專利名稱：嵌埋有ic芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整合式模塊板(moduled board)及其制作方法，特別涉及一種類似開口向下的塑料焊球陣列(Cavity-Down Plastic Ball Grid Array，CD-PBGA)或含有各式開口的模塊化(moduled)基板及其制作方法，可將各式IC芯片與各種無(wú)源元件整合于模塊化基板內(nèi)。
背景技術(shù)：
電子構(gòu)裝包括集成電路(IC)芯片的粘結(jié)固定、電路連線、結(jié)構(gòu)密封、與電路板的接合、系統(tǒng)組合、以及產(chǎn)品完成之間的所有工藝，其目的為組合完成IC芯片與必要的電路零件，以實(shí)現(xiàn)傳遞電能與電路信號(hào)、提供散熱途徑、承載與結(jié)構(gòu)保護(hù)等功能。
一般而言，電子構(gòu)裝技術(shù)可以四個(gè)不同的組裝層次區(qū)分第一層次是指將IC芯片粘結(jié)于一個(gè)封裝基板，并完成其中的電路連線與密封保護(hù)的工藝；第二層次是指將封裝體以及其他電子組件結(jié)合于一電路板上；第三層次則指將多個(gè)電路板組裝于一主板上成為一次系統(tǒng)；第四層次則為將多個(gè)次系統(tǒng)組合成為一完整的電子產(chǎn)品。
隨著IC芯片的集成度提高而使芯片的輸出輸入的插腳數(shù)增加，因此各種高密度的IC封裝基板不斷開發(fā)出來(lái)，其中開口向下的塑料焊球陣列(Cavity Down-Plastic Ball Grid Array，CD-PBGA)的封裝基板就是一例，其乃將IC芯片粘貼至此基板的開口內(nèi)，并利用引線鍵合技術(shù)將IC芯片電連接至此基板表面的鍵合接頭(bonding finger)上，接著此封裝基板會(huì)以開口向下的方式與電路板結(jié)合。另外，散熱元件裝置在此封裝基板的上方，而且無(wú)源元件需另行于電路板進(jìn)行組裝程序。
現(xiàn)有工藝會(huì)遭遇以下的問(wèn)題第一，IC芯片封裝工藝、無(wú)源元件的組裝程序以及表面粘接技術(shù)(surface mount technology，SMT)等步驟必須分別進(jìn)行，因此總體產(chǎn)品因流程較長(zhǎng)因而優(yōu)良率較低，且封裝工藝的成本花費(fèi)極高。第二，在無(wú)法整合無(wú)源元件的組裝以及SMT工藝的情況下，整個(gè)產(chǎn)品的厚度無(wú)法降低，不能符合當(dāng)前技術(shù)的“輕、薄、短、小”的趨向。第三，為了達(dá)到散熱效果，須額外在主板上提供一個(gè)熱沉(heat sink)/風(fēng)扇(fan)元件以及一電磁波干擾(Electro-Magnetic Interference，EMI)屏蔽板以提高電氣特性表現(xiàn)，這會(huì)進(jìn)一步增加總體工藝成本。第四，由于IC芯片、無(wú)源元件以及散熱元件無(wú)法同時(shí)整合于基板上，因此產(chǎn)品的布局電路線太長(zhǎng)而影響到其電性品質(zhì)。
因此，如何將IC芯片、無(wú)源元件以及散熱元件的工藝同時(shí)整合于模塊化基板上以解決上述的問(wèn)題，成為當(dāng)前亟需探討的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種整合式模塊板，由散熱基板與類似CD-PBGA或含各式開孔的基板所粘貼而成，且將IC芯片以及無(wú)源元件嵌埋于整合式模塊板中，故可直接于整合式模塊板上進(jìn)行多層內(nèi)連線工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的問(wèn)題。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的整合式模塊板，包括有一開口向下的基板如塑料焊球陣列(CD-PBGA)基板或含有各式開口的基板，其包含有多個(gè)貫穿的大開口以及小開口，其中該小開口內(nèi)設(shè)置有無(wú)源元件；一散熱基板，設(shè)置于該基板的底部；一第一粘性膠膜，將該基板的底部粘接至該散熱板上；至少一有源IC芯片，該IC芯片的底部藉由一第二粘性膠膜而粘貼于該散熱片上的基板的大開口內(nèi)；以及一介電填充層，覆蓋該整合式模塊板的整個(gè)表面，且填滿該基板的表面上及開口內(nèi)的所有空隙；并且，可直接于該介電填充層上進(jìn)行多層內(nèi)連線工藝，使IC芯片、無(wú)源元件及基板相互電連接。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的特征在于，將散熱基板與開孔基板直接粘貼而成為一種整合式模塊板，且將IC芯片以及無(wú)源元件嵌埋于整合式模塊板中，故可直接于整合式模塊板上進(jìn)行多層內(nèi)連線工藝，以取代現(xiàn)有技術(shù)的鍵合、無(wú)源元件組裝以及散熱風(fēng)散組裝等步驟，進(jìn)而達(dá)到簡(jiǎn)化構(gòu)裝基板的制作流程、提高產(chǎn)品的優(yōu)良率、降低構(gòu)裝工藝成本等目的。
本發(fā)明的另一特征在于，藉由粘性膠膜將IC芯片以及無(wú)源元件粘貼于整合式模塊板的開口內(nèi)，可不使用表面粘接技術(shù)(SMT)及回焊(Reflow)等制作流程，并降低制作成本。
本發(fā)明的再一特征在于，藉由IC芯片以及無(wú)源元件的高度整合來(lái)控制整合式模塊板的厚度，可有效降低產(chǎn)品的體積。
本發(fā)明的又一特征在于，將各個(gè)IC芯片、無(wú)源元件之間的信號(hào)傳輸距離拉近，可以大幅提高產(chǎn)品的電性表現(xiàn)。
本發(fā)明的又一特征在于，將各個(gè)IC芯片、無(wú)源元件之間的信號(hào)傳輸距離拉近，并根據(jù)電路設(shè)計(jì)的完成程度，可能是一模塊化的次系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一特征在于，將各個(gè)IC芯片、無(wú)源元件之間的信號(hào)傳輸距離拉近，并根據(jù)電路設(shè)計(jì)的完成程度，可能是一高整合度模塊化的系統(tǒng)功能主板。


圖1至圖9顯示本發(fā)明實(shí)施例的整合式模塊板的制作方法的剖面示意圖。
附圖中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下IC芯片～12；金屬墊～14；對(duì)位標(biāo)記～17；電氣測(cè)試金屬凸塊～16；第二粘性膠膜～18；開孔基板～22；無(wú)源元件～24；無(wú)源元件粘著層～25；金屬墊～26；對(duì)位標(biāo)記～27；第一粘性膠膜～28；整合式模塊化基板～30；散熱板～31；空隙～34；介電填充層～36；微孔～38、43；第一金屬層～40；第一金屬導(dǎo)線～40A；介電層～42；第二金屬層～44；第二金屬導(dǎo)線～44A；遮蔽層～46；焊球～48。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更清楚易懂，下文特舉出優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下實(shí)施例本發(fā)明提供一種類似開口向下的塑料焊球陣列(CD-PBGA)或含多個(gè)開孔的模塊化基板及其制作方法，是將無(wú)源元件直接制作于該基板上，并將該基板與散熱板粘接而構(gòu)成一個(gè)整合式模塊板，再將IC芯片粘接于整合式模塊板的開口內(nèi)。接著可進(jìn)行多層內(nèi)連線工藝，使IC芯片與無(wú)源元件能夠電連接至整合式模塊板，而直接應(yīng)用或依需求另外設(shè)計(jì)連接至表面焊球陣列，使此整合式模塊板以開口向下的方式與其他電路板結(jié)合。因此，依據(jù)IC芯片的數(shù)量以及模塊化工藝的應(yīng)用變化，本發(fā)明的整合式模塊板可視為一種模塊化構(gòu)件、一種多芯片模塊(MCM)基板或一種主板(main board)，可應(yīng)用在電子構(gòu)裝技術(shù)的各個(gè)不同的組裝層次中。
請(qǐng)參閱第1至9圖，其顯示本發(fā)明實(shí)施例的模塊化基板的制作方法的剖面示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明的整合式模塊化基板30由一基板22、一第一粘性膠膜28以及一散熱基板3 1所組成?；?2包含有多個(gè)大開口19以及小開口21，其中大開口19的位置是用來(lái)放置IC芯片，小開口21的位置是用來(lái)放置無(wú)源元件(例如電阻、電容、感應(yīng)器)，至于大開口19與小開口21的形狀與數(shù)目可依據(jù)實(shí)際需要作適當(dāng)變化，在此不加以限制。在優(yōu)選實(shí)施例中，基板22表面上包含有多個(gè)金屬墊26、對(duì)位標(biāo)記27(alignment mark)以及無(wú)源元件24，其中無(wú)源元件24藉由一粘著層25而粘貼于小開口21中；無(wú)源元件也可因不同技術(shù)應(yīng)用以嵌入(Embedded)方式形成于各不同層的基板結(jié)構(gòu)中。至于基板22內(nèi)部的導(dǎo)電線路結(jié)構(gòu)則可設(shè)計(jì)成各種樣式，于此不加以撰述。第一粘性膠膜28用來(lái)接合基板22以及散熱元件31，其材料可采用導(dǎo)電膠膜，其內(nèi)部的孔洞中填充有導(dǎo)電膠。散熱板31可具有EMI屏蔽效果，且散熱板31的材料主要為散熱銅片。
如圖2所示，利用第一粘性膠膜28將基板22的底部粘貼于散熱板31上，則可成為一個(gè)整合式模塊化基板30，其表面上仍保留有用來(lái)放置IC芯片的大開口19。
如圖3所示，提供至少一IC芯片12，其表面上設(shè)置有多個(gè)金屬墊14、電氣測(cè)試金屬凸塊16以及對(duì)位標(biāo)記17(alignment mark)。然后，利用一第二粘性膠膜18將IC芯片12的底面粘貼于大開口19內(nèi)的整合式模塊化基板30上，而且IC芯片12與整合式模塊化基板30之間的空隙會(huì)形成一溝槽34。在優(yōu)選實(shí)施例中，IC芯片12的厚度約略與基板22的高度相同，有利于后續(xù)的模塊化工藝整合。第二粘性膠膜18可采用一般的膠帶、環(huán)氧基玻纖布膠(epoxy-based prepreg)、含導(dǎo)電顆粒膠膜或金屬導(dǎo)電膏等等。
接著，對(duì)IC芯片12以及無(wú)源元件24進(jìn)行密封保護(hù)。如圖4所示，于整合式模塊化基板30的整個(gè)表面上覆蓋一介電填充層36，并使其填滿IC芯片12周圍的空隙34以及無(wú)源元件24周圍的空隙。介電填充層36的制作方法有兩種方式可供選擇，第一種方式是先將樹脂(epoxy)材料流入空隙34內(nèi)，再于上述的材料上覆蓋一層介電(dielectric)材料，第二種方式則是同時(shí)提供樹脂材料以及介電材料，此時(shí)樹脂材料亦會(huì)流入空隙34內(nèi)。
接著，進(jìn)行IC芯片12以及無(wú)源元件24的對(duì)外連接導(dǎo)線工藝。如圖5所示，利用激光鉆孔(laser drilling)、等離子體蝕刻或是光刻等方法，于介電填充層36中形成多個(gè)微孔38(micro via)，分別暴露出電氣測(cè)試金屬凸塊16、金屬墊26與無(wú)源元件24的表面。然后，如圖6所示，利用濺射(sputtering)、氣相沉積(vapor deposition)、電鍍(plating)或是印刷(printing)方式，于整合式模塊化基板30的整個(gè)表面上沉積一第一金屬層40，以使第一金屬層40覆蓋介電填充層36，并使第一金屬層40填滿所有的微孔38。隨后，如圖7所示，利用光刻與蝕刻工藝，將第一金屬層40定義形成多個(gè)導(dǎo)線圖案，以完成第一金屬導(dǎo)線40A的制作。
接下來(lái)，繼續(xù)進(jìn)行第二層的對(duì)外連接導(dǎo)線工藝。如圖8所示，依據(jù)上述相同的連接導(dǎo)線工藝，依序制作一介電層42、微孔43、第二金屬層44等等，便可于第一金屬導(dǎo)線40A的上方形成多個(gè)導(dǎo)線圖案，便完成第二金屬導(dǎo)線44A的制作。于第二金屬導(dǎo)線44A上定義形成一遮蔽層，曝露某些用以對(duì)外連接的第二金屬位置，如此便可直接應(yīng)用。
或依需求另外設(shè)計(jì)，于第二金屬導(dǎo)線44A上進(jìn)行陣列焊球(solder ball)工藝。如圖9所示，可利用網(wǎng)印或是沉積光刻方式，先于第二金屬導(dǎo)線44A上定義形成一遮蔽層46，以暴露出焊球48的預(yù)定位置的第二金屬導(dǎo)線44A，然后在預(yù)定位置上進(jìn)行錫膏的涂布，再將焊球48放置于每個(gè)預(yù)定位置上，最后藉由焊錫回焊(reflow)步驟便可使焊球48固定在整合式模塊化基板30的表面上。其后則可將此整合式模塊化基板30以開口向下的方式與任一種電路板結(jié)合。
由上述說(shuō)明可知，本發(fā)明的整合式模塊化基板30由散熱基板31與含開孔的基板22所粘貼而成，且將IC芯片12以及無(wú)源元件24嵌埋于整合式模塊化基板30中，因此可直接于整合式模塊化基板30上進(jìn)行多層內(nèi)連線工藝，以取代現(xiàn)有技術(shù)的鍵合、注膠、無(wú)源元件組裝以及散熱風(fēng)散組裝等步驟。因此，本發(fā)明亦可視為一種系統(tǒng)整合型封裝技術(shù)(SIP或稱SOP)，其乃將系統(tǒng)中不同功能的芯片整合于一個(gè)模塊化封裝產(chǎn)品中，可大幅縮小后續(xù)PCB板所需的面積，并減少無(wú)源元件的組裝成本。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的整合式模塊化基板30及其制作方法具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，IC芯片12以及無(wú)源元件24直接粘貼于整合式模塊化基板30的大開口19與小開口21中，如此可簡(jiǎn)化模塊化流程，并降低模塊化成本。第二，經(jīng)電氣測(cè)試完成IC芯片12的電氣測(cè)試金屬凸塊16直接藉由第一金屬導(dǎo)線40A以及第二金屬導(dǎo)線44A而電連接，當(dāng)設(shè)計(jì)選擇連接至焊球48時(shí)，亦方便于后續(xù)IC芯片12的電性測(cè)試。第三，同時(shí)將IC芯片12以及無(wú)源元件24嵌埋于整合式模塊化基板30中，可藉由整合元件的設(shè)置高度來(lái)控制整合式模塊化基板30的厚度，因此可有效降低模塊化產(chǎn)品的體積。第四，此種模塊化方式可將各個(gè)IC芯片12以及無(wú)源元件24之間的信號(hào)傳輸距離拉近，以大幅提高產(chǎn)品的電性表現(xiàn)。第五，本發(fā)明方法可省略鍵合、無(wú)源元件組裝以及散熱風(fēng)散組裝等步驟，故可達(dá)到提高模塊化產(chǎn)品的優(yōu)良率、降低模塊化工藝成本等目的。本發(fā)明的整合式模塊板可為模塊化的封裝產(chǎn)品(包括單芯片或多芯片)、次系統(tǒng)電路板或是具有系統(tǒng)功能的主板。
雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實(shí)施例公開如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可作些許的更改與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求所定義的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，包括有一基板，其包含有至少一貫穿的大開口以及至少一小開口，其中該小開口內(nèi)設(shè)置有一無(wú)源元件；一散熱板，設(shè)置于該基板的底部；一第一粘性膠膜，將該基板的底部粘接至該散熱板上；至少一IC芯片，該IC芯片的底部藉由一第二粘性膠膜而粘貼于該散熱板上位于該基板的大開口內(nèi)；一介電填充層，覆蓋該基板的整個(gè)表面，且填滿該基板的表面上及各開口內(nèi)的所有空隙，其中該介電填充層內(nèi)具有多個(gè)微孔，以暴露該IC芯片、該無(wú)源元件以及該基板的部分表面；以及至少一層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，形成于該介電填充層表面，使該IC芯片、該無(wú)源元件以及該基板電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，其中該無(wú)源元件藉由一粘接層而粘貼于該基板的小開口內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，其中該IC芯片的表面上包含有多個(gè)金屬墊以及多個(gè)電氣測(cè)試金屬凸塊，其中該電氣測(cè)試金屬凸塊制作于該金屬墊表面上。
4.如權(quán)利要求1所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，另包含有多個(gè)焊球，陣列形成于該導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的表面上。
5.如權(quán)利要求1所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，其中該第一粘性膠膜為導(dǎo)電膠膜。
6.如權(quán)利要求1所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，其中該介電填充層包含有一樹脂材料以及一介電材料。
7.一種嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，包括有下列步驟提供一基板，其包含有至少一貫穿的大開口以及至少一小開口，其中該小開口內(nèi)設(shè)置有一無(wú)源元件；提供一散熱板；提供一第一粘性膠膜，以將該基板的底部粘接至該散熱板上；提供至少一IC芯片；提供一第二粘性膠膜，以將該IC芯片的底部粘貼于該散熱板上位于該基板的大開口內(nèi)；以及形成一介電填充層，以覆蓋該基板的整個(gè)表面，且填滿該基板的表面上及各開口內(nèi)的所有空隙；形成多個(gè)微孔于該介電填充層內(nèi)，以暴露該IC芯片、該無(wú)源元件以及該基板的部分表面；形成至少一層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)于該介電填充層表面，使該IC芯片、該無(wú)源元件以及該基板電連接。
8.如權(quán)利要求7所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，其中該無(wú)源元件藉由一粘接層而粘貼于該基板的小開口內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，其中該IC芯片的表面上包含有多個(gè)金屬墊以及多個(gè)電氣測(cè)試金屬凸塊，其中該電氣測(cè)試金屬凸塊制作于該金屬墊表面上。
10.如權(quán)利要求7所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，其中更包含形成多個(gè)焊球，以陣列排列于該導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的表面上。
11.如權(quán)利要求7所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，其中該第一粘性膠膜為導(dǎo)電膠膜。
12.如權(quán)利要求7所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，其中該介電填充層的制作方法是先提供一樹脂材料以填滿該基板表面上及各開口內(nèi)的空隙，然后再提供一介電材料覆蓋該基板的整個(gè)表面。
13.如權(quán)利要求7所述的嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板的制作方法，其中該介電填充層的制作方法是同時(shí)提供一樹脂材料以及一介電材料，以填滿基板表面上及各開口內(nèi)的空隙，并覆蓋該基板的整個(gè)表面。
全文摘要
一種嵌埋有IC芯片與無(wú)源元件的整合式模塊板，包括有一包含有多個(gè)大開口以及小開口的基板，其中該小開口內(nèi)設(shè)置有一無(wú)源元件。一第一粘性膠膜將該基板的底部粘接至一散熱基板上，以構(gòu)成一整合式模塊板。一IC芯片的底部藉由一第二粘性膠膜而粘貼于該整合式模塊板的大開口內(nèi)。一介電填充層覆蓋該整合式模塊板的整個(gè)表面，且填滿該整合式模塊板的表面上的所有空隙。
文檔編號(hào)H05K13/00GK1395461SQ02126130
公開日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2002年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者何昆耀, 宮振越 申請(qǐng)人:威盛電子股份有限公司