專利名稱：具有構成電路一部分的核心層的增層印刷線路板襯底的制作方法
技術領域：
0001本發(fā)明一般涉及多層印刷線路板，并且更具體地涉及包括至少 一個輕量約束核心(constraining core)的多層增層(build-up)襯底，該
核心是印刷線路板的電路的一部分。
背景技術：
0002半導體器件制造通常涉及利用化學過程緊接著對管芯進行包裝 來制作半導體管芯。將管芯安裝在包裝件中包括將管芯焊盤引腳連接到 包裝件上的引腳。在很多應用中，通過將半導體管芯直接安裝到印刷線 路板(PWB)襯底來實現(xiàn)管芯焊盤引腳和包裝件上的引腳之間的互連。 之后，半導體管芯和襯底被封裝到包裝件中，并且襯底提供管芯焊盤引 腳和包裝件引腳之間的連接。
0003公知的各種直接安裝技術包括倒裝芯片安裝(FC)、直接芯片附 著(DCA)、直接管芯附著(DDA)和板上倒裝芯片(FCOB)。這些技 術通常需要將半導體管芯固定到增層PWB襯底。增層PWB襯底通常包 括中央約束層或"核心(core)",相對薄的介電層附著到所述中央約束層 或"核心"。薄的介電層具有良好的電路特征和直徑狹窄的電鍍通孔(via)。 核心可利用基于玻璃纖維的介電材料構成，該介電材料具有的物理特性 類似于集成電路(即，包裝的半導體器件)將表面安裝到其上的PWB類 型的結(jié)構中使用的基于玻璃纖維的介電材料的特性。為了區(qū)分IC (集成 電路)安裝到其上的PWB和PWB襯底，前者被稱為傳統(tǒng)PWB。增層 PWB襯底中的薄的介電層由傳統(tǒng)PWB的構成中通常不使用的一類材料 構成。專用處理技術用于粘合核心和薄的介電層以及用于形成良好的電 路軌跡和直徑狹窄的電鍍通孔。
0004使用直接管芯安裝PWB襯底時可能遇到的問題是熱循環(huán)可能導
致器件故障。明顯的熱膨脹系數(shù)(CTE)差異通常存在于半導體管芯材料和PWB襯底之間，結(jié)果熱循環(huán)可能破壞管芯和PWB襯底之間的連接。
半導體管芯材料的CTE通常在2.5ppmTC到4.0ppm〃C之間。包括基于玻 璃纖維環(huán)氧樹脂的約束層的襯底的CTE通常在14ppm/'C到20ppm/'C之 間，與表面平面平行。半導體管芯和襯底材料之間的CTE不匹配在熱循 環(huán)期間可能對半導體管芯和PWB襯底之間的連接點施壓(stress)。連接 點上施加的壓力可與連接點與中點(DNP)之間的距離有關。中點是熱 循環(huán)期間經(jīng)歷零位移的位置。半導體越大，最大DNP就越大。因此，增 加半導體管芯尺寸會造成半導體管芯和襯底之間連接點上壓力的增加， 并且最終降低電連接的可靠性。
0005底部填充膠水(adhesive underfill)可用來彌補或減少半導體管 芯和PWB襯底之間的CTE不匹配引起的一些壓力。但是，^較人的T 導體芯片安裝在襯底上時，要確保管芯引腳和PWB襯底之間的可靠性接 觸，由底部填充減少的壓力是不足的。
0006在很多應用中，包括降低PWB襯底的CTE的核心的增層PWB 襯底用于構成IC。 Lu等人的美國第6,711,812號專利和Lu等人的美國專 利公開號2004/0163248的專利描述了 PWB襯底中厚銅核心的使用，其 降低了 PWB襯底的CTE。用來降低PWB襯底的CTE的其它金屬合金包 括鎳-鐵合金，銅-鎳夾心板(CIC)和銅鉬夾心板(CMC)。與使用基于 玻璃纖維的核心材料相比，使用金屬構成PWB襯底核心趨于增加PWB 襯底的重量。此外，厚的金屬核心層(core layer)處理起來非常困難。
0007Tani等人的美國第6,869,665號專禾U、Tani等人的美國第7,002,080 號專利和Tani等人的日本專利公開號60-140898的專利(Tani等人的文 獻)公開了由微線路結(jié)構形成的PWB襯底，它是利用增層方法在核心匕 制造的，該核心使用樹脂復合材料圍繞(enclose)多片碳纖維布構成。 Tani等人的文獻還公開了延伸通過核心的電鍍通孔通過在通孔的壁表面 上形成的圓柱形絕緣樹脂部分實現(xiàn)與碳纖維布的電絕緣。
0008所使用的PWB襯底包括利用碳纖維材料以類似于Tani等人的 文獻中公開的方式構造的核心，該PWB襯底比具有利用基于玻璃纖維的 材料構造的核心的等價PWB襯底具有更低的CTE，并且該PWB襯底明 顯比利用金屬或金屬合金材料構造的核心的等價PWB襯底輕。但是，當存在延伸通過核心的高密度電鍍通孔時，對于具有利用碳纖維材料以
Tani等人的文獻概述的方式構造的核心的PWB襯底來說，存在失敗的可 能。制造Tani等人的文獻中描述的圓柱形絕緣樹脂部分涉及從核心中去 除一些碳纖維材料。當延伸通過核心的通孔的密度增長時，去除的碳纖 維材料的數(shù)量也會增長。當超過某一點時，去除的材料的數(shù)量會損害核 心的物理特性。
0009Tani等人的美國第6,869,665號專禾U、Tani等人的美國第7,002,080 號專利、Tani等人的日本專利公開號為60-140898的專利和Lu等人的美 國第6,711,812號專利和Lu等人的美國專利公開號2004/0163248的專利 的內(nèi)容通過弓I用整體并入本文。
發(fā)明內(nèi)容
0010本文公開了根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底和構造印刷線路 板(PWB)襯底的方法。在很多實施例中，PWB襯底包括一核心層，該 核心層是PWB襯底的電路的一部分。本文還公開了根據(jù)本發(fā)明的各實施 例的集成電路(IC)和構造IC的方法，該集成電路包括安裝在PWB襯 底上的半導體管芯，PWB襯底使用PWB襯底的電路的一部分的核心層。
0011在很多實施例中，PWB襯底利用增層微線路結(jié)構形成，以在包 括核心層的PWB襯底內(nèi)制造電路。在多個實施例中，核心層形成電源平 面、接地平面或分離的電源和接地平面。在眾多實施例中，電鍍通孔用 于在核心層和位于PWB襯底的其它層上的電路之間建立電連接。在許多 實施例中，與包括不作為PWB襯底的電路的一部分的核心層的等價PWB 襯底相比，作為電路的一部分的核心層的使用減低了構造PWB襯底需要 的層的數(shù)量。消除一層可以降低PWB襯底的厚度。在眾多實施例'l'， 'J 包括并不構成PWB襯底電路的一部分的核心層的類似PWB襯底設計相 比，核心層作為接地平面、電源平面或分離平面的使用降低了需要樹脂 填充的間隙孔的數(shù)量。
0012在多個實施例中，核心層包括碳材料。在很多實施例中，碳材 料是浸漬樹脂的至少一層碳纖維，其使用金屬層包在至少一側(cè)上。在眾 多實施例中，金屬層直接接觸碳纖維。在許多實施例中，直接接觸是由于金屬層的表面包括突出部分(枝狀晶體)來實現(xiàn)的，突出部分向外延 伸并接觸碳纖維。在其它實施例中，多種碳纖維材料中的至少一者用丁-核心層的構造。
0013本發(fā)明的一個實施例包括核心層，該核心層包括導電材料和形 成在核心層的外表面上的至少一個增層線路部分。此外，增層部分包括 至少一個微線路層，該微線路層包括通過電鍍通孔電連接到核心層中的 導電材料的電路。
0014在本發(fā)明的又一實施例中，核心層的熱膨脹系數(shù)比至少一個增
層部分的熱膨脹系數(shù)低。
0015在本發(fā)明的另一實施例中，核心層被配置成作為接地平面。0016在本發(fā)明的又一實施例中，核心層被配置成作為電源平面。0017在本發(fā)明的另一實施例中，核心層被配置成作為分離的電源和 接地平面。
0018在本發(fā)明的又一實施例中，核心層包括碳材料。0019在本發(fā)明的另一實施例中，碳材料是碳纖維。0020在又一實施例中，核心層包括至少一層紡織碳纖維。0021在另一實施例中，核心層使用金屬層包在至少一側(cè)上，該金屬 層通過樹脂與碳纖維粘合。
0022在又一實施例中，金屬層包括一內(nèi)表面，突出部分(枝狀晶體) 從該內(nèi)表面延伸，多個突出部分接觸碳纖維，且金屬層包括一個平的外 表面。
0023在另一實施例中，核心層包括第一導電層，該第一導電層通過 介電層與第二導電層粘合，該介電層將第一層與第二層電隔離。
0024在又一實施例中，第一增層線路部分形成于核心層的上表面h， 第二增層線路部分形成于核心層的下表面上，電鍍通孔連接第一增層線 路部分中的微線路層上的電路和第二增層線路部分中的微線路層L:的電 路，并且電鍍通孔通過樹脂填充的間隙孔與核心層中的導電材料電隔離。
0025在又一實施例中，核心層在表面擴展方向上的熱膨脹系數(shù)在0 ppm,C和12 ppm/。C之間。
0026在又一實施例中，核心層在表面擴展方向上的熱膨脹系數(shù)在0
8ppm/。C和9 ppm/。C之間。0027在又一實施例中，核心層在表面擴展方向上的導熱率在2W/m.K 和500W/m.K之間。
0028在又一實施例中，核心層在表面擴展方向上的導熱率在50W/m.K 和1000W/m.K之間。
0029在另一實施例中，核心層在表面擴展方向上的拉伸強度在5msi 和35msi之間。
0030在又一實施例中，核心層在表面擴展方向上的拉伸強度在10msi 和40msi之間。
0031在另一實施例中，核心層在lMHz的介電常數(shù)大于6.0。0032在很多實施例中，核心層的厚度至少是印刷線路板襯底的厚度 的30%。在多個實施例中，核心層介于成品印刷線路板襯底厚度的30% 和80%之間。在眾多實施例中，核心層介于成品印刷線路板襯底厚度的 40%和60%之間。在許多實施例中，核心層的厚度在0.002英寸和0.100 英寸之間。在多個實施例中，核心層的厚度在0.010英寸和0.050英寸之 間。
0033另一實施例包括安裝到印刷線路板襯底的半導體管芯，其中印
刷線路板襯底包括形成電路的一部分的核心層，該電路電連接核心層和 半導體管芯。
0034本發(fā)明的方法的一個實施例包括在核心材料層中鉆取間隙孔， 使用樹脂填充間隙孔，使樹脂固化，使核心材料層表面平面化，對粘合 到核心材料層的金屬層進行粘合的催化劑表面處理，將介電材料層應用 到核心金屬層的兩側(cè)，使介電材料層和核心金屬層固化，在固化的層中 鉆取通孔，形成線路圖案并電鍍通孔，積累介電材料的附加層和微線路 層以及應用外涂層。
0035圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括核心層的增層多層PWB 襯底的橫截面示圖，該核心層是PWB襯底電路的一部分。0036圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括浸漬樹脂的單層碳纖維
9布的材料的實施例的橫截面示圖，碳纖維布使用金屬層包在兩側(cè)，且可 用作PWB襯底內(nèi)的核心層。
0037圖2B是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包括浸漬樹脂的多層碳纖維 布的材料的橫截面示圖，碳纖維布使用金屬層包在兩側(cè)，且可用作PWB 襯底內(nèi)的核心層。
0038圖2C是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的包括浸漬樹脂的多層碳纖維 布的材料的橫截面示圖，碳纖維布不被包蓋且可用作PWB襯底內(nèi)的核心 層。
0039圖2D是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包括第一部分和第二部分的 材料的橫截面示圖，其中第一部分通過介電層與第二部分電隔離，并且 第一部分可用作PWB襯底內(nèi)的核心層。
0040圖2E是利用電子顯微鏡抓取的圖形，其示出了浸漬樹脂的一層 紡織碳纖維布，其使用金屬層包在兩側(cè)，該金屬層包括從金屬層的內(nèi)表 面延伸的突出部分(枝狀晶體)并且直接接觸多個碳纖維。
0041圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的制造增層多層PWB襯 底的過程的流程圖，該多層PWB襯底包括構成PWB襯底電路的一部分 的核心層。
0042圖4A-4M是根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種增層PWB襯底部件的 橫截面示圖，所述各種增層PWB襯底部件被構造為圖3圖解說明的制造 過程的一部分。
0043圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例構造的增層PWB襯底的橫截面 示圖，所述增層PWB襯底包括利用與圖2D圖解說明的材料類似的材料 構造的核心層。
0044圖6是構造與圖5中所示的PWB襯底類似的PWB襯底的過程 的流程圖。
0045圖7A是用于接地平面的Gerber (格柏)數(shù)據(jù)的布線圖(artwork) 的圖形表示。
0046圖7B是為了實現(xiàn)圖7A所示的接地平面而鉆取電鍍通孔的位置 的圖形表示。
0047圖8A是透過意在用作PWB襯底的核心層的材料層鉆取的密集的電鍍通孔圖案的示意性俯視圖。
0048圖8B是透過意在用作PWB襯底的核心層的導電材料層鉆取的 傳統(tǒng)間隙孔圖案的示意性俯視圖，且其中將鉆取圖8A中所示的電鍍通 孔。
0049圖8C是透過意在用作PWB襯底的核心層的導電材料層鉆取的 間隙孔圖案的示意性俯視圖，其中核心層構成根據(jù)本發(fā)明的一實施例的 PWB襯底的電路的一部分，并且其中將鉆取圖8A中所示的電鍍通孔圖 案。
0050圖8D是透過意在用作根據(jù)本發(fā)明的一實施例的PWB襯底的核 心層的導電材料層鉆取的間隙孔和電鍍通孔圖案的示意性俯視圖。
0051圖8E是透過意在用作PWB襯底的核心層的導電材料層鉆取的 間隙孔圖案的改進形式的示意性俯視圖，其中核心層構成根據(jù)本發(fā)明的 一實施例的PWB襯底的電路的一部分，并且其中將鉆取圖8A中所示的 電鍍通孔的改進形式。
0052圖8F是透過意在用作根據(jù)本發(fā)明的一實施例的PWB襯底的核 心層的導電材料層鉆取的改進間隙孔和改進電鍍通孔圖案的示意性俯視 圖。
0053圖9是包括安裝在PWB襯底上的半導體管芯的IC的橫截面示 圖，所述PWB襯底包括的核心層是PWB的電路的一部分。
具體實施例方式
0054參看附圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的各實施例的增層印刷線路板 (PWB)襯底，其包括用作帶電層的至少一個核心層。此外，示出了包 括根據(jù)本發(fā)明的各實施例附著到PWB襯底的半導體管芯的集成電路 (IC)，所述PWB襯底包括用作帶電層至少一個核心層。在眾多實施例 中，核心層由包含碳的材料構造。在很多實施例中，碳材料包括浸漬樹 脂的碳纖維，碳纖維使用金屬層包覆。在很多實施例中，金屬層包括平 滑的外表面和粗糙的內(nèi)表面，內(nèi)表面具有接觸一些碳纖維的突出部分。 在眾多實施例中，對PWB襯底的設計進行了改良以便與未改進的PWB 襯底設計相比改善核心層的結(jié)構特性。PWB襯底
0055圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的增層PWB襯底。增層PWB 襯底200包括構成增層線路部分的上表面和下表面上的核心層10。增層 線路部分包括通過介電層24分離的多個微線路層36。介電層24和微線 路層36在襯底的厚度方向交替地堆疊。在圖解說明的實施例中，核心層 10構成PWB襯底200的電路的一部分。
0056可采用多種技術在襯底PWB 200上的各種功能層(即，核心層 10和微線路層36)之間建立電連接?？?5在上、下增層線路部分中的 各微線路層36上的電路之間形成電連接。電鍍通孔35、 45用于在上增 層線路部分中的微線路層36和下增層線路部分中的微線路層36之間建 立連接。電鍍通孔45也用來在微線路層36和核心層10之間建立連接。 電鍍通孔35、45是否與核心層10建立電連接取決于通孔的鍍層(plating) 與核心層IO中的導電材料是否電隔離。在圖解說明的實施例中，樹脂填 充的間隙孔25從核心層10的上表面延伸到核心層10的下表面，用于將 電鍍通孔35和核心層10電隔離。包圍電鍍通孔35的鍍層34的樹脂32 有效地防止在正常工作期間電鍍通孔35和核心層10之間的電流傳導。 當不存在用樹脂填充的間隙孔時，電流可以在核心層10與電鍍通孔45 的鍍層34之間傳導，在核心層10與電鍍通孔45之間建立電連接42。電 鍍通孔45在上增層線路部分中的微線路層36上的電路與核心層10之間 建立電連接，并且電鍍通孔通常也建立與下增層線路部分中的微線路層 36上的電路之間的連接。但是，電鈹通孔不需要在增層線路部分中建立 與核心層10以及微線路層36的連接。
0057當核心層用作根據(jù)本發(fā)明的各實施例的功能層時，與等價PWB 襯底的核心層中需要的樹脂填充的間隙孔的數(shù)量相比，透過核心層鉆取 的樹脂填充的間隙孔的數(shù)量會降低，等價PWB襯底不使用核心層作為 PWB襯底的電路的一部分。這種降低歸因于以下事實當核心層是功能 層時， 一定比例(可高達20%)的貫穿核心層的電鍍通孔不需要與核心 層電隔離，而當核心層不是功能層時，所有電鍍通孔需要與核心層電隔 離。在產(chǎn)生樹脂填充的間隙孔期間，根據(jù)本發(fā)明的一實施例的PWB襯底的平面內(nèi)(in-plane) CTE直接受到從核心層10去除的材料的數(shù)量的影 響。增長核心層10的厚度可以彌補與在產(chǎn)生樹脂填充的間隙孔期間從核 心層中去除的材料有關的CTE的增長。將核心層用作功能層可以減少需 要從核心層去除的材料的數(shù)量，也使根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底 的構造成為可能，所述PWB襯底比并不將核心層用作功能層的PWB襯 底薄。
0058圖1所示的PWB襯底200的上表面上的最外面的電路圖案可以 包括突起焊盤(bump pad) 40從而形成第一級互連線(interconnect),半 導體管芯(未示出)可以直接安裝到該第一級互連線。PWB襯底200的 下表面上最外面的電路圖案可以包括球形焊盤(ball pad) 41以形成第二 級互連線，該第二級互連線可用于將PWB襯底200的電路與第二級包裝 件(諸如傳統(tǒng)PWB)互連。PWB襯底的最外面的電路圖案可以使用外涂 層64覆蓋，露出突起焊盤40和球形焊盤41。
0059根據(jù)本發(fā)明的各實施例，PWB襯底200的核心層10可以執(zhí)行 PWB襯底內(nèi)的多種電功能。在多個實施例中，核心層10作為接地平面。 在很多實施例中，核心層10作為電源平面。在眾多實施例中，核心層IO 作為分離的接地平面、電源平面。Vasoya等人的美國專利第6,869,664號、 Vasoya的申請?zhí)枮?1/131,130的美國專利申請和Vasoya的申請?zhí)枮?11/376,806的美國專利申請描述了在印刷線路板中使用約束核心作為電 源、接地和/或分離的電源/接地平面。Vasoya等人的美國第6,869,664號 專利、Vasoya等人的申請?zhí)枮?1/131,130的美國專利申請和Vasoya的申 請?zhí)枮?1/376,806的美國專利申請的內(nèi)容通過引用整體并入本文。
0060盡管圖1中所示的實施例包括單個核心層，但是本發(fā)明的各實 施例可以包括多個核心層，如圖5所示，可以包括一核心層，該核心層 包括PWB襯底的多個功能層。在另一實施例中，核心層事實上是一多層 的PWB，增層線路部分形成于其上。根據(jù)本發(fā)明的各實施例的適當PWB 結(jié)構的示例在以上通過引用并入的Vasoya等人的專利和專利申請中描 述。
構造PWB襯底的材料
10061在很多實施例中，導電材料包含在核心層10中以使核心層用作
電路的一部分。在很多實施例中，核心層10包括使用樹脂14強化的碳 纖維束16，并且核心層使用金屬層12包在至少一側(cè)上。金屬層也可以作 為低CTE核心層和增層部分中使用的很高的CTE非強化介電材料之間的 緩沖層。如下文所描述的，金屬層可以包括延伸到核心層的樹脂纖維基 體(resin fiber matrix)中的突出部分或枝狀晶體。突出部分(枝狀晶體) 產(chǎn)生了三維結(jié)合，與平面結(jié)合相比，三維結(jié)合可以承受更多的平面剪應 力(shear stress)。在眾多實施例中，金屬層12增加了核心層可以承載的 電流負載。在其它實施例中，核心層IO可以利用各種材料中的任一材料 形成?？梢杂脕順嬙旄鶕?jù)本發(fā)明的各實施例的核心層IO的材料將在以下 有關圖2A-2E的描述中討論。
0062在增層PWB襯底的增層線路部分的構造中使用的材料和過程通 常專門用于增層PWB襯底的構造。微線路層通常利用金屬或金屬合金
(例如銅)構造，而介電層通常是非強化的樹脂層(諸如ABF膜)。在 傳統(tǒng)增層PWB襯底的增層線路部分的構造中使用的同樣的材料和構造 過程可用于構造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底(包括圖1所示的 PWB襯底200)的增層線路部分的微線路層36和介電層24。
核心層
0063如以上所述，作為根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底的電路的 一部分的核心層可以以各種方式構造。可用來構造根據(jù)本發(fā)明的各實施 例的PWB襯底中的核心層的眾多材料在圖2A-2E中圖解說明。此外，以 下討論的材料和/或可用于構造導電層或PWB中的層壓板的材料的任意 組合可用于構造以下講述的約束核心(constraining core)，可用于根據(jù)本 發(fā)明的各實施例構造核心層的核心(包括以上通過引用并入的專利和專 利申請中描述的那些材料以及下文列出的材料)。
0064圖2A示出了可用來構造根據(jù)本發(fā)明的一實施例的PWB襯底的 核心層的材料層的橫截面示圖。材料層10a包括浸漬樹脂材料14的多層 碳纖維束16，該樹脂材料14夾在兩層金屬或其它導電材料12之間。樹 脂基體14可以由樹脂化學物質(zhì)和分散在樹脂化學物質(zhì)中的無機填充劑構成。下文將進一步討論根據(jù)本發(fā)明的各實施例可使用的樹脂和無機材料
的類型。圖2B所示的材料層10b類似于圖2A所示的材料層10a，不同 的是圖2B所示的材料層10b包括浸漬樹脂材料14的多層碳纖維束16以 增加約束核心結(jié)構的厚度。在其它實施例中，兩層以上的碳纖維束16被 使用。圖2C中所示的材料層10c類似于圖2B中所示材料層10b，不同 的是圖2C中所示的材料層10c未使用金屬層包覆。
0065圖2D所示的材料層10d包括第一導電層19，該第一導電層19 通過介電層22與第二導電層20電隔離。第一和第二導電層構造所采用 的多層材料類似于圖2A所示的材料層10a。介電層22既用于將第一和 第二導電層電隔離，也用于將這兩層結(jié)合到一起。介電層22可利用任何 介電材料來構造，前提是其機械特性對打算使用材料層10d的特定應用 是必需的。在很多實施例中，第一導電層19在PWB襯底的核心層內(nèi)用 作第一功能層，而第二導電層20用作PWB襯底內(nèi)的第二功能層。在其 它實施例中，第一和第二導電層通過電鍍通孔彼此電連接。
0066在很多實施例中，在開始制造PWB襯底之前，第一導電層19 和第二導電層20使用介電材料層22被層壓在一起。在其它實施例中， 第一導電層19和第二導電層20被單獨處理(包括執(zhí)行鉆取間隙孔)，之 后在PWB襯底的制造過程中使用介電材料被層壓在一起。
用于構造核心層的材料
0067各種材料都可用來構造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底的核 心層。在很多實施例中，通過使用浸漬樹脂且使用金屬包在一側(cè)或多側(cè) 上的紡織碳纖維(通常具有平衡紡織)。在其它實施例中，包括被包覆或 未包覆的導電層壓板的一個或多個材料層可用于構造核心層。該層壓板 可由浸漬樹脂的基材(base material)制成。
0068通?；氖呛w維的材料，諸如碳纖維、石墨纖維(諸如日本 的日本石墨纖維(Nippon Graphite Fiber)制造的CN-80、 CN-60、 CN-50、 YS-90,日本的三菱化學(Mitsubishi Chemical)公司制造的K13B12、 K13C1U、 K63D2U，位于卡羅萊納州南部(South Carolina)格林維爾
(Greenville)的蘇泰克碳纖維(Cytec Carbon Fibers)有限責任公司制造維的材料通常在浸漬樹脂前被金屬敷涂。被 敷涂金屬的纖維的示例包括碳、石墨、E-玻璃、S-玻璃、芳族聚酸胺、凱 夫拉爾、石英纖維或這些纖維的組合。通常，含纖維的材料可以是連續(xù) 碳纖維?？商娲兀w維的材料可以是不連續(xù)碳纖維。不連續(xù)碳纖維， 諸如美國田納西州的洛克伍德市(Rockwood)的東邦碳纖維(Toho Carbon Fibers)公司制造的紡紗斷裂纖維(X0219)，美國猶他州Hexcel公司制 造的拉伸斷裂碳纖維(SBCF)。含纖維的材料可以是紡織的或非紡織的。 非紡織的材料可以是單面膠帶(Uni-tape)或氈子(mat)的形式。碳氈 可以是等級號8000040和8000047，其分別是2盎司和3盎司，由馬薩諸 塞州東部沃爾波爾的先進纖維無紡布(Advanced Fiber NonWovens)制造。 此外，碳纖維可以是PAN (聚丙烯腈)基碳纖維、瀝青基碳纖維或兩種 纖維的組合。
0069不含纖維的材料層也可以用在構造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的 PWB襯底的核心層。例如，核心層可以利用固體碳板構造。固體碳板可 以利用壓縮的碳或石墨粉末制成。另一種方法是利用碳薄片或碎的碳纖 維采用熱塑膠或熱固粘結(jié)劑制作固體碳板。
0070根據(jù)本發(fā)明的各實施例的核心層也可以利用浸漬聚合物的碳納 米管構造。碳納米管可以是單壁碳納米管，諸如加拿大雷默工業(yè)(Raymor Industries)公司制造的碳單壁納米管(C-SWNT)或日本筑波(Tsukuba) 的ASIT (日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所)開發(fā)的碳納米管。單壁碳納米管是 純碳的形式，其強度是1/6th重量的鋼鐵的強度的100倍。C-SWNT導電 的速度比銅快1000倍。碳納米管的電流密度可以達到109A/cm2 (即，比 銅大1000x)。 C-SWNT還可以以比銅大10倍的速度傳遞熱量。碳納米管 可以使用等離子工藝、化學氣相沉積(CVD)化學工藝、氣相CVD工藝、 電弧放電方法或激光濺射工藝制造。碳納米管直徑可以小于l-100nm，并 且長度小于2000nm。所有這些很獨特的物理、電以及熱特性會使核心層 很適合于根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底中的夾雜物(inclusion)。
0071可用來構造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的核心層的另一種有用的材 料是由紐約馬耳他鎮(zhèn)(Malta)的星火系統(tǒng)(Starfire Systems)公司制造 的C-SiC (碳-碳化硅)。
10072可用來構造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的核心層的各種樹脂包括環(huán)
氧、雙馬來酰亞胺三嗪(BT)、雙馬來酰亞胺(BMI)、氰酸酯、聚酰亞 胺、酚醛樹脂、聚酰胺酰亞胺、聚丙烯、聚苯硫醚、四氟乙烯、聚砜、 聚苯砜、聚醚砜、聚鄰苯二甲酰胺、聚縮醛、聚酮、聚碳酸酯、聚苯醚、 聚醚醚酮或以上一些樹脂的組合。在很多示例中，樹脂可以包括無機填 充劑，諸如熱解碳粉末、碳納米顆粒、碳納米管(直徑范圍介于l-100腿)、 碳單壁碳納米管(C-SWNT)、碳粉、碳粒子、鉆石粉、氮化硼、氧化鋁、 氧化鋁、氮化鋁、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硅粉和陶瓷顆粒以改善物理、 機電和熱特性。樹脂復合物可以包含重量在2%到80%之間的無機填充 物。填充顆粒大小通常小于25pm0073在另一實施例中，約束核心材料并不局限于碳復合材料。在lMHz 時產(chǎn)生大于6.0的約束核心的介電常數(shù)的任何材料都可以用在構造根據(jù) 本發(fā)明的各實施例的核心層中。
核心層的導電性
0074核心層的導電性根據(jù)其構造而變化。碳材料(諸如上述碳纖維 和碳板)是導電的，但其傳導性通常不足以攜帶核心層用作PWB襯底的 功能層所需的電流負載。因此，金屬和/或?qū)щ娞畛鋭┛捎糜谠黾涌捎珊?心層承載的電流負載。例如，核心層可以由敷涂金屬的石墨纖維中采用 增韌環(huán)氧樹脂和/或浸漬增韌環(huán)氧樹脂的石墨纖維構造，增韌環(huán)氧樹脂使 用碳納米管或熱解碳粉末作為填充劑材料。在很多實施例中，金屬層(諸 如銅層)包在核心層的任一側(cè)上以增強約束核心的導電性。
0075在金屬覆蓋層是通過樹脂粘合到導電含纖維材料(諸如碳纖維， 或敷涂金屬的纖維)的實施例中，可以在金屬覆蓋層和導電含纖維材料 之間建立電連接。在眾多實施例中，電連接借助在最接近導電纖維的金 屬層的表面具有突出部分(枝狀晶體)的金屬層而變得容易。圖2E示出 了利用電子顯微鏡獲得的圖片，其示出的根據(jù)本發(fā)明的各實施例的材料 層包括浸漬樹脂并且使用金屬層覆蓋在兩側(cè)上的紡織碳纖維，該金屬層 其上的突出部分(枝狀晶體)具有粗糙的表面，并且向紡織碳纖維延伸。 材料層10a，包括紡織碳纖維150。紡織碳纖維被樹脂(圖片中不可見)浸
17漬，其將紡織碳纖維150與金屬層152粘合。金屬層包括具有金屬突出 部分或枝狀晶體154的粗糙表面和平滑表面156。粗糙的表面布置在內(nèi)部 使得金屬突出物154向紡織碳纖維150延伸。大量紡織碳纖維接觸金屬 突出物，從而在紡織碳纖維和導電金屬層之間建立電連接。紡織碳纖維 和導電金屬層之間的電連接可增加可由材料10a'構造的核心層承載的電 流負載。金屬層的第二表面或外表面是平滑的，因為這些表面是增層線 路部分的基礎。在增層線路部分的構造中使用的介電層通常是薄的，以 致在增層過程中金屬外表面的不平坦會阻礙微線路層的可靠構造。
核心層的機械特性
0076在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的核心層的構造中使用的材料的選 擇通常還取決于PWB襯底在最終產(chǎn)品級別所期望的機械特性。這些特性 可能包括熱傳遞速度、熱膨脹系數(shù)和硬度。在眾多實施例中，材料層用 于構造表面擴展方向的CTE在O ppm/。C到12 ppm/。C之間的核心層。在 很多實施例中，材料層用于構造表面擴展方向的CTE在0 ppm/'C至lJ 9 ppm〃C之間的核心層。在眾多實施例中，材料層用于構造在與擴展方向 正交的表面內(nèi)的CTE在30 ppm〃C到100 ppm/"C之間的核心層。在很多 實施例中，材料層用于構造在與擴展方向正交的表面內(nèi)的CTE在35ppm/ 。C到75 ppm/。C之間的核心層。
0077在很多實施例中，材料層用于構造在表面擴展方向的熱傳導率 在2 W/m.K到500 W/m.K之間的核心層。在很多實施例中，材料層用于 構造在表面擴展方向的熱傳導率在50 W/m.K到1000 W/m.K之間的核心 層的中使用。
0078在眾多實施例中，材料層用于構造在表面擴展方向的拉伸系數(shù) 在5msi (百萬鎊每平方英寸)到35msi之間的核心層。在很多實施例中， 材料層用于構造在表面擴展方向的拉伸系數(shù)在10msi到40msi之間的核 心層。
0079廣義上，上述材料的任意組合可以在約束核心的構造中使用， 從而產(chǎn)生在lMHz時介電常數(shù)大于6.0的層壓層，并產(chǎn)生具有期望的物理 特性的PWB襯底。
18制造PWB襯底
0080根據(jù)本發(fā)明的一實施例構造增層PWB襯底的工藝在圖3中圖解 說明。過程100包括準備核心材料層(102)，其將形成PWB襯底的核心。 之后，該核心材料層根據(jù)PWB襯底設計被鉆取任意需要的間隙孔(104)。 之后，該間隙孔被填充樹脂。在眾多實施例中，間隙孔通過將介電材料 絲網(wǎng)印刷(screen printing)到鉆孔的核心材料層內(nèi)而被填充(106)。在 很多實施例中，粉末狀介電材料用于填充間隙孔(106a)。介電材料被固 化，平面化(108)，并對金屬層應用結(jié)合增強表面處理，所述金屬層被 結(jié)合到核心材料層(109)。結(jié)合增強表面處理(諸如微蝕刻工藝)將金 屬層的表面粗糙化以產(chǎn)生三維結(jié)合，從而相對于平面結(jié)合承受的剪應力 而言，承受由于核心層和增層線路部分之間的CTE差別引起的更高的剪 應力，而這是使用較平滑的表面才能產(chǎn)生的。平面化表示去除由于固化 從間隙孔突出的樹脂而造成的核心層表面的不平坦的過程。核心層表面 上的突起會導致整個增層線路部分的不規(guī)則，這可能損害增層線路部分 中微線路層的布局。因此，將核心材料層平面化會增加制造產(chǎn)量。之后， 將被鉆孔的核心材料層和一對第一材料層進行排列(110)。通常，第一 介電層被放置在被鉆孔的核心材料層的一側(cè)上。之后，在壓力、溫度下 固化和/或?qū)訅涸搳A層，持續(xù)的時間由第一介電層的制造者指定，從而形 成層壓部件。之后，透過層壓部件鉆取通孔(111)，并利用鍍銅工藝在 第一介電層的上表面和下表面上形成微線路圖案(112)。鍍銅工藝也對 通孔進行電鍍。之后，相對于圖案化的層壓部件的上表面和下表面對第 二對介電層進行排列(114)并使其貫穿第二固化和/或?qū)訅褐芷凇?-旦第 二層壓/或固化周期結(jié)束，將透過第二對介電層鉆取微通孔(116)。通孔 可以通過干式蝕刻工藝來形成，干式蝕刻工藝使用C02激光、UV (紫外) 激光、準分子激光和/或等離子體。之后，通過鍍銅工藝在第二對介電層 的上和下表面上形成微線路圖案(118)。鍍銅工藝也電鍍通孔的內(nèi)層。 可對成對介電層重復執(zhí)行(120)層壓和/或固化周期(114)、鉆取(116) 和電鍍(118)，以構建所需數(shù)量的微線路層。之后，施加一外涂層(122)， 完成增層PWB襯底。在制造增層PWB襯底過程中產(chǎn)生的部件
0081圖4A-4M圖解說明在根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖3所示的制造 工藝中使用的材料和襯底部件。首先，如圖4A所示，準備好核心材料層。 在圖示的實施例中，準備好核心材料層10b，其包括使用夾在兩個金屬層 12之間的樹脂強化的碳纖維。核心材料層10b利用多層碳纖維布構造。 在很多實施例中，金屬層可以是薄的銅片，其厚度在5pm-140)im之間。
0082圖4B示出了其中已鉆間隙孔和/或縫隙的核心材料層。間隙孔 25和/或縫隙在指定位置形成。根據(jù)本發(fā)明的各實施例的間隙孔25可以 通過機械鉆孔、激光鉆孔、激光切割、沖孔或高壓水切割或等價的方法 形成。
0083每個間隙孔25具有第一直徑，且通過間隙孔的每個電鍍通孔具 有第二較小直徑。當透過由樹脂填充的間隙孔的中心鉆取直徑比由樹脂 填充的間隙孔的直徑小的電鍍通孔時，圍繞電鍍通孔的樹脂將通孔的內(nèi) 部與導電約束核心電隔離。在制造過程中，由樹脂填充的間隙孔和電鍍 通孔的中心之間可容忍的不對準范圍主要由樹脂填充的間隙孔的直徑和 電鍍通孔的直徑之間的差異來確定。在不對準導致一部分電鍍通孔接觸 導電約束核心的情況下，將造成通孔內(nèi)部和導電約束核心之間無意的電 連接。在很多實施例中，第一直徑比第二直徑大0.004英寸到0.020英寸。 在很多實施例中，透過在核心材料層中形成的縫隙鉆取多個通孔。在制 造過程中應當有類似的考慮，以確保在位于縫隙中的電鍍通孔與核心材 料層中的導電材料之間存在足夠的空隙。
0084當約束核心層用作功能層時，諸如電路的接地、電源和/或分離 平面層，不需要在所有通孔位置鉆間隙孔。通過設計， 一些電鍍通孔需 要與約束核心直接電接觸。當核心材料層作為PWB襯底的核心層被包含 進來時，減少核心材料層中鉆的間隙孔的數(shù)量可以對核心材料層的機械 特性產(chǎn)生積極影響。
0085圖4C，、 4C"和圖4D示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的層壓部件 的構成，其包括結(jié)合到核心材料層的上、下表面的一對介電層。圖4C' 示出了電介質(zhì)料層。利用真空篩選工藝或無真空(vacmimless)篩選工藝，樹脂26可 以被篩選到間隙孔25和/或縫隙中。在很多實施例中，篩選到間隙孔和/ 或縫隙中的樹脂是高粘性液體，諸如日本山榮化學(San-EI Kagaku)株 式會社制造的Part PHP-900-IR-10F號或Part PHP-900-IR-10FE號樹脂。 在其它實施例中，滿足電介質(zhì)特性的任何適當高粘性液體或糊狀物或可 用于填充尺寸合理的空腔的任意介電樹脂粉末可用于填充間隙孔和/或縫 隙。圖4C"示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的平面化的核心材料層。如上所 述，平面化涉及去除從間隙孔突出的樹脂以產(chǎn)生平坦的表面。在很多實 施例中，樹脂被切除。B階熱固性樹脂材料24或玻璃強化預浸料被施加 給處理過的核心材料層10b的上表面和下表面，并且在溫度、壓力和時 間下被固化和/或?qū)訅阂蕴峁┌–階上和下介質(zhì)層24的層壓部件(參 見圖4D)。在層壓過程中，間隙孔25和/或縫隙使用來自B階介電層24 的回流樹脂填充。施加的樹脂材料可以是上文關于約束核心io描述的樹 脂中的一種。
0086圖4E示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的其中已經(jīng)鉆取電鍍通孔的 層壓部件。通孔35、 45形成于指定的位置。第一電鍍通孔35形成的位 置經(jīng)過在核心材料層中形成的由樹脂填充的間隙孔25。第一電鍍通孔35 被鉆取，使得通孔35的圓柱軸線與由樹脂填充的間隙孔的圓柱軸線是同 中心的。通孔35的直徑比由樹脂填充的間隙孔25的直徑小。由于通孔 35的直徑小于由樹脂填充的間隙孔25的直徑，所以圓柱形絕緣外殼32 在通孔35的壁表面的周圍形成，從而防止通孔35的鍍層內(nèi)層34和核心 材料層中的導電材料之間的電連接。通孔也形成于間隙孔不與由樹脂填 充的間隙孔或由樹脂填充的縫隙交叉的位置處。因此，第二電鍍通孔45 的內(nèi)層上的鍍層與核心材料層中的導電材料直接電接觸。如上所述，通 孔35、 45的形成可以通過機械鉆孔、激光鉆孔、激光切割、沖孔或高壓 水切割或等價的方法、干式蝕刻工藝來完成，干式蝕刻工藝包括使用C02 激光、UV激光、準分子激光或等離子體的工藝。
0087圖4F示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例形成于鉆孔部件的外表而上. 的微線路層。微線路層36可以借助半加成工藝在介電層24的上表面和 下表面中的每個表面上形成。半加成工藝也可以電鍍透過層壓部件鉆取
21的通孔35、 45的內(nèi)表面。在眾多實施例中，鍍層在電鍍通孔45和核心 材料層10b中的導電材料之間產(chǎn)生電連接。在圖示的實施例中，電連接 在核心材料層10b中的導電材料與通孔45的鍍層34之間建立。在圖示 的實施例中，電鍍通孔45的鍍層與碳纖維和核心層的覆蓋層電連接。
0088在眾多實施例中，圖4F所示的部件經(jīng)過許多處理步驟。具體地， 第一對介電層24的表面和通孔35、 45被如下處理。應用去鉆污工藝以 去除任何樹脂殘骸，并且采用無電鍍過程對介電層電鍍一很薄的銅基層。 之后，在銅基層上形成抗蝕圖案。抗蝕圖案具有掩蔽和非掩蔽部分。通 孔35、 45在非掩蔽部分處暴露。執(zhí)行電鍍過程以獲得電路期望的銅厚度， 電路形成微線路層和通孔壁34的鍍層?？梢酝ㄟ^化學發(fā)展過程去除抗蝕 圖案以進一步暴露銅基層，之后，銅基層通過化學蝕刻過程被去除。當 完成這些處理時，微線路層36在第一對介電層24的每個外表面上形成， 并且通孔35、 45的內(nèi)表面被鍍上導電材料。在其它實施例中，可以使用 能夠形成微線路層的和電鍍通孔的其它過程。而且，通孔35和45可以 使用導電材料或不導電材料來填充，并被平面化以進一步處理。
0089參見圖4G，第二對介電層24被布置在覆蓋部件兩側(cè)上的微線 路圖案36的位置處。圖4G中所示排列的固化和/或?qū)訅阂约皩Ω鶕?jù)本發(fā) 明的各實施例的固化的/層壓的排列進行的接下來的過程類似于對傳統(tǒng) PWB襯底上的增層執(zhí)行的過程。
0090圖4H圖示了在溫度、壓力、時間和真空下執(zhí)行的固化和/或?qū)?壓周期后圖4G所示的排列。微線路層36上的電路之間的縫隙被填充樹 脂，其在層壓周期期間從介電層24回流。
0091圖4H中所示的層壓部件中形成的通孔在圖4I中示出。通孔55 在第二對介電層24中形成。不同的通孔圖案可以在第二對介電層24中 的每個介電層中鉆取。通孔55可以利用干式蝕刻工藝形成，包括C02激 光、UV激光、準分子激光或等離子體。也可以使用其它工藝，諸如利用 感光性的第二介電層，接下來進行照相平版印刷工藝。
0092圖4J示出了一部件，其包括根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電鍍通孔 和第二對微線路層。應用的工藝類似于為獲得圖4F所示的部件采用的I: 藝，其產(chǎn)生了圖4H所示的通孔55的鍍層以及第二對介電層24的外表面上的一對微線路層36的形成。
0093根據(jù)本發(fā)明的各實施例的多層增層PWB的制造可包括將關于圖 4G-4J描述的工藝重復預定次數(shù)。以這種方式構造的部件的示例在圖4K 中示出。部件的最外層包括可用于在PWB襯底和半導體管芯之間以及 PWB襯底和第二級包裝件(諸如傳統(tǒng)PWB)之間建立連接的多個電連接 焊盤40、 41。突起焊盤40在PWB襯底的外表面上形成，半導體管芯被 附著到突起焊盤40。球形焊盤41在PWB襯底的外表面上形成，并將被 連接到第二級包裝件，諸如傳統(tǒng)PWB。在很多實施例中，突起焊盤40 和球形焊盤41使用附加的金屬敷涂，諸如鎳、金、銀和/或錫以改善通過 半導體管芯的管腳焊盤(pinpad)或傳統(tǒng)PWB上的觸頭(contact)實現(xiàn) 的與電有關的特性。
0094圖4L示出了根據(jù)本發(fā)明的成品PWB襯底，其中外涂層64被施 加到PWB襯底的上表面和下表面。外涂層64被形成為具有開口 66，該 開口 66暴露了電連接焊盤40、 41。外涂層的形成可以繼續(xù)如下。通過印 刷或篩選方法將適當?shù)母叨冉^緣和耐熱材料施加到襯底的兩個表面上。 之后，照相平版印刷工藝可用于將開口66圖案化。在其它實施例中，用 于向傳統(tǒng)PWB襯底施加外涂層的多種工藝的任一工藝可用于形成外涂 層64。
0095通過以上描述的工藝，可以制造包括核心層、多層微線路圖案、 電鍍通孔、通孔和起保護作用的外涂層的多層增層PWB襯底，核心層是 PWB襯底的電路的一部分。在很多實施例中，核心層的厚度介于0.002 英寸和0.100英寸之間。在很多實施例中，核心層的厚度介于0.010英寸 和0.050英寸之間。
0096在眾多實施例中，核心層的厚度介于成品PWB襯底厚度的30% 和90%之間。在很多實施例中，核心層的厚度介于成品PWB襯底厚度的 40%和60%之間。
0097在很多實施例中，核心層相對構造包括核心層的PWB襯底的其 它材料的比率是60/40。在眾多實施例中，該比率是70/30。
包括具有多層含纖維材料的核心層的PWB襯底
20098多種材料層可用于構造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底的核 心?？蓸嬙炫c圖4M所示的PWB襯底類似的PWB襯底，其包含的核心 材料層類似于圖2C所示的材料層10c。如上所述，核心層10c包括多層 含纖維材料，并且不包括金屬層。在描述的實施例中，假設電流負載滿 足打算使用所述PWB襯底的應用的需求，則核心層10c的導電性足以使 核心層10c作為功能層。
包括具有多個功能層的核心層的PWB襯底
0099圖5示出了與圖4M所示的PWB襯底類似的PWB襯底，該PWB 襯底包括的核心材料層類似于圖2D所示的材料層10d。如上所述，核心 層10d包括薄的介屯材料層，其將每個可用作PWB襯底的功能層的兩個 導電層分離。因此，核心層10d除了提供機械優(yōu)勢外，諸如降低PWB襯 底的CTE，還可以用作兩個功能層。電鍍通孔65、 75和85經(jīng)過核心層 10d。電鍍通孔65通過由樹脂填充的間隙孔形成的圓柱形電介質(zhì)外殼32 與核心層10d中的導電層60和70隔離。電鍍通孔75通過由樹脂填充的 間隙孔形成的圓柱形電介質(zhì)外殼32與核心層10d中的第一導電層60隔 離。但是，電連接42存在于通孔75的電鍍壁34與核心層10d中的第二 導電層70之間。電鍍通孔85電連接到第一導電層60，并且與第二導電 層70電隔離。如上所述，兩個導電層都用作襯底內(nèi)的功能層。在圖示的 實施例中，第一導電材料層可以用作電源平面，第二導電材料層可以用 作接地平面或者反之亦然。可替代地，兩層均可用作電源平面、接地平 面或分離的平面。
00100在很多實施例中，包含在核心層10d中的介電層22的厚度在 0.001英寸和0.030英寸之間。除了介電層22之外，介電材料也可用于電 隔離導電層60、 70的邊緣以阻止PWB的邊緣的層短路。在眾多實施例 中，邊緣可以通過布線(routing)或沿著邊緣鉆取樹脂填充的溝道進行 電隔離以在至少一個導電層中的電材料與核心層10的邊緣之間產(chǎn)生樹脂 障礙。
00101圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的制造PWB襯底的工藝， PWB襯底包括與圖2D所示的材料層10d類似的核心層，該核心層包括第一導電層和第二導電層。工藝600包括透過第一導電層利用鉆孔工藝 鉆取間隙孔圖案(602)，鉆孔工藝諸如深度控制鉆孔工藝，包括C02激
光鉆孔、UV激光鉆孔、UV與C02激光鉆孔的組合、準分子激光或等離
子體鉆孔。之后，透過第二導電層利用類似的鉆孔工藝鉆取間隙孔圖案
(604)。如以上所述，間隙孔鉆取圖案可以包括沿線路布線或鉆取的溝 道，最終形成PWB襯底的核心層的邊緣。由樹脂填充的溝道可以防止導 電層邊緣的電路短路。在眾多實施例中，在每個導電層中形成一對平行 溝道。在很多實施例中，每個導電層中形成一對正交溝道。當鉆孔時， 孔和溝道通常不會延伸到粘合第一和第二導電層的介電材料中。在眾多 實施例中，高粘性樹脂材料被篩選到間隙孔和溝道中，并且該層是平面 化的核心材料(606)。與上述類似的粘性樹脂材料和篩選工藝可用于填 充間隙孔。在其它實施例中，樹脂回流取決于填充間隙孔。第一對介電 層24被排列在核心材料層10d的兩側(cè)上，并且執(zhí)行層壓(608)。之后， 可以利用與關于圖3所示工藝類似的工藝完成增層工藝(610)。
00102在其它實施例中，每個導電層60、 70在與介電層22組合之前 被處理，以形成核心材料層10d。該工藝通常包括在每個導電層60、 70 中鉆取間隙孔圖案以及在正交于表面擴展方向的方向上排列疊層，疊層 包括第一下介電層24、第二導電層70、介電層22、第一導電層60和第 一上介電層24。之后，在溫度、壓力、時間和真空下執(zhí)行固化和/或?qū)訅?周期。上介電層24、介電層22和下介電層24的電介質(zhì)樹脂在固化/層壓 期間回流到間隙孔(間隙孔也可以在固化/層壓之前使用樹脂填充)。之后， 可以利用與以上關于圖3描述的工藝類似的工藝完成成品PWB襯底。
降低CTE的設計
00103根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的PWB襯底的核心層10在表面擴展 方向的CTE通常很小。在很多實施例中，沿平行于表面擴展方向延伸的 核心層10中碳纖維束的使用將對核心層10的較小CTE有幫助。
00104根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB的襯底的CTE明顯取決于約束 核心層10的CTE。因此，通過調(diào)整核心層10中使用的碳纖維材料的量、 碳纖維類型以及碳纖維束大小可以在表面擴展方向增加或降低PWB襯底的熱膨脹系數(shù)。例如，可以通過調(diào)整PWB襯底的核心層的這些特征實 現(xiàn)PWB襯底的CTE范圍在3ppm〃C到12ppm/。C之間。表面擴展方向的 CTE在此范圍內(nèi)的PWB襯底可能與在其平行的表面擴展方向與安裝到 PWB襯底的半導體芯片的CTE匹配或基本匹配。在鉆取間隙孔期間被去 除的核心層中的材料會影響核心層的CTE。去除的材料越多，核心層的 CTE越高。當間隙孔被嚴密地隔開時，材料的去除可能明顯影響核心層 的機械特性。材料的去除可以通過增加核心層的厚度得到補償。在很多 實施例中，PWB襯底設計可以被修改成降低核心層中間隙孔的密度。下 文進一步討論PWB襯底的修改設計以降低鉆取的間隙孔對核心層的機 械特性的影響。00105而且，本發(fā)明的增層襯底200在增層部分上具有由增層方法產(chǎn) 生的高精密度線路結(jié)構。因此，可以在最外面線路圖案上的小節(jié)距(pitch) 上布置電連接焊盤40用于進一步的連接。這對于在小節(jié)距上具有多個連 接引腳焊盤的半導體芯片的直接連接或安裝是有利的。準備來自工藝數(shù)據(jù)的間隙孔數(shù)據(jù)00106傳統(tǒng)PWB襯底設計通常假設核心層是電介質(zhì)并且利用玻璃纖 維強化材料來構造?？蓪⒐に囀┘拥絺鹘y(tǒng)PWB襯底設計的Gerber數(shù)據(jù) 以便能夠制造根據(jù)本發(fā)明的各實施例的PWB襯底。圖7A是傳統(tǒng)PWB 襯底設計中接地平面的Gerber數(shù)據(jù)的工藝圖的圖形表示，其假設接地平 面是PWB襯底內(nèi)的銅層，并且核心層是電介質(zhì)。在傳統(tǒng)PWB中，隔離 孔(anti-pad) 114蝕刻到電鍍通孔與接地平面區(qū)域110相交的位置中的 接地平面上，并且不期望電鍍通孔和接地平面之間存在電連接。隔離孔 的大小總是大于電鍍通孔經(jīng)過隔離孔區(qū)域的大小。焊盤112被稱為熱焊 盤，其也通常在接地平面區(qū)域110上被圖案化。熱焊盤112使得電鍍通 孔能夠與平面區(qū)域110電接觸。圖7A中表示的Gerber數(shù)據(jù)可用于利用 標準化學印刷和蝕刻技術在傳統(tǒng)PWB襯底上產(chǎn)生接地平面。00107如上所述，圖7A描述的接地平面可利用根據(jù)本發(fā)明的各實施 例的PWB襯底的核心層實現(xiàn)。為了利用圖7A的Gerber數(shù)據(jù)實現(xiàn)接地平 面，Gerber數(shù)據(jù)必須被修改成包含核心層的物理特性。代替標準的化學印刷和蝕刻技術，根據(jù)本發(fā)明的一實施例的PWB襯底的核心層需要鉆取 間隙孔。00108圖7B中示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例修改的Gerber數(shù)據(jù)的圖 形表示。修改的Gerber數(shù)據(jù)示出了將鉆取電鍍通孔的位置以實現(xiàn)圖7A 描述的接地平面。間隙孔位置104表示電鍍通孔延伸通過核心層并且不 與核心層電連接的位置，間隙孔位置102表示電鍍通孔延伸通過核心層 并且與核心層接地面電連接的位置。線100表示襯底的構成的輪廓線。為改善機械特性改進PWB襯底設計00109如上所述，在鉆取間隙孔期間從PWB襯底的核心層去除材料 會負面影響核心層的機械特性。下文將關于圖8A-8F描述降低鉆取間隙 孔的機械影響的技術。00110圖8A示出了 Gerber數(shù)據(jù)的圖形表示，其包括用于對介電核心 層鉆孔的電鍍通孔鉆取圖案。描述的Gerber數(shù)據(jù)800示出了一組電鍍通 孔802的位置。該組電鍍通孔中的每個交替行連接到接地平面或電源平 面。圖8B示出了改進的Gerber數(shù)據(jù)的圖形表示，其示出了用于對PWB 襯底的導電核心層鉆孔的間隙孔鉆取圖案，該導電核心層不用作PWB襯 底的功能層。描述的Gerber數(shù)據(jù)810包括一組間隙孔812。間隙孔的密 度使得在臨近的間隙孔之間存在很小數(shù)量的核心層材料。在很多實施例 中，核心層在間隙孔鉆取區(qū)域內(nèi)的機械特性將由于鉆取間隙孔的密度而 受到損害。00111當需要很密集的間隙孔鉆取圖案時， 一種確保核心層完整性的 方法是增加核心層的厚度。另一種方法是將核心層用作根據(jù)本發(fā)明的一 實施例的PWB襯底的功能層。圖8C示出了改進的Gerber數(shù)據(jù)的圖形表 示，其示出了鉆取PWB襯底的導電核心層的鉆孔圖案，其中該導電核心 層用作PWB襯底的接地平面。描述的Gerber數(shù)據(jù)820包括一組間隙孔 822。核心層是接地平面意味著間隙孔不再需要將連接到接地平面的電鍍 通孔與導電核心層電隔離。與圖8B中描述的間隙孔鉆取圖案812相比， 圖8C中描述的間隙孔鉆取圖案822需要去除接近一半的核心層材料。00112圖8D示出了改進的Gerber數(shù)據(jù)的圖形表示，其示出了圖8C27描述的間隙孔鉆取圖案和圖8A描述的電鍍通孔鉆取圖案。描述的Gerber 數(shù)據(jù)830包括與間隙孔822和電鍍通孔相交的電鍍通孔位置，所述電鍍 通孔與核心材料層832相交。00113參見圖8C中描述的Gerber數(shù)據(jù)，去除一半間隙孔增加了相鄰 行的間隙孔之間的間隔，但是，高密度的間隙孔仍舊在每行內(nèi)。每行中 間隙孔的接近程度可能足以損害核心層的機械完整性。如上所述，機械 完整性可以通過增加核心層的厚度得到支撐。另一種方式是改進PWB襯 底的設計以增加根據(jù)本發(fā)明的各實施例的間隙孔之間的間隔。00114圖8E示出了 Gerber數(shù)據(jù)的圖形表示，其示出了 PWB襯底的 核心層的間隙孔圖案，核心層作為襯底的接地平面起作用。描述的Gerber 數(shù)據(jù)840包括一組間隙孔842。在圖解說明的實施例中，該組間隙孔通過 改進圖8A所述的該組電鍍通孔802中每個第二電鍍通孔的目標來形成。 通過交換每個第二電鍍通孔連接的層，所需的間隙孔圖案得以改進。不 采用圖8C的間隙孔圖案822中描述的若干行距離靠近的間隙孔，圖8E 中的間隙孔圖案842被交錯，以便相鄰間隙孔之間的距離增加。00115圖8F圖示的Gerber數(shù)據(jù)的圖形表示顯示了圖8E中所示的間 隙孔圖案和圖8A中示出的電鍍通孔鉆取圖案的疊加(overlay)。描述的 Gerber數(shù)據(jù)850示出了改進電鍍通孔的用途不需要改變電鍍通孔的位置。 但是，改進電鍍通孔的用途可能需要改進PWB襯底的微線路層上的電 路。00116盡管圖8A示出了若干組規(guī)則的電鍍通孔，但是相似的設計原 理可用于增加設計中包括比較不規(guī)則、間隔開的電鍍通孔的間隙孔之間 的間隔。在眾多實施例中，為減少間隔孔的數(shù)量而將核心層用作PWB襯 底的功能層，為增加間隔孔的距離而改進PWB襯底的設計以及增加核心 層的厚度可以結(jié)合使用以確保核心層的機械完整性。盡管圖8D和8F所 示的示例包括核心層用作接地平面，但是類似的技術可以應用到核心層 用作電源平面或分離平面的情形。事實上，可以設想利用分離的平面來 改進圖8A所示的電鍍通孔的設計，其中所有電鍍通孔需要通過分離的平 面的接地平面區(qū)域連接到接地平面，所有電鍍通孔需要通過分離的平面 的電源平面區(qū)域與電源平面連接。通過這種方式使用分離的平面消除了關于圖8A所示的電鍍通孔對間隔孔的需求。在其它實施例中，其它改進 可以結(jié)合用作接地、電源或分離的接地和電源平面的核心層使用以減少 核心層高密度區(qū)域中由樹脂填充的間隙孔的密度。成品IC00117根據(jù)本發(fā)明一實施例的成品IC可以通過將半導體管芯安裝在 具有核心層的PWB襯底來構成，其中核心層構成PWB襯底的電路的一 部分。在很多實施例中，IC的完成還要求將半導體管芯包裝在保護材料 中。00118圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的IC。 IC 900包括安裝在 PWB襯底904上的半導體管芯902。在圖示的實施例中，半導體管芯902 直接安裝到PWB襯底904。 PWB襯底包括構成PWB襯底的電路的一部 分的核心層10。電鍍通孔905將核心層10連接到PWB襯底內(nèi)微線路層 上的電路。焊料突起906提供半導體管芯的引腳焊盤和半導體管芯被安 裝在其上的PWB襯底904的表面上的突起焊盤908的電連接。 一組焊料 突起912會在位于PWB襯底904的其它表面上的球形焊盤910和第二級 封裝件(諸如傳統(tǒng)PWB)之間產(chǎn)生電接觸。在其它實施例中，可利用連 接半導體管芯和PWB襯底以及用于連接PWB襯底和第二級包裝件的其 它標準技術形成電連接。在眾多實施例中，介電樹脂材料用于保護半導 體管芯902和/或半導體管芯902和PWB襯底904之間未填充的空隙。00119盡管前述實施例作為典型的實施例公開，但是應當理解正如所 公開的可以對該系統(tǒng)做附加的變化、替換以及更改，而不偏離本發(fā)明的 范圍。因此，本發(fā)明的范圍不應到由圖示實施例確定，而應當由所附權 利要求及其等效物確定。
權利要求
1. 一種印刷線路板襯底，其包括核心層，其包括導電材料；和至少一個增層線路部分，其形成于所述核心層的外表面上；其中所述增層部分包括至少一個具有電路的微線路層，所述電路通過電鍍通孔電連接到所述核心層中的所述導電材料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層的熱膨 脹系數(shù)低于所述至少一個增層部分的熱膨脹系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層被配置 成用作接地平面。
4. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層被配胃: 成用作電源平面。
5. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層被配置 成用作分離的電源和接地平面。
6. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層包括碳 材料。
7. 根據(jù)權利要求6所述的印刷線路板襯底，其中所述碳材料是碳纖維。
8. 根據(jù)權利要求7所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層包括，: 少一層紡織碳纖維。
9. 根據(jù)權利要求8所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層通過金 屬層被包在至少一側(cè)上，該金屬層通過樹脂被粘合到所述碳纖維。
10. 根據(jù)權利要求9所述的印刷線路板襯底，其中 該金屬層包括一內(nèi)表面，突出部分從該內(nèi)表面延伸； 多個突出部分接觸碳纖維；并且 該金屬層包括平的外表面。
11. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層包括第 一導電層，所述第一導電層通過介電層粘合到第二導電層，所述介電層 將所述第一層和所述第二層電隔離。
12. 根據(jù)權利要求l所述的印刷線路板襯底，其中 第一增層線路部分在所述核心層的上表面上形成， 第二增層線路部分在所述核心層的下表面上形成；電鍍通孔將所述第一增層線路部分中的微線路層上的電路和所述第二增層線路部分中的微線路層上的電路連接在一起；并且所述電鍍通孔通過由樹脂填充的間隙孔與所述核心層中的所述導電 材料電隔離。
13. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層在表面 擴展方向的熱膨脹系數(shù)在0ppm/。C和12ppm/。C之間。
14. 根據(jù)權利要求13所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層在所 述表面擴展方向的熱膨脹系數(shù)在0ppm〃C和9ppm廠C之間。
15. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層在表面 擴展方向的導熱率在2W/m.K和500W/m.K之間。
16. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層在表面 擴展方向的導熱率在50 W/m.K和1000 W/m.K之間。
17. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層在表面擴展方向的拉伸強度在5 msi和35 msi之間。
18. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層在表面 擴展方向的拉伸強度在10 msi和40 msi之間。
19. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層的介電 常數(shù)在lMHz時大于6.0。
20. 根據(jù)權利要求1所述的印刷線路板襯底，其中所述核心層的厚度 至少是所述印刷線路板襯底的厚度的30%。
21. —種集成電路，包括安裝到印刷線路板襯底的半導體管芯，其中 所述印刷線路板襯底包括構成電路的一部分的核心層，該電路電連接所 述核心層和所述半導體管芯。
22. —種構造印刷線路板襯底的方法，包括 在核心材料層中鉆取間隙孔； 使用樹脂填充所述間隙孔； 固化所述樹脂；平面化所述核心材料層的表面；將若千介電材料層施加到所述核心材料層的兩側(cè)；固化所述若干介電材料層和核心材料層；在所固化的層中鉆取通孔；形成線路圖案并電鍍所述通孔；積累附加的介電材料層和微線路層；以及施加外涂層。
全文摘要
本文描述了集成電路和制造集成電路的過程，其使用的印刷線路板襯底(200)具有核心層(10)，該核心層是印刷線路板的電路的一部分。在眾多實施例中，核心層由碳復合材料構成。在幾個實施例中，描述的技術用于增加設計中核心層的完整性，這要求鉆取高密度的間隙孔(25)。本發(fā)明的一個實施例包括具有導電材料的核心層和在核心層的外表面上形成的至少一個增層線路部分。此外，增層部分包括至少一個微線路層(36)，該微線路層包含的電路通過電鍍通孔(45)電連接到核心層中的導電材料。
文檔編號H05K1/11GK101507058SQ200780031170
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月16日 優(yōu)先權日2006年7月14日
發(fā)明者K·K·瓦色亞 申請人:斯塔布科爾公司