按照具體例1 - 5及比較例1 _ 4的這些產品十 五、發明說明（10) 之方法製造的電路板上，底部填充材料使用環氧樹脂 (NIPPON R0KKUTAIT0公司生產的35 6 1 )。在具體例2中，另 一個具有銀焊塊的1 0毫米平方的矽晶片以倒裝方式安裝， 底部填充材料使用環氧樹脂（NIPPON ROKKUTAIT0公司峰甚 的3561)。 ----一一， W PCi 平父例 的產品，緊鄰裸晶片的下方並未提供合金箔丨，在修理裸 晶片時，電路板上的電路有要被部分切割或損壞的危險。 很明顯，其它在緊鄰裸晶片之下方提供有合金箔〗的產 品’就具有極佳的修理可加工性。 β此外，根據具體例卜5及比較例卜4的產品，它的裸晶 疋以倒裝晶片的方式安裝，要接受溫度衝擊測言式，以 =5與二晶、片：的傳導。—個溫度衝擊循環為：產品停 接著停留在125。。枳°分鐘。測試結果 表1 具體例1 具體例2 具體例3 具體例4 具體例5 比較例1 開始時的導通 情形 所有接腳導通 所有接腳導通 所有接腳導通 所有接腳導通 所有接腳導通 所有接腳導通 5 0 0次循環後的 導通情形 所有接腳導通 所有接腳導通 —-- _所有接i实通 所有d色土 所 50%導通不良 1 0 0 0次循環後 的導通情形 所有接腳導通 所有接腳導通 所有接腳導1 所有接腳導通 所有接腳導通 80%導通不良

1纏 88110445.ptd 4 5〇 Ο 1 9 五、發明說明（11) 比較例2 所有接腳導通 1 0%導通不良 15%導通不良. 比較例3 1 5 %導通不良 1 5%導通不良 15%導通不良 比較例4 所有接腳導 5%導通不良 8%導通不良 如圖1所示，根據具體例卜5的產品，所有接腳在開始 5 0 0次循環及1 〇 0 0次循環後都導通。另一方面，比較例1、 2、4的產品，在5 0 0次循環及1 〇 〇 〇次循環後的導通都不 良。比較例3的產品，在開始、5 0 0次循環及1 〇 〇 0次循環中 都發生導通不良。必須瞭解，在導通的可靠度方面，按照 具體例1 - 5要比比較例1 - 4的導通可靠許多。 如前所述，在本發明供安裝裸晶片的電路板中，由於棵 晶片的所在位置，經過一絕緣層提供了一層保護電路的金 屬箔’電路板上的電路得以受到金屬箔保護。基於此/理 由，當在修理此裸晶片時，不必擔心電路會受損。此外， 當裸晶片以倒裝晶片的方式直接安裝於電路板上時，導通 的可靠度可大幅增進。 在本發明中，貫穿孔成形在金屬箔的既定位置，且每一 個貫穿孔的内周緣都以絕緣材料覆蓋，這些貫穿孔可以做 =被安裝之裸晶片肖位於金屬g 了方電路間冑氣連接的 裝日夺’它可用來插入提供於裸晶片上的電極， 或疋預先提供於電路板上的電極）。 在本發明中，每 接要被安裝的裸晶 供用來在電路板上 在本發明中，如 有導電材料，供連 的電路，貫穿孔可 〇 由焊料製成的電極 一個貫穿孔中都填充 片與位於金屬箔下方 提供導電材料的電極 果導電材料是焊料，

450019 五、發明說明（12) -- 可以很容易地提供於貫穿孔内。 在本發明中’如果金屬箱在20-2 50 t的熱脹係數為 1 0ppm/ °C或更低，則此金屬箔的低熱脹係數特性可以舒解 電路板與裸晶片間熱脹係數的差異，並使電氣連接部分中 所產生的應力減至最小，倒裝晶片的安裝可以具有極^的 可靠度。 @ 隹奉發明中，金屬冶疋由鐵/鎳合金製成，鎳含量的重 量百分比為31 - 5 0 %，厚度為1 〇 — 1 〇 〇微米，此金屬箔可以 制裸晶片與電路板間熱脹係數的差異，因此提供絕佳 接可靠度。 3連 、在本發明中，金屬箔所涵蓋的區域要比成形要被安 裸晶片之接墊的範圍寬，因此可以確保金屬箔保護電路 二之電路的效& ’並抑制裸晶片與電路板間熱脹係數的差 ，雖然本發明是以某種特定程度的較佳形式來描述 須瞭解，本揭示的較佳形式，在構造的細節上，以及 =組合與配置上都可以變&，都不會偏離本發 ： 請專利範圍中的精神與範園。 ^ τ 編號說明 1 金屬箔 1 a 貫穿孔 2 接合片 3 基底 4 貫穿孔

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Claims (1)

1. 4 50 0 1 9 六、申請專利範圍 1, 一種以倒裝晶片方式供安 —電路丨以及 文哀稞日日片的電路板，包含： 一金屬箔供保護該電路，坊 區域，該金屬箔與該電路絕；：泊配置於安裝裸晶片的 2，如申清專利範圍第1項供忠姑，田口 貫穿孔成形於該金屬謂中(片\電路板，其中 緣材料覆蓋。 置且匕的内周緣被絕 3. 如申請專利範圍第2 該金屬_貫穿孔中被填、女裝稞:片的電路板’其中 όί, M a H ^ ^ ^ ®異充導電材料，供連接要被安裝 的稞曰曰片及位於该金屬箱下方的該電路。 4. 如申請專利範圍第3項 該導電材料是谭料。、仏女裝稞晶片的電路板，其中 上利範圍第1項供安裝裸晶片的電路板，其中 ;:金屬'在2"5°°C範圍内的熱脹係數一/。。或更 中範圍第5項之供安裝裸晶片的電路板，其 "Π 錄合金製成，錦含量的重量百分比為 31-50%，且厚度為10_1〇〇微米。 :署Ϊ I Ϊ ?耗圍第1項供安裴裸晶片的電路板，其中 寬。 泊，區域要比成形要被安裝裸晶片之接墊的範圍 8 ·種以倒裝aB片方式供安裝裸晶片的電路板，包含： 一電路板； 成形於該電路板上的一電路；

   450 0 1 9 六、申請專利範固 '一~~ 一金屬箔；以及 > 一層，緣層疊置於該電路及該電路板上，該絕緣層覆蓋 -亥金屬ΐΙ的兩表面，藉以使該金屬箔與該電路間絕緣； 其中該金屬箔至少配置在安裝裸晶片的區域。 9.如申請專利範圍第8項供安裝裸晶片的電路板，進一 步包括一貫穿該絕緣層及該金屬箔的貫穿孔，其中它内緣 被該絕緣層的絕緣材料覆蓋。 1 0.如申請專利範園第9項供安裝裸晶片的電路板，進— ^包括填充該貫穿孔的導電材料，以便連接要被安裝的裸 晶片及該金屬箔下方的該電路。 11.如申請專利範圍第1 〇項供安裝裸晶片的電路板，其 中該導電材料是焊料。 1 2.如申請專利範圍第8項供安裝裸晶片的電路板，其中 該金屬羯在20-250 t範圍内的熱脹係數為i〇ppm/艺或更 低。 13.如申請專利範圍第12項供安裝裸晶片的電路板，其 中該金屬箔是由鐵/鎳合金製成，鎳含量的重量百分比為 31〜5〇%，且厚度為m〇〇微米。 1 4.如申請專利範圍第8項供安裝裸晶片的電路板，其中 =置金屬箔的區域比成形要被安裝裸晶片之接墊的範圍 寬。