一種具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子封裝領(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)。
【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)，是信號傳輸路徑中重要的阻抗不連續(xù)點，是反射、振鈴、損耗、串?dāng)_等信號完整性問題產(chǎn)生的根源。由于現(xiàn)有加工方法的限制，目前的基板工藝沒有制作垂直互連的屏蔽結(jié)構(gòu)。通過垂直互連結(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)同步開關(guān)噪聲/地彈噪聲，造成電源地平面的電壓波動，不僅影響高速信號的電平切換，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孔處的方法來改善垂直互連的信號質(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?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。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種具有電磁屏蔽性能的垂直互連結(jié)構(gòu)，有效解決現(xiàn)有垂直互連結(jié)構(gòu)存在的電磁泄漏問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型提供一種具有電磁屏蔽性能的垂直互連結(jié)構(gòu)，其包括:實心金屬通柱、金屬屏蔽層和金屬氧化物；其中:
[0008]所述實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；
[0009]所述金屬屏蔽層為包圍所述實心金屬通柱的環(huán)形金屬屏蔽層；
[0010]所述金屬氧化物為所述實心金屬通柱和所述金屬屏蔽層之間的環(huán)形絕緣介質(zhì)。
[0011]較佳地，所述實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；
[0012]所述金屬材料為可陽極氧化的金屬材料。
[0013]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)簡單，制作方便。
[0014]較佳地，所述金屬材料為鈮、鉭、鋁、鈦中的任意一種，對應(yīng)地，
[0015]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。
[0016]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)；
[0017]單通道垂直互連結(jié)構(gòu)用于單個信號的傳輸；
[0018]多通道互連結(jié)構(gòu)用于多個相鄰的信號的傳輸，每個通道均設(shè)置有所述金屬屏蔽層，相鄰兩個通道之間的所述金屬屏蔽層共用，以減小基板布線面積。
[0019]差分垂直互連結(jié)構(gòu)用于差分信號的傳輸。
[0020]較佳地，所述垂直互連結(jié)構(gòu)的尺寸為微米級，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，本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)可達(dá)到微米級，實現(xiàn)小尺寸的垂直互連，適用于細(xì)間距的引線直接連接。
[0021]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0022](I)本實用新型提供的具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)，在實心金屬通柱的外側(cè)設(shè)置金屬屏蔽層相當(dāng)于接地，有效地解決了封裝結(jié)構(gòu)中垂直互連的電磁泄露問題；
[0023](2)本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)制作在基板上，基板采用金屬材料，散熱效果好；
[0024](3)本實用新型的實心金屬通柱可與高密度的平面?zhèn)鬏斁€、金線、凸點、焊球等直接連接；
[0025](4)本實用新型的垂直互連結(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；
[0026](5)本實用新型的垂直互連結(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與封裝基板的互連等。
[0027]當(dāng)然，實施本實用新型的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0028]下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作進(jìn)一步說明:
[0029]圖1為本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0030]圖2為本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0031]圖3為本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)的應(yīng)用示意圖；
[0032]圖4為本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的垂直互連結(jié)構(gòu)的隔離度對比圖。
[0033]標(biāo)號說明: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)；
[0034]101-實心金屬通柱，102-金屬屏蔽層，103-金屬氧化物；
[0035]111-金線，112-焊球，113-芯片。
【具體實施方式】
[0036]下面對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0037]結(jié)合圖1-圖4，本實施例詳細(xì)描述本實用新型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，本實施例以包括一個單通道垂直互連結(jié)構(gòu)2、一個多通道垂直互連結(jié)構(gòu)3和一個差分垂直互連結(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包括實心金屬通柱101、包圍在實心金屬通柱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包括多個實心金屬通柱101，此處以三個為例，每個實心金屬通柱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，每個實心金屬通柱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，相鄰兩個實心金屬通柱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)包括多個實心金屬通柱101，此處以兩個為例，用一個橢圓形的金屬屏蔽層102包圍兩個實心金屬通柱101，每個實心金屬通柱101的外圍都設(shè)置有金屬氧化物103。
[0038]本實施例中，實心金屬通柱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；相鄰兩個垂直互連結(jié)構(gòu)的金屬屏蔽層之間通過此金屬材質(zhì)相連。
[0039]如圖3所示為本實施例的垂直互連結(jié)構(gòu)的應(yīng)用示意圖，該垂直互連結(jié)構(gòu)用于金線111與封裝基板、焊球112與封裝基板的互連，金線111的一端于實心金屬通柱101相連，另一端與芯片113相連；焊球112的一端連接實心金屬通柱101，另一端連接芯片113。
[0040]如圖4所示為本實施例的具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的無屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)的隔離度對比圖，圖中第一隔離度為現(xiàn)有的無屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)的隔離度，第二隔離度為本實施例的具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)的隔離度，從圖中看出，采用本實施例的具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)后，隔離度增加了 60dB，有效解決了電磁泄漏問題。
[0041]不同實施例中，垂直互連結(jié)構(gòu)不一定為三個，不一定同時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以及差分垂直互連結(jié)構(gòu)4，可以只包括其中的一種或任意兩種或多種，可以任意排布，根據(jù)需要來設(shè)置。
[0042]較佳實施例中，實心金屬通柱101和金屬屏蔽層102所采用的金屬材料為鈮(Nb)、鉭(Ta)、銷(Al)、鈦(Ti)中的任意一種，對應(yīng)地，氧化形成的金屬氧化物23為氧化銀(Nb2O5)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(T1)中的任意一種。
[0043]本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)制作在基板上，結(jié)構(gòu)微小，尺寸為微米級，可以實現(xiàn)小尺寸的微型垂直互連，可適用于細(xì)間距的引線直接互連，能用于窄間距的凸點連接。
[0044]此處公開的僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應(yīng)用，并不是對本實用新型的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本實用新型所保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種具有電磁屏蔽性能的垂直互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:實心金屬通柱、金屬屏蔽層和金屬氧化物；其中: 所述實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心金屬通柱和所述金屬屏蔽層之間的環(huán)形絕緣介質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述實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極氧化的金屬材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，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。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬材料為鈮、鉭、鋁、鈦中的任意一種，對應(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。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，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)用于單個信號的傳輸； 多通道互連結(jié)構(gòu)用于多個相鄰的信號的傳輸，每個通道均設(shè)置有所述金屬屏蔽層，相鄰兩個通道之間的所述金屬屏蔽層共用； 差分垂直互連結(jié)構(gòu)用于差分信號的傳輸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述垂直互連結(jié)構(gòu)的尺寸為微米級。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有電磁屏蔽效能的垂直互連結(jié)構(gòu)，其包括：實心金屬通柱、金屬屏蔽層和金屬氧化物；其中：實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；金屬屏蔽層為包圍實心金屬通柱的環(huán)形金屬屏蔽層；金屬氧化物為實心金屬通柱和金屬屏蔽層之間的環(huán)形絕緣介質(zhì)。本實用新型的垂直互連結(jié)構(gòu)，有效解決了電磁泄漏問題。
【IPC分類】H01L23/58, H01L23/525
【公開號】CN204696113
【申請?zhí)枴緾N201520432405
【發(fā)明人】謝慧琴, 陳靖, 丁蕾, 吳偉偉, 任衛(wèi)朋, 王立春
【申請人】上海航天測控通信研究所
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月23日