專利名稱：用于安裝半導體集成電路小片的印刷電路板的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于安裝電組件的印刷電路板。特別地，本發(fā)明涉及具有用于把半導體集成電路小片安裝到板上的導電焊腳的改進的印刷電路板。
半導體集成電路小片通常通過固定在小片表面上的焊腳和印刷電路板表面上的接觸焊點之間的多個相互連接安裝到印刷電路板上。接觸焊點與也出現(xiàn)在板的表面上的一個或多個電路導線電連接。通常，接觸焊點和電路導線是由單層銅整體形成的。
為了形成相互連接，首先在印刷電路板的表面加焊接掩模。作為絕緣體的焊接掩模是由聚合物形成的，它能夠耐受在接下來的裝配操作期間它所受到的升高的溫度。在焊接掩模中形成開孔以便使每一接觸焊點的上表面露出。然后，焊腳與開孔對齊并與接觸焊點接觸。所得到的組件被加熱到足夠高的溫度以便使焊腳熔化并引起它們在對應的接觸焊點上軟熔。焊接掩模的存在防止了熔化的焊料沿整個電路線上散布。在冷卻時，焊料重新固化并粘結(jié)到接觸焊點上而實現(xiàn)相互連接。
遺憾的是，使用上述方法很難在所有的焊腳和接觸焊點之間形成良好的相互連接。由于焊接掩模與接觸焊點沒有對齊使得接觸焊點沒有處于開孔的中心而常常造成不良的電和機械連接。如果焊腳沒有與焊接掩模中的開孔完全對齊，則結(jié)果也會引起不良的連接。因為焊腳一般高度不一致，并由于焊接掩模本身有時厚度不均勻，即使在接觸焊點、開孔和焊腳完全對齊時也可能產(chǎn)生不良的連接。
印刷電路板和半導體集成電路小片之間的電連接也使用導電粘合劑來實現(xiàn)。由于導電粘合劑比熔化的焊料黏性大得多，故不需要焊接掩模。然而，印刷電路板必須與小片間隔開足夠的距離以防止小片和電路之間短路并提供應力緩解。為了達到這種距離，必須在印刷電路板的表面形成導電焊腳。遺憾的是，如果焊腳的上表面沒有延伸到印刷電路板表面上方基本相同的距離，則結(jié)果也會造成不良的相互連接。換言之，如果焊腳的上表面不是基本上為一個共同的平面，則結(jié)果也會造成不良連接。
于是，希望有能夠克服這些問題的一種新的印刷電路板。特別需要一種在印刷電路板和半導體集成電路小片之間配置的印刷電路板，它可提供高密度一致良好的相互連接。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于安裝半導體集成電路小片的印刷電路板。在一個實施例中印刷電路板包括表面平整的硬質(zhì)電介質(zhì)基片，固定在基片表面上的多個電路線，以及固定在基片表面上的導電焊腳。每一個導電焊腳具有基本為平面的上結(jié)合面以及基本與基片表面垂直的側(cè)面。導電焊腳和電路線由單金屬層形成。這樣，導電焊腳和電路線形成一致的整體結(jié)構(gòu)，即每一導電焊腳和連接電路線之間沒有物理界面。由于導電焊腳由基本為平面的單金屬層形成，故導電焊腳的上表面延伸到基片表面之上基本同樣的高度，即導電焊腳的上表面彼此之間基本上是共同的平面。
在另一實施例中，印刷電路板還包括部分地或全部地圍繞導電焊腳的整體的焊料阻擋臺或多個不連接的焊料阻擋臺。焊料阻擋臺具有位于其各個導電焊腳的上結(jié)合表面之下的上表面。焊料阻擋臺的置位使得能夠防止后來分布在每一導電焊腳上的合金、特別是焊料沿與導電焊腳整體連接的線路流動。
本發(fā)明還涉及包含安裝到根據(jù)本發(fā)明制造的印刷電路板上的半導體集成電路小片的微電子組件。
通過參照附圖可以對本發(fā)明有更好的理解，其中

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明包含其間沒有物理界面的導電焊腳和電路線的印刷電路板的剖視圖。
圖2是具有完全圍繞印刷電路板多個導電焊腳的焊料阻擋臺的印刷電路板的剖視圖。
圖3是表示包含部分地圍繞導電焊腳的焊料阻擋臺的印刷電路板的平面視圖。
圖4是圖3的印刷電路板沿箭頭方向的線3-3所取的剖視圖。
圖5是使用圖1的印刷電路板形成的微電子組件的剖視圖。
圖6是使用圖2的印刷電路板形成的微電子組件的剖視圖。
根據(jù)本發(fā)明，在圖1中示出安裝電子元件、特別是半導體集成電路小片的的印刷電路板10的一個實施例。印刷電路板10包含具有平整的表面的硬質(zhì)電介質(zhì)基片12。適應于印刷電路板的硬質(zhì)電介質(zhì)基片材料的例子包括環(huán)氧基材料和四氟化乙烯氟化碳基材料。包含多個導電焊腳22和24和多個電路線26和28的導電金屬層裝固到基片的表面14。導電焊腳22和24分別具有頂面32和34，這些頂面基本上是平面并延伸到基片表面14以上基本相同的高度(x)。導電焊腳22和24分別具有側(cè)面42和44，這些側(cè)面基本上垂直于基片的表面14。電路線26和28具有延伸到表面14之上基本相同高度(y)的上表面36和38。由于在印刷電路板10制造過程中導電焊腳22和24是由相同的金屬層形成的，故每一導電焊腳與其各連接電路線之間沒有界面。這樣，導電焊腳22和電路線26構(gòu)成了一致的整體結(jié)構(gòu)。類似地，導電焊腳24和電路線28構(gòu)成了一致的整體結(jié)構(gòu)。
印刷電路板10是通過向硬質(zhì)電介質(zhì)基片的平面施加基本上是平面的金屬層制成的。金屬層最好是一層銅。雖然可使用諸如蒸發(fā)、噴涂或電解電鍍及其它任何標準的技術(shù)向電介質(zhì)基片施加金屬層，但金屬層最好通過向基片層壓厚度基本均勻的金屬箔而被施加。通常，這種金屬箔均勻的厚度要求或允差為±1微米。然后向金屬層暴露的表面施加第一光刻膠。合適的光刻膠包括負光刻膠，諸如McDermid Aquamer CFI或DF,DupontRiston 9000，或Dupont Riston 4700。光刻膠的涂施通常使用熱輥層壓器或通過在剪切薄片層壓器上濕式層壓進行。
然后通過掩模使第一光刻膠露出、顯象并剝離，以便除去其部分并提供在金屬層上面的余留的光刻膠部分的圖案。這些部分的位置和形狀對應于要求的導電焊腳需要的位置和形狀。這一光刻法過程使要從其形成電路線的銅層部分暴露出來。
在剝離了被顯象的抗蝕部分之后，這時銅層暴露的部分被部分地蝕刻到第二高度(y)。第二高度(y)等于所需要的銅電路的高度。暴露的銅層最好通過向氯化銅和鹽酸水溶液暴露而被蝕刻。使用蝕刻劑處理銅層暴露的部分達足夠的時間，以便降低金屬層暴露的部分的高度達到高度(y)。
最好通過使銅層的暴露面在溫度低于110°F受到在鹽酸水溶液中包含氯化銅的蝕刻劑的處理，使暴露的銅層被蝕刻。蝕刻劑最好包含銅離子濃度大約為125到225克/升蝕刻劑。蝕刻劑中鹽酸的濃度最好為大約從1到2N。其它的蝕刻劑諸如氯化鐵或過硫酸納也可用于焊腳的低溫蝕刻。使用蝕刻劑處理銅層暴露的部分達足夠的時間，以便降低金屬層暴露的部分的高度達到所希望的第二高度?？赏ㄟ^在蝕刻劑中浸漬金屬化的基片，或最好通過以蝕刻劑噴射其上表面而進行蝕刻。已經(jīng)確認，較好的蝕刻工藝能夠使與蝕刻劑接觸的導電焊腳的基蝕最小，并提供防止銅層高于所希望的第二高度的暴露部分變細所需要的控制。為了允許監(jiān)視暴露的銅層高度降低，最好使用多次處理。每次處理最好少于一分鐘，并且變化板子的方向以改進蝕刻的均勻性?？墒褂脴藴实墓こ虒嶒灧椒ù_定優(yōu)化的工藝條件。
一旦金屬層暴露部分蝕刻到高度(y)，則第一光刻膠余留部分被化學剝離過程除去。然后第二光刻膠電沉積到金屬層的暴露面上。使第二光刻膠成象以提供覆蓋所需的導電焊腳和所需的銅電路線的余留的第二光刻膠部分的圖案。市售的第二光刻膠的例子包括正電可沉積光刻膠Shipley PEPR2400和Nippon Paint 2,000，但是不限于此。然后金屬層的暴露部分沿著其余的光刻膠被蝕刻。這一第二蝕刻步驟可能涉及其中使用諸如氯化銅蝕刻劑蝕刻暴露的銅層的濕式蝕刻。對于包含陶瓷、硅、或玻璃的基片，可以使用干式蝕刻工藝。干式蝕刻工藝涉及對包含諸如Ar或CF4等活性氣體的等離子體曝光。然后通過諸如以氫氧化鈉溶液或商用剝離劑諸如DuPont Riston S 1100X剝離劑的處理等通常的過程去除余留的第二光刻膠，以提供包含硬質(zhì)電介質(zhì)基片、沉積在基片表面上的多個導電焊腳以及沉積在電介質(zhì)基片表面上的多個電路線的印刷電路板。電路線和導電焊腳處于電連接狀態(tài)。每一導電焊腳及其各自的連接電路線之間沒有物理界面。
在第二實施例中，印刷電路板110包括硬質(zhì)電介質(zhì)基片112、多個導電焊腳122和124、多個電路線126和128，及以下稱為“焊料阻擋臺”的聚合物敷層，該敷層的設置是為了阻擋合金流，具體來說是焊料，在軟熔工藝期間離開導電焊腳。如圖2實施例所示，焊料阻擋臺150分布在基片112的表面114并基本上覆蓋在所有的電路線126和128上。焊料阻擋臺150的上表面154基本上是平面并在表面114之上延伸到高度(z)，高度(z)最好小于導電焊腳122和124的高度(x)。焊料阻擋臺150具有側(cè)面156和158，它們一般垂直于114面并確定了導電焊腳122和124延伸所通過的開孔。如圖2所示，焊料阻擋臺的側(cè)面156和158可以接觸導電焊腳的側(cè)面142和144，或者側(cè)面可以與側(cè)面間隔開。焊料阻擋臺150是連續(xù)的一致的結(jié)構(gòu)。
在形成導電焊腳和電路線之后施加焊料阻擋臺150。用于形成焊料阻擋臺150的材料的選擇取決于其與接下來處理條件的相容性及與構(gòu)成印刷電路板和半導體集成電路小片的材料和組件的相容性。例如，適當?shù)暮噶献钃跖_包括液體薄膜、干式薄膜及網(wǎng)板印刷的焊接掩模。由于電路焊腳的構(gòu)形的性質(zhì)、為固定所需的焊腳的小尺寸(10密爾中心距上的5密爾)以及保持導電焊腳至少部分的側(cè)面不與焊料阻擋臺接觸的好處，最好使用液體光可成象焊接掩模(LPISM)。如圖2所示在印刷電路板形成之后，在硫酸鈉中微蝕刻導電焊腳122和124并涂敷Entek Plus以提供具有可焊接的導電焊腳的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，圖3和4中示出用于安裝電子組件，特別是半導體集成電路小片的印刷電路板210的第三實施例。一般表示為210的這一印刷電路板包括具有平整表面214的硬質(zhì)電介質(zhì)基片212。包括多個導電焊腳和多個導電線的導電金屬層固定到基片表面214上。為了表示的目的，圖3和3中只表示出一個導電焊腳222和一個電路線226。電路線226具有延伸到表面214之上達高度(y)的上表面236。導電焊腳222具有基本為平面并延伸到基片的表面214之上達高度(x)的頂面232。導電焊腳222與電路線226是一整體，并具有基本垂直于電路線226的側(cè)面242。使用上述對印刷電路板10的工藝，印刷電路板210的導電焊腳和電路線是從單一的最好為基本為平面的銅金屬層蝕刻的。
印刷電路板210還包括多個部分地圍繞印刷電路板每一導電焊腳的不連接的焊料阻擋臺。為了表示的目的，圖3和4中只示出一個焊料阻擋臺250。焊料阻擋臺250具有在表面214之上延伸到高度(z)的上表面254。雖然不是必要的，但是如圖3所示焊料阻擋臺250的高度(z)最好小于導電焊腳222的高度(x)。焊料阻擋臺250的高度(z)最好小于焊料阻擋臺250的寬度和長度以便增加其穩(wěn)定性。焊料阻擋臺250覆蓋了電路線226的上表面236的一部分及表面214的一部分。焊料阻擋臺250最好使用業(yè)內(nèi)周知的傳統(tǒng)工藝由液體光可成象焊接掩模形成。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的印刷電路板能夠提供10,000/每平方英寸高密集的導電焊腳。于是，能夠降低與這種印刷電路板連接小片尺寸。此外，由于導電焊腳具有基本為同平面的上表面，這種電路板適于提供印刷電路板與半導體集成電路小片之間一致良好的連接。
根據(jù)本發(fā)明的印刷電路板可用于安裝半導體集成電路小片。
在一個實施例中，一般如160所示的所得到的半導體小片組件沒有焊接掩模并使用如圖1所示的印刷電路板10。除了電介質(zhì)基片12、導電焊腳22和24及電路線26之外，半導體組件160還包括具有用于把小片162電連接到印刷電路板110的接觸點(未示出)的半導體集成電路小片162，及分布在小片162的接觸點和導電焊腳22和24之間的導電粘合劑196。適當?shù)膶щ娬澈蟿┌?，但不限定，含有導電填料的環(huán)氧基樹脂。通過導電粘合劑把連接半導體小片連接到印刷電路板的工藝在本專業(yè)中是熟知的。簡言之，該工藝涉及把導電粘合劑施涂到接觸點，使接觸點與導電焊腳對齊，在足夠的熱和壓力的條件下使小片和印刷電路板壓擠在一起，以便使粘合劑熟化并形成接觸點和導電焊腳之間的互連導電通路。這樣，導電粘合劑提供了半導體集成電路小片和印刷電路板導電焊腳之間的電和物理結(jié)合。
制造包含部分地或完全地圍繞導電小片的焊料阻擋臺的半導體組件的工藝幾乎相同。于是為了說明的目的，只參照圖2中所示的印刷電路板110描述制造半導體組件的工藝。
在印刷電路板110形成之后，一般由圖6中162所示并具有合金焊腳192的半導體集成電路小片與印刷電路板110對齊，使得合金焊腳192固定在導電焊腳122的表面132。用于形成合金焊腳的合金例如包括焊料，最好是低共熔焊料合金。合金焊腳192還可包含銦合金。然后把組件加熱到足夠的溫度使合金熔化，并引起合金從合金焊腳192流動到上表面132，并最好流到導電焊腳122的側(cè)面142的至少一部分。焊料焊腳150防止熔化的合金沿被焊料阻擋臺150覆蓋且處于導電焊腳122遠端的電路線126擴散。然后，組件被冷卻，合金被固化。所得到的半導體集成電路小片組件包括通過與多個電路線電連接并合為整體的多個導電焊腳結(jié)合到印刷電路板。
雖然就某種具體情形對本發(fā)明進行了說明，但在不背離由權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍和的情形下可以作出修改和變形。
權(quán)利要求
1．一種用于結(jié)合到半導體集成電路小片的印刷電路板，所述印刷電路板包括(a)具有平整表面的硬質(zhì)電介質(zhì)基片；(b)固定在基片表面上的電路線；(c)與所述電路線整體結(jié)合并固定在基片表面上的導電焊腳，所述導電焊腳具有基本為平面的上結(jié)合面。
2．權(quán)利要求1的印刷電路板，其特征在于，所述電路板包含多個導電焊腳，所述多個焊腳每一個具有基本為平面的上結(jié)合面。
3．權(quán)利要求1的印刷電路板，其特征在于，還包括配置在基片電路面上的焊料阻擋臺，所述焊料阻擋臺至少部分地圍繞焊腳，以便阻止焊料從導電焊腳流開并沿與導電焊腳整體連接的電路線流動。
4．權(quán)利要求1的印刷電路板，其特征在于，還包括配置在基片電路面上并圍繞焊腳的焊料阻擋臺，用于防止焊料流從導電焊腳流開并沿與焊腳整體連接的電路線流動。
5．權(quán)利要求3的印刷電路板，其特征在于，焊料阻擋臺具有上表面，且導電焊腳的上結(jié)合面位于離開基片表面的距離大于焊料阻擋臺的上表面的位置。
6．權(quán)利要求4的印刷電路板，其特征在于，焊料阻擋臺具有上表面，且導電焊腳的上結(jié)合面位于離開基片表面的距離大于焊料阻擋臺的上表面的位置。
7．權(quán)利要求2的印刷電路板，其特征在于，還包含配置在印刷電路板上的多個焊料阻擋臺，且所述多個焊腳的每一個至少部分地由焊料阻擋臺圍繞。
8．權(quán)利要求2的印刷電路板，其特征在于，還包括連續(xù)的焊料阻擋臺，且多個焊腳的每一個至少部分地由焊料阻擋臺圍繞。
9．權(quán)利要求2的印刷電路板，其特征在于，所述多個導電焊腳的上結(jié)合面延伸到所述基片表面之上基本相同的高度。
10．權(quán)利要求7的印刷電路板，其特征在于，所述多個導電焊腳的上結(jié)合面延伸到所述基片表面之上基本相同的高度。
11．權(quán)利要求8的印刷電路板，其特征在于，所述多個導電焊腳的上結(jié)合面延伸到所述基片表面之上基本相同的高度。
12．一種半導體組件，它包括(a)半導體集成電路小片；(b)印刷電路板，它包括(ⅰ)具有平整表面的硬質(zhì)電介質(zhì)基片；(ⅱ)固定在基片表面的電路線；(ⅲ)與所述電路線成為一體并固定在基片表面的導電焊腳，所述導電焊腳具有基本為平面的上結(jié)合表面；以及(c)把半導體集成電路小片結(jié)合到印刷電路板的導電焊腳的導電粘合劑。
13．權(quán)利要求12的印刷電路板，其特征在于，印刷電路板包含多個由導電粘合劑結(jié)合到半導體集成電路小片的導電焊腳，所述多個焊腳具有基本為共平面的上結(jié)合表面。
14．半導體組件，它包括(a)半導體集成電路小片；(b)印刷電路板，它包括(ⅰ)具有平整表面的硬質(zhì)電介質(zhì)基片；(ⅱ)固定在基片表面的電路線；(ⅲ)與所述電路線成為一體并固定在基片表面的導電焊腳，所述導電焊腳具有基本為平面的上結(jié)合表面；(c)配置在所述印刷電路板電路面上的焊料阻擋臺，所述焊料阻擋臺至少部分地圍繞導電焊腳；以及(d)把半導體集成電路小片結(jié)合到印刷電路板的導電焊腳的合金焊腳。
15．權(quán)利要求14的印刷電路板，其特征在于，印刷電路板包含多個由多個合金焊腳結(jié)合到半導體集成電路小片的導電焊腳；多個焊料阻擋臺配置在印刷電路板上；且所述多個導電焊腳的每一個至少部分地由焊料阻擋臺圍繞。
16．權(quán)利要求14的印刷電路板，其特征在于，印刷電路板包含多個由多個合金焊腳結(jié)合到半導體集成電路小片的導電焊腳；連續(xù)的焊料阻擋臺配置在印刷電路板上；且所述多個導電焊腳的每一個至少部分地由連續(xù)焊料阻擋臺圍繞。
17．權(quán)利要求14的印刷電路板，其特征在于，焊料阻擋臺具有上表面，且導電焊腳的上結(jié)合面位于離開基片表面的距離大于焊料阻擋臺的上表面的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于安裝到半導體集成電路小片的印刷電路板。在一個實施例中印刷電路板包括表面平整的硬質(zhì)電介質(zhì)基片,固定在基片表面上的多個電路線,以及固定在基片表面上的導電焊腳。導電焊腳和電路線形成一致的整體結(jié)構(gòu)。在另一實施例中,印刷電路板還包括部分地或全部地圍繞導電焊腳的整體的焊料阻擋臺或多個不連接的焊料阻擋臺。本發(fā)明還涉及包含安裝到根據(jù)本發(fā)明制造的印刷電路板上的半導體集成電路小片的微電子組件。
文檔編號H05K3/34GK1223541SQ9812399
公開日1999年7月21日 申請日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月12日
發(fā)明者埃德加·杰·富蘭考斯基, 阿英·莫米斯 申請人:國際商業(yè)機器公司