專利名稱：線路載板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種線路載板，特別是涉及一種其表面的焊罩層具有一階梯狀開口的線路載板。
背景技術：
覆晶接合技術(flip chip interconnect technology)是一種將晶片連接到承載器的封裝技術，其主要是將晶片的多個焊墊利用面陣列(areaarray)的排列方式，配置在晶片的主動表面上，并在各個焊墊上分別依次形成球底金屬層(UBM)及凸塊，例如為焊料凸塊，接著將晶片翻面(flip)之后，再利用這些凸塊將晶片的主動表面上的這些焊墊分別電性及結構性地連接至一承載器(例如基板或印刷電路板PCB)的表面的多個接點。值得注意的是，覆晶接合技術可適用于高接腳數(shù)(high pin count)的晶片封裝結構，并具有縮小封裝面積及縮短信號傳輸路徑等優(yōu)點。
參照圖1A，其表示公知的一種線路載板其預焊料與凸塊未接合前的剖面示意圖。線路載板100包括一基板110、多個接合墊120(圖中僅示出一個)、一焊罩層130、一保護層140以及一預焊料150，其中基板110包括多個導線層、多個絕緣層以及多個導電孔(圖中未示)，而每一絕緣層配置在相鄰兩導線層之間，每一導電孔穿過至少一絕緣層而連接至少兩導線層。此外，這些接合墊120配置在基板110的表面112上，用以分別連接多個凸塊12(圖中僅示出一個)，例如為覆晶接合用的焊料凸塊，其中接合墊120可由基板110的最外層的導線層構成。此外，由于基板110的導線層的材質通常為銅，所以接合墊120的材質也是銅，為了防止銅材質的接合墊120的表面發(fā)生氧化，通常在接合墊120的局部暴露的表面上配置一保護層140，例如一鎳/金層。
同樣參照圖1A，焊罩層130全面性地覆蓋在基板110的表面112，且焊罩層130具有多個孔徑為D1的開口132(圖中僅示出一個)，而開口132分別暴露出局部的接合墊120，也就是說，接合墊120為一焊罩定義(SolderMask Define，SMD)類型的接合墊，其中焊罩層130除可保護基板110的表面的圖案化導線層以外，還可在回焊(reflow)這些預焊料150時，可限制預焊料150的流動，以避免相鄰兩預焊料150在回焊時彼此熔接，因而導致相鄰兩接合墊120之間的短路。
接著，參照圖1B，其表示公知的一種線路載板在預焊料與凸塊已接合后的剖面示意圖。由于預焊料150與凸塊12的組成成分通常為錫/鉛合金，而預焊料150的錫/鉛比例通常為37/63，且凸塊12的錫/鉛比例通常為5/95或3/97，使得預焊料150的熔點小于凸塊12的熔點。因此，當凸塊12與預焊料150接觸并且回焊預焊料150之后，預焊料150將熔化而包覆在凸塊12的底部與部分側邊，并將凸塊12連接至接合墊120。
繼續(xù)參照圖1B，對于覆晶封裝結構的線路載板100的可靠度測試，或是對于覆晶封裝結構的后續(xù)正常使用，必須長期地維持凸塊12與接合墊120之間的接合強度。一般來說，凸塊12與接合墊120之間的接合強度是與預焊料150的體積成正比，所以當凸塊12的密度不變的情況下，對于焊罩定義類型的線路載板100來說，焊罩層130的可容納預焊料150的體積多少是與焊罩層130的開口132的大小成正比。因此，當焊罩層130的開口132的面積增加時，此時接合墊120的面積必須相對增加，以符合焊罩層定義類型的接合墊120，但在基板110的接合墊120的密度固定的情況下，接合墊120的面積的增加，將相對地導致基板110的導線密度降低，進而導致整體基板110的繞線密度降低。
同樣參照圖1B，凸塊12的材質無論是含鉛焊料或是無鉛焊料，凸塊12的成分都會包括錫。因此，當線路載板100在長期處于高功率與高電流密度的情況下，使得凸塊12的內部的電子遷移趨于明顯，因而導致凸塊12的錫極易與接合墊120的銅在凸塊12及接合墊120之間結合生成中介金屬化合物IMC(圖未示)。由于錫和銅的中介金屬化合物的結構相當脆弱，因而導致凸塊12和接合墊120之間的接合強度大幅地降低，當剪應力長期作用于凸塊12和接合墊120時，很容易在凸塊12和接合墊120之間發(fā)生斷裂，因而導致凸塊12與接合墊120之間的電性與結構性連接不良，甚至電性中斷。此外，該電子遷移現(xiàn)象將導致凸塊12與接合墊120之間的接合面內的金屬原子產(chǎn)生遷移，使得其接合面容易產(chǎn)生空洞而斷路。
同樣參照圖1B，由于電子封裝體的封裝集成度越來越高，使得連接至線路載板100的這些凸塊12的密度也相對提高，焊罩定義的焊罩層130的開口132的密度也將相對提高，因而導致這些開口132和這些接合墊120的面積和間距必須相對變小，以配合這些凸塊12的密度。然而，在開口132和接合墊120的面積均變小之后，使接合墊120與凸塊12之間的接觸面積變小，進而導致接合墊120的可通過電流的面積變小，使線路載板100的電流密度增加，因而導致接合墊120的電子遷移現(xiàn)象趨于明顯，特別是這些長期處于高功率與高電流的電子封裝體，例如中央處理單元(CPU)和繪圖處理單元(GPU)更是如此。
新型內容因此，本實用新型的目的就是提供一種線路載板，其可容納較多體積的預焊料，以增加凸塊與接合墊之間的接合強度。
為達到本實用新型的上述目的，本實用新型提出一種線路載板，其適于連接至少一凸塊。此線路載板包括一基板與至少一接合墊及一焊罩層，其中接合墊配置在基板的一表面，用以連接凸塊，而焊罩層覆蓋在基板的表面上，且焊罩層具有一階梯狀開口，其暴露出局部的接合墊，其中階梯狀開口具有一第一端與一第二端，而第一端比第二端遠離接合墊，且第一端的孔徑大于第二端的孔徑。
基于上述，本實用新型的線路載板的焊罩層因具有一階梯狀開口，其具有較大空間以容納較多體積的預焊料，所以可增加凸塊與接合墊之間的接合強度。此外，本實用新型的線路載板因具有一電移阻抗層，其配置在預焊料及接合墊之間，所以可增加接合墊的電移阻抗，以減緩在接合墊和凸塊之間中介金屬化合物的生成速率，進而長時間地維持凸塊與接合墊之間的接合強度。


為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易于理解，下面特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明。附圖中圖1A表示公知的一種線路載板，其預焊料與凸塊未接合前的剖面示意圖；圖1B表示公知的一種線路載板，其預焊料與凸塊已接合后的剖面示意圖；圖2A表示本實用新型優(yōu)選實施例的一種線路載板，其預焊料與凸塊未接合前的剖面示意圖；圖2B表示本實用新型優(yōu)選實施例的一種線路載板，其預焊料與凸塊已接合后的剖面示意圖；圖3表示本實用新型優(yōu)選實施例的一種線路載板，其還具有一電移阻抗層的剖面示意圖。
具體實施方式
參照圖2A，其表示本實用新型優(yōu)選實施例的一種線路載板，其預焊料與凸塊未接合前的剖面示意圖。線路載板200包括一基板210、多個接合墊200(圖中僅示出其一)、一焊罩層230、一保護層240、一預焊料250，其中基板210包括多個導線層、多個絕緣層以及多個導電孔(圖中未示出)，每一絕緣層配置在相鄰兩導線層之間，且每一導電孔穿過至少一絕緣層而連接至少兩導線層。此外，這些接合墊220配置在基板210的表面212上，用以連接多個凸塊22，例如是覆晶接合用的焊料凸塊，其中接合墊220可由基板210的最外層的導線層構成，由于基板210的導線層的材質通常為銅，所以接合墊220的材質也是銅，為了防止銅材質的接合墊220的表面發(fā)生氧化，保護層240配置在接合墊220的暴露出的表面，例如為一鎳/金層。
同樣參照圖2A，焊罩層230全面性地覆蓋在基板210的表面212，且焊罩層230具有多個階梯狀開口232(圖中僅示出其一)，而階梯狀開口232暴露出局部的接合墊220，也就是說，接合墊220為一焊罩定義(SMD)類型的接合墊，其中焊罩層230除可保護基板210的表面的圖案化導線層以外，還可在回焊這些預焊料250時，限制住預焊料250的流動，以避免相鄰兩預焊料250在回焊時彼此熔接，因而導致相鄰兩接合墊220之間的短路。
接著參照圖2B，其表示本實用新型優(yōu)選實施例的一種線路載板，其預焊料與凸塊已接合后的剖面示意圖。由于預焊料250與凸塊22的組成成分通常為錫/鉛合金，而預焊料250的錫/鉛比例通常為37/63，凸塊22的錫/鉛的比例通常為5/95或3/97，使得預焊料250的熔點小于凸塊22的熔點。因此，當凸塊22與預焊料250接觸，并回焊預焊料250之后，預焊料250會熔化而包覆于凸塊22的底部與部分側邊，并將凸塊22連接至接合墊220。
同樣參照圖2B，值得注意的是，為了容納較多的預焊料250，以增加凸塊22和接合墊220之間的接合強度，本優(yōu)選實施例的焊罩層230的開口為階梯狀開口232(圖中僅示出其一)，例如為多層階梯狀，這些階梯狀開口232分別具有一第一端232a和一第二端232b，其中第一端232a比第二端232b較遠離接合墊220，且階梯狀開口232的第一端232a的孔徑D2大于階梯狀開口232的第二端232b的孔徑D3。
接著同時參照圖1B和2B，與公知線路載板100的焊罩層130的開口132的孔徑D1相比較，在開口132的孔徑D1與階梯狀開口232的孔徑D2相等的情況下，本實用新型的階梯狀開口232因具有較大的容積，所以可容納較多體積的預焊料250，因而可增加凸塊22和接合墊220之間的接合強度。
同時參照圖1B和2B，由于本實用新型的階梯狀開口232的孔徑D3小于公知開口132的孔徑D1，所以本實用新型的線路載板200僅為一較小面積的接合墊220就可以構成一焊罩定義(SMD)類型的接合墊。因此，當基板210的每相鄰兩個接合墊220的間距固定時，因接合墊220的面積變小，因此，配置在相鄰兩接合墊220之間的導線(圖未示)數(shù)目將可增加；相對來說，當在基板210的兩接合墊220之間的導線數(shù)目為固定時，由于接合墊220的面積變小，使得相鄰兩接合墊220的間距將可縮減，所以可增加基板210上的接合墊220的密度?；谏鲜?，本優(yōu)選實施例的線路載板200的階梯狀開口232可增加整體線路載板200的繞線密度。
同時參照圖1B和2B，當本實用新型的階梯狀開口232的容積與公知的開口132的容積相同時，本實用新型的線路載板200的階梯狀開口232的孔徑D2小于公知的線路載板100的開口132的孔徑D1，使得本實用新型的階梯狀開口232的孔徑D3更小于公知開口132的孔徑D1。因此，本實用新型的線路載板200僅需一更小面積的接合墊220即可構成一焊罩定義(SMD)類型的接合墊，因此，本優(yōu)選實施例線路載板200的階梯狀開口232可以更加增加整體基板210的繞線密度。
參照圖3，其表示本實用新型優(yōu)選實施例的一種線路載板，其還具有一電移阻抗層的剖面示意圖。當凸塊22長期處于高溫和高電流密度的情況下，凸塊22的內部的電子遷移將趨于明顯，因而導致凸塊22的錫在凸塊22和接合墊220之間極易與接合墊220的銅結合生成中介金屬化合物(圖未示)。因此，為了減緩銅和錫的中介金屬化合物層生成在凸塊22及接合墊220之間的速率，以便長期地維持凸塊22和接合墊220之間的接合強度，本優(yōu)選實施例的線路載板201在接合墊220與預焊料250之間配置一電移阻抗層260，以提高接合墊220的電移阻抗，所以可減緩中介金屬化合物層的生成速率。
繼續(xù)參照圖3，當線路載板300的階梯狀開口232的孔徑D2小于或等于公知的線路載板100的開口132的孔徑D1時，這時階梯狀開口232的孔徑D3必小于公知開口132的孔徑D1，使得接合墊220的面積小于接合墊120的面積，此時接合墊220的電子遷移現(xiàn)象必然大于接合墊120的電子遷移現(xiàn)象，但由于本優(yōu)選實施例還配置一電移阻抗層260在接合墊220與預焊料250之間，因此，接合墊220的電移阻抗將可補償?shù)降扔诨蛏踔粮哂诮雍蠅|120的電移阻抗。
任何本領域的技術人員可知，本實用新型的線路載板可以應用在覆晶接合型態(tài)的封裝技術。
綜上所述，本實用新型具有下列優(yōu)點(1)本實用新型的焊罩層的階梯狀開口可容納較多體積的預焊料，所以可增加凸塊和接合墊之間的接合強度。
(2)本實用新型的階梯狀開口僅需一較小的接合墊，就可構成一焊罩定義類型的接合墊，所以可提高繞線密度。
(3)本實用新型的電移阻抗層可增加接合墊的電移阻抗，因而減緩凸塊與接合墊之間的中介金屬化合物的生成速率，并可有效地減緩接合墊內的銅的消耗，進而長時間地維持凸塊與接合墊之間的接合強度。
雖然本實用新型已以一優(yōu)選實施例揭示，但并非用以限定本實用新型，任何本領域的技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，可作出些許更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍以后附的權利要求書界定。
權利要求1.一種線路載板，適于連接至少一凸塊，其特征在于，包括一基板，具有一表面；至少一接合墊，配置在所述基板的所述表面，連接所述凸塊；以及一焊罩層，覆蓋在所述基板的表面上，且所述焊罩層具有至少一階梯狀開口，其暴露出局部的接合墊，其中所述階梯狀開口具有一第一端和一第二端，而所述第一端較比所述第二端遠離所述接合墊，所述第一端的孔徑大于所述第二端的孔徑。
2.如權利要求1所述的線路載板，其特征在于，所述接合墊的材質包括銅，所述凸塊的組成成分包括錫。
3.如權利要求1所述的線路載板，其特征在于，還包括一預焊料，其配置在暴露出局部的所述接合墊上，接合墊經(jīng)由預焊料與凸塊連接。
4.如權利要求1所述的線路載板，其特征在于，還包括一電移阻抗層，其配置在暴露出局部的接合墊上，所述電移阻抗層增加接合墊的電移阻抗。
5.如權利要求4所述的線路載板，其特征在于，還包括一預焊料，其配置在所述電移阻抗層上與所述焊罩層的階梯狀開口內，接合墊經(jīng)由預焊料而與凸塊連接。
6.如權利要求5所述的線路載板，其特征在于，所述電移阻抗層的熔點大于預焊料的熔點。
專利摘要一種線路載板，適于連接至少一凸塊，該線路載板包括一基板、至少一接合墊以及一焊罩層，其中接合墊配置在基板的一表面，用以連接所述的凸塊，而焊罩層覆蓋在基板表面和接合墊上，且焊罩層具有至少一階梯狀開口，其暴露出局部的接合墊，其中階梯狀開口具有一第一端和一第二端，第一端較第二端遠離接合墊，且第一端的孔徑大于第二端的孔徑。焊罩層的階梯狀開口可容納較多體積的預焊料，以增加凸塊與接合墊之間的接合強度。
文檔編號H01L23/12GK2689448SQ200420003900
公開日2005年3月30日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權日2004年3月4日
發(fā)明者楊智安 申請人:威盛電子股份有限公司