[发明专利]三维半导体组装板

说明书

技术领域

本发明是关于一种半导体组装板，尤指一种三维半导体组装板，其包含凸块/凸缘层为主的支撑板、无芯增层电路(coreless build-up circuitry)及内建电子元件。

背景技术

当增层电路层设于一厚芯覆铜箔层压板(Copper Clad Laminate，CCL)的双表面时，高效能三维半导体组件一般包含：与一高密度连线衬底相接的中介层。由厚环氧树脂浸胶玻璃纤维(thick epoxy-resin-impregnated glassfiber)所制成的该层压板核心，其用于提供全板的机械刚性。

图1为一传统三维覆晶组件的剖视图，依照先前技术，其中一层压核心封入一高密度连线衬底13中，且一中介层15设置在该高密度连线衬底13上，以作为一预设覆晶17的连接媒介。参照图1，该高密度连线衬底13包括一核心层131、一上下式增层电路132、层间连接区133(微孔)及一镀通孔134，该镀通孔134连接设置于该核心层131两侧的增层电路132。

近年来，电子装置的趋势，如移动上网装置(MIDs)、多媒体装置及笔记本电脑笔记本的需求为更快、更轻的设计。在一般信号的频带中，电路路径越短，信号完整性越好。因此，为了促进电子装置的信号传导特性，必须降低层间连接区的尺寸，如衬底中微孔和镀通孔(PTH)的直径。一般在芯覆铜箔层压板中的镀通孔经由机械式CNC钻孔机所形成，而为了增加电线密度需减少镀通孔的直径，因此，常有严重的技术限制且耗费较大。因此，用于封装衬底的无芯衬底可使装置具有较薄、较轻及较快的设计。然而，由于无芯板不具有提供所需挠曲刚性的核心层，与具有核心层的传统板相比，无芯板在热压下更容易受到弯曲变形问题影响。

此外，核心层一般设计作为接地/电源面连同散热装置的目的，而移除核心层的无芯增层电路，对该半导体装置的电效能和热效能可能会有不利的影响，尤其是在元件进行高频率传输或接收的时候。

Chen等人的美国专利案号7,435,618、Cho的美国专利案号7,517,730、Chen的美国专利案号7,626,270、Lin等人的美国专利案号7,754,598、Muthukumar的美国专利案号7,851,269及Cho的美国专利案号7,981,728揭露了多种形成具有信号传导特性的无芯衬底的方法，该无芯衬底是通过避免芯板在核心中具有内通孔，以改善信号传导特性。由于典型的绝缘材料为一环氧树脂或聚亚酰胺的薄介电层，即使结合浸胶玻璃纤维，上述材料对于支撑半导体组件所需的机械刚性仍有疑虑，且该组件常因弯曲变形问题而使优良率损失偏高。

Nakamura等人的美国专利案号7,164,198及Chen的美国专利号7,586,188揭示了一种无芯封装衬底，其中如固体金属块或陶瓷衬底的加固层(re-enforcement)或加强层(stiffener)设置于该无芯衬底的表面，并具有一开口以容纳半导体芯片组。就此而言，该加固层的目的在于提供无芯增层电路足够地支撑，以防弯曲变形。虽然创造出一支撑平台可解决弯曲变形问题，刻蚀一厚金属块或于该薄增层电路上设置一加强层过于费工，且会造成许多优良率下降的问题，例如：因厚金属块被过度刻蚀、或凹穴的接合材料被牺牲而导致边界线不易控制，进而使无芯衬底的接触垫受到污染。此外，由于加强层与无芯增层电路间产生侧向位移、空隙及打线不均的现象，难以将加强层精准对位至增层衬底中。据此，该组件会有优良率损失偏高、可靠度低及成本过高的问题。

Towel等人的美国专利案号6,555,906、Ou等人的美国专利案号6,750,397及Chia的美国专利案号8,058,723揭露了一种组件，其于形成增层电路之前，先将半导体芯片容置于一金属支撑架(如：金属块)的凹穴内。由于金属块中的凹穴经由刻蚀、微加工或磨除部分材料而形成，因此其主要缺点包括产量偏低。此外，金属块的凹穴尺寸及深度控制不均，会造成产量低的问题，因此不适合大量生产。此外，一旦移除该金属支撑架，该组件将再次弯曲变形，而界面处的空隙和裂痕都可能对可靠度造成严重影响。

Walk的美国专利案号7,042,077及Yamasaki等人的美国专利案号7,161,242揭露了一种三维组件，其中一中介层设置于一具有基材加强的无芯衬底。与其他先前技术相同，设置该加强基底会导致严重的产量及可靠度问题。

综观现今可用于高I/O及高效能半导体装置的三维封装结构的各种发展状态及其限制，目前亟需一种无芯封装组装板，其可提供优异的信号完整性、良好的散热性、低弯曲变形程度并维持低制备成本。

发明内容