一種具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子封裝領(lǐng)域，特別涉及一種具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子系統(tǒng)朝著高頻、高速、多功能、小型化方向不斷發(fā)展，封裝互連越來(lái)越成為系統(tǒng)整體性能提高的瓶頸。特別是封裝中的垂直互連結(jié)構(gòu)，是信號(hào)傳輸路徑中重要的阻抗不連續(xù)點(diǎn)，是反射、振鈴、損耗、串?dāng)_等信號(hào)完整性問(wèn)題產(chǎn)生的根源。由于現(xiàn)有加工方法的限制，目前的基板工藝沒(méi)有制作垂直互連的屏蔽結(jié)構(gòu)。通過(guò)垂直互連結(jié)構(gòu)的電磁波可直接耦合到電源地平面，形成電源分布網(wǎng)絡(luò)中的瞬態(tài)同步開(kāi)關(guān)噪聲/地彈噪聲，造成電源地平面的電壓波動(dòng)，不僅影響高速信號(hào)的電平切換，甚至引起封裝結(jié)構(gòu)的諧振，造成產(chǎn)品的失效。
[0003]目前，多采用在垂直互連的四周增加地過(guò)孔處的方法來(lái)改善垂直互連的信號(hào)質(zhì)量并抑制垂直互連的噪聲輻射。但這種方法大大增加了垂直互連的布線面積，且不能完全屏蔽垂直互連的電磁輻射。
[0004]關(guān)于垂直互連的專利很多，如US6893951B2、CN102024801A、CN10243711A 等，但這些結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于集成電路芯片內(nèi)部單元的垂直互連，不能將垂直互連結(jié)構(gòu)做到基板上，且不考慮互連的屏蔽性能。2013申請(qǐng)的發(fā)明專利《一種同軸垂直互連導(dǎo)電體的制作方法》(申請(qǐng)?zhí)?01310280690.6)中提出了采用刻蝕、沉積、電鍍等方法制作了同軸垂直互連結(jié)構(gòu)，但是，這種方法成本極高，且這種工藝方法僅針對(duì)硅、玻璃片或其他有機(jī)材料，即其只適用于絕緣材料，不適用于導(dǎo)電金屬材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出一種具有電磁屏蔽性能的垂直互連結(jié)構(gòu)及其制作方法，有效解決現(xiàn)有垂直互連結(jié)構(gòu)存在的電磁泄漏問(wèn)題。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種具有電磁屏蔽性能的垂直互連結(jié)構(gòu)，其包括:實(shí)心金屬通柱、金屬屏蔽層和金屬氧化物；其中:
所述實(shí)心金屬通柱為封裝基板內(nèi)任意層間垂直互連的金屬導(dǎo)體；
所述金屬屏蔽層為包圍所述實(shí)心金屬通柱的環(huán)形金屬屏蔽層；
所述金屬氧化物為所述實(shí)心金屬通柱和所述金屬屏蔽層之間的環(huán)形絕緣介質(zhì)。
[0007]較佳地，所述實(shí)心金屬通柱的材料與所述金屬屏蔽層的材料為同一種金屬材料； 所述金屬材料為可陽(yáng)極氧化的金屬材料。
[0008]較佳地，所述金屬氧化物環(huán)形介質(zhì)為所述金屬材料被氧化后形成的金屬氧化物。實(shí)心金屬通柱和金屬屏蔽層為同一種金屬材質(zhì)，金屬氧化物層由金屬材料氧化形成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便。
[0009]較佳地，所述金屬材料為鈮、鉭、鋁、鈦中的任意一種，對(duì)應(yīng)地，
所述金屬氧化物為氧化銀、氧化鉭、氧化鋁、氧化鈦中的任意一種。
[0010]較佳地，所述垂直互連結(jié)構(gòu)為單通道垂直互連結(jié)構(gòu)和/或多通道互連結(jié)構(gòu)和/或差分垂直互連結(jié)構(gòu)；
單通道垂直互連結(jié)構(gòu)用于單個(gè)信號(hào)的傳輸；
多通道互連結(jié)構(gòu)用于多個(gè)相鄰的信號(hào)的傳輸，每個(gè)通道均設(shè)置有所述金屬屏蔽層，相鄰兩個(gè)通道之間的所述金屬屏蔽層共用，以減小基板布線空間。
[0011]差分垂直互連結(jié)構(gòu)用于差分信號(hào)的傳輸。
[0012]較佳地，所述垂直互連結(jié)構(gòu)的尺寸為微米級(jí)，現(xiàn)有的制作方法制作的垂直互連結(jié)構(gòu)為最少為毫米級(jí)，本發(fā)明的垂直互連結(jié)構(gòu)可達(dá)到微米級(jí)，實(shí)現(xiàn)小尺寸的垂直互連，適用于細(xì)間距的引線直接連接。
[0013]本發(fā)明還提供一種具有電磁屏蔽性能的垂直互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其包括以下步驟:
511:提供一金屬基板，在所述金屬基板的上下表面第一次涂覆一層光敏材料，進(jìn)行第一次雙面光刻，形成垂直互連結(jié)構(gòu)的圖形掩膜；
512:將形成垂直互連結(jié)構(gòu)的圖形掩膜后的金屬基板進(jìn)行致密型陽(yáng)極氧化，在未被垂直互連結(jié)構(gòu)的圖形掩膜覆蓋的區(qū)域形成致密型金屬氧化層；；
513:去除垂直互連結(jié)構(gòu)的圖形掩膜，在金屬基板的上下表面第二次涂覆一層光敏材料，進(jìn)行第二次雙面光刻，形成實(shí)心金屬通柱和金屬屏蔽層的圖形掩膜；
S14:將形成實(shí)心金屬通柱的圖形掩膜和金屬屏蔽層的圖形掩膜后的金屬基板進(jìn)行穿透型陽(yáng)極氧化；
S15:去除實(shí)心金屬通柱的圖形掩膜和金屬屏蔽層的圖形掩膜。
[0014]較佳地，S16:對(duì)實(shí)心金屬通柱進(jìn)行表面金屬化處理，使垂直互連結(jié)構(gòu)可與高密度的平面?zhèn)鬏斁€、金線、凸點(diǎn)、焊球等直接連接。
[0015]較佳地，所述步驟S12中的致密型陽(yáng)極氧化所使用的電解液為弱酸性電解液；
所述步驟S14中的穿透型陽(yáng)極氧化所使用的電解液為酸性電解液。
[0016]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明提供的具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)及其制作方法，在實(shí)心金屬通柱的外側(cè)設(shè)置金屬屏蔽層接地，有效地解決了封裝結(jié)構(gòu)中垂直互連的電磁泄露問(wèn)題；
(2)采用本發(fā)明的制作方法，可將垂直互連結(jié)構(gòu)制作到基板上，基板采用金屬材料，散熱效果好；
(3)本發(fā)明的實(shí)心金屬通柱可與高密度的平面?zhèn)鬏斁€、金線、凸點(diǎn)、焊球等直接連接；
(4)本發(fā)明的制作方法，在金屬基板上采用光刻技術(shù)制作互連結(jié)構(gòu)，尺寸可以達(dá)到很小，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的同軸連接器；
(5)本發(fā)明的垂直互連結(jié)構(gòu)可用于封裝基板任意層之間的互連、金線與封裝基板的互連以及倒裝凸點(diǎn)與封裝基板的互連等。
[0017]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的垂直互連結(jié)構(gòu)的剖視圖；
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1的垂直互連結(jié)構(gòu)的俯視圖；
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1的垂直互連結(jié)構(gòu)的應(yīng)用示意圖；
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1的垂直互連結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的垂直互連結(jié)構(gòu)的隔離度對(duì)比圖；
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例2的垂直互連結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；
圖6A為本發(fā)明的實(shí)施例2的步驟Sll之后的金屬基板示意圖；
圖6B為本發(fā)明的實(shí)施例2的步驟S12之后的金屬基板示意圖；
圖6C為本發(fā)明的實(shí)施例2的步驟S13之后的金屬基板示意圖；
圖6D為本發(fā)明的實(shí)施例2的步驟S14之后的金屬基板示意圖；
圖6E為本發(fā)明的實(shí)施例2的步驟S15之后的金屬基板示意圖。
[0019]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1-金屬基板，2-單通道垂直互連結(jié)構(gòu)，3-多通道垂直互連結(jié)構(gòu)，4-差分垂直互連結(jié)構(gòu)；
I1-垂直互連結(jié)構(gòu)的圖形掩膜，12-致密型金屬氧化層，13-實(shí)心金屬通柱的圖形掩膜，14-金屬屏蔽層的圖形掩膜；
101-實(shí)心金屬通柱，102-金屬屏蔽層，103-金屬氧化物；
II1-金線，112-焊球，113-芯片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例1:
結(jié)合圖1-圖4，本實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)，可以包括單通道垂直互連結(jié)構(gòu)2、多通道垂直互連結(jié)構(gòu)3、差分垂直互連結(jié)構(gòu)中的任意一種或多種，本實(shí)施例以包括一個(gè)單通道垂直互連結(jié)構(gòu)2、一個(gè)多通道垂直互連結(jié)構(gòu)3和一個(gè)差分垂直互連結(jié)構(gòu)4為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，俯視圖如圖2所示，單通道垂直互連結(jié)構(gòu)2包括實(shí)心金屬通柱101、包圍在實(shí)心金屬通柱21的外側(cè)的環(huán)形的金屬屏蔽層102，以及位于實(shí)心金屬通柱101和金屬屏蔽層102之間的環(huán)形的絕緣介質(zhì)金屬氧化物103 ;多通道垂直互連結(jié)構(gòu)3包括多個(gè)實(shí)心金屬通柱101，此處以三個(gè)為例，每個(gè)實(shí)心金屬通柱101的外側(cè)都設(shè)置有包圍其的同軸環(huán)形金屬屏蔽層102，每個(gè)實(shí)心金屬通柱101和金屬屏蔽層102之間都設(shè)置有環(huán)形的絕緣介質(zhì)金屬氧化物103，相鄰兩個(gè)實(shí)心金屬通柱101的相鄰邊的金屬屏蔽層102可共用；差分垂直互連結(jié)構(gòu)包括多個(gè)實(shí)心金屬通柱101，此處以兩個(gè)為例，用一個(gè)橢圓形的金屬屏蔽層102包圍兩個(gè)實(shí)心金屬通柱101，每個(gè)實(shí)心金屬通柱101的外圍都設(shè)置有金屬氧化物103。
[0022]本實(shí)施例中，實(shí)心金屬通柱101和金屬屏蔽層102為相同的金屬材質(zhì)，金屬氧化物103為此金屬材質(zhì)氧化后形成的金屬氧化物；相鄰兩個(gè)垂直互連結(jié)構(gòu)的金屬屏蔽層之間通過(guò)此金屬材質(zhì)相連。
[0023]如圖3所示為本實(shí)施例的垂直互連結(jié)構(gòu)的應(yīng)