热增强型球栅阵列集成电路封装基板制造方法及封装基板

摘要

一种热增强型BGA集成电路封装基板制造方法，包括：a.在不锈钢板上整板电镀铜箔，在所述铜箔上形成BGA导电图形，并设置绝缘介质层；b.在散热铜板表面形成导热铜柱；c.将散热铜板带有导热铜柱的一面与不锈钢板的具有BGA导电图形的一面对叠，通过真空热压板工艺促使散热铜板与绝缘介质层、不锈钢板固化粘接；d.剥离不锈钢板，去除铜箔，在BGA导电图形上形成阻焊层，电镀BGA导线图形的金属球拍、邦定手指和环处；e.开设IC封装空腔，然后分割成若干单个基板单元。其构思新颖，制造工艺简单，导电图形嵌在绝缘介质内，具有导热铜柱结构，散热能力大大提高，并能形成较细线路，封装的可靠性好。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路(Integrated Circuit，IC)封装基板及其制造技术，具体是一种热增强型球栅阵列(Enhanced BGA)集成电路封装基板及其制造方法。

背景技术

随着信息电子技术的日新月异，对信息的传输和处理的速度要求越来越快，集成电路芯片的工作频率也越来越高。为使芯片充分发挥其性能，集成电路封装扮演着相当重要的角色。芯片的高频阻抗匹配和热耗散均需要通过封装的结构和布线设计来完成。

球栅阵列(BALL GRID ARRAY-BGA)封装利用焊球(Solder Ball)布满整个基板的底面积的方式，来代替传统的金属导线架的引脚。由于BGA可利用整个基板的底面积作为接点的布置，故具有高的输入输出I/O数的优势。此外，用BGA封装的集成电路与母板组装过程的回流焊工序时，焊球溶解后的表面张力可产生BGA引脚与母板引脚间的自我校准的现象，因此组装过程BGA封装与母板间引脚的对位精度要求不高，再加上结合强度好、优良的电气特性，使得BALL GRID ARRAY成为目前集成电路封装的主流之一。

热增强型BGA(Thermal Enhanced BGA-EBGA)是集成电路芯片对封装的热耗散有较高要求的情况下诞生的一种BGA封装类型。EBGA是将BGA的导线图形层、绝缘层与散热铜板结合为一体的BGA封装基板。

图1-6表示熟知的包含散热层的Tape BGA(卷带式BGA)封装基板制作工艺，其步骤如下：

首先参考图1，Tape BGA之基板(101)与铜箔(103)压合为一体，并通过机械加工方法在基板(101)的边界附近形成Tape貫通孔(102)，Tape贯通孔(102)用于基板(101)在Tape BGA工装夹具上的传输目的，基板(101)为聚酰亚胺绝缘基材。

随后如图2所示，对Tape贯通孔表面去胶渣(Desmear)、化学抛光等，接着在铜箔(103)上形成光致抗蚀层(Photo resist)，通过曝光、显影及蚀刻，或者减薄铜箔及图形电镀的方法形成BGA导电图形(104)，最后再褪掉抗蚀层。

然后，如图3所示，在BGA导电图形(104)上涂敷阻焊层(105)，通过曝光、显影，将BGA导电图形(104)上的球拍、邦定手指和环等图形部分暴露出来。

如图4所示，对阻焊层(105)的开口处暴露的球拍、邦定手指和环等部分导电图形进行后续镍(106)和金(107)的电镀。

如图5所示，在基板(101)上加工出芯片空腔(110)，并将基板切割成与预制的散热铜板(109)相对应尺寸的单元组，最后将粘结片(108)放在基板(101)和散热铜板(109)之间，通过印刷线路板制作中常用的热压合工艺将基板(101)粘结在散热铜板(109)上。图6为这种产品在去除贯通孔(102)边框后并装上锡球(111)后的剖面图。

如上所述方法需要将散热铜板(109)逐条地与基板(101)条压合粘贴为一体，工艺耗时长。且因为在散热铜板(109)与BGA基板(101)之间需要粘附一层粘着层(108)，该粘着层一方面对芯片通过锡球(111)向主板的散热通道起着阻碍作用外，另一方面对基板的整体可靠性也造成了一定的影响。此外，制作该基板的基材为聚酰亚胺，价格昂贵，造成基板成本较高。

同时，该基板制作方法中获得的导线层是位于绝缘介质层的上面，形成的BGA导电图形，如邦定手指等，均有图7所示的一定侧向斜坡延伸，并常伴有毛刺，因此后续镍、金电镀会放大侧向斜坡延伸和毛刺边沿，如图8所示，这种缺陷将限制邦定手指的设计密度。

发明内容

为了克服现有Tape BGA制作技术存在的上述问题，本发明提供一种热增强型球栅阵列(Enhanced BGA)集成电路封装基板及其制造方法。

本发明热增强型球栅阵列集成电路封装基板制造方法是这样实现的，它包括如下步骤：

a、在不锈钢板上整板电镀铜箔，在铜箔表面贴抗蚀膜，通过曝光、显影、图形电镀和褪膜的方法在所述铜箔上形成BGA导电图形；在所述BGA导电图形上设置半固化状态的绝缘介质层；

b、在散热铜板表面贴抗蚀膜，通过曝光、显影、图形电镀和褪膜的方法形成导热铜柱，然后通过氧化处理形成一层促进层；

c、将散热铜板带有导热铜柱的一面与不锈钢板的具有BGA导电图形的一面对叠，使散热铜板上的导热铜柱与不锈钢板上导电图形的接地球拍上下对准，然后通过真空热压板工艺促使散热铜板与绝缘介质层、不锈钢板固化粘接；

d、将不锈钢板从铜箔上剥离，去除铜箔，在露出的BGA导电图形上形成阻焊层，并在BGA导线图形的金属球拍、邦定手指和环上均形成开口，电镀镍、金，在所述开口处形成镍层、金层；

e、开设IC封装用的空腔，然后将整板分割成若干单个基板单元。

采用本发明方法制造的集成电路封装基板单元，主要包括散热铜板，其特征是：散热铜板(301)的上面设置绝缘介质层(205)，绝缘介质层(205)与散热铜板(301)之间有绝缘介质粘结促进层(303)，绝缘介质层(205)表面镶嵌有BGA导电图形(203)，在BGA导线图形(203)上有阻焊层(206)，阻焊层(206)上暴露的BGA导线图形的金属球拍、邦定手指和环表面镀有镍层(208)和金层(209)，散热铜板(301)中间开有用于放置芯片的空腔(212)。

本发明采用在不锈钢板上形成线路和涂敷绝缘介质，在散热铜板上形成导热铜柱，通过真空热压板的工艺方式使线路和绝缘介质从不锈钢板转移到散热铜板上的方法。其制造工艺简化，避免了传统的除胶渣、化学沉铜等工艺，易于控制，可降低基板制造成本，提高散热能力，并能形成较细线路，产品具有良好的可靠性。

其BGA导电图形是嵌在绝缘介质内，在随后的球拍、邦定手指和环的金属镍和金的电镀过程中，手指侧面的绝缘介质起到电镀掩模板的作用，使得邦定手指的镍金电镀毛刺和侧向扩展极小，有利于制作高密度邦定手指的基板。同时，由于手指的平坦度高，邦定的有效面积增大，封装的可靠性好。

所用的绝缘介质原料可选择的范围广，价格适宜，便于应用电气性能好、成本低且湿热可靠性很高的绝缘材料。

散热铜板具有导热铜柱结构，该导热铜柱直接与导电图形的接地球拍相对接，芯片工作时散发的热量部分可以通过散热铜板、导热铜柱、接地球拍和锡球传导到电子装置的母板铜层上，从而增强了基板的散热效能。

附图说明

图1-5是传统Tape BGA的IC封装基板的制作工艺流程示意图；

图6是传统Tape BGA的剖面图；

图7、8是传统Tape BGA制造过程中导线层中的邦定手指镍金前、后的局部放大图；

图9-29是本发明的制作工艺流程图；

其中：

图9-14表示在不锈钢板上的全板电镀铜箔与图形电镀过程；

图15为在图14的不锈钢板上涂敷绝缘介质示意图；

图16-17是散热铜板上的导热铜柱形成和表面的棕化或黑化处理示意图；

图18是通过涂敷绝缘介质将不锈钢板上的BGA导电图形转移到散热铜板的示意图；

图19是通过半固化的绝缘介质薄膜将不锈钢板上的BGA导电图形转移到散热铜板的示意图；

图20是不锈钢从铜箔剥离后的状态图；

图21是线路上铜箔通过铜箔减薄工艺方法去除后的状态图；

图22是在图21的基础上形成阻焊层的示意图；

图23是阻焊层上暴露的BGA导电图形的球拍、邦定手指、环等位置电镀镍金的示意图；

图24、25是本发明基板中邦定手指镍金电镀前、后的截面放大图；

图26是散热铜板背面电镀镍层示意图；

图27是开设放置芯片的空腔后的基板单元结构示意图；

图28是生产用的整板经过分割形成基板单元示意图；

图29是采用本发明基板单元封装芯片后的剖视图。

具体实施方法

以下结合附图对本分发明进一步说明。

附图中标号说明：

101基板                           110放置芯片的空腔

102Tape贯通孔                     111锡球

103铜箔                           112比较例基板邦定手指

104BGA导电图形                    电镀镍金侧向斜坡扩展

105阻焊层                         200不锈钢板

106比较例基板上的电镀镍层         201电镀铜箔

107比较例基板上的电镀金层         202抗蚀膜层

108基板与散热铜板间的粘结层       203BGA导电图形

109散热铜板                       204BGA接地球拍

205绝缘介质                     301散热铜板

205a丝印涂敷的绝缘介质层        302导热铜柱

205b半固化片的绝缘介质薄膜      303绝缘介质粘结促进层

206阻焊层                       304散热铜板背面电镀镍层

207阻焊层的镍金电镀开口         305芯片

208本发明基板上的电镀镍层       306锡球

209本发明基板上的电镀金层       307包封胶围坝

210邦定手指导电铜层             308接地环

211本发明基板邦定手指镍金       309电源环

   电镀的侧向斜坡延伸           310包封胶

212放置芯片的空腔               311邦定金线

300封装基板单元

本发明的集成电路(IC)封装基板的主要制造工艺如下：

一、不锈钢板上BGA导电图形的形成与绝缘介质的涂敷

如图9，10所示，首先在不锈钢板(200)上通过整板电镀的方法电镀一层薄的铜箔(201)，该铜箔起到绝缘介质与不锈钢板的隔离作用。

如图11-14所示，在铜箔(201)表面贴抗蚀膜(202)，通过曝光、显影、图形电镀和褪膜的方法在所述铜箔(201)上形成BGA导电图形(203)，见图14。

参照图15，在所述BGA导电图形上设置半固化状态的绝缘介质层。所述的绝缘介质可是具有热压合粘结固化性质的可涂敷绝缘介质油墨，或具有热压合粘结固化性质的半固化树脂片、或半固化树脂干膜等。

绝缘介质层可以采用丝印、或辊涂、或帘涂的方法在线路上涂敷一层绝缘介质油墨(205a)，经过合适的烘烤条件，使绝缘介质(205a)达到半固化状态(B-Stage)，即在常温状态下为固态，在加热到一定高温仍能呈现出液态。所丝印的绝缘介质(205a)的厚度取决于最终形成BGA封装基板后的绝缘层厚度要求。

上述绝缘介质材料(205a)可选用如日立化成生产的液态的AE-3000热固型绝缘树脂等；上述绝缘介质薄膜(205b)可选用如日本太阳油墨公司生产的干膜型LFI-700BP等。

二、散热铜板的处理

参照图16、17，在散热铜板(301)表面贴抗蚀膜，通过曝光、显影、图形电镀和褪膜的方法形成导热铜柱(302)，然后通过黑氧化或者棕氧化工艺的方法形成一层树脂粘接的促进层(303)。

三、线路的转移

如图18所示，将散热铜板(301)带有导热铜柱(302)和树脂粘结促进层(303)的一面，与不锈钢板(200)的具有BGA导电图形(203)、并涂敷有绝缘介质树脂(205a)的一面对叠，利用销钉定位的方法将散热铜板上的导热铜柱(302)与不锈钢板上BGA导电图形的接地球拍(204)上下对准，然后通过传统的真空热压板工艺促使散热铜板(301)与绝缘介质树脂(205a)和载有BGA导电图形的不锈钢板(200)的固化粘接。

上述过程也可以利用将半固化片状态的绝缘介质薄膜(205b)夹在图14所示的已形成BGA导电图形的不锈钢板(200)和图17所示的已形成导热铜柱(302)并生长有树脂粘接促进层(303)的散热铜板(301)之间，利用销钉定位的方法将散热铜板上的导热铜柱(302)与不锈钢板上BGA导电图形的接地球拍(204)上下对准，然后利用真空热压板的工艺将不锈钢板上BGA导电图形(203)与散热铜板(301)通过半固化片状态的绝缘介质薄膜(205b)压合并固化为一体，见图19。

将不锈钢板(200)与铜箔(201)进行剥离，完成BGA导电图形(203)通过绝缘介质(205)到散热铜板(301)上如图20所示的转移。不锈钢板与不锈钢板上电镀的铜箔间的分离是利用不锈钢板与不锈钢板上铜箔之间的结合力远小于所述铜箔与绝缘介质的结合力，从而将不锈钢从铜箔处实现剥离的。

如图21所示，通过铜箔减薄工艺将覆盖在BGA导电图形(203)上的铜箔(201)去除干净。

四、阻焊层的形成

如图22所示，阻焊层(206)是通过图形转移(即丝印，曝光，显影)将可感光阻焊树脂图形转移到基板单元面上的。阻焊层(206)形成对BGA导电图形的保护层并在BGA导线图形(203)上的金属球拍、邦定手指和环上形成需要后续镍金电镀的开口(207)。

五、后续镍金层形成

利用镍、金电镀工艺对阻焊层(206)上开口(207)处暴露的金属球拍、邦定手指和环进行后续电镀镍、金，形成镍、金层(208、209)，见图23。

图24，25是本发明基板中邦定手指电镀镍金前后的局部放大剖面图。图24显示出本发明基板的邦定手指导电铜层(210)是嵌入在绝缘介质(205)内的，邦定手指导电铜层的侧面包裹着绝缘介质，而这些绝缘介质在后续的镍金电镀过程中起到电镀掩膜作用，因此在后续镍金电镀过程中镍(208)和金(209)的侧向斜坡延伸(211)很小，见图25。本发明基板的这种特点将有助于高密度邦定手指的设计。

六.散热铜板背面镍电镀

在用可褪除薄膜保护住正面BGA图形情况下，利用镍电镀工艺在散热铜板背面电镀一层金属镍层(304)，起到保护散热铜板面不被氧化，并便于基板背面印字，见图26。

七、集成电路芯片放置空腔的形成

参照图27，通过传统机械加工的方法，在每一个基板单元之散热铜板的中间开一空腔(212)，用来放置IC芯片。同时在该空腔(212)内表面用化学方法形成黑或者棕色氧化层。

八、基板单元的切割

通过如图28所示意的切割路线，用机械加工的办法将一块整体的大板分割成若干单个基板单元(300)，图27即为基板单元(300)的一典型例。

参照图27，本发明方法制造的集成电路封装基板单元包括散热铜板，其散热铜板(301)的上面设置绝缘介质层(205)，绝缘介质层(205)与散热铜板(301)之间有绝缘介质粘结促进层(303)，绝缘介质层(205)表面镶嵌有BGA导电图形(203)，在BGA导线图形(203)上有阻焊层(206)，阻焊层(206)上暴露的BGA导线图形的金属球拍、邦定手指和环表面镀有镍层(208)和金层(209)，散热铜板(301)中间开有用于放置芯片的空腔(212)，底面可镀镍层(304)。

散热铜板(301)带有导热铜柱(302)，导热铜柱(302)直接与导电图形的接地球拍(204)相对接。芯片工作时散发的热量部分可以通过散热铜板、导热铜柱、接地球拍和锡球传导到电子装置的母板铜层上，从而增强了基板的散热效能。

图29是采用本发明基板单元封装芯片后的剖视图。芯片(305)放置在空腔(212)中，通过邦定金线(311)实现芯片(305)信号端口与基板BGA导电图形(203)的连通。

印刷包封胶围坝(307)，并在围坝(307)内注入包封胶(310)封住芯片(305)与邦定(即键合)金线(311)，保护芯片(305)和邦定金线(311)不受外界环境的影响。最后放置锡球(306)到BGA基板上的球拍位置并通过回流焊将锡球固定在球拍上，便得到完整的BGA封装集成电路。