TWI657546B

TWI657546B - 設有電隔離件及基底板之線路板、其半導體組體及其製法

Info

Publication number: TWI657546B
Application number: TW107110193A
Authority: TW
Inventors: 文強林; 王家忠
Original assignee: 鈺橋半導體股份有限公司
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-04-21
Also published as: TW201901871A; CN108933113A

Abstract

本發明之線路板包含有被基底板側向環繞的電隔離件及模封材。該電隔離件插置於該基底板之一貫穿開口中，且電隔離件的厚度大於基底板的厚度。該模封材覆蓋該基底板的頂側及電隔離件的側壁，並提供可靠介面，以供路由電路沉積於上。該基底板可作為置放隔離件時的定位件，或者/以及提供另一路由，以提高線路板的電性佈線靈活度。

Description

設有電隔離件及基底板之線路板、其半導體組體及其製法

本發明係關於一種線路板、其半導體組體及其製法，尤指一種設有電隔離件及基底板之線路板、其半導體組體及其製法。

如功率模組或發光二極體(LED)之高電壓或高電流應用，通常需使用高效能線路板，以使訊號互連。然而，當功率增加時，半導體晶片所產生之大量熱將使元件效能劣化，且亦會對晶片造成熱應力。據此，由於陶瓷材料(如氧化鋁或氮化鋁)為導熱且電絕緣材料，並具有低熱膨脹係數(CTE)，故常被視為此類應用的合適材料。美國專利案號8,895,998及7,670,872已揭露各種互連結構，其係使用陶瓷作為晶片接置墊材料，以達到較佳之可靠度。此外，直接覆銅(direct bond copper, DBC)板已成為許多高功率模組應用的較佳線路板。DBC板通常由陶瓷隔離件構成，如Al₂ O₃ (氧化鋁)、 AlN (氮化鋁)或Si₃ N₄ (氮化矽)，且透過高溫燒結擴散製程，於陶瓷的兩面接合上銅層。然而，將厚銅板接合至隔離件通常需要非常高的燒結溫度，且需要特定材料或條件才能獲得可靠的銅/陶瓷界面，如此將會導致良率下降且製程更加複雜。再者，直接覆銅技術中的金屬化製程通常需要在兩側都燒結相同厚度的銅板，以避免陶瓷板彎翹。底側的厚銅可作為散熱座，但頂側的銅會因為厚度問題，導致蝕刻解析度不佳，使電路佈線能力嚴重受限。因此，對於適於功率模組組體的覆晶或表面貼合(surface mount attachment)技術而言，習知的DBC板並不合適。

本發明之主要目的在於提供一種線路板，其係將低CTE之高導熱隔離件埋置於模封材中，以解決晶片與線路板間熱膨脹係數不匹配之問題，且模封材可提供可靠的界面，以供路由電路沉積於上，因而改善半導體組體之機械可靠度及熱特性。

本發明之另一目的在於提供一種線路板，其將隔離件插置於基底板之貫穿開口中，使基底板可作為放置隔離件時的定位件，避免隔離件於模封製程中位移，且可提高線路板的電性佈線靈活度。

依據上述及其他目的，本發明提供一種設有電隔離件及垂直連接件之線路板，其包括：一基底板，其包含一頂側、一底側、位於該頂側處之複數頂部接觸墊、及一貫穿開口，其中該貫穿開口的內側壁從該頂側延伸至該底側；一電隔離件，其設置於該基底板之該貫穿開口中，其中該電隔離件之底面與該基底板之該底側呈實質上共平面，且該電隔離件之厚度大於該基底板之厚度；一模封材，其覆蓋該基底板之該頂側，並延伸進入該電隔離件之外圍邊緣與該貫穿開口之該些內側壁間的一間隙，其中該模封材之外表面與該電隔離件之頂面呈實質上共平面；一路由電路，其設置於該模封材之該外表面上；以及複數垂直連接件，其設置於該基底板之該頂側上，且嵌埋於該模封材中，並電性耦接至該路由電路及該基底板之該些頂部接觸墊。此外，本發明亦提供一種半導體組體，其包括一半導體元件接置於上述線路板之電隔離件頂面上，並電性連接至路由電路。

於另一態樣中，本發明提供一種設有電隔離件之線路板製作方法，其包括下述步驟：提供一基底板，其包含一頂側、一底側及一貫穿開口，其中該貫穿開口的內側壁從該頂側延伸至該底側；將一電隔離件插入該基底板之該貫穿開口，且該電隔離件之外圍邊緣靠近該貫穿開口之該些內側壁，而該電隔離件之底面與該基底板之該底側呈實質上共平面，其中該電隔離件之厚度大於該基底板之厚度；提供一模封材於該基底板之該頂側上，且該模封材延伸進入該電隔離件之該些外圍邊緣與該貫穿開口之該些內側壁間的一間隙，其中該模封材之外表面與該電隔離件之頂面呈實質上共平面；以及形成一路由電路於該模封材之該外表面上。

除非特別描述或必須依序發生之步驟，上述步驟之順序並無限制於以上所列，且可根據所需設計而變化或重新安排。

本發明之線路板、半導體組體及其製法具有許多優點。舉例來說，將電隔離件插入基底板之貫穿開口中是特別具有優勢的，其原因在於，基底板可確保電隔離件被準確地置放，以及/或者基底板可對模封材上的路由電路提供進一步路由。於基底板上沉積垂直連接件可提供垂直連接通道，以將模封材上的路由電路互連至基底板。將模封材接合至電隔離件之作法可提供一平台，以供高解析度電路可沉積於該平台上，進而使具有細微墊間距之組件，如覆晶晶片及表面黏著元件(surface mount component)，得以組接於該線路板上。

本發明之上述及其他特徵與優點可藉由下述較佳實施例之詳細敘述更加清楚明瞭。

在下文中，將提供實施例以詳細說明本發明之實施態樣。本發明之優點以及功效將藉由本發明所揭露之內容而更為顯著。在此說明所附之圖式係簡化過且做為例示用。圖式中所示之元件數量、形狀及尺寸可依據實際情況而進行修改，且元件的配置可能更為複雜。本發明中也可進行其他方面之實踐或應用，且不偏離本發明所定義之精神及範疇之條件下，可進行各種變化以及調整。

[實施例1]

圖1-12為本發明第一實施例中，一種線路板之製作方法圖，其包括ㄧ電隔離件、ㄧ基底板、複數垂直連接件、ㄧ模封材、一路由電路及ㄧ底部被覆層。

圖1及圖2分別為基底板10之剖面示意圖及頂部立體示意圖。於本實施例中，該基底板10包括位於頂側101之頂部線路層13、位於底側103之底部金屬層15、及位於頂部線路層13及底部金屬層15間之絕緣層17。該絕緣層17可可由陶瓷、玻璃、環氧樹脂、模封材、玻璃環氧樹脂、聚醯亞胺、或其類似物所製成。該頂部線路層13通常為圖案化銅層，且包含複數頂部接觸墊131(如圖2所示)。該底部金屬層15為未圖案化銅層，其由下方完全覆蓋該絕緣層17。

圖3及圖4分別為基底板10頂側101上形成垂直連接件20之剖面示意圖及頂部立體示意圖。該些垂直連接件20可由Cu、Sn、Ti、Ni、Au、Ag、Sn合金或其他適合的導電材料製成，其中Sn合金可含有Ag、Cu、Bi或其組合。在此，可藉由真空濺鍍、電鍍、焊接(soldering)、打線、電焊(welding)或其他合適方法，於基底板10之頂部線路層13上形成金屬柱、焊球、接合線或其組合，以作為垂直連接件20。此外，垂直連接件20也可製成接合型結構。例如，垂直連接件20可為接合型焊料凸塊或具有連結焊料層之接合型銅柱。在此所述之焊料可包含鉛(如Sn/Pb)或不含鉛(如Au/Sn或Sn/Ag/Cu)。於此圖中，該些垂直連接件20為電鍍形成的金屬柱21，其電性連接至頂部線路層13之頂部接觸墊131上。

圖5及圖6分別為於基底板10中形成貫穿開口105之剖面示意圖及頂部立體示意圖。該貫穿開口105的內側壁109係由基底板10頂側101延伸貫穿至基底板10底側103，且貫穿開口105可藉由各種技術來形成，如沖孔(punching)、鑽孔或雷射切割。

圖7及圖8分別為電隔離件30插入基底板10貫穿開口105中之剖面示意圖及頂部立體示意圖。該電隔離件30通常具有高彈性模數以及低熱膨脹係數(例如為2 x 10^-6 K^-1 至10 x 10^-6 K^-1 )，可例如為陶瓷、矽、玻璃或其他具導熱特性之電絕緣材料。在此實施例中，該電隔離件30為陶瓷塊，其厚度實質上相等於基底板10厚度加上垂直連接件20高度，且容置於基底板10的貫穿開口105中，其中基底板10的底側103會與電隔離件30的底面303呈實質上共平面。由於貫穿開口105的尺寸大於電隔離件30，故基底板10內側壁109與電隔離件30外圍邊緣間留有一位於貫穿開口105內之間隙107。該間隙107側向環繞電隔離件30，同時被基底板10側向包圍。於某些實例中，基底板10的內側壁109可作為定位件，以確保電隔離件30放置時的準確度。據此，可將電隔離件30精準地限制於預定位置處，且電隔離件30的外圍邊緣會靠近基底板10貫穿開口105的內側壁109。

圖9為形成模封材40之剖面示意圖。該模封材40可透過將模製材料塗佈於基底板10頂側101上、電隔離件30頂面301上、以及基底板10與電隔離件30間的間隙107內而形成，其中模製材料可藉由膠漿印刷(paste printing)、壓模成形(compressive molding)、轉注成形( transfer molding)、液態射出成形( liquid injection molding)、旋轉塗佈(spin coating)或其他適合方式塗佈而成。接著，進行熱處理(或熱硬化製程)，使模製材料硬化，以將模製材料轉化成固態模製化合物。據此，模封材40會從上方覆蓋基底板10、垂直連接件20及電隔離件30，並側向覆蓋、環繞且同形被覆基底板10內側壁109、垂直連接件20側壁及電隔離件30側壁。

模封材40通常包括黏結樹脂、填充材、硬化劑、稀釋劑及添加劑。本發明所使用之黏結樹脂並無特殊限制。例如，黏結樹脂可選自由環氧樹脂、酚樹脂、聚醯亞胺(polyimide)樹脂、聚胺酯(polyurethane)樹脂、矽氧樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸(acrylate)樹脂、雙馬來醯亞胺(bismaleimide, BMI)樹脂及其相等物所組群組中之至少一者。黏結樹脂可於附著材與填充材間提供緊密的黏結力。黏結樹脂亦可藉由填充材的鏈狀連接，以提供導熱度。此外，黏結樹脂亦可改善模封材40的物理及化學穩定性。

此外，本發明所使用之填充材並無特殊限制。例如，可使用導熱填充材，其選自由氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、碳化鎢、碳化硼、二氧化矽及其相等物所組成之群組。更具體地說，若有適當的填充材分散其中，則模封材40便可變成具有導熱性或者具有低熱膨脹係數(CTE)。舉例說明，氮化鋁(AlN)或碳化矽(SiC)具有相對高的導熱率、相對高的電阻及相對低的熱膨脹係數。據此，當模封材40中使用該類材料作為填充材時，則模封材40便可展現較佳的散熱效能、電絕緣效能，且其低CTE特性可避免電路或界面出現剝離或裂紋。導熱填充材的最大粒徑可為25 μm或小於25 μm。填充材的含量可於10至90重量百分比之範圍內。若導熱填充材的含量低於10重量百分比，則可能導致導熱度不足且黏度過低。低黏度表示，在塗佈或模製過程中，樹脂太過容易從工具流出，使得製程不易操作及控制。另一方面，若填充材的含量高於90重量百分比，則可能導致模製材料的接合強度下降，且黏度過高。高黏度的模製材料會因為塗佈或模製過程中，材料無法由工具流出，因而導致可操作性不佳。此外，模封材40可包括多於一種的填充材。例如，可使用聚四氟乙烯(PTFE)做為第二填充材，以進一步改善模封材40的電絕緣特性。總之，模封材40較佳係具有大於1.0 GPa的彈性模數及約5 x 10^-6 K^-1 至15 x 10^-6 K^-1 範圍內的線性熱膨脹係數。

圖10為移除模封材40上半部後之剖面示意圖。在此，可藉由平坦化製程，移除模封材40的上半部，以從上方顯露垂直連接件20及電隔離件30，其中平坦化製程可為抹磨/輪磨(lapping/grinding)製程或是化學機械研磨(CMP)製程。於平坦化後，模封材40的厚度為0.05 mm至1 mm(較佳為0.1至0.4 mm)範圍內，且模封材40的外表面401與垂直連接件20頂側201及電隔離件30頂面301呈實質上共平面。

圖11及12分別為藉由金屬圖案化沉積法製成路由電路50的剖面示意圖及頂部立體示意圖。首先，可藉由各種技術，如電鍍、無電電鍍、蒸鍍、濺鍍或其組合，對結構頂面進行金屬化，以形成單層或多層的導電層(通常為銅層)。該導電層可由Cu、Ni、Ti、Au、Ag、Al、其組合或其他合適的導電材料製成。一般而言，會於電鍍導電層至所需厚度前先於結構的最頂面形成晶種層，其中晶種層可由一擴散阻層及一電鍍載層(plating bus layer)所構成。該擴散阻層係用於抵消導電層(如銅)的氧化或侵蝕。於大多數的實例中，擴散阻層亦可做為下層材料的黏著加強層，並可藉由物理氣相沉積法(PVD)形成，例如，可濺鍍形成厚度約0.01 μm 至 0.1 μm的Ti或TiW層。然而，擴散阻層亦可由其他材料製成，如TaN或其他適用的材料，其厚度並不限於上述範圍。電鍍載層通常係由相同於導電層的材料製成，其厚度範圍約為0.1 μm至1 μm。舉例說明，若導電層為銅時，電鍍載層較佳為物理氣相沉積法或無電電鍍法所製成之銅薄膜。然而，電鍍載層亦可由其他適用的材料製成，如銀、金、鉻、鎳、鎢或其組合，其厚度並不限於上述範圍。

於沉積晶種層後，於晶種層上形成光阻層(圖未示)。該光阻層可藉由濕式製程(如旋塗製程)或乾式製程(如壓合乾膜)而形成。於形成光阻層後，再對光阻層進行圖案化，以形成開孔，隨後於開孔中填滿被覆金屬(如銅)，進而形成路由電路50。鍍上金屬後，再透過蝕刻製程，以移除顯露的晶種層，進而形成彼此電隔離的導線。於此圖中，路由電路50為圖案化金屬層，其側向延伸於模封材40外表面401及電隔離件30頂面301上，並接觸且電性耦接至垂直連接件20，同時熱性導通至電隔離件30。此外，也可選擇對結構底面進行金屬化，以形成底部被覆層60，其從下方接觸並完全覆蓋基底板10的底部金屬層15、電隔離件30及模封材40。

據此，如圖11及12所示，已完成的線路板100包括ㄧ基底板10、垂直連接件20、ㄧ電隔離件30、ㄧ模封材40、一路由電路50及ㄧ底部被覆層60。該電隔離件30係設置於基底板10之貫穿開口105中，且電隔離件30的厚度大於基底板10的厚度。垂直連接件20設置於基底板10的頂部線路層13上，並電性耦接至頂部線路層13。模封材40覆蓋並環繞垂直連接件20側壁及電隔離件30側壁，以於基底板10內側壁109與電隔離件30外圍邊緣間提供機械接合力。路由電路50側向延伸於模封材40外表面401及電隔離件30頂面301上，以提供水平路由，並電性耦接至提供垂直路由的垂直連接件20。因此，路由電路50可透過垂直連接件20，電性連接至基底板10的頂部線路層13。底部被覆層60為連續且未圖案化的金屬層，其設於基底板10及電隔離件30的下方，以提供面積大於電隔離件30的散熱面。

圖13及14分別為半導體元件71電性連接至圖11及12所示線路板100之半導體組體110的剖面示意圖及頂部立體示意圖。半導體元件71(繪示成晶片)係以覆晶方式接置於電隔離件30的頂面上，並藉由導電凸塊81電性耦接至路由電路50。

圖15為本發明第一實施例中另一態樣之線路板剖面示意圖。該線路板120類似於圖11所示結構，差異在於，其包含有金屬填孔23，以作為垂直連接件20。在此，可藉由於模封材40的盲孔41中沉積金屬，以形成接觸基底板10頂部線路層13的金屬填孔23。

圖16為本發明第一實施例中再一態樣之線路板剖面示意圖。該線路板130類似於圖11所示結構，差異在於，其包含有導電球25(如銅球)，以作為垂直連接件20。

圖17為本發明第一實施例中又一態樣之線路板剖面示意圖。該線路板140類似於圖11所示結構，差異在於，其包含有金屬填孔23及導電球25，以作為垂直連接件20。在此，可藉由於模封材40的盲孔41中沉積金屬，以形成接觸導電球25的金屬填孔23。

圖18為本發明第一實施例中另一態樣之線路板剖面示意圖。該線路板150類似於圖11所示結構，差異在於，其更包括嵌埋於模封材40中之被動元件73。該被動元件73電性耦接至基底板10之頂部線路層13，因而可藉由垂直連接件20電性連接至路由電路50。

[實施例2]

圖19-20為本發明第二實施例中具有頂部增層電路之線路板製作方法圖。

為了簡要說明之目的，上述實施例1中任何可作相同應用之敘述皆併於此，且無須再重複相同敘述。

圖19為圖11結構上更形成頂部介電層911及盲孔913之剖面示意圖，其中頂部介電層911係位於路由電路50、電隔離件30及模封材40上，而盲孔913則形成於頂部介電層911中。該頂部介電層911一般可藉由層壓或塗佈方法沉積而成，其接觸電隔離件30、模封材40及路由電路50，且由上方覆蓋並側向延伸於電隔離件30、模封材40及路由電路50上。頂部介電層911通常具有50微米的厚度，且可由環氧樹脂、玻璃環氧樹脂、聚醯亞胺、或其類似物所製成。於沉積頂部介電層911後，可藉由各種技術形成盲孔913，其包括雷射鑽孔、電漿蝕刻、及微影技術，且盲孔913通常具有50微米之直徑。可使用脈衝雷射提高雷射鑽孔效能。或者，可使用掃描雷射光束，並搭配金屬光罩。盲孔913係延伸穿過頂部介電層911，並對準路由電路50之選定部分。

參考圖20，藉由金屬沉積及金屬圖案化製程形成頂部導線915於頂部介電層911上。頂部導線915自路由電路50朝上延伸，並填滿盲孔913，以形成直接接觸路由電路50之金屬化盲孔917，同時側向延伸於頂部介電層911上。因此，頂部導線915可提供X及Y方向的水平信號路由以及穿過盲孔913的垂直路由，以作為路由電路50的電性連接。

頂部導線915可藉由各種技術沉積為單層或多層，如電鍍、無電電鍍、蒸鍍、濺鍍或其組合。舉例來說，首先藉由將該結構浸入活化劑溶液中，使頂部介電層911與無電鍍銅產生觸媒反應，接著以無電電鍍方式被覆一薄銅層作為晶種層，然後以電鍍方式將所需厚度之第二銅層形成於晶種層上。或者，於晶種層上沉積電鍍銅層前，該晶種層可藉由濺鍍方式形成如鈦/銅之晶種層薄膜。一旦達到所需之厚度，即可使用各種技術圖案化被覆層，以形成頂部導線915，如濕蝕刻、電化學蝕刻、雷射輔助蝕刻或其組合，並使用蝕刻光罩(圖未示)，以定義出頂部導線915。

據此，如圖20所示，已完成之線路板200包括ㄧ基底板10、垂直連接件20、ㄧ電隔離件30、ㄧ模封材40、一路由電路50、ㄧ底部被覆層60及ㄧ頂部增層電路91。於此圖中，該頂部增層電路91為多層增層電路，其包括一頂部介電層911及頂部導線915。據此，頂部線路層13、垂直接件20及頂部增層電路91之組合可對組裝於線路板200上之半導體元件提供路由/互連。

圖21為半導體組體210之剖面示意圖，其將半導體元件71電性連接至圖20之線路板200。半導體元件71(繪示成晶片)係對準電隔離件30，並以覆晶方式接置於頂部增層電路91上，以藉由導電凸塊81電性耦接至頂部導線915。由於頂部增層電路91可藉由作為散熱管之金屬化盲孔917與電隔離件30熱性導通，故半導體元件所產生的熱可傳導至電隔離件30後再散逸出。

[實施例3]

圖22為本發明第三實施例之線路板剖面示意圖，其路由電路係電性連接至基底板之底部線路層。

為了簡要說明之目的，上述實施例中任何可作相同應用之敘述皆併於此，且無須再重複相同敘述。

該線路板300類似與圖11所示結構，差異在於，該基底板10為多層電路板，且底部被覆層60為圖案化金屬層。於此圖中，該基底板10包括一核心層12、一頂部線路層13、一底部線路層16及金屬化貫孔18。該頂部線路層13與該底部線路層16分別側向延伸於核心層12之兩側上。頂部線路層13包括頂部接觸墊131，用以電性連接至垂直連接件20，而底部線路層16包括底部接觸墊161，用以下一級電性連接。該些金屬化貫孔18延伸穿過核心層12，以提供頂部接觸墊131與底部接觸墊161間之電性連接。因此，電隔離件30頂面及模封材40外表面上之路由電路50可藉由垂直連接件20、頂部線路層13及金屬化貫孔18，電性連接至基底板10之底部線路層16。於本實施例中，該基底板10不限於多層電路板，其亦可為共燒陶瓷(co-fired ceramic)、模封基板(molded interconnect substrate, 簡稱MIS)或增層基板。

圖23為本發明第三實施例中另一態樣之線路板剖面示意圖。該線路板310類似與圖22所示結構，差異在於，其更包括直接接觸路由電路50及底部線路層16之金屬化通孔55。該些金屬化通孔55延伸貫穿基底板10及模封材40，並提供路由電路55與基底板10底部線路層16間之電性連接。

圖24為半導體元件71及被動元件73電性連接至圖22所示線路板300之半導體組體320的剖面示意圖。半導體元件71係以覆晶方式接置於電隔離件30的頂面上，並藉由導電凸塊81電性耦接至路由電路50。被動元件73則接置於模封材40之頂側上，並電性耦接至路由電路50。

圖25為本發明第三實施例中另一態樣之半導體組體剖面示意圖。該半導體組體330類似於圖24所示結構，差異在於，其更包括額外半導體元件72及密封材89。該額外半導體元件72接置於半導體元件71上，並藉由接合線83，電性耦接至路由電路50。該密封材89則由上方覆蓋半導體元件71,72、被動元件73及接合線83。

圖26為本發明第三實施例中再一態樣之半導體組體剖面示意圖。該半導體組體340類似於圖24所示結構，差異在於，(i)路由電路50未側向延伸至電隔離件30上，(ii)半導體元件71接置於電隔離件30上，並藉由接合線83電性耦接至路由電路50，(iii)更提供一密封材89，以由上方覆蓋半導體元件71、被動元件73及接合線83。

圖27為本發明第三實施例中又一態樣之半導體組體剖面示意圖。該半導體組體350類似於圖26所示結構，差異在於，該路由電路50更側向延伸於電隔離件30上，以於電隔離件30與半導體元件71間提供一導熱墊51。於此圖中，該導熱墊51透過垂直連接件20電性連接至基底板10，以構成接地連接。

[實施例4]

圖28為本發明第四實施例之線路板剖面示意圖，其模封材中未嵌埋垂直連接件。

該線路板400類似與圖11所示結構，差異在於，基底板10頂側未設置頂部線路層，且未沉積形成垂直連接件於基底板10頂側。於本實施例中，基底板10之內側壁109可控制電隔離件30置放時的準確度。據此，可將電隔離件30精準地控制於預定位置處，且電隔離件30的外圍邊緣會靠近基底板10之貫穿開口105內側壁109。此外，基底板10亦可為單層結構，且可由複合材料製成，如FR-4(浸有環氧樹脂之織造玻璃纖維布，其具耐燃性)、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂(bismaleimide-triazine (BT) resin)、模封材、陶瓷、玻璃、塑料、金屬或其他材料。

[實施例5]

圖29為本發明第五實施例之線路板剖面示意圖，其具有頂部增層電路，以電性連接至基底板之底部線路層。

該線路板500類似與圖22所示結構，差異在於，其更包括一頂部增層電路91。於此圖中，該頂部增層電路91為多層增層電路，其包括一頂部介電層911及頂部導線915。該頂部介電層911接觸電隔離件30、模封材40及路由電路50，並由上方覆蓋且側向延伸於電隔離件30、模封材40及路由電路50上。頂部導線915側向延伸於頂部介電層911上，且包括位於頂部介電層911中之金屬化盲孔917。因此，該頂部增層電路91可藉由與路由電路50接觸之金屬化盲孔917，電性連接至路由電路50，並與電隔離件30熱性導通。

[實施例6]

圖30-31為本發明第六實施例中具有頂部增層電路及底部增層電路之線路板製作方法圖。

圖30為圖29結構上形成底部介電層931及盲孔933之剖面示意圖，其中底部介電層931位於底部被覆層60上，而盲孔933位於底部介電層931中。該底部介電層931接觸底部被覆層60，並由下方覆蓋並側向延伸於底部被覆層60上。該些盲孔933延伸穿過底部介電層931，並對準底部被覆層60之選定部位。

參考圖31，藉由金屬沉積及金屬圖案化製程形成底部導線935於底部介電層931上。底部導線935自底部被覆層60朝下延伸，並填滿盲孔933，以形成直接接觸底部被覆層60之金屬化盲孔937，同時側向延伸於底部介電層931上。於此階段中，底部增層電路93便形成於基底板10及電隔離件30之下方，且藉由金屬化盲孔937，電性耦接至基底板10之底部線路層16並熱性導通至電隔離件30。於此圖中，該底部增層電路93為多層增層電路，其包括底部介電層931及底部導線935。

據此，如圖31所示，已完成的線路板600包括一基底板10、垂直連接件20、一電隔離件30、一模封材40、一路由電路50、一底部被覆層60、一頂部增層電路91及一底部增層電路93。於本實施例中，基底板10、垂直連接件20及路由電路50之組合可於頂部增層電路91與底部增層電路93間提供電性連接，以使線路板600具有堆疊能力。此外，頂部增層電路91之金屬化盲孔917及底部增層電路97之金屬化盲孔937可作為散熱用的導熱管。

如上述實施態樣所示，本發明建構出一種獨特之線路板，其具有電隔離件及基底板，且可靠度佳。較佳為，該線路板主要包含有一電隔離件、一基底板、一模封材及一路由電路，其中(i)電隔離件插置於基底板之貫穿開口中，且電隔離件的厚度大於基底板的厚度；(ii)模封材覆蓋基底板頂側及電隔離件側壁，並填滿電隔離件外圍邊緣與貫穿開口內側壁間的間隙；(iii)路由電路沉積於模封材外表面上，並選擇性地更進一步側向延伸於電隔離件頂面上。

該線路板更可包括複數垂直連接件，其中(i)每一垂直連接件的頂側未被模封材覆蓋，而底側則接觸並電性耦接至基底板的頂部接觸墊，(ii)模封材覆蓋垂直連接件的側壁，(iii)路由電路接觸並電性耦接至垂直連接件的頂側。

電隔離件可提供接置晶片的平台，而該些選擇性的垂直連接件可提供垂直的信號傳導路徑，或者提供能量傳遞及返回之接地/電源面。更具體地說，該電隔離件可由導熱且電絕緣材料製成，且通常具有高彈性係數及低熱膨脹係數(例如，2 x 10^-6 K^-1 至10 x 10^-6 K^-1 )。因此，該電隔離件的熱膨脹係數可與接置其上的半導體元件相匹配，以對半導體元件提供CTE補償平台，且可大幅補償或降低CTE不匹配所導致之內部應力。此外，該電隔離件亦提供半導體元件之初步熱傳導路徑，俾使半導體元件所產生的熱可被傳導出去。

基底板可用於控制放置電隔離件時的準確度，或者/以及提供用於沉積垂直連接件之平台。更具體地說，該基底板可為金屬板或具有絕緣層之單層或多層結構，且基底板的內側壁可作為置放電隔離件時的定位件。基底板的內側壁可側向對準電隔離件的四側表面，以定義出與電隔離件形狀相同或相似之區域，避免電隔離件發生側向位移。因此，基底板的內側壁會靠近電隔離件的外圍邊緣，以控制電隔離件的置放精準度。並且/或者，基底板可用於提高線路版的佈線靈活度。舉例說明，基底板的頂側可設有頂部線路層，以提供額外路由，其可藉由嵌埋於模封材中的垂直連接件，與模封材上的路由電路電性連接。該路由電路之底側更可設有複數底部接觸墊，其電性耦接至頂部接觸墊。據此，該線路板可於頂側及底側處提供電性接點。於一較佳實施態樣中，該些底部接觸墊可由基底板底側處的底部線路層提供，並藉由基底板中的金屬化貫孔電性耦接至頂部線路層。

該模封材可藉由膠漿印刷(paste printing)、壓模成形(compressive molding)、轉注成形( transfer molding)、液態射出成形( liquid injection molding)、旋轉塗佈(spin coating)或其他合適方法形成，以與電隔離件及基底板接合。較佳為，該模封材具有大於1.0 GPa的彈性模數及範圍約為5 x 10^-6 K^-1 至15 x 10^-6 K^-1 的線性熱膨脹係數，且接觸基底板處的模封材厚度範圍為0.05至1 mm。再者，為具有足夠的導熱度及適當的黏度，該模封材可包括10至90重量百分比之導熱填充材。例如，導熱填充材可由氮化鋁(AlN)、氧化鋁、碳化矽(SiC)、碳化鎢、碳化硼、二氧化矽或其類似物製成，且較佳具有相對高導熱度、相對高電阻率及相對低熱膨脹係數。據此，該模封材可展現較佳的散熱效能、電絕緣效能，且其低CTE特性可避免路由電路或界面出現剝離或裂紋。此外，導熱填充材的最大粒徑可為25 μm或小於25 μm。

模封材外表面上的路由電路可進一步延伸至電隔離件頂面上。因此，路由電路可於電隔離件上提供電性接點，以供半導體元件覆晶接置於電隔離件上，或者路由電路可於電隔離件上提供導熱墊，以供半導體元件面朝上地接置於上。該路由電路可藉由微影製程金屬沉積而成。較佳為，該路由電路係藉由濺鍍接著進行電鍍製程而形成。

於提供模封材之前或之後，可形成電性連接至基底板之垂直連接件。垂直連接件之舉例包括，但不限於，金屬柱、導電球、接合線、金屬填孔或其組合。更具體地說，該些垂直連接件的頂側可接觸路由電路，而底側則接觸基底板的頂部接觸墊，進而於路由電路與基底板間提供電性連接。例如，垂直連接件可接觸並電性耦接至基底板中頂部線路層的選定部位。據此，包含頂部線路及底部線路層之雙層路由可提高線路板的佈線靈活度。

為進一步佈線，該線路板更可包括一頂部增層電路或/及一底部增層電路，其中頂部增層電路位於路由電路上，而底部增層電路則位於電隔離件底面及基底板底側的下方。該頂部增層電路可覆蓋電隔離件頂面及模封材外表面，並電性耦接至路由電路，同時熱性導通至電隔離件。該底部增層電路可覆蓋電隔離件底面及基底板底側，並電性耦接至基底板的底部接觸墊，同時熱性導通至電隔離件。較佳為，頂部增層電路及底部增層電路為不具核心層之多層增層電路，其分別包括至少一介電層及導線，且導線填滿介電層中的盲孔，並側向延伸於介電層上。介電層與導線可連續交替輪流形成，且需要的話可重複形成。據此，頂部增層電路及底部增層電路可藉由金屬化盲孔，熱性導通至電隔離件，並分別電性耦接至路由電路及基底板。此外，頂部增層電路及底部增層電路的最外層導線分別可接置導電接點，例如焊球或接合線，以與組體、電子元件或其他構件電性傳輸及機械性連接。

本發明亦提供一種半導體組體，其係將一半導體元件(如晶片)接置於上述線路板之電隔離件頂面上，並電性耦接至路由電路。更具體地說，可藉由各種連接媒介，將半導體元件電性連接至線路板，其中連接媒介可包括設置於線路板路由電路上之導電凸塊(如金凸塊或焊料凸塊)，或者接至線路板路由電路之接合線。當線路板包含有頂部增層電路時，可將半導體元件設置於頂部增層電路上，同時使半導體元件對準電隔離件並電性耦接至頂部增層電路。

該組體可為第一級或第二級單晶或多晶裝置。例如，該組體可為包含單一晶片或多枚晶片之第一級封裝體。或者，該組體可為包含單一封裝體或多個封裝體之第二級模組，其中每一封裝體可包含單一或多枚晶片。該半導體元件可為封裝晶片或未封裝晶片。此外，該半導體元件可為裸晶片，或是晶圓級封裝晶粒等。

「覆蓋」一詞意指於垂直及/或側面方向上不完全以及完全覆蓋。例如，底部增層電路可於下方覆蓋電隔離件、模封材及基底板，不論另一元件(如底部被覆層)是否位於底部增層電路與電隔離件之間、底部增層電路與模封材之間、以及底部增層電路與基底板之間。

「接置於」及「接至」一語意包含與單一或多個元件間之接觸與非接觸。例如，半導體元件可接置於電隔離件上，不論此半導體元件是否與該電隔離件以路由電路及導電凸塊相隔。

「對準」一詞意指元件間之相對位置，不論元件之間是否彼此保持距離或鄰接，或一元件插入且延伸進入另一元件中。例如，當假想之水平線與基底板內側壁及電隔離件外圍邊緣相交時，基底板內側壁即側向對準於電隔離件外圍邊緣，不論基底板內側壁與電隔離件外圍邊緣之間是否具有其他與假想之水平線相交之元件，且不論是否具有另一與電隔離件外圍邊緣相交但不與基底板內側壁相交、或與基底板內側壁相交但不與電隔離件外圍邊緣相交之假想水平線。同樣地，於一較佳實施態樣中，頂部增層電路及底部增層電路之部分金屬化盲孔係對準於電隔離件。

「靠近」一詞意指元件間之間隙的寬度不超過最大可接受範圍。如本領域習知通識，當電隔離件外圍邊緣以及基底板內側壁間之間隙不夠窄時，則無法準確地將電隔離件限制於預定位置。可依電隔離件設置於預定位置時所希望達到的準確程度，來決定電隔離件外圍邊緣與基底板內側壁間之間隙最大可接受限值。因此，「電隔離件外圍邊緣靠近貫穿開口內側壁」及「基底板內側壁靠近電隔離件外圍邊緣」之敘述係指電隔離件外圍邊緣與貫穿開口內側壁間之間隙係窄到足以防止電隔離件之位置誤差超過可接受之最大誤差限值。舉例來說，電隔離件外圍邊緣與貫穿開口內側壁間之間隙可約於25微米至100微米之範圍內。

「電性連接」以及「電性耦接」之詞意指直接或間接電性連接。例如，該半導體元件可藉由頂部增層電路，電性連接至路由電路，但半導體元件並未接觸路由電路。

本發明之線路板具有許多優點。舉例來說，該電隔離件可提供補償CTE之平台，用以接置半導體元件，並同時提供一散熱途徑，以將半導體元件所產生的熱散逸出。該模封材可提供機械支撐，並可作為路由電路與基底板之間以及電隔離件與選擇性垂直連接件之間的分隔件。路由電路可提供線路板的水平電性路由，而選擇性的垂直連接件可提供垂直電性路由，以電性連接模封材上之路由電路及基底板中的另一水平電性路由。藉由此方法製備成的線路板為可靠度高、價格低廉、且非常適合大量製造生產。

本發明之製作方法具有高度適用性，且係以獨特、進步之方式結合運用各種成熟之電性及機械性連接技術。此外，本發明之製作方法不需昂貴工具即可實施。因此，相較於傳統技術，此製作方法可大幅提升產量、良率、效能與成本效益。

在此所述之實施例係為例示之用，其中該些實施例可能會簡化或省略本技術領域已熟知之元件或步驟，以免模糊本發明之特點。同樣地，為使圖式清晰，圖式亦可能省略重覆或非必要之元件及元件符號。

100、200、300、400、500、600‧‧‧線路板

110、120、130、140、150、210、310、320、330、340、350‧‧‧半導體組體

10‧‧‧基底板

101 、201‧‧‧頂側

103‧‧‧底側

105‧‧‧貫穿開口

107‧‧‧間隙

109‧‧‧內側壁

12‧‧‧核心層

13‧‧‧頂部線路層

131‧‧‧頂部接觸墊

15‧‧‧底部金屬層

16‧‧‧底部線路層

161‧‧‧底部接觸墊

17‧‧‧絕緣層

18‧‧‧金屬化貫孔

20‧‧‧垂直連接件

21‧‧‧金屬柱

23‧‧‧金屬填孔

25‧‧‧導電球

30‧‧‧電隔離件

301‧‧‧頂面

303‧‧‧底面

40‧‧‧模封材

401‧‧‧外表面

41、913、933‧‧‧盲孔

50‧‧‧路由電路

51‧‧‧導熱墊

55‧‧‧金屬化通孔

60‧‧‧底部被覆層

71、72‧‧‧半導體元件

73‧‧‧被動元件

81‧‧‧導電凸塊

83‧‧‧接合線

89‧‧‧密封材

91‧‧‧頂部增層電路

911‧‧‧頂部介電層

915‧‧‧頂部導線

917、937‧‧‧金屬化盲孔

93‧‧‧底部增層電路

931‧‧‧底部介電層

935‧‧‧底部導線

參考隨附圖式，本發明可藉由下述較佳實施例之詳細敘述更加清楚明瞭，其中：圖1及2分別為本發明第一實施例中，基底板之剖面示意圖及頂部立體示意圖；圖3及4分別為本發明第一實施例中，於圖1及2結構中提供垂直連接件之剖面示意圖及頂部立體示意圖；圖5及6分別為本發明第一實施例中，於圖3及4結構形成貫穿開口之剖面示意圖及頂部立體示意圖；圖7及8分別為本發明第一實施例中，於圖5及6結構中提供電隔離件之剖面示意圖及頂部立體示意圖；圖9為本發明第一實施例中，於圖7結構中提供模封材之剖面示意圖；圖10為本發明第一實施例中，將圖9結構中的模封材上半部移除之剖面示意圖；圖11及12分別為本發明第一實施例中，於圖10結構中提供路由電路及底部被覆層以完成線路板製作之剖面示意圖及頂部立體示意圖；圖13及14分別為本發明第一實施例中，於圖11及12結構中提供半導體元件之剖面示意圖及頂部立體示意圖；圖15為本發明第一實施例中，另一態樣之線路板剖面示意圖；圖16為本發明第一實施例中，再一態樣之線路板剖面示意圖；圖17為本發明第一實施例中，又一態樣之線路板剖面示意圖；圖18為本發明第一實施例中，另一態樣之線路板剖面示意圖；圖19為本發明第二實施例中，於圖11結構中提供頂部介電層之剖面示意圖；圖20為本發明第二實施例中，於圖19結構中提供頂部導線以完成線路板製作之剖面示意圖；圖21為本發明第二實施例中，於圖20結構中提供半導體元件之剖面示意圖；圖22為本發明第三實施例中，線路板之剖面示意圖；圖23為本發明第三實施例中，另一態樣之線路板剖面示意圖；圖24為本發明第三實施例中，於圖22結構中提供半導體元件及被動元件之剖面示意圖；圖25為本發明第三實施例中，於圖22結構中提供半導體元件、被動及密封材之剖面示意圖；圖26為本發明第三實施例中，於另一態樣之線路板中提供半導體元件、被動及密封材之剖面示意圖；圖27為本發明第三實施例中，於再一態樣之線路板中提供半導體元件、被動及密封材之剖面示意圖；圖28為本發明第四實施例中，另一線路板之剖面示意圖；圖29為本發明第五實施例中，又一線路板之剖面示意圖；圖30為本發明第六實施例中，於圖29結構中提供底部介電層之剖面示意圖；圖31為本發明第六實施例中，於圖30結構中提供底部導線以完成線路板製作之剖面示意圖。

Claims

一種線路板，其包括：一基底板，其包含一頂側、一底側、位於該頂側處之複數頂部接觸墊、及一貫穿開口，其中該貫穿開口的內側壁從該頂側延伸至該底側；一電隔離件，其設置於該基底板之該貫穿開口中，其中該電隔離件之底面與該基底板之該底側呈實質上共平面，且該電隔離件之厚度大於該基底板之厚度；一模封材，其覆蓋該基底板之該頂側，並延伸進入該電隔離件之外圍邊緣與該貫穿開口之該些內側壁間的一間隙，其中該模封材之外表面與該電隔離件之頂面呈實質上共平面；一路由電路，其設置於該模封材之該外表面上；以及複數垂直連接件，其設置於該基底板之該頂側上，且嵌埋於該模封材中，並電性耦接至該路由電路及該基底板之該些頂部接觸墊，其中該些垂直連接件之頂側與該電隔離件之該頂面呈實質上共平面。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，其中，該路由電路更側向延伸於該電隔離件之該頂面上。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，其中，該些頂部接觸墊為一頂部線路層之選定部位，而該頂部線路層位於該基底板之該頂側處。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，其中，該基底板更包含位於該底側處之複數底部接觸墊，其藉由該基底板中之金屬化貫孔，電性耦接至該些頂部接觸墊。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，其更包括一底部被覆層，其位於該電隔離件之該底面處，並與該基底板之該底側熱性導通。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，其中，該電隔離件為具導熱性之電絕緣陶瓷塊。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，其中，該些垂直連接件係由金屬製成，該金屬選自由Cu、Ti、Ni、Au、Ag、Sn及Sn合金所組成之群組，且該Sn合金含有Ag、Cu、Bi或其組合。
如申請專利範圍第1項所述之線路板，更包括一頂部增層電路，其設置於該路由電路上，並電性耦接至該路由電路，且熱性導通至該電隔離件。
如申請專利範圍第4項所述之線路板，更包括一底部增層電路，其設置於該電隔離件之該底面及該基底板之該底側的下方，並電性耦接至該基底板之該些底部接觸墊，且熱性導通至該電隔離件。
一種半導體組體，包括：如申請專利範圍第1項所述之該線路板；以及一半導體元件，其設置於該電隔離件之該頂面上，且電性耦接至該路由電路。
如申請專利範圍第10項所述之半導體組體，其中，該半導體元件藉由接合線，電性耦接至該路由電路。
如申請專利範圍第10項所述之半導體組體，其中，該路由電路更側向延伸於該電隔離件之該頂面上，且該半導體元件藉由導電凸塊，電性耦接至該路由電路。
如申請專利範圍第10項所述之半導體組體，其中，該基底板更包含位於該底側之複數底部接觸墊，其電性耦接至該頂部接觸墊。
如申請專利範圍第10項所述之半導體組體，其中，該線路板更包括一頂部增層電路，其設置於該路由電路上，並電性耦接至該路由電路，且熱性導通至該電隔離件，而該半導體元件設置於該頂部增層電路上，並藉由該頂部增層電路，電性耦接至該路由電路。
如申請專利範圍第13項所述之半導體組體，其中，該線路板更包括一底部增層電路，其設置於該電隔離件之該底面及該基底板之該底側的下方，並電性耦接至該基底板之該些底部接觸墊，且熱性導通至該電隔離件。
一種設有電隔離件之線路板製作方法，其包括下述步驟：提供一基底板，其包含一頂側、一底側、位於該頂側處之複數頂部接觸墊、及一貫穿開口，其中該貫穿開口的內側壁從該頂側延伸至該底側；形成複數垂直連接件於該基底板之該頂側上，其中該些垂直連接件電性耦接至該基底板之該些頂部接觸墊；將一電隔離件插入該基底板之該貫穿開口，且該電隔離件之外圍邊緣靠近該貫穿開口之該些內側壁，而該電隔離件之底面與該基底板之該底側呈實質上共平面，其中該電隔離件之厚度大於該基底板之厚度；提供一模封材於該基底板之該頂側上，且該模封材延伸進入該電隔離件之該些外圍邊緣與該貫穿開口之該些內側壁間的一間隙，其中該模封材之外表面與該電隔離件之頂面呈實質上共平面；以及形成一路由電路於該模封材之該外表面上，其中該路由電路電性耦接該些垂直連接件，且該些垂直連接件之頂側與該電隔離件之該頂面呈實質上共平面。
如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中，該路由電路更側向延伸於該電隔離件之該頂面上。
如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中，該基底板更包含位於該底側處之複數底部接觸墊，其電性耦接至該些頂部接觸墊。
如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中，形成該路由電路於該模封材上之該步驟包括一濺鍍製程。
如申請專利範圍第16項所述之製作方法，更包括一步驟：形成一頂部增層電路於該路由電路上，其中該頂部增層電路電性耦接至該路由電路，並熱性導通至該電隔離件。
如申請專利範圍第18項所述之製作方法，更包括一步驟：形成一底部增層電路於該電隔離件之該底面及該基底板之該底側的下方，其中該底部增層電路電性耦接至該基底板之該些底部接觸墊，且熱性導通至該電隔離件。