[发明专利]具有一体化结构组件的多层电子支撑结构

说明书

技术领域

本发明涉及薄且刚硬的多层电子支撑结构及其制造方法。

背景技术

倒装芯片球栅阵列（FCBGA）和倒装芯片芯片尺寸封装（FCCSP）格式的改进型IC基板通常采用“芯”结构，其通常为玻璃/聚合物介电复合材料，在其一侧或两侧上具有小数目一般为2或以上的铜层。该铜层利用镀覆通孔（PTH）进行电互连。

玻璃/聚合物介电复合材料芯用作在其上构建多层堆叠体的基础。该多层堆叠体包括电介质层，通常为聚合物膜或预浸料，其与铜金属层顺序交替，通过填充铜的微通孔互连。

成品FCBGA或FCCSP基板单元要求表现出高平坦度，并且要求是无翘曲的，用以支持随后的工艺步骤，如连接有源（IC）和无源元件，有时被称为“第一级装配”。

为了平衡在制造、后续工艺及使用过程中的可能导致翘曲或分层的应力，该多层堆叠体优选构建在基底的两侧。在第一级装配之后，包括IC、无源元件和携载它们的基板的总体单元有时也被称为“IC封装”。

IC封装要求连接至下一级电子子系统，其通常包括印刷电路板（PCB）。用于连接IC封装至PCB的一系列过程有时被称为“第二级装配”。

许多现代电子系统，特别是手持设备，如智能电话、平板电脑等，需要额外的功能，即增强的电气性能、低散热和比以往任何时候都更轻薄的IC封装。因此，第一级和第二级装配过程变得比以往更加复杂，这是因为IC基板可以利用有时也被称为“PoP”（即封装上封装的首字母缩写）的技术继续进行3D封装架构，例如一系列堆叠芯片或甚至是另一个IC封装。

因此将会认识到，FCBGA或FCCSP格式的改进型IC基板需要具有优异的平坦度不仅在其自身的制造过程中，而且还在后续制程中，这是因为在第一和第二级装配过程中，它们通常暴露于高温和恶劣的加工条件之下。

鉴于以上所述，IC基板的翘曲可能严重降低第一和第二级装配过程中的产量，尤其是在采用芯片堆叠和3D PoP架构时。翘曲FCBGA和FCCSP基板或IC封装可导致在将IC互连至基板的倒装芯片凸点中的产生裂缝，在将IC封装互连至PCB（或PoP结构中的另一IC封装）的BGA球中产生裂缝或者甚至是芯片破裂，所有这些都可能导致系统故障。

对越来越薄的IC基板的需求在不断增加，这受到满足现代手持设备低波形因素空间要求以及实现与更多设备功能的更高接触点之间的更低的电感和更低的热阻抗所带动。因此，微电子产业已经考虑采用被称为“无芯”的IC基板，其具有FCBGA或FCCSP格式并构造为累积层，但不包括中央的“芯”部分。此类无芯基板显著减小了厚度，由于来往IC的通孔路径短从而提高了系统电感并且改善了热阻抗。然而，无芯基板由于内在地缺乏机械刚度并且缺少通常由所缺少的芯部提供的支撑而导致其也更易于翘曲。在其上制造第一和第二级装配时而暴露于升高的加工温度期间，这些问题可能变得尖锐，特别是由于堆叠芯片和/或封装所采用的热处理所致。

近年来提出了具有电介质膜的特征累积结构的多种无芯基板技术。大多数无芯基板技术需要一个安装在基板IC侧上的外部金属框架加强体，以保持可接受水平的平坦度和补偿结构中所缺少的芯。然而，应该认识到，这样的外部增强体占据了基板顶表面上的优质不动产空间，并且这种被占据的空间不可用于其它目的，如安装无源元件和/或焊盘，可能需要它们连接堆叠在基板表面上的额外IC封装。

解决该问题的一种方法是如由阿米泰克（AMITEC）公司开发并且描述在赫尔维茨（Hurwitz）等人的美国专利号为US7,682,972、US7,669,320和US7,635,641的专利中的无芯IC基板的应用。阿米泰克（AMITEC）公司的技术允许制造可采用玻璃纤维/聚合物复合材料（预浸料）的无芯基板，其增强了所有基板的平坦性和抗翘曲性，因此，消除了对于上述外部金属框架加强体的需求。

然而，满足更苛刻的要求的日益增加的需求，如降低基板厚度和减少其热阻抗，构成了挑战，甚至如在美国专利号为US7,682,972、US7,669,320和US7,635,641的专利中描述的阿米技术（AMITEC）无芯结构也会发现难以克服。

发明内容