TWI720497B - 導熱線路板及其半導體組體 - Google Patents

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TWI720497B
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文強 林
王家忠
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鈺橋半導體股份有限公司
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Abstract

本發明之線路板主要包括一散熱塊、一核心基板及一修飾接合基質。該修飾接合基質可提供散熱塊與核心基板之間的機械接合，其中核心基板設於散熱塊外圍側壁之周圍。該修飾接合基質含有低CTE調節件，其配置於樹脂黏著劑中，以減緩樹脂的內部膨脹及收縮現象，因而大幅降低樹脂龜裂的風險。

Description

導熱線路板及其半導體組體
本發明是關於一種線路板及其半導體組體，尤指一種導熱線路板及其半導體組體。
高效能微處理器及ASIC需要高效能線路板，以信號互連。然而，隨著功率增加，半導體晶片所產生的大量熱會使元件效能劣化，並對晶片造成熱應力。Wang等人之美國專利案號8,859,908、Sun之美國專利案號8,415,780、Wang等人之美國專利案號9,185,791及Lee之美國專利案號9,706,639揭露各種封裝板，其將散熱塊設置於基板之穿口中，以使半導體晶片所產生的熱可直接透過下方的散熱塊散出。如圖1所示，該散熱塊12係接合至周圍的基板14，其通常是經由兩者間的黏著劑17相互接合。然而，由於樹脂黏著劑侷限於極窄空間並處於嚴苛操作條件下時容易龜裂，故此類線路板於實際使用時並不可靠。
有鑑於最近線路板之各種發展階段及限制，目前亟需根本改善線路板之熱-機械性質。
本發明之目的係提供一種線路板，其樹脂黏著劑中配置有調節件，以形成具有足夠寬度之修飾接合基質，用以將散熱塊貼附至周圍的核心基板，並有效釋放熱-機械引起的應力。藉由將修飾接合基質的熱膨脹係數(CTE)調整至低於40ppm/℃，可有效減緩熱循環期間位於侷限空間內之修飾接合基質的內部應力，進而大幅降低線路板失敗風險。
依據上述及其他目的，本發明提供一種線路板，其包括：一核心基板，其具有位於其頂面處之一頂部電路層、位於其底面處之一底部電路層、以及自該頂面延伸至該底面之一穿口；一散熱塊，其設於該核心基板之該穿口中；一樹脂黏著劑，其具有第一熱膨脹係數，並填充於該散熱塊之外圍側壁與該穿口之內側壁之間的一間隙；以及複數調節件，其具有低於該第一膨脹係數之第二熱膨脹係數，並配置於該樹脂黏著劑中，以形成於該間隙中具有大於10微米寬度之一修飾接合基質，其中該修飾接合基質之熱膨脹係數低於40ppm/℃。
於另一態樣中，該修飾接合基質可延伸至該間隙外，並進一步覆蓋核心基板頂面、該核心基板底面及該散熱塊底側，且該線路板更包括一頂部路由線及一底部路由線，其中(i)該修飾接合基質具有側向環繞一凹穴之內側壁，且該散熱塊頂側自該凹穴顯露，(ii)該頂部路由線設置於該修飾接合基質上方，並電性耦接至該核心基板之該頂部電路層，且(iii)該底部路由線設置於該修飾接合基質下方，並電性耦接至該核心基板之底部電路層，且熱性導通至散熱塊底側。
於再一態樣中，該線路板更包括一頂部防裂結構、一頂部路由線、一底部防裂結構及一底部路由線，其中(i)該頂部防裂結構覆蓋核心基板頂面，並具有側向環繞一凹穴之內側壁，且該散熱塊頂側自該凹穴顯露，(ii)該頂部路由線設置於該頂部防裂結構上方，並電性耦接至該核心基板之該頂部電路層，(iii)該底部防裂結構覆蓋核心基板底面、散熱塊底側及修飾接合基質底面，且(iv)該底部路由線設置於該底部防裂結構下方，並電性耦接至該核心基板之底部電路層，且熱性導通至散熱塊底側。
此外，本發明亦提供一種半導體組體，其包括一半導體元件電性耦接至上述線路板，並設於被修飾接合基質或/及頂部防裂結構側向環繞之凹穴中，且接置於散熱塊上。
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。
100、110、120、200、210、300、310、320、400、410、420、500、510、600、610、700、710、730‧‧‧線路板
430、520、620、720、740‧‧‧半導體組體
12、30‧‧‧散熱塊
14‧‧‧基板
17‧‧‧黏著劑
20‧‧‧核心基板
201‧‧‧穿口
21‧‧‧絕緣核心
23‧‧‧頂部電路層
25‧‧‧底部電路層
27‧‧‧金屬化通孔
31‧‧‧電隔離件
32‧‧‧頂部金屬區
33‧‧‧頂部金屬層
34‧‧‧底部金屬區
35‧‧‧底部金屬層
36‧‧‧導熱電絕緣膜
37‧‧‧金屬化貫孔
40‧‧‧修飾接合基質
401、601‧‧‧凹穴
41‧‧‧樹脂黏著劑
43‧‧‧調節件
51‧‧‧頂部披覆層
61‧‧‧頂部防裂結構
611‧‧‧頂部連續交錯纖維片
613‧‧‧頂部接合樹脂
63‧‧‧底部防裂結構
631‧‧‧底部連續交錯纖維片
633‧‧‧底部接合樹脂
71、75‧‧‧頂部路由線
714、754‧‧‧頂部金屬盲孔
73、77‧‧‧底部路由線
734、774‧‧‧底部金屬盲孔
81‧‧‧半導體元件
91‧‧‧凸塊
93‧‧‧接合線
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為習知線路板之剖視圖；圖2及3分別為本發明第一實施例中，核心基板之剖視圖及頂部立體示意圖；圖4及5分別為本發明第一實施例中，圖2及3結構中提供散熱塊之剖視圖及頂部立體示意圖； 圖6及7分別為本發明第一實施例中，圖4及5結構上形成修飾接合基質以完成線路板製作之剖視圖及頂部立體示意圖；圖8為本發明第一實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖9及10分別為本發明第一實施例中，再一態樣之線路板剖視圖及頂部立體示意圖；圖11為本發明第二實施例中，線路板之剖視圖；圖12為本發明第二實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖13為本發明第三實施例中，線路板之剖視圖；圖14為本發明第三實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖15為本發明第三實施例中，再一態樣之線路板剖視圖；圖16為本發明第三實施例中，半導體元件電性連接至圖15線路板之半導體組體剖視圖；圖17為本發明第四實施例中，線路板之剖視圖；圖18為本發明第四實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖19為本發明第四實施例中，再一態樣之線路板剖視圖；圖20為本發明第四實施例中，半導體元件電性連接至圖19線路板之半導體組體剖視圖；圖21為本發明第五實施例中，線路板之剖視圖；圖22為本發明第五實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖23為本發明第五實施例中，半導體元件電性連接至圖22線路板之半導體組體剖視圖；圖24為本發明第六實施例中，線路板之剖視圖； 圖25為本發明第六實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖26為本發明第六實施例中，半導體元件電性連接至圖25線路板之半導體組體剖視圖；圖27為本發明第七實施例中，線路板之剖視圖；圖28為本發明第七實施例中，另一態樣之線路板剖視圖；圖29為本發明第七實施例中，半導體元件電性連接至圖28線路板之半導體組體剖視圖；圖30為本發明第七實施例中，再一態樣之線路板剖視圖；以及圖31為本發明第七實施例中，半導體元件電性連接至圖30線路板之半導體組體剖視圖。
在下文中，將提供一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2-7為本發明第一實施例中，一種線路板之製作方法圖，該線路板包括一核心基板、一散熱塊及一第一修飾接合基質。
圖2及3分別為核心基板20之剖視圖及頂部立體示意圖。核心基板20具有自其頂面延伸至底面之穿口201。該穿口201可藉由各種技術來形成，如沖孔(punching)、鑽孔或雷射切割。於此圖中，該核心基板20包括一絕緣核心21、一頂部電路層23、一底部電路層25及金屬化通孔27。該頂部電路層23及該底部電路層25通常為圖案化銅層，其分別於絕緣核心21之頂面及底面。金屬化通孔27延伸通過絕緣核心21，以提供頂部電路層23與底部電路層25之間的電性連接。
圖4及圖5分別為散熱塊30插入核心基板20穿口201中之剖視圖及頂部立體示意圖。該散熱塊30之厚度實質上相等於核心基板20厚度，且散熱塊30與核心基板20之穿口201內側壁保持距離。於此圖中，散熱塊30包括一電隔離件31、一頂部金屬層33、一底部金屬層35及金屬化貫孔37。該頂部金屬層33及該底部金屬層35通常為圖案化銅層，其分別於電隔離件31之頂側及底側。金屬化貫孔37延伸貫穿電隔離件31，以提供頂部金屬層33與底部金屬層35之間的電性連接。為達散熱作用，該電隔離件31通常是由導熱材料所製成。較佳為，該散熱塊30之熱導率高於10W/mk。此外，為了覆晶應用，該散熱塊30之熱膨脹係數(CTE)可低於10ppm/℃(如2 x 10-6 K-1至10 x 10-6 K-1)，以減緩覆晶晶片(圖未示)與散熱塊30間CTE不匹配所導致的焊料裂損瑕疵問題。
圖6及圖7分別為形成修飾接合基質40之剖視圖及頂部立體示意圖，其形成於散熱塊30外圍側壁與穿口201內側壁之間的間隙中。該修飾接合基質40包括一樹脂黏著劑41及配置於樹脂黏著劑41中之複數調節件43，並側向覆蓋、環繞且同形被覆核心基板20內側壁與散熱塊30 外圍側壁。樹脂黏著劑41之熱膨脹係數通常大於核心基板20及散熱塊30之熱膨脹係數，且樹脂黏著劑41填充核心基板20與散熱塊30之間的間隙。為了有效降低樹脂裂損之風險，調節件43之熱膨脹係數(CTE)低於樹脂黏著劑41的熱膨脹係數。較佳為，調節件43的CTE比樹脂黏著劑41低至少10ppm/℃，以展現顯著效果。於本實施例中，以間隙之總體積為基準，修飾接合基質40含有至少30%(體積百分比)之調節件43。因此，於熱循環期間，修飾接合基質40之內部膨脹及收縮現象可獲減緩，以防止裂損。此外，為有效釋放熱-機械性引起的應力，該修飾接合基質40較佳是具有大於10微米之足夠寬度(更佳為25微米或更多)於間隙中，以吸收應力。
據此，已完成之線路板100包括核心基板20、散熱塊30及修飾接合基質40。該散熱塊30可對組接於上的晶片提供有效的散熱途徑，因而提高組體的熱效能。該核心基板20係藉由修飾接合基質40，接合於散熱塊30外圍側壁的周圍，且於其兩相反側上提供電性接點並提供垂直連接通道。該修飾接合基質40於核心基板20與散熱塊30之間提供穩固的機械接合力，且其包括低CTE調節件43於樹脂黏著劑41中，以降低嚴重的內部膨脹及收縮現象而導致的裂損風險。
圖8為本發明第一實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板110類似於圖6所示結構，不同處在於，該散熱塊30係由金屬所製成。
圖9及圖10分別為本發明第一實施例中再一態樣之線路板剖視圖及頂部立體示意圖。該線路板120類似於圖6及7所示結構，不同處在於，(i)其更包括頂部披覆層51，用以提供散熱塊30之頂部金屬層33 與核心基板20之頂部電路層23間的電性連接，(ii)該散熱塊30之底部金屬層35為未圖案化金屬層，且散熱塊30中不具有金屬化貫孔，(iii)核心基板20之厚度小於散熱塊30厚度，以及(iv)該修飾接合基質40延伸至間隙外，並進一步覆蓋核心基板20之底面。該頂部披覆層51側向延伸於間隙中之修飾接合基質40上，並進一步側向延伸至核心基板20之頂面及散熱塊30之頂側，以電性耦接至頂部金屬層33及頂部電路層23。
[實施例2]
圖11為本發明第二實施例之線路板剖視圖。
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。
該線路板200類似於圖6所示結構，不同處在於，(i)該核心基板20之厚度小於散熱塊30之厚度，(ii)該修飾接合基質40延伸至間隙外，並進一步覆蓋核心基板20之頂面，以及(iii)該線路板200更包括一頂部路由線71，其由上方透過金屬沉積及金屬圖案化製程而形成於修飾接合基質40上。該頂部路由線71為圖案化金屬層，且通常由銅製成。該頂部路由線71側向延伸於修飾接合基質40上，並透過修飾接合基質40中之頂部金屬盲孔714，接觸核心基板20之頂部電路層23。因此，該頂部路由線71透過貫穿修飾接合基質40之頂部金屬盲孔714，電性連接至核心基板20之頂部電路層23。
圖12為本發明第二實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板210類似於圖11所示結構，不同處在於，(i)該散熱塊30包括一頂部金屬區32、一底部金屬區34及一導熱電絕緣膜36於頂部金屬區32與 底部金屬區34之間，(ii)該修飾接合基質40更覆蓋核心基板20底面，以及(iii)該線路板210可視情況更包括一底部路由線73，其由下方透過金屬沉積及金屬圖案化製程形成於修飾接合基質40下方。該底部路由線73為圖案化金屬層，且通常由銅製成。該底部路由線73側向延伸於修飾接合基質40下方，並透過修飾接合基質40中之底部金屬盲孔734，接觸核心基板20之底部電路層25。因此，該底部路由線73透過貫穿修飾接合基質40之底部金屬盲孔734，電性連接至核心基板20之底部電路層25。此外，於此圖中，該頂部路由線71具有側向延伸於頂部金屬區32上方之一選定部位，而該底部路由線73則具有側向延伸於底部金屬區34下方之一選定部位。
[實施例3]
圖13為本發明第三實施例之線路板剖視圖。
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類似於圖6所示結構，不同處在於，該修飾接合基質40延伸至間隙外，並進一步覆蓋核心基板20之頂面及散熱塊30之頂側，且該線路板300更包括一頂部路由線71，其由上方形成於修飾接合基質40上。該頂部路由線71側向延伸於核心基板20及散熱塊30上方，並透過修飾接合基質40中之頂部金屬盲孔714，接觸核心基板20之頂部電路層23及散熱塊30之頂部金屬層33。因此，該頂部路由線71透過頂部金屬盲孔714，熱性導通至散熱塊30，並電性連接至核心基板20之頂部電路層23及散熱塊30之頂部金屬層33。
圖14為本發明第三實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板310類似於圖13所示結構，不同處在於，該修飾接合基質40更覆蓋核心基板20底面及散熱塊30底側，且該線路板310更包括一底部路由線73，其由下方形成於修飾接合基質40下方。該底部路由線73側向延伸於核心基板20與散熱塊30下方，並透過修飾接合基質40中之底部金屬盲孔734，接觸核心基板20之底部電路層25及散熱塊30之底部金屬層35。因此，該頂部路由線71透過核心基板20及散熱塊30，熱性導通並電性連接至底部路由線73。
圖15分別為本發明第三實施例中再一態樣之線路板剖視圖。該線路板320類似於圖14所示結構，不同處在於，該散熱塊30頂側自上方顯露。於此圖中，該修飾接合基質40之一選定部位被移除，以形成對準於散熱塊30之凹穴401。因此，該修飾接合基質40具有側向環繞凹穴401之內側壁，且散熱塊30頂面由該凹穴401顯露，用於元件連接。於此態樣中，該散熱塊30較佳是具有大於200GPa的彈性模數，使得散熱塊30的高剛性(stiffness)可協助維持線路板320之平坦度。
圖16為半導體組體330之剖視圖，其將半導體元件81電性連接至圖15之線路板320。半導體元件81(繪示成裸晶片)係面朝下地設置於凹穴401中，並透過凸塊91接置於散熱塊30之頂部金屬層33上。因此，半導體元件81係藉由凸塊91電性連接至線路板320，且半導體元件81所產生的熱可透過散熱塊30及底部路由線73傳導散逸出。
[實施例4]
圖17為本發明第四實施例之線路板剖視圖。
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400類似於圖6所示結構，不同處在於，其更包括由上方交替形成之一頂部防裂結構61及一頂部路由線71。該頂部防裂結構61覆蓋核心基板20頂面、散熱塊30頂側及修飾接合基質40頂面，以由上方提供保護。該頂部路由線71自核心基板20之頂部電路層23及散熱塊30之頂部金屬層33朝上延伸，其延伸貫穿頂部防裂結構61，以形成直接接觸頂部電路層23及頂部金屬層33之頂部金屬盲孔714，同時側向延伸於頂部防裂結構61上。於本實施例中，該頂部防裂結構61包括一頂部連續交錯纖維片611，其從上方覆蓋核心基板20與修飾接合基質40之間以及散熱塊30與修飾接合基質40之間的界面，並進一步側向延伸於核心基板20頂面、散熱塊30頂側及修飾接合基質40頂面上，且覆蓋核心基板20頂面、散熱塊30頂側及修飾接合基質40頂面。此連續交錯纖維可為碳纖維、碳化矽纖維、玻璃纖維、尼龍纖維、聚酯纖維或聚醯胺纖維。經由此纖維交錯構型，該頂部防裂結構61可避免修飾接合基質40內形成裂痕而導致剝離現象，且亦可作為止裂件，以防止不良裂痕延伸至頂部路由線71。因此，可確保頂部路由線71的可靠度，其中該頂部路由線71係經由頂部防裂結構61而與修飾接合基質40相隔。於此圖中，該頂部防裂結構61更包括一頂部接合樹脂613，且該頂部連續交錯纖維片611摻混於頂部接合樹脂613中。據此，該頂部路由線71係貼附至頂部接合樹脂613，並透過貫穿頂部防裂結構61之頂部金屬盲孔714，熱性導通至散熱塊30，並電性連接至頂部電路層23及頂部金屬層33。
圖18為本發明第四實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線 路板410類似於圖17所示結構，不同處在於，其更包括由下方交替形成之一底部防裂結構63及一底部路由線73。該底部防裂結構63覆蓋核心基板20底面、散熱塊30底側及修飾接合基質40底面，以由下方提供保護。該底部路由線73側向延伸於底部防裂結構63下方，並透過底部金屬盲孔734，熱性導通至散熱塊30之底部金屬層33，且電性連接至核心基板20之底部電路層23。如同頂部防裂結構61，該底部防裂結構63可包括一底部連續交錯纖維片631，其從下方覆蓋核心基板20與修飾接合基質40之間以及散熱塊30與修飾接合基質40之間的界面，並進一步側向延伸於核心基板20底面、散熱塊30底側及修飾接合基質40底面下方，且覆蓋核心基板20底面、散熱塊30底側及修飾接合基質40底面。據此，形成於底部防裂結構63中之交錯構型可防止任何裂痕延伸進入底部防裂結構63，以確保底部防裂結構63下方之底部路由線73的可靠度。透過頂部防裂結構61及底部防裂結構63之雙重保護，俾可避免或防止修飾接合基質40內形成裂痕而引起剝離。於此圖中，該底部防裂結構63更包括一底部接合樹脂633，而該底部連續交錯纖維片631摻混於底部接合樹脂633中。
圖19為本發明第四實施例中再一態樣之線路板剖視圖。該線路板420類似於圖18所示結構，不同處在於，該散熱塊30頂側自上方顯露。於此圖中，該頂部防裂結構61之一選定部位被移除，以形成對準於散熱塊30之凹穴601。因此，該頂部防裂結構61具有側向環繞凹穴601之內側壁，且散熱塊30頂面由該凹穴601顯露，用於元件連接。
圖20為半導體組體430之剖視圖，其將半導體元件81電性連接至圖19之線路板420。該半導體元件81設置於凹穴401中，並透過凸塊 91，覆晶式地接置於散熱塊30上。因此，半導體元件81係藉由與散熱塊30頂部金屬層33接觸之凸塊91，電性連接並熱性導通至底部路由線73。
[實施例5]
圖21為本發明第五實施例之線路板剖視圖。
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500類似於圖17所示結構，不同處在於，該修飾接合基質40更覆蓋核心基板20底面及散熱塊30底側，且該線路板500更包括一底部路由線73，其由下方形成於修飾接合基質40下方。該底部路由線73側向延伸於核心基板20與散熱塊30下方，並透過與核心基板20底部電路層23及散熱塊30底部金屬層35接觸之底部金屬盲孔734，熱性導通至散熱塊30，且電性連接至核心基板20及散熱塊30。
圖22為本發明第五實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板510類似於圖21所示結構，不同處在於，該散熱塊30頂側自凹穴601顯露。於此圖中，該凹穴601對準於散熱塊30，以顯露散熱塊30頂側，用於元件接置。
圖23為半導體組體520之剖視圖，其將半導體元件81電性連接至圖22之線路板510。半導體元件81係面朝下地設置於凹穴601中，並透過凸塊91，熱性導通且電性連接至散熱塊30之頂部金屬層33。
[實施例6]
圖24為本發明第六實施例之線路板剖視圖。
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600類似於圖13所示結構，不同處在於，其更包括由下方交替形成之一底部防裂結構63及一底部路由線73。該底部防裂結構63覆蓋核心基板20底面、散熱塊30底側及修飾接合基質40底面。該底部路由線73與界面(即核心基板20與修飾接合基質40之間以及散熱塊30與修飾接合基質40之間的界面)保持距離，並熱性導通至散熱塊30，同時電性耦接至核心基板20。
圖25為本發明第六實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板610類似於圖24所示結構，不同處在於，該修飾接合基質40之一選定部位被移除，以形成對準於散熱塊30之凹穴401，其顯露散熱塊30頂側，用於元件接置。
圖26為半導體組體620之剖視圖，其將半導體元件81電性連接至圖25之線路板610。半導體元件81係面朝下地設置於凹穴401中，並透過凸塊91，熱性導通且電性連接至散熱塊30。
[實施例7]
圖27為本發明第七實施例之線路板剖視圖。
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700類似於圖14所示結構，不同處在於，其更包括由上方交替形成之一頂部防裂結構61及一頂部路由線75以及由下方交替形成之一底部防裂結構63及一底部路由線77。該頂部防裂結構61由上方覆 蓋修飾接合基質40及頂部路由線71。該底部防裂結構63由下方覆蓋修飾接合基質40及底部路由線73。該頂部路由線75側向延伸於頂部防裂結構61上，並藉由頂部防裂結構61中之頂部金屬盲孔754，電性連接至頂部路由線71。該底部路由線77側向延伸於底部防裂結構63下方，並藉由底部防裂結構63中之底部金屬盲孔774，電性連接至底部路由線73。
圖28為本發明第七實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板710類似於圖27所示結構，不同處在於，該修飾接合基質40及該頂部防裂結構61之選定部位被移除，以形成凹穴601。於此圖中，該修飾接合基質40及該頂部防裂結構61具有側向環繞凹穴601之內側壁，且散熱塊30頂面由該凹穴601顯露。
圖29為半導體組體720之剖視圖，其將半導體元件81電性連接至圖28之線路板710。該半導體元件81係面朝下地設置於凹穴601中，並透過半導體元件81與散熱座30頂部金屬層33之間的凸塊91，熱性導通並電性連接至底部路由線73,77。
圖30為本發明第七實施例中另一態樣之線路板剖視圖。該線路板730類似於圖28所示結構，不同處在於，該散熱塊30係由金屬製成。
圖31為半導體組體740之剖視圖，其將半導體元件81電性連接至圖30之線路板730。該半導體元件81係設置於凹穴601中，並面朝上地接置於散熱塊30上，且透過接合線93，電性連接至頂部路由線75。因此，該半導體元件81係藉由散熱塊30，熱性導通至底部路由線73,77，並藉由接合線93、頂部路由線71,75及核心基板20，電性連接至底部路由線73,77。
如上述實施例所示，本發明建構出一種具有較佳可靠度之獨特線路板。較佳為，該線路板主要包括一散熱塊、一核心基板及一修飾接合基質。本發明之線路板可視情況更包括一頂部路由線，其藉由修飾接合基質或/及頂部防裂結構，與界面(即修飾接合基質與散熱塊之間以及修飾接合基質與核心基板之間的界面)相隔，以及/或者更包括一底部路由線，其藉由修飾接合基質或/及底部防裂結構，與所述界面相隔。此外，本發明之線路板可具有對準於散熱塊頂側之凹穴，其中修飾接合基質或/及頂部防裂結構側向環繞該凹穴，而修飾接合基質或/及底部防裂結構覆蓋核心基板底面及散熱塊底側。
該散熱塊為非電子元件，其熱導率可大於10W/mK，以提高熱效能。於一較佳實施例中，該散熱塊包括一電隔離件、位於其頂側之一頂部金屬層、及位於其底側之一底部金屬層，以及視情況可更包括金屬化貫孔，以提供頂部金屬層與底部金屬層之間的電性連接。為了提高結構強度並協助線路板於外部或內部張力/應力下維持平坦度，該散熱塊可具有高於200GPa之彈性模數。此外，於覆晶組體應用中，該散熱塊較佳是具有小於10ppm/℃之熱膨脹係數，以降低晶片/板CTE不匹配問題。因此，該散熱塊的熱膨脹係數與組接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。
核心基板係位於散熱塊外圍側壁周圍，並包括頂部及底部電路層，以於其兩相反側提供電性接觸。該核心基板之頂部電路層可視情況透過一頂部披覆層，電性耦接至散熱塊之頂部金屬層，其中該頂部披覆層側向延伸於間隙中之修飾接合基質上，並接觸頂部金屬層及頂部電路層。 於一較佳實施例中，該核心基板更包括金屬化通孔，用以提供頂部電路層與底部電路層之間的電性連接。因此，該核心基板可提供垂直的信號傳導路徑，並可視情況提供能量傳遞及返回之接地/電源面。此外，核心基板之內側壁以較佳大於10微米(更佳為25微米或更多)之間隙寬度，與散熱塊的外圍側壁保持距離，使間隙內的修飾接合基質具有足夠寬度以吸收應力。
該修飾接合基質填充於散熱塊與核心基板間之間隙，並接合至散熱塊之外圍側壁及核心基板之內側壁。一般而言，修飾接合基質可具有高CTE的樹脂黏著劑，以於散熱塊與核心基板間提供機械接合。由於樹脂黏著劑之CTE極大於散熱塊及核心基板的CTE，故熱循環期間於侷限區域內的內部膨脹與收縮現象容易引起裂損。為了降低黏著劑裂損風險，該修飾接合基質含有低CTE調節件混於樹脂黏著劑中。較佳為，以間隙之總體積為基準，該些調節件含量為至少30%(體積百分比)，較佳為50%以上，且樹脂黏著劑與調節件間之CTE差值為10ppm/℃或更多，以展現顯著效果。因此，可減緩熱循環期間修飾接合基質之內部膨脹及收縮現象，以防止龜裂。此外，為有效釋放熱-機械引起的應力，該修飾接合基質於間隙中較佳具有大於10微米(更佳為25微米以上)之足夠寬度，以吸收應力。於核心基板比散熱塊薄的態樣中，該修飾接合基質可延伸至間隙外，並進一步覆蓋核心基板的頂面及/或底面。透過修飾接合基質側向延伸於核心基板之一或兩表面上，可分散修飾接合基質與散熱塊之間以及修飾接合基質與核心基板之間的界面應力，從而有助於進一步降低裂損風險。此外，該修飾接合基質亦可覆蓋散熱塊的頂側或/及底側，或者其可具有側向環繞凹穴之內側壁，其中散熱塊頂側可由凹穴顯露，用以元件接置。
頂部防裂結構及底部防裂結構係呈電絕緣性，且可作為止裂件，以防止修飾接合基質中形成不良裂痕。於一較佳實施例中，該頂部防裂結構包含有一頂部接合樹脂及混摻於頂部接合樹脂中之一頂部連續交錯纖維片，而該底部防裂結構包含有一底部接合樹脂及混摻於底部接合樹脂中之一底部連續交錯纖維片。頂部及底部連續交錯纖維片分別覆蓋修飾接合基質與散熱塊之間以及修飾接合基質與核心基板之間的界面頂端及底端。更具體地說，該頂部連續交錯纖維片可側向延伸並覆蓋於核心基板頂面、散熱塊頂側及修飾接合基質頂面上方，而該底部連續交錯纖維片可側向延伸並覆蓋於核心基板底面、散熱塊底側及修飾接合基質底面下方。或者，該頂部連續交錯纖維片可具有側向環繞一凹穴之內側壁，其中散熱塊頂側由該凹穴顯露出。藉由頂部及底部連續交錯纖維片之交錯結構，可進一步降低修飾接合基質中形成裂痕之風險。即使於界面處或/及修飾接合基質中產生裂痕，交錯纖維片亦可作為止裂件，以防止裂痕延伸進入頂部及底部防裂層結構中，進而可確保頂部及底部防裂結構上之頂部及底部路由線的可靠度。
該頂部路由線為圖案化金屬層，其側向延伸於散熱塊頂側、核心基板頂面上方，並透過頂部防裂結構或修飾接合基質而與界面相隔。藉由頂部路由線與界面間之頂部防裂結構或修飾接合基質，可確保頂部路由線之可靠度。同樣地，該底部路由線為圖案化金屬層，其側向延伸於散熱塊底側及核心基板底面下方，並透過底部防裂結構或修飾接合基質而與界面相隔，以確保底部路由線之可靠度。於一較佳實施例中，該頂部路由線透過頂部金屬盲孔，熱性導通至散熱塊之頂部金屬層，並電性連接至核 心基板之頂部電路層，而該底部路由線透過底部金屬盲孔，熱性導通至散熱塊之底部金屬層，並電性連接至核心基板之底部電路層。
本發明亦提供一種半導體組體，其中半導體元件(如晶片)接置於上述線路板之散熱塊上，並電性耦接至上述線路板。具體地說，半導體元件可透過各種連接媒介，包括凸塊(如金凸塊或焊料凸塊)或接合線，電性連接至線路板。例如，於散熱塊自凹穴(凹穴被修飾接合基質及/或頂部防裂結構側向環繞)顯露之態樣中，該半導體元件可設置於凹穴中，並接置於散熱塊頂側上，同時藉由凸塊電性耦接至散熱塊之頂部金屬層，或是藉由接合線電性耦接至頂部路由線。因此，半導體元件所產生的熱可透過散熱塊及底部路由線傳導散逸出。
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，於一較佳實施例中，該頂部防裂結構覆蓋散熱塊頂側、核心基板頂面以及修飾接合基質，不論另一元件(如修飾接合基質)是否位於頂部防裂結構與散熱塊之間以及頂部防裂結構與核心基板之間。
「接置於」語意包含與單一或多個元件間之接觸與非接觸。例如，於一較佳實施例中，半導體元件可接置於散熱塊頂側上，不論半導體元件是否以凸塊及頂部防裂結構而與散熱塊相隔。
「電性連接」、「電性耦接」之詞意指直接或間接電性連接。例如，於一較佳實施例中，頂部路由線可藉由核心基板，電性連接至底部路由線，但不與底部路由線接觸。
藉由此方法製備成的線路板係為可靠度高、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。
20‧‧‧核心基板
21‧‧‧絕緣核心
23‧‧‧頂部電路層
25‧‧‧底部電路層
27‧‧‧金屬化通孔
30‧‧‧散熱塊
33‧‧‧頂部金屬層
35‧‧‧底部金屬層
40‧‧‧修飾接合基質
61‧‧‧頂部防裂結構
611‧‧‧頂部連續交錯纖維片
613‧‧‧頂部接合樹脂
63‧‧‧底部防裂結構
631‧‧‧底部連續交錯纖維片
633‧‧‧底部接合樹脂
71‧‧‧頂部路由線
714‧‧‧頂部金屬盲孔
73‧‧‧底部路由線
734‧‧‧底部金屬盲孔
410‧‧‧線路板

Claims (22)

  1. 一種線路板，包括：一核心基板，其具有一頂部電路層於其頂面、一底部電路層於其底面、以及自該頂面延伸至該底面之一穿口；一散熱塊，其設於該核心基板之該穿口中；一樹脂黏著劑，其具有第一熱膨脹係數，並填入該散熱塊外圍側壁與該穿口內側壁之間之一間隙中；以及複數調節件，其具有低於該第一熱膨脹係數之第二熱膨脹係數，並配置於該樹脂黏著劑中，以形成於該間隙中具有大於10微米寬度之一修飾接合基質，其中該修飾接合基質之熱膨脹係數低於40ppm/℃。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之該線路板，其中，該核心基板具有第三熱膨脹係數，該散熱塊具有第四熱膨脹係數，且該第一熱膨脹係數大於該第三熱膨脹係數及該第四熱膨脹係數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質延伸至該間隙外，並進一步覆蓋該核心基板之該頂面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之該線路板，更包括：一頂部路由線，其設於該修飾接合基質上方，並電性耦接至該核心基板之該頂部電路層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質更覆蓋該核心基板之該底面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之該線路板，更包括：一底部路由線，其設於該修飾接合基質下方，並電性耦接至該核心基板之該底部電路層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質更覆蓋該散熱塊之底側，且該底部路由線熱性導通至該散熱塊之該底側。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之該線路板，更包括：一底部防裂結構及一底部路由線，其中該底部防裂結構包括一底部連續交錯纖維片，其覆蓋該間隙中之該修飾接合基質的底面，並進一步側向延伸至該核心基板之該底面及該散熱塊之底側下方，且覆蓋該核心基板之該底面及該散熱塊之該底側，而該底部路由線設於該底部防裂結構下方，並電性耦接至該核心基板之該底部電路層，且熱性導通至該散熱塊之該底側。
  9. 如申請專利範圍第4項至第8項中任一項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質更覆蓋該散熱塊之頂側，且該頂部路由線熱性導通至該散熱塊之該頂側。
  10. 如申請專利範圍第7項或第8項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質具有側向環繞一凹穴之內側壁，且該散熱塊之該頂側自該凹穴顯露。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之該線路板，更包括：一頂部防裂結構，其中該頂部防裂結構包括一頂部連續交錯纖維片，其覆蓋該散熱塊與該核心基板間之該間隙中之該修飾接合基質的頂面。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之該線路板，其中，該頂部連續交錯纖維片更側向延伸至該核心基板之該頂面上方，並覆蓋該核心基板之該頂面，且該線路板更包括一頂部路由線，其設於該頂部防裂結構上方並電性耦接至該核心基板之該頂部電路層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之該線路板，更包括：一底部防裂結構，其中該底部防裂結構包括一底部連續交錯纖維片，其覆蓋該散熱塊與該核心基板間之該間隙中之該修飾接合基質的底面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之該線路板，其中，該底部連續交錯纖維片更側向延伸至該核心基板之該底面下方，並覆蓋該核心基板之該底面，且該線路板更包括一底部路由線，其設於該底部防裂結構下方並電性耦接至該核心基板之該底部電路層，且熱性導通至該散熱塊之該底側。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質延伸至該間隙外，並進一步覆蓋該核心基板之該底面及該散熱塊之底側，而該線路板更包括一底部路由線，其設於該修飾接合基質下方，並電性耦接至該核心基板之該底部電路層，且熱性導通至該散熱塊之該底側。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之該線路板，其中，該頂部防裂結構具有側向環繞一凹穴之內側壁，且該散熱塊之頂側自該凹穴顯露。
  17. 如申請專利範圍第12項至第15項中任一項所述之該線路板，其中，該頂部連續交錯纖維片更側向延伸至該散熱塊之頂側上方，並覆蓋該散熱塊之該頂側，且該頂部路由線熱性導通至該散熱塊之該頂側。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之該線路板，其中，該散熱塊為一電隔離件，且具有一頂部金屬層及一底部金屬層分別於其頂側及底側。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之該線路板，其中，該頂部金屬層電性耦接至該底部金屬層。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之該線路板，更包括：一頂部披覆層，其側向延伸於該間隙中之該修飾接合基質上，並電性連接該散熱塊之該頂部金屬層與該核心基板之該頂部電路層。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之該線路板，其中，該修飾接合基質延伸至該間隙外，並進一步覆蓋該核心基板之該底面。
  22. 一種半導體組體，包括：如申請專利範圍第10項或第16項所述之該線路板；以及一半導體元件，其設於該凹穴內，並接置於該散熱塊上，且電性耦接至該線路板。
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