专利名称：Lga基板及其制造方法
技术领域：
本发明所公开的实施例总体上涉及用于微电子器件的平面栅格阵列 (LGA)，更具体而言涉及用于LGA基板的表面终饰(surface finish)材料。
背景技术：
很多微电子系统都包括必须与印刷电路板或微电子系统的另一部件电 集成的微处理器或其他集成电路器件。这种系统可以利用接收集成电路器 件的插座接口并与其形成电连接。存在各种插座类型，包括基于诸如球栅 阵列(BGA)、针栅阵列(PGA)和平面栅格阵列(LGA)架构的插座。
BGA和PGA封装分别使用焊球和插针来形成与印刷电路板之间的连接。 相反，LGA封装在基板上没有这样的部件；取代插针或焊球的是焊盘，焊盘 常常是包括铜的金属堆积体(stackup)上的镀金材料，其接触印刷电路板 上安装的插座中的导电部件(即LGA插座插针)。为了降低LGA单元和插座 之间的接触电阻，利用包括镍层和厚金层的表面终饰来处理LGA基板。目 前， 一些LGA基板使用无电镀镍-浸渍金-无电镀金(ENIG+EG)表面终饰， 其提供了足以适当降低插座和封装间的接触电阻的金层。然而，ENIG+EG表 面终饰的问题在于成本高，并且，根据焊接接缝中的金属堆积情况，在第 一级互连(FLI)电迁移边缘测试中可能会遇到平均无故障时间(MTTF)短 的问题。
结合附图阅读以下详细说明将更好地理解所公开的实施例，在附图中 图1为根据本发明实施例的LGA基板的侧视图2为示出了根据本发明实施例的制造LGA基板的方法的流程图；以
及
6图3为示出了根据本发明的不同的实施例的制造LGA基板的方法的流 程图。
为了说明的简单清晰，附图例示了构造的一般方式，可以省略对公知 特征和技术的描述和细节，以免不必要地使本发明所述的实施例模糊不清。 此外，附图中的元件未必是按比例绘制的。例如，图中一些元件的尺度可 能被相对于其他元件放大，以帮助改善对本发明的实施例的理解。不同附 图中的相同附图标记表示相同的元件。
说明书和权利要求中的术语"第一"、"第二"、"第三"、"第四"等(如 果有的话)用于区分类似元件，而未必用于描述特定的顺序或时间上的次 序。要理解的是，在适当环境下这样使用的术语是可以互换的，因此，这 里所述的本发明的实施例(例如)可以按不同于本文所述或所示的顺序工 作。类似地，如果这里所述的方法包括一系列步骤，本文给出的这些步骤 的次序未必是可以执行这些步骤的唯一次序，可以省略特定的所述步骤和/ 或可以向该方法添加这里未描述的一些其他步骤。此外，术语"包括"、"包 含"、"具有"及其任何变形意在覆盖非排他性的内涵，因此，包括一系列 要素的过程、方法、物品或设备未必受限于那些要素，而是可以包括未明 确列出或不固有地属于这种过程、方法、物品或设备的其他要素。
说明书和权利要求中的术语"左"、"右"、"前"、"后"、"顶"、"底"、 "上"、"下"等(如果有的话)用于描述性的目的，未必用来描述永久性 的相对位置。要理解的是，在适当环境下这样使用的术语是可以互换的， 因此，这里所述的本发明的实施例(例如)可以按不同于本文所述或所示 的取向工作。如本文所使用的，术语"耦合"被定义为以电气或非电气方 式直接或间接地连接。本文描述为彼此"相邻"的物体可以彼此物理接触， 彼此靠得很近或位于彼此相同的大致区域，只要适合于使用该短语的语境。 本文中出现"在一个实施例中"这一短语未必全部是指同一实施例。
具体实施例方式
在本发明的一个实施例中，LGA基板包括内核，其上形成有内置
(build-up)电介质材料、至少一个金属层和阻焊剂；电连接到金属线的 导电平面栅格阵列焊盘；导电平面栅格阵列焊盘上的镍(Ni)层；镍层上
7的钯(Pd)层以及钯层上的金(Au)层。
利用NiPdAu替代当前LGA基板上的ENIG+EG表面终饰增大了基板中某 些临界功率传输网的最大电流输运能力(取决于冶金堆积)，同时由于从基 板制造工艺中消除了厚而昂贵的EG层而实现了单位成本显著降低。根据冶 金堆积情况，FLI电迁移MTTF也可能得到显著改善。
现在参考附图，图1为根据本发明实施例的LGA基板100的侧视图。 如图1所示，LGA基板100包括内核110，其上形成有内置电介质材料150、 金属层125以及阻焊剂155;电连接到金属层125的导电平面栅格阵列焊盘 120 (例如铜连接盘等)；导电平面栅格阵列焊盘120上的镍层121;镍层 121上的钯层122以及钯层122上的金层123。
LGA基板100将具有导电(例如铜)柱171的管芯170连接到具有接触 金层123的插针181的插座180。(在未示出的实施例中，由凸点金属化下 (UBM)焊料等取代导电柱171。)焊料凸点175将管芯170电连接到可控 塌陷芯片连接(C4)焊盘130，该可控塌陷芯片连接(C4)焊盘130电连接 到金属层125。内核110包含被铜或其他导电材料的外壳围绕的插塞140， 将C4辉盘130连接到平面栅格阵列焊盘120。如平面栅格阵列焊盘120那 样，C4焊盘130涂布有镍层121、镍层121上的钯层122以及钯层122上 的金层123。这里应当指出，在至少一个实施例中，NiPdAu表面终饰叠层 中的每一单个金属层都是同时形成于平面栅格阵列焊盘120和C4焊盘130 上的；因此在图1中的LGA基板100的那些部件上对Ni、 Pd和Au层使用 了相同的附图标记。LGA基板100还包括底填材料160。
在一个实施例中，镍层121具有介于大约5微米和大约10微米之间的 厚度。在同一个或另一个实施例中，钯层122具有介于大约0. 01微米和大 约0. 1微米之间的厚度，在同一个或另一个实施例中，金层123具有介于 大约0. 01微米和大约0. 5微米之间的厚度。
图2为示出了根据本发明实施例的制造LGA基板的方法200的流程图。 方法200的步骤210是提供其上形成有内置电介质材料、至少一个金属层
和阻焊剂的内核。例如，该内核可以类似于图i所示的内核no。作为另一
个范例，内置电介质材料、金属层和阻焊剂可以分别类似于内置电介质材 料150、金属层125和阻焊剂155,它们都在图1中示出。
8方法200的步骤220是将导电平面栅格阵列焊盘电连接到金属层。例 如，平面栅格阵列焊盘可以类似于图1所示的平面栅格阵列焊盘120。
方法200的步骤230是在导电平面栅格阵列焊盘上形成镍层。例如， 镍层可以类似于图i中示出的镍层121。在一个实施例中，步骤230包括利 用无电镀工艺镀覆镍层。
方法200的步骤240是在镍层上形成钯层。例如，钯层可以类似于图1 中示出的钯层122。在一个实施例中，步骤240包括利用无电镀工艺镀覆钯 层。无电镀钯槽利甩氧化还原反应在镍层上沉积一薄层钯，在氧化还原反 应中还原剂向来自镀覆溶液的带正电钯离子提供电子。在另一个实施例中， 步骤240包括利用浸镀工艺镀覆钯层。在该反应中，在化学置换反应中仅 将钯原子沉积到暴露的镍表面上。浸镀是一种置换过程，这意味着利用镀 覆金属层取代被镀覆的顶层材料。这限制了所镀覆的层的厚度，因为该浸 入过程是受自身限制的，且一旦原始金属表面不再暴露就会停止。
方法200的步骤250是在钯层上形成金层。例如，金层可以类似于图1 中示出的金层123。在一个实施例中，步骤250包括利用浸镀工艺镀覆金层。 在另一个实施例中，歩骤250包括利用无电镀工艺镀覆金层。在另一个实 施例中，步骤250包括利用浸镀工艺和无电镀工艺两者来镀覆金层。
镀覆工艺的选择至少可以在一定程度上取决于金层的期望厚度。如果 所镀覆的层的期望厚度比用浸镀技术可获得的厚度厚，则必须使用其他方 法作为浸镀的替代或补充。应当指出，即使使用了浸镀和无电镀两者，结 果仍然是被镀覆的物质(无论是金或另一种材料)的单层；通常无法检测 出什么是利用浸入技术镀覆的和什么是利用无电镀技术镀覆的之间的界 限。
图3为示出了根据本发明不同实施例的制造LGA基板的方法300的流 程图。方法300的步骤310是提供其上形成有内置电介质材料、至少一个 金属层以及阻焊剂的内核，并将导电平面栅格阵列焊盘电连接到该金属层。 例如，内核、内置电介质材料、金属层、阻焊剂和导电平面栅格阵列焊盘 可以分别类似于内核110、内置电介质材料150、金属层125、阻焊剂155 和平面栅格阵列焊盘120，所有这些都在图1中示出。
方法300的步骤320是利用无电镀工艺在导电平面栅格阵列焊盘上镀
9覆镍层。例如，镍层可以类似于图1中示出的镍层121。在一个实施例中， 步骤320包括使镍层具有介于大约5微米和大约10微米之间的厚度。
方法300的步骤330是利用无电镀工艺或浸镀工艺在镍层上镀覆钯层。 例如，钯层可以类似于图1中示出的钯层122。在一个实施例中，步骤330 包括使钯层具有介于大约0. 01微米和大约0. 1微米之间的厚度。
方法300的步骤340是在钯层上镀覆金层。例如，金层可以类似于图1 中示出的金层123。在一个实施例中，步骤340包括利用浸镀工艺。在另一 个实施例中，步骤340包括利用无电镀工艺。在另一个实施例中，步骤340 包括利用浸镀工艺和无电镀工艺两者。在一个实施例中，步骤340包括使 金层具有介于大约0. 01微米和大约0. 5微米之间的厚度。
带缺陷的LGA单元的比例与时间之间的关系随着所使用的表面终饰的 类型而变化。已经发现，根据本发明的实施例的NiPdAu表面终饰在电迁移 MTTF方面比特定C4焊料冶金技术的标准ENIG+EG表面终饰所可能实现的效 果提供了高达40%的改进。改进量部分取决于用于NiPdAu表面终饰的焊料 的类型。
尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但本领域的技术人员要理解， 可以做出各种改变而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明的实施例 的公开内容意在例示本发明的范围，而并非意在限制。本发明的范围应仅 限于所附权利要求所请求保护的范围。例如，对于本领域的普通技术人员 而言，显而易见的是本文所述的LGA基板和相关方法可以被实现为各种实 施例，对这些实施例的上述特定的讨论未必代表对所有可能实施例的完整 描述。
此外，已经结合特定实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。 然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能产生任何益处、优点或方案 或使其更明确的任何要素不应被视为任何或所有权利要求的关键、必需或 必要特征或要素。
此外，如果实施例和/或限制(l)未在权利要求中被明确主张；且(2) 在等价原则下是或可能是权利要求中所述要素和/或限制的等价物，则本文 公开的实施例和限制并非是在贡献原则下呈献给公众的。
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权利要求
1、一种LGA基板，包括内核，其上形成有内置电介质材料、至少一个金属层和阻焊剂；电连接到所述金属层的导电平面栅格阵列焊盘；所述导电平面栅格阵列焊盘上的镍层；所述镍层上的钯层；以及所述钯层上的金层。
2、 根据权利要求1所述的LGA基板，其中所述镍层具有介于大约5微米和大约10微米之间的厚度。
3、 根据权利要求1所述的LGA基板，其中所述钯层具有介于大约0. 01微米和大约0. 1微米之间的厚度。
4、 根据权利要求1所述的LGA基板，其中所述金层具有介于大约0. 01微米和大约0. 5微米之间的厚度。
5、 根据权利要求1所述的LGA基板，其中所述导电平面栅格阵列焊盘包括铜连接盘。
6、 根据权利要求5所述的LGA基板，其中所述镍层具有不大于大约10微米的厚度；所述钯层具有不大于大约0.1微米的厚度；并且所述金层具有不大于大约0. 5微米的厚度。
7、 一种制造LGA基板的方法，所述方法包括提供内核，其上形成有内置电介质材料、至少一个金属层和阻焊剂;将导电平面栅格阵列焊盘电连接到所述金属层；在所述导电平面栅格阵列焊盘上形成镍层；在所述镍层上形成钯层；以及在所述钯层上形成金层。
8、 根据权利要求7所述的方法，其中形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层。
9、 根据权利要求7所述的方法，其中形成所述钯层包括利用无电镀工艺镀覆所述钯层。
10、 根据权利要求7所述的方法，其中形成所述钯层包括利用浸镀工艺镀覆所述钯层。
11、 根据权利要求7所述的方法，其中形成所述金层包括利用浸镀工艺镀覆所述金层。
12、 根据权利要求ll所述的方法，其中形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层；并且形成所述钯层包括利用无电镀工艺镀覆所述钯层。
13、 根据权利要求ll所述的方法，其中形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层；并且形成所述钯层包括利用浸镀工艺镀覆所述钯层。
14、 根据权利要求7所述的方法，其中形成所述金层包括利用无电镀工艺镀覆所述金层。
15、 根据权利要求14所述的方法，其中形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层；并且形成所述钯层包括利用无电镀工艺镀覆所述钯层。
16、 根据权利要求14所述的方法，其中形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层；并且形成所述钯层包括利用浸镀工艺镀覆所述钯层。
17、 根据权利要求7所述的方法，其中形成所述金层包括利用浸镀工艺和无电镀工艺镀覆所述金层。
18、 根据权利要求17所述的方法，其中形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层；并且形成所述钯层包括利用无电镀工艺镀覆所述钯层。
19、 根据权利要求17所述的方法，其中-形成所述镍层包括利用无电镀工艺镀覆所述镍层；并且形成所述钯层包括利用浸镀工艺镀覆所述钯层。
20、 一种制造LGA基板的方法，所述方法包括提供其上形成有内置电介质材料、至少一个金属层和阻焊剂的内核，并将导电平面栅格阵列焊盘电连接到所述金属层；利用无电镀工艺在所述导电平面栅格阵列焊盘上镀覆镍层；利用无电镀工艺或浸镀工艺在所述镍层上镀覆钯层；以及在所述钯层上镀覆金层。
21、 根据权利要求20所述的方法，其中镀覆所述金层包括使用浸镀工艺。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中镀覆所述镍层包括使所述镍层具有介于大约5微米和大约10微米之间的厚度；镀覆所述钯层包括使所述钯层具有介于大约0. 01微米和大约0. 1微米之间的厚度；并且镀覆所述金层包括使所述金层具有介于大约0. 01微米和大约0. 5微米之间的厚度。
23、 根据权利要求20所述的方法，其中镀覆所述金层包括使用无电镀工艺。
24、 根据权利要求23所述的方法，其中镀覆所述镍层包括使所述镍层具有介于大约5微米和大约10微米之间的厚度；镀覆所述钯层包括使所述钯层具有介于大约0. 01微米和大约0. 1微米之间的厚度；并且镀覆所述金层包括使所述金层具有介于大约0. 01微米和大约0. 5微米之间的厚度。
25、 根据权利要求20所述的方法，其中镀覆所述金层包括使用浸镀工艺和无电镀工艺两种工艺。
全文摘要
一种LGA基板，包括内核(110)，其上形成有内置电介质材料(150)、至少一个金属层(125)和阻焊剂(155)；电连接到所述金属层的导电平面栅格阵列焊盘(120)；所述导电平面栅格阵列焊盘上的镍层(121)；所述镍层上的钯层(122)以及所述钯层上的金层(123)。
文档编号H01L23/492GK101471318SQ20081019022
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月28日
发明者C·古鲁默基, M·托亚马, O·J·贝希尔, T·S·塞尔瓦穆尼延蒂 申请人:英特尔公司