球栅阵列封装基板结构

摘要

一种球栅阵列封装基板信号层上芯片接置区贯穿孔配置方式包含有：一金属球栅垫阵列，由多个金属球栅垫组成；以及一贯穿孔阵列，由多个该贯穿孔组成且与金属球栅阵列交错排列。其中贯穿孔阵列的最外围包含有至少两贯穿孔圈用以作为芯片传递信号或连结电源用。且其中每一个该贯穿孔圈上相邻的两该贯穿孔间隔至少两个该金属球栅垫的距离。如此使得对应的接地层具有多个散热通道，以助于半导体芯片运作时所产生的热能藉该散热通道迅速传导出去，亦有助于信号品质及电源品质的传递。

说明书

技术领域

本发明涉及一球栅阵列封装基板，尤指一种具有散热规划的球栅阵列封装基板。

背景技术

半导体封装件种类繁多，球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)半导体封装件的问世，配合现今半导体芯片高度密集化需求下，得以提供高密度的电子元件(Electronic Components)与电子电路(Electronic Circuits)充分数量的输入/输出连接端(I/O Connections)，现已成为封装产品的主流。由于工艺技术不断演进，BGA半导体封装件上用以连结输入/输出连结端呈矩阵方式排列的焊球数量及密度均大幅提高，典型的BGA半导体封装件上常达到数百万个有源及无源元件。

然而，伴随半导体集成电路所制成的芯片功能持续成长，在单位面积内元件密集度急速增加，为了容纳更多元件，可以想见线宽必不断缩小，将导致阻抗值升高运作时所产生热量就相当可观了，如无法有效释除芯片运作产生的热能将明显影响半导体芯片的可靠性及使用寿命。

现有技术的球栅阵列封装基板如图1所示，为减少信号传输时彼此干扰，通常多层板的各导体图案层设计也会将有关信号层(signal plane layer)2和接地层(ground plane layer)4及电源层(power plane layer)6分开，导体图案层或称导线层之间则以绝缘层材料8、10，例如玻璃纤维、FR4、环氧树脂等隔离，信号层中包含一芯片接置区14(如图2所示)以提供该球栅阵列封装芯片接置。

一般而言，芯片接置区14中的贯穿孔，呈阵列式排列。请参阅图2所示，图2为球栅阵列封装基板接地层的布局图。在基板布线设计中会将芯片接置区14所在至少最外一圈的贯穿孔主要设计成传递信号及连接电源之用，不与接地层相连，而芯片接置区14内部则是作为电源或接地的信号连接，其将形成在基板接地层中于芯片接置区14周围环绕的最外一圈贯穿孔皆须制成弃孔12(电性不连接)，由于贯穿孔在做绝缘时的处理过程中，在蚀刻贯穿孔周围的铜箔时会有些许误差存在，在现今贯穿孔过于密集排列情形中将容易造成其相邻之间的铜箔一并被蚀刻的现象，造成芯片接置区内、外部分形同被弃孔隔开，使散热路径变为破碎、甚至被切断。

且由于芯片接置区中线路十分密集，在芯片运作中将会产生极大的热量，但因其对外部的散热路经，相当于被芯片接置区最外一圈的弃孔阻断，使热能无法快速的透过接地层横向散热，易对元件造成损伤。又密集排列的多个弃孔12，亦会造成芯片的相对有效的GND信号回路面积(信道)减少，即影响信号品质(特别是高速信号)。

如图3所示，其上的贯穿孔位置皆与图2球栅阵列封装基板接地层的贯穿孔位置相对应。由于芯片接置区14所在最外一圈的贯穿孔主要设计成传递信号及连接电源之用，因此，图2中于芯片接置区最外一圈密集排列的弃孔12大部分在图3中为电性连接的导电孔。

发明内容

本发明提供一种球栅阵列封装基板芯片接置区贯穿孔配置方式，用以改善半导体芯片于基板上的散热，并可以提升半导体芯片运作时的信号品质及电源品质，而不需增加任何成本即可提高球栅阵列封装基板的有效利用率。

本发明的球栅阵列封装基板信号层上芯片接置区贯穿孔配置方式包含有：一金属球栅垫阵列，由多个金属球栅垫组成；以及一贯穿孔阵列，由多个该贯穿孔组成且与金属球栅阵列交错排列。其中贯穿孔阵列的最外围包含有至少两贯穿孔圈用以作为芯片传递信号或连结电源用。且其中每一个该贯穿孔圈上相邻的两该贯穿孔间隔至少两个该金属球栅垫的距离。

本发明的球栅阵列封装基板接地层上芯片接置区贯穿孔配置方式包含有：一导电孔阵列，由多个导电孔组成；至少两贯穿孔预定位置圈，位于导电孔阵列的外围，其中每一个该贯穿孔预定位置圈上包含有多个弃孔。其中每一个该贯穿孔预定位置圈上相邻的两该弃孔间隔至少一个该导电孔的距离。

本发明在球栅阵列封装基板制作过程中先对贯穿孔的位置做一规划，使其具有多个散热通道，增加散热空间，以助于半导体芯片运作时所产生的热能藉此通道迅速传导出去，亦有助于信号品质及电源品质的传递。

附图说明

图1为球栅阵列封装基板的横截面示意图；

图2为现有技术的球栅阵列封装基板接地层的布局图；

图3为现有技术的球栅阵列封装基板电源层的布局图；

图4为本发明一实施例球栅阵列封装基板信号层芯片接置区的布局图；

图5为本发明一实施例球栅阵列封装基板接地层的布局图；

图6为本发明一实施例球栅阵列封装基板电源层的布局图；及

图7为本发明另一实施例球栅阵列封装基板接地层的布局图。

附图标记说明

2信号层                4接地层

6电源层                22贯穿孔阵列

24金属球栅垫阵列       44多个通道

12多个弃孔(电性不相连)

38多个导电孔

40、42贯穿孔预定位置圈

8、10介电层            14、34芯片接置区

16、36金属层

22a、22b贯穿孔位置

具体实施方式

有鉴于先前技术所述的缺点，本发明提供的方法，将芯片接置区贯穿孔位置的配置做一规划调整，使散热回路获得改善，因而可有效解决上述问题。

本发明第一实施例为一球栅阵列封装基板一信号层中的一芯片接置区。如图4所示，芯片接置区34包含一贯穿孔阵列22与一金属球栅垫阵列24，其中该金属球栅垫阵列相对该贯穿孔阵列位移(1/2u，1/2v)交错排列。在本发明第一实施例中，该贯穿孔阵列22的最外两圈，为将芯片接置区34所在贯穿孔阵列最外一圈的相邻的贯穿孔，以图4下方而言位移(1u，1v)或(-1u，1v)。即相邻的贯穿孔位置22a移至该最外一圈的外侧，形成贯穿孔位置22b如图4所示的排列关系。

在本发明中，贯穿孔阵列最外圈包含有至少两圈的贯穿孔圈，用以传递信号或连接电源之用。且其中，这些用来传递信号或连接电源的贯穿孔圈上相邻的两个贯穿孔间隔至少两个金属球栅垫的距离。此外，贯穿孔阵列上其余的贯穿孔用以当作接地或连接电源之用。又芯片与基板间的信号传递藉由贯穿孔填充导电材料而与电源层、接地层的导电图案及信号层的芯片接置区以外的导线图案电性连接，称导电孔。

请参阅图5为本发明一实施例球栅阵列封装基板的接地层布局图。图5中于此接地层中央有一相对应上信号层的芯片接置区34设置于该金属层36中，用以电性连接至一芯片；由于信号层上芯片接置区的最外二圈贯穿孔配位方式如上述方式改变，基板上的接地层的最外二圈贯穿孔配位也将对应而变更配置。而该芯片接置区34的贯穿孔预定位置圈40及42上制有弃孔。

因此，接地层上芯片接置区最外圈至少包含两圈贯穿孔预定位置圈对应信号层上芯片接置区的贯穿孔圈。而每一个贯穿孔预定位置圈上相邻的两个弃孔间距至少为一个导电孔的距离，如此一来便可形成一多个通道44，以提供该接地层散热空间。其中如图5所示，在本发明第一实施例中，接地层上一贯穿孔预定位置圈上的弃孔与另一个贯穿孔预定位置圈上的弃孔平行排列。

由于将芯片接置区的最外二圈贯穿孔配位方式改变，将使原先在现有技术中被密集弃孔阻挡变为破碎、甚至被切断的散热回路得到有效的改善，使芯片运作时芯片接置区中的大部分的热量，可藉由该多个通道44迅速达到横向散热的功效，将热淤积并影响其可靠性的问题得以解决。又该多个通道44另一功效为，增加其回路面积，减少信号传递时被其弃孔阻挡的可能性，可提升信号品质尤其是高速信号。

当然，当信号层上芯片接置区的最外二圈贯穿孔配位方式已如上述方式改变，基板上的电源层的最外二圈贯穿孔配位也将对应而变更配置。请参阅图6所示，图6为球栅阵列封装基板电源层的布局图。由于芯片接置区34中最外二圈贯穿孔将其预设为传递信号及连接电源之用，故在图5中经移位排列的多个弃孔大部分在图6中为电性连接的导电孔。

本发明第二实施例如图7所示，为球栅阵列封装基板一接地层。于此接地层中央有一相对应上信号层的芯片接置区34设置于该金属层36中，用以电性连接至一芯片。该芯片接置区34中间为包含多个导电孔的导电孔阵列38，而最外圈至少包含两个贯穿孔预定位置圈40及42对应信号层的贯穿孔圈。其中，贯穿孔预定位置40及42上的弃孔以图6所示的方式排列，使得不同贯穿孔预定位置圈上的弃孔形成近似锯齿状排列，以提供该接地层散热空间，达到快速横向散热的目的。其中每一个贯穿孔预定位置圈上相邻的两弃孔间距至少为一个导电孔的距离。

根据本发明第一实施例以及第二实施例，同理，接地层中不同贯穿孔圈上的弃孔以可以部份平行排列，部分锯齿状排列。

以上所述仅为本发明的具规划排列导孔位置的球栅阵列半导体封装结构一优选实施例，其并非用以限制本发明的实施范围，任何本领域内的技术人员在不违背本发明精神所做的修改均应属于本发明的范围，因此本发明保护范围当以所附的权利要求作为依据。