专利名称：嵌入有无源器件的衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及衬底及其制造方法，更具体地涉及一种嵌入有无源器件的衬底及制造该衬底的方法。
背景技术：
当今，需要改善封装衬底的性能，以跟上半导体性能的迅速提高。印刷电路板必须更紧凑、更快、且更小。特别是在诸如半导体和薄膜器件的集成部件领域，进行了大量研究以满足这种需求。在诸如磁记录头的记录介质领域，对高密度记录(high-densityrecording)的需求也增加了。
对多功能、高性能电子器件的需求使得高密度印刷电路板的开发成为必要。因此，对能够高密度封装的印刷电路板的需求迅速增长，以满足该要求。例如，封装MLCC可以使印刷电路板更薄，并使表面区域更有用，从而获得高密度印刷电路板。然而，在封装这种电子部件中存在很多技术障碍。在封装处理过程中保证电子部件的可靠性以及印刷电路板不热变形是非常重要的。防止印刷电路板(其中设有用于封装电子部件的孔)的热变形，对于保证电子部件的可靠性以及提高印刷电路板的生产率是非常重要的。
另外，可以将这些部件安装在衬底中，以为封装高度集成的部件创造空间。在安装在衬底(substrate)中的部件中，诸如电容器的无源器件能够瞬时保持恒定电压，从而保持电路中形成的信号，使该信号不失真。
图1是示出根据现有技术的嵌入有多层陶瓷电容器的衬底的示意图。图1中示出芯板(core substrate)30、通孔32、锥形32a、UV带(tape)40、IC芯片20、压料垫(die pad)22、过渡层(transitionlayer)38、填料41、以及印刷板100A和100B。
通过对敷铜箔叠层板(copper clad laminate)或半固化片(pre-preg)进行钻孔或激光处理形成空穴，从而可以封装电子部件。利用导电粘合剂将电子部件固定在铜线圈上，然后将电子部件嵌入敷铜箔叠层板或半固化片中。利用这种方法，很难防止衬底的热变形，也很难保证封装芯片的可靠性，这是因为敷铜箔叠层板的核心材料是环氧型的，其与用于固定芯片而注入的粘合剂之间的硬度(stiffness)和热膨胀系数的不同会导致热变形。这种衬底热变形会在封装的MLCC上施加机械压力，从而引起MLCC的可靠性问题。
发明内容
本发明提供了一种嵌入有无源器件的衬底及其制造方法，能够防止由材料的不相称特性导致的衬底的热变形。
本发明还提供了一种嵌入有无源器件的衬底及其制造方法，其中，嵌入的无源器件不受衬底热变形的影响。
另外，本发明提供了一种嵌入有无源器件的衬底及其制造方法，其中，如果通过预成型无源器件将无源器件封装在衬底中，则其能够保护该无源器件。
通过下列描述，将容易理解本发明的其他技术目的。
本发明的一方面，提供了一种制造嵌入有无源器件的衬底的方法，该方法包括下列步骤(a)成型(mold)无源器件；以及(b)将成型的无源器件安装在形成在衬底上的空穴中。
在根据本发明的方法中，步骤(a)可以进一步包括以下步骤(c)根据形成在无源器件上的电极，在绝缘层上形成图案化电路(pattemed circuit)；(d)在电路上层压导电材料；(e)在导电材料上安装至少一个无源器件；(f)去除绝缘层；(g)成型无源器件；以及(h)分割成型的无源器件。
此处，无源器件可以是包括电阻器、电感器、以及电容器的组中的任意一个。
电容器可以是多层陶瓷电容器。
导电材料可以是各向异性导电膜或各向异性导电胶。
在步骤(g)中用于成型无源器件的材料可以是环氧树脂。
在步骤(h)中，可以用锯将成型的无源器件分割为六面体形状。
在步骤(h)中，可以将成型的无源器件分割为圆柱体形状。
根据本发明的制造嵌入有无源器件的衬底的方法可以进一步包括下列步骤(i)使用钻孔机在衬底上形成具有圆形剖面的空穴；以及(j)在空穴上层压导电材料。步骤(i)和(j)可以在步骤(b)之前。
本发明的另一方面，提供了一种嵌入有无源器件的衬底。该衬底可以包括其上形成有空穴的衬底；空穴中的无源器件，其中，该无源器件是预成型的；以及用于将无源器件附着到空穴的导电材料。该导电材料层压在空穴上。
无源器件可以是包括电阻器、电感器、以及电容器的组中的任意一个。
电容器可以是多层陶瓷电容器。
导电材料可以是各向异性导电膜或各向异性导电胶。
用于成型无源器件的材料可以是环氧树脂。
参考下面的说明书和附图，可以更好地理解本发明的上述及其他特点、特征、和优点，在附图中图1示出根据现有技术的嵌入有多层陶瓷电容器的衬底；图2示出根据本发明的优选实施例的从侧面看的制造嵌入有无源器件的衬底的处理；图3示出根据本发明的优选实施例的从上面看的制造嵌入有无源器件的衬底的处理；图4示出根据本发明的优选实施例的从侧面看的预成型无源器件的处理；图5示出根据本发明的优选实施例的用于说明衬底的制造处理过程中衬底的热变形的仿真模型；以及图6示出根据本发明的优选实施例的由衬底生成的(a)热应力的分布和(b)热变形的分布。
具体实施例方式
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的嵌入有无源器件的衬底及其制造方法的优选实施例。在参考附图中，相同的参考标号表示相同的元件，而与图号无关，并且将省略任何重复的描述。下文中描述的衬底包括用于传送电信号的任何衬底。例如，根据本发明的衬底可以包括刚性衬底、柔性衬底、LTCC衬底、单面/多面/多层衬底、以及用于封装半导体(例如，BGA、FBGA、和TBGA)的衬底。另外，在描述本发明的优选实施例之前，将首先描述不但能够应用于印刷电路板、而且能够应用于本发明的倒装BGA封装的一般制造处理。
首先，为了制造印刷电路板，在核心层(core layer)的外表面形成内部电路图案。切割符合产品规格的内层基材，然后使用干膜或工作膜形成预定的内部电路图案。此处，可以擦洗内层，并可以层压内层干膜，然后可以使内层曝光/显影。
然后，在将其上形成有电路图案的内层接合到外层之前，进行棕(黑)氧化处理，以增强粘合力。即，化学氧化铜箔表面，以增加表面粗糙程度，使得层压产生更大的粘合力。然后，通过层压内层衬底和半固化片，执行预层压和层压处理。
然后，对层压的内层衬底和半固化片进行真空压制。可以用热压制或冷压制代替真空压制来压制层压的内层衬底和半固化片。
从板角处修整树脂和铜箔，在钻孔处理准备过程中，执行X射线靶钻孔处理，其中，在内层电路上的靶引导标记处形成孔。
然后，在衬底的各层之间执行钻孔处理用于电导。此处，可以将计算机数字控制(CNC)方法用于钻孔处理。
然后，为了形成电路图案，将干膜和工作膜涂敷在外层上，并将其暴露在预定强度的光下一段预定的时间，并通过蚀刻处理显影未受照射的区域。在检查外层并测量尺寸后，设计并制造阻焊层曝光膜(solder resist exposure film)。然后，执行诸如刷磨(brushpolishing)的预处理，其中，使得铜箔的表面粗糙，从而阻焊油墨更好地附着到衬底上。然后涂敷阻焊层；使用阻焊层曝光膜(在前述处理中适当地设计)曝光阻焊层；在显影处理中去除阻焊层；以及执行各种后处理，包括电/最终测试。
一般的制造倒装BGA封装的过程如下(a)在半导体芯片上形成铝焊盘，并覆盖有保护层。(b)通过溅射处理，形成金属层，并将金属层连接至焊盘。(c)层压光致抗蚀剂，使得仅露出焊盘区域。(d)将露出光致抗蚀剂的焊盘区域镀铅。(e)去除所覆盖的光致抗蚀剂。(f)将镀铅区域外的金属膜蚀刻掉。(g)将所镀的铅加热，使其成为圆形。(h)将通过上述步骤制成的隆起芯片接合至倒装BGA衬底上。为了将隆起芯片的接触焊盘与倒装BGA衬底的接触焊盘接合，在回流装置中将衬底加热到高温，以使铅熔化。然后，通过底层填料处理，将树脂填充在倒装BGA衬底和芯片之间。
图2示出了根据本发明的优选实施例的从侧面看的制造嵌入有无源器件的衬底的过程，图3示出了根据本发明的优选实施例的从顶部看的制造嵌入有无源器件的衬底的过程。由于相同的步骤标识(诸如(a)、(b)、(c)等)描述相同的过程，所以下面根据过程的顺序描述。
参考步骤(a)，敷铜箔叠层板包括由纯环氧树脂或玻璃和环氧树脂的混合物制成的绝缘层210，以及形成在绝缘层210的两侧的铜箔220(1)和220(2)。尽管此处描述的是敷铜箔叠层板，但是也可以使用单层衬底或多层衬底执行下列步骤。
参考步骤(b)，使用钻孔机或激光器，在敷铜箔叠层板上形成空穴。钻头可以是钨合金的。
参考步骤(c)，在形成在敷铜箔叠层板上的空穴上层压导电材料230。导电材料230可以是各向异性导电膜(ACF)或各向异性导电胶(ACP)。
参考步骤(d)，制备预成型的无源器件。无源器件可以是电阻器、电感器、或电容器。在下文中，将描述其中堆叠有多个内部金属和陶瓷的多层陶瓷电容器(MLCC)。可以成型多个MLCC240，然后使用例如锯分割多个MLCC240。成型材料250可以是环氧树脂。在这种情况下，成型材料250和用于芯板的材料一样，从而防止了由材料的不相称特性导致的热变形。无源器件240的形状可以是六面体形状或圆柱体形状。如果使用例如锯来切割多个无源器件240，则无源器件240将为六面体形状。然后，如果研磨角，则无源器件将变为圆柱体形状。
参考步骤(e)，在层压在形成于敷铜箔叠层板上的空穴上的导电材料230上，安装预成型的无源器件240。此处，可以预定预成型的MLCC的尺寸，以安装在CCL上的空穴中。
参考步骤(f)，使层压在CCL上的铜箔220(1)和220(2)图案化以形成电路，并层压有阻焊层250。
图4示出根据本发明的优选实施例的从侧面看的预成型无源器件的处理。
参考步骤(a)，在绝缘层410上形成根据形成在MLCC上的电极图案化的电路420。
参考步骤(b)，在电路420上层压导电材料430。导电材料430可以是各向异性导电材料(例如，ACF和NCF)。
参考步骤(c)，在导电材料430上安装至少一个MLCC440。参考步骤(d)，去除形成在电路420的一侧的绝缘层410。
参考步骤(e)，使用环氧树脂450成型MLCC440。参考步骤(f)，使用例如锯来分割成型的MLCC。然后，将分割的MLCC安装在形成在衬底上的空穴上。
至此，已经描述了根据本发明的优选实施例的嵌入有无源器件的衬底的一般制造处理过程。在下文中，将参考附图，说明根据本发明的嵌入有无源器件的衬底及其制造方法的试验实例。下文中说明的附图是由ABAQUS6.4.1仿真的。
图5示出根据本发明的优选实施例的用于说明衬底的制造过程中的衬底的热变形的仿真模型；图6示出根据本发明的优选实施例的由衬底产生的(a)热应力的分布及(b)热变形的分布。
当前，开发内部MLCC的主要技术困难之一是防止MLCC被外部负载损坏，这是因为MLCC非常易被外部负载损坏。
存在3种能够损坏MLCC的主要情况。当将MLCC嵌入衬底时，可以发生第一种情况。第二种情况是由于衬底的制造处理过程中产生的衬底的热变形使MLCC受力变形的情况。第三种情况是在例如冲击试验(drop test)和将负载传送给MLCC的过程中，衬底受到振荡的情况。
参考图5，示出了用于说明衬底的制造过程中的衬底的热变形的仿真模型。安装有MLCC的区域被显示为不同于衬底的其他部分。
参考图6(a)，安装有MLCC的区域具有更高的热应力。参考图6(b)，示出了嵌入有MLCC的衬底的热分布和来自中心的热变形的量。
从图6中可以看出，衬底随着温度而发生变形，且应力集中在安装MLCC的位置。所以，开发出一种能够减轻或经得住MLCC上的应力的结构非常重要。
所以，如在本发明中，可以通过嵌入成型状态的MLCC克服仿真中示出的上述问题，这是因为MLCC通过成型来保护。
另外，如果与本发明一样，嵌入成型的MLCC，则可以防止在衬底的制造过程中产生的热变形，这是因为，作为用于成型和衬底芯的材料的环氧树脂的相似刚度能够产生不形成孔的效果。
如上所述，嵌入有无源器件的衬底及其制造方法可以防止由材料的不相称特性导致的衬底的热变形。
利用嵌入有无源器件的衬底及其制造方法，嵌入的无源元件可以不受衬底热变形的影响。
另外，如果通过预成型无源器件，将无源器件封装在衬底中，则嵌入有无源器件的衬底及其制造方法可以保护该无源器件。
尽管以上描述了本发明的优选实施例，但是任何本领域技术人员都应该明白的是，可以在所附权利要求所限定的本发明及其等价物的精神和范围内，对本发明做各种修改和改变。
权利要求
1.一种制造嵌入有无源器件的衬底的方法，所述方法包括以下步骤(a)成型所述无源器件；以及(b)在形成在所述衬底中的空穴中安装所述成型的无源器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(a)进一步包括以下步骤(c)根据形成在所述无源器件上的电极，在绝缘层上形成图案化电路；(d)在所述电路上层压导电材料；(e)在所述导电材料上安装至少一个无源器件；(f)去除所述绝缘层；(g)成型所述无源器件；以及(h)分割所述成型的无源器件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无源器件是包括电阻器、电感器、以及电容器的组中的任何一个。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电容器是多层陶瓷电容器。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述导电材料是各向异性导电膜或各向异性导电胶。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述步骤(g)中用于成型所述无源器件的材料是环氧树脂。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述步骤(h)中，使用锯将所述成型的无源器件分割为六面体形状。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述步骤(h)中，将所述成型的无源器件分割为圆柱体形状。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤(i)使用钻孔机在所述衬底上形成空穴，其中，所述空穴具有圆形的剖面；以及(j)在所述空穴上层压导电材料，其中，所述步骤(i)和(j)在所述步骤(b)前。
10.一种嵌入有无源器件的衬底，包括衬底，其上形成有空穴；所述空穴中的无源器件，所述无源器件是预成型的；以及导电材料，用于将所述无源器件附着至所述空穴，所述导电材料被层压在所述空穴上。
11.根据权利要求10所述的衬底，其中，所述无源器件是包括电阻器、电感器、和电容器的组中的任意一个。
12.根据权利要求10所述的衬底，其中，所述电容器是多层陶瓷电容器。
13.根据权利要求10所述的衬底，其中，所述导电材料是各向异性导电膜或各向异性导电胶。
14.根据权利要求10所述的衬底，其中，用于成型所述无源器件的所述材料是环氧树脂。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造嵌入有无源器件的衬底的方法，该方法包括以下步骤(a)成型无源器件；以及(b)在形成在衬底上的空穴中安装成型的无源器件。根据本发明的嵌入有无源器件的衬底及其制造方法能够防止由材料的不相称特性导致的衬底的热变形。
文档编号H05K3/00GK1953151SQ200610150528
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月16日 优先权日2005年10月17日
发明者曹承铉, 尹日成, 裴元哲, 吴世宗 申请人:三星电机株式会社