TWI402173B - 電路板及其製造方法（一） - Google Patents

Description

電路板及其製造方法(一) 發明背景 1.發明領域

本發明係有關於一種電路板及其製造方法，且詳而言之，係有關於一種具有一芯基板之電路板、其製造方法、使用一電路板之半導體裝置、及一在一電路板中使用之預浸材。

2.相關技術

用以安裝半導體元件之電路板包括多數具有一芯基板之板，且該芯基板係由碳纖維強化塑膠(CFRP)製成。一由CFRP製成之芯基板具有一相較於一由一玻璃環氧基板製成之習知芯基板為低之熱膨脹係數，且一使用一CFRP芯基板之電路板可製造成使該熱膨脹係數與一半導體元件之熱膨脹係數匹配，如此可有效地避免在該半導體元件與該電路板間產生之熱應力。

一電路板係藉將多數佈線層積層在該芯基板之兩表面上，且形成PTH(鍍通孔)以在積層在該芯基板兩表面上之佈線層間導電而形成。這些PTH藉在該基板中形成多數通孔且接著進行鍍敷，以在該等通孔之內壁表面上形成導電部(一鍍層)。

但是，對一具有一如CFRP等導電材料之一芯部的芯基板而言，如果通孔僅形成在該基板中且鍍敷這些通孔之內壁表面，則在該PTH與該芯部之間會發生電短路。因此，當在一具有一導電芯部之芯基板中形成PTH時，以一大於該PTH之直徑穿過該芯基板形成多數預備孔，且以一絕緣樹脂填充該等預備孔，接著在該等預備孔內形成該PTH以防止在該PTH與該芯部之間發生短路(參見專利文獻1、2)。

專利文獻1

日本公開專利公報第2003-218287號

專利文獻2

日本國內再發行公報第2004/064467號

發明概要

但是，對於一其中多數預備孔形成在該芯基板中且該PTH形成以通過該等預備孔之配置而言，由於該等預備孔具有大於該PTH之直徑，所以相較於PTH僅形成在該芯基板中之構造，在該PTH間之配置間距會增加，限制了該PTH可形成之密度。

此外，如果以一絕緣樹脂填充該等預備孔填充，則會有該芯基板之熱膨脹係數因此增加之效果，且對於一設有一由碳纖維製成之芯部的電路板而言，這會減少使該芯基板以一低熱膨脹係數形成之有利效果。

本發明係欲解決前述問題而作成，且本發明之目的是提供一種其中該等鍍通孔以一微小間距配置且滿足有關強度與熱膨脹係數之要求的電路板、其製造方法、一半導體裝置、及一使用在一電路板中之預浸材。

為了達到前述目的，本發明之一種製造一電路板之方法包括以下步驟：藉熱壓結合多數包括多數導電第一纖維及多數不導電第二纖維之預浸材，形成一芯部，且使該等第二纖維設置在多數鍍通孔將通過之位置處，並且以樹脂浸漬該等預浸材；在該芯部中設有該等第二纖維處形成多數通孔；及在該等通孔之內表面上形成一導電層，以在不會與該等第一纖維發生干涉之位置處形成多數鍍通孔且因此產生一芯基板。

在形成該芯部之步驟中，多數預浸材可被熱壓結合，且該等第二纖維設置之位置與該等鍍通孔將通過之位置互相對齊。

本發明之一種電路板包括：一芯基板；多數設置成可積層在該芯基板之兩表面上之佈線層；及多數設置在該芯基板中且電連接該等佈線層之鍍通孔，其中一構成該芯基板之芯部係藉熱壓結合多數包括多數導電第一纖維及多數不導電第二纖維之預浸材而形成，且該等第二纖維設置在該等鍍通孔將通過之位置處，並且該等預浸材被樹脂浸漬，且該等鍍通孔係設置成不會與該等第一纖維發生干涉。

在此，碳纖維可有利地作為該等第一纖維使用，且芳族聚醯胺纖維可有利地作為該等第二纖維使用。

本發明之一種半導體裝置包括：一電路板；及一半導體元件，係直接安裝在該電路板上或與該電路板安裝成為一插入物；其中該電路板包括：一芯基板；多數設置成可積層在該芯基板之兩表面上之佈線層；及多數設置在該芯基板中且電連接該等佈線層之鍍通孔，其中一構成該芯基板之芯部係藉熱壓結合多數包括多數導電第一纖維及多數不導電第二纖維之預浸材而形成，且該等第二纖維設置在該等鍍通孔將通過之位置處，並且該等預浸材被樹脂浸漬，且該等鍍通孔係設置成不會與該等第一纖維發生干涉。

本發明之一種預浸材係用以形成一電路板之一芯基板或一絕緣層且包括：多數導電之第一纖維；及多數不導電之第二纖維，其中該預浸材被樹脂浸漬。

藉將該等第二纖維設置在當設置該PTH時該PTH將通過之位置處，可以避免在該PTH與導電之第一纖維間之電短路。

在此，碳纖維可有利地作為該等第一纖維使用，且芳族聚醯胺纖維可有利地作為該等第二纖維使用。

依據本發明之電路板與製造一電路板之方法，藉構成該等預浸材，而該等預浸材形成一芯基板之芯部以包括導電第一纖維與不導電第二纖維且使該等不導電第二纖維設置在鍍通孔將通過之位置處，可以將該PTH設置成避免與該等第一纖維發生電短路。藉此，可以一微小間距設置該PTH且簡化構造及一電路板之製造過程。同時，藉適當組合該等第一纖維與該等第二纖維，亦可改善一電路板之特性。

圖式簡單說明

第1A至1F圖是顯示一芯基板之製造步驟的橫截面圖；

第2圖是構成一預浸材之編織材料的平面圖；

第3A與3B圖是顯示在該編織材料中之緯紗與經紗之配置的平面圖；

第4圖是一電路板之橫截面圖；

第5圖是一半導體裝置之橫截面圖；及

第6圖是一構成一芯部之編織材料之另一例的平面圖。

較佳實施例之說明 製造一電路板之方法

以下將說明本發明之一製造一電路板之方法。在本發明之製造一電路板之方法中，所使用的是一芯基板，且該芯基板具有一由碳纖維強化塑膠(CFRP)製成之芯部。

第1A至1F圖顯示直到形成一具有一由CFRP製成之芯部10之芯基板20的製造步驟。

第1A圖顯示預浸材10a、10b與10c已互相定位可進行熱壓結合之狀態，該等預浸材10a、10b與10c包括碳纖維與多數電絕緣預浸材12，且該等電絕緣預浸材12包括一如氧化鋁或二氧化矽之填料以調整熱膨脹係數。

雖然在此實施例中係以上下疊置之方式放置三個預浸材10a、10b與10c以形成該芯部10，但是用來構成該芯部10之預浸材數目可以依據該電路板之所需厚度、芯基板強度等適當地選擇。

本發明之製造一電路板之方法的最重要特徵是構成包括碳纖維且被用來構成該芯部10之預浸材10a、10b與10c，詳而言之，雖然使用一碳纖維編織材料之一般預浸材係藉以如環氧樹脂等樹脂浸漬該碳纖維編織材料來製造，但是此實施例使用一編織材料7，而該編織材料7製成為其中碳纖維5作為第一纖維使用且不導電纖維6作為第二纖維使用之複合編織物。

特別地，在此實施例中，不導電纖維6而非該等碳纖維5之經紗與緯紗之交叉位置係設定為欲在該芯基板中形成之PTH將通過的位置。

該用語“不導電纖維6之經紗與緯紗之交叉位置係設定為該PTH將通過的位置”表示該編織材料係事先形成，使得當該PTH形成在該芯基板中時，該PTH將通過多數構成不導電纖維6之經紗與緯紗交叉之區域。

第2圖顯示在預浸材10a、10b與10c中使用之一編織材料7的例子。這編織材料7係藉複合編織構成該等碳纖維5之經紗與緯紗及構成不導電纖維6之垂直線與水平線來編織。

第3A圖顯示構成該編織材料7之緯紗的配置，且第3B圖顯示經紗之配置。如第3A與3B圖所示，在緯紗與經紗中，設置該等碳纖維5之區域與設置該等不導電纖維6之區域係以預定間隔交錯地設置。藉以這種方式以經紗與緯紗進行編織，可獲得第2圖所示之編織材料7。

在這編織材料7中，於構成該等不導電纖維6之經紗與緯紗交叉之區域8內，只有該等不導電纖維6存在，而在該等區域8以外之區域，有多數只存在該等碳纖維5及該等碳纖維5與該等不導電纖維6一起存在之區域。

藉調整在該經紗與該緯紗中之不導電纖維6之配置位置與設置數目，可以調整該等不導電纖維6存在該編織材料7中之區域的位置及該等區域8之尺寸。在此實施例中使用之預浸材10a、10b與10c中使用的編織材料7被事先定位，使得欲設置在一芯基板中之PTH將通過該等不導電纖維6交叉之區域。

單一碳纖維具有一大约數μm之直徑，因此，可以藉編織多數單一碳纖維來形成一編織材料7，且亦可利用藉將多數單一碳纖維扭絞在一起而產生的線來形成該編織材料7。碳纖維之扭絞線具有一大约數十μm之直徑。

在此，舉例而言，可以使用芳族醯胺纖維作為該等不導電纖維6。芳族醯胺纖維具有低於一半導體元件之熱膨脹係數之2至3ppm/℃的熱膨脹係數，且當製造一具有一低熱膨脹係數之芯基板時可有效地使用。

雖然在該芯基板中形成之PTH之配置間距將隨產品不同而不同，但是若PTH以大约400μm之配置間距設置在一用以安裝例如一半導體元件之典型基板上，則可依據該PTH之配置間距輕易地形成僅由該等不導電纖維6構成之區域8。

雖然第2圖所示之編織材料7係被編織成使得碳纖維5與不導電纖維6之線被配置成以直角交叉，但是亦可將該經紗與該緯紗編織成以直角以外，例如，60°之一角度交叉。此外，雖然構成形成該編織材料7之不導電纖維6的區域8在第2圖中是正方形，但是若該經紗與該緯紗被編織成對角地交叉，則該等區域8將呈菱形狀。可使用各種方法來編織該編織材料7，且對於編織在該芯基板之芯部中使用之編織材料7的方法亦無特別的限制。

通常，由於可藉依據欲形成在該芯基板中之PTH之設置間隔設定僅存在有該等不導電纖維6之區域8，將該PTH設置成在垂直與水平方向上以預定間隔對齊，故可輕易依據該PTH之孔直徑設定僅存在有該等不導電纖維6之區域8的尺寸。

請注意當設置在該芯基板中之PTH未設置成以預定間隔對齊時，可以依據該PTH之平面配置來設置該等不導電纖維6之區域8。本發明不限於PTH均勻配置之電路板，亦可應用於PTH未均勻配置之情形。

該編織材料7被樹脂浸漬且乾燥成一半硬化狀態以獲得一預浸材。第1A圖顯示依此方式藉以樹脂浸漬該編織材料7獲得之預浸材10a、10b與10c已被定位時之狀態。當多數預浸材被定位時，該等預浸材係被定位成使得在該編織材料7中僅存在有不導電纖維6之區域8的配置位置互相匹配。在這製造過程中，製備多數大塊之編織材料7，且該編織材料7被如環氧樹脂等樹脂浸漬以形成大預浸材10a、10b與10c，並且使用該等大預浸材10a、10b與10c形成一芯基板。第1A至1F圖顯示將被切割成大量產品之大預浸材10a、10b與10c之一部份的放大圖。

第1B圖顯示該等預浸材10a、10b與10c已受到熱壓結合處理以形成一平板的狀態。藉結合該等預浸材10a、10b與10c所形成之芯部10係被放置在由該等預浸材12構成之絕緣層12a內側。該芯部10包括作為第一纖維之碳纖維5且作為第二纖維之不導電纖維6互相混合之區域、及僅存在有該等不導電纖維6之區域8。存在有該等碳纖維5之區域是可導電的，而僅存在有該等不導電纖維6之區域8則是電絕緣的。

在該芯部10已一體成形後，該等通孔13被形成為可與僅存在有該等不導電纖維6之芯部10的區域8匹配(參見第1C圖)。該等通孔13被形成為可通過僅存在有該等不導電纖維6之區域(該等不導電纖維6在第2圖中交叉的區域)內側。

藉此，被該樹脂浸漬之不導電纖維6的一部份將暴露於該等通孔13之內表面，且該等通孔13係藉由例如鑽孔形成。

第1D圖顯示無電銅鍍敷與銅電鍍已在該芯部10上進行以在該等通孔13之內表面上與該芯部10之表面上形成一導電層14，以形成該PTH之狀態。由於該等通孔13之內表面被該等不導電纖維6及用以浸漬該等不導電纖維6之樹脂覆蓋，即使該等通孔13之內表面被該導電層14覆蓋，在該導電層14與包括該等(導電)碳纖維5之芯部10之區域之間亦不會有電短路。

第1E圖顯示導電層16已在該等通孔13已填充有樹脂15後形成在該芯部10之兩表面上之狀態，且該等導電層16可以藉電鍍形成。

第1F圖顯示佈線圖案18已藉將該等導電層16與14蝕刻成預定圖案而形成在該基板之兩表面上，並藉此形成一芯基板20的狀態。形成在該等通孔13之內表面上的導電層14形成PTH19，且該PTH19與形成在該芯基板20之兩表面上的佈線圖案電性連接。

該PTH19設置成可通過形成在該芯部10中之通孔13，且由於該等通孔13之內表面被不導電纖維6與用以浸漬該等不導電纖維6之樹脂覆蓋，可防止在該PTH19與該芯部10之導電部份間的短路。

依此方式，依據此實施例之製造一芯基板之方法，藉複合編織由該等碳纖維5與如芳族醯胺纖維之不導電纖維6構成該芯部10之編織材料7，且將該等不導電纖維6交叉之位置設定為該PTH19通過該芯基板20之位置，可以防止在該PTH19與構成該芯基板20之芯部10之碳纖維5之間的電短路。

此外，形成該PTH19之通孔13亦僅設置在該芯基板20之芯部10中，因此與一習知芯基板不同，不需要設置用以使該PTH通過該隔件之預備孔。藉此，形成在該芯基板20中之PTH19之配置間距可以作成比在一習知芯基板上更窄，且該PTH19可以一較高密度形成。

由於形成在該芯部10中之通孔13具有比在一習知基板上更小之直徑，即使該等通孔13填充有該樹脂15，所以相較於如同在一習知基板中一般地以樹脂填充預備孔，用以填充該等孔之樹脂量減少，這可有效抑制該芯基板之熱膨脹係數增加。

電路板

第4圖顯示多數佈線層22已積層在該芯基板20之兩表面上以形成一電路板30的狀態。該等佈線層22被形成為使多數佈線圖案26藉導通孔24電性連接，且多數絕緣層25位於其間。形成在該電路板30兩表面上之佈線層22上的佈線圖案26透過形成在該芯基板20中之PTH19電性連接。

該等佈線層22可以藉一如增層等方法形成，且多數用以連接一半導體元件之墊27係形成在一半導體元件欲安裝之該電路板30之一表面上，而與如焊料球等外部連接端子結合之焊盤28則形成在該電路板30之另一表面上。

第5圖顯示一藉將一半導體元件40安裝在該電路板30所構成之半導體裝置50已安裝在一安裝基板60上之狀態。該半導體元件40係藉倒裝晶片接合法設置在該電路板30上，且該半導體裝置50係藉連結焊料球62與該等焊盤28而安裝在該安裝基板60上。

該半導體元件40與該安裝基板60係透過形成在該電路板30中之PTH19、形成在該等佈線層22上之佈線圖案18、26、該等導通孔24等電性連接。

如前所述，由於形成在該電路板30中之PTH19是在該芯基板20中提供用以形成該PTH19之通孔13後才形成，所以該PTH19可以例如400μm之微小間距設置，而這微小間距適用於安裝一其中電極以一微小間距設置之半導體元件。

依據此實施例之電路板30與半導體裝置50，藉使用在該芯基板20中包括具有一低熱膨脹係數之碳纖維5的編織材料7，可以匹配該電路板30之熱膨脹係數與該半導體元件40之熱膨脹係數。碳纖維之熱膨脹係數是0至1ppm/℃。因此，藉調整該等碳纖維5與該等不導電纖維6之相對比例、調整混入該編織材料7中之填料等，可以使該電路板30之整體熱膨脹係數匹配一半導體元件之熱膨脹係數。

請注意雖然在前述實施例中已說明了藉將該半導體元件40安裝在該電路板30上產生之半導體裝置50安裝在該安裝基板60上的例子，但是亦可以使用一構造，其中一將該半導體元件40設置在另一電路板上且將該電路板30設置於其間作為一插入物而構成之半導體裝置係安裝在安裝基板60上。

第6圖顯示在複合編織該等碳纖維5與該等不導電纖維6時，依據多數獨立電路板將在最後被切斷之位置編織該等不導電纖維6之例子。在第6圖中，線C-C與線C'-C'顯示該等電路板之切割位置。依此方式，當僅該等不導電纖維6被放置在獨立電路板由該電路板被切斷之位置處時，將獲得由該大電路板所獲得之多數獨立封裝電路板，且該等不導電纖維6暴露於外側表面。由於該等碳纖維5未暴露於該封裝電路板之外側表面，所以可以避免讓該等碳纖維5與該等封裝電路板之外側表面分離。此外，由於該等碳纖維5未暴露於該封裝電路板之外側表面，所以可以避免在該等封裝電路板與其他電子元件間之接觸所造成的短路。又，亦有藉被浸漬在該等不導電纖維6中之樹脂對該等封裝電路板之外側表面產生的有利密封，這可避免水分穿透進入該等封裝電路板。

此實施例之電路板30使用由該等碳纖維5與該等不導電纖維6之一複合材構成之編織材料7作為該芯基板20，且構成該電路板30之芯基板20需要各種特性。如前所述，其中一需要是減少該芯基板20之熱膨脹係數，以減少當安裝一半導體元件時在該半導體元件與該電路板之間發生之熱應力。其他需要之特性包括以薄厚度形成該電路板30、達到一預定強度、及高速處理以達到高頻資料傳輸。

依據本發明之電路板，藉構成多數預浸材，且該等預浸材利用碳纖維作為第一纖維並利用不導電纖維作為第二纖維構成該芯基板，可以提供一電路板多種依據該等第一纖維與第二纖維之組合而決定之預定特性。

雖然在前述實施例中使用芳族醯胺纖維作為該等第二纖維，但是亦可使用如聚酯、纖維素微纖維、玻璃纖維、或特別是二氧化矽玻璃纖維、間規聚合物等液晶聚合物纖維。

依據使用導電之第一纖維與不導電之第二纖維構成一預浸材之方法，可以避免由於該芯部使用一完全導電之預浸材(例如一碳纖維編織材料)而使該芯部是導電的，造成如該芯部與該佈線層藉使該PTH與該芯部電絕緣而互相絕緣之結構複雜性等問題，這表示該電路板可以薄厚度形成。

請注意構成該等預浸材之纖維，本發明不限於兩種纖維，即該等第一與第二纖維，亦可使用三種或更多種纖維之組合。又，亦可使用一非編織材料來取代在前述實施例中在構成該芯部之預浸材中所使用的編織材料。此外，亦可在該等預浸材中加入填料。

5．．．碳纖維

6．．．不導電纖維

7．．．編織材料

8．．．區域

10．．．芯部

10a,10b,10c．．．預浸材

12．．．電絕緣預浸材

12a．．．絕緣層

13．．．通孔

14．．．導電層

15．．．樹脂

16．．．導電層

18．．．佈線圖案

19．．．PTH(鍍通孔)

20．．．芯基板

22．．．佈線層

24．．．導通孔

25．．．絕緣層

26．．．佈線圖案

27．．．墊

28．．．焊盤

30．．．電路板

40．．．半導體元件

50．．．半導體裝置

60．．．安裝基板

62．．．焊料球

第1A至1F圖是顯示一芯基板之製造步驟的橫截面圖；

第2圖是構成一預浸材之編織材料的平面圖；

第3A與3B圖是顯示在該編織材料中之緯紗與經紗之配置的平面圖；

第4圖是一電路板之橫截面圖；

第5圖是一半導體裝置之橫截面圖；及

第6圖是一構成一芯部之編織材料之另一例的平面圖。

6．．．不導電纖維

7．．．編織材料

18．．．佈線圖案

19．．．PTH(鍍通孔)

20．．．芯基板

22．．．佈線層

24．．．導通孔

25．．．絕緣層

26．．．佈線圖案

27．．．墊

28．．．焊盤

30．．．電路板

Claims (12)

1. 一種製造一電路板之方法，包含以下步驟：藉熱壓結合多數預浸材以形成一芯部，其中各該預浸材包括多數導電之第一纖維及多數不導電之第二纖維，該等預浸材具有設置在多數鍍通孔將通過之位置處之該等第二纖維，並且以樹脂浸漬該等預浸材；在該芯部中設有該等第二纖維處形成多數通孔；及在該等通孔之內表面上形成一導電層，以在不會與該等第一纖維發生干涉之位置處形成多數鍍通孔且因此產生一芯基板。
2. 如申請專利範圍第1項之製造一電路板之方法，更包含一將多數佈線層積層在該芯基板之兩表面上的步驟。
3. 如申請專利範圍第1項之製造一電路板之方法，其中在形成該芯部之步驟中，多數預浸材被熱壓結合，且該等第二纖維設置之位置與該等鍍通孔將通過之位置互相對齊。
4. 如申請專利範圍第1項之製造一電路板之方法，其中該等第一纖維是碳纖維。
5. 如申請專利範圍第1項之製造一電路板之方法，其中該等第二纖維是芳族醯胺纖維。
6. 一種電路板，其包含：一芯基板；多數設置成可積層在該芯基板之兩表面上之佈線 層；及多數設置在該芯基板中且電連接該等佈線層之鍍通孔，其中一構成該芯基板之芯部係藉熱壓結合多數預浸材而形成，其中各該預浸材包括多數導電之第一纖維及多數不導電之第二纖維，該等預浸材具有設置在該等鍍通孔將通過之位置處之該等第二纖維，並且該等預浸材被樹脂浸漬，且該等鍍通孔係設置成不會與該等第一纖維發生干涉。
7. 如申請專利範圍第6項之電路板，其中該等第二纖維位在多數切斷之獨立電路板之外側表面處。
8. 如申請專利範圍第6或7項之電路板，其中該等第一纖維與該等第二纖維具有一比一半導體元件低之熱膨脹係數。
9. 如申請專利範圍第6項之電路板，其中該等第一纖維是碳纖維。
10. 如申請專利範圍第6項之電路板，其中該等第二纖維是芳族醯胺纖維。
11. 一種半導體裝置，其包含：一電路板；及一半導體元件，係直接安裝在該電路板上，或安裝於該電路板以作為一插入物， 其中該電路板包括：一芯基板；多數設置成可積層在該芯基板之兩表面上之佈線層；及多數設置在該芯基板中且電連接該等佈線層之鍍通孔，其中一構成該芯基板之芯部係藉熱壓結合多數預浸材而形成，其中各該預浸材包括多數導電之第一纖維及多數不導電之第二纖維之，該等預浸材設置在該等鍍通孔將通過之位置處之該等第二纖維，並且該等預浸材被樹脂浸漬，且該等鍍通孔係設置成不會與該等第一纖維發生干涉。
12. 如申請專利範圍第11項之半導體裝置，其中該等第一纖維是碳纖維且該等第二纖維是芳族醯胺纖維。