專利名稱：具有一體化結(jié)構(gòu)組件的多層電子支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄且剛硬的多層電子支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
倒裝芯片球柵陣列(FCBGA)和倒裝芯片芯片尺寸封裝(FCCSP)格式的改進(jìn)型IC基板通常采用“芯”結(jié)構(gòu)，其通常為玻璃/聚合物介電復(fù)合材料，在其一側(cè)或兩側(cè)上具有小數(shù)目一般為2或以上的銅層。該銅層利用鍍覆通孔(PTH)進(jìn)行電互連。玻璃/聚合物介電復(fù)合材料芯用作在其上構(gòu)建多層堆疊體的基礎(chǔ)。該多層堆疊體包括電介質(zhì)層，通常為聚合物膜或預(yù)浸料，其與銅金屬層順序交替，通過(guò)填充銅的微通孔互連。成品FCBGA或FCCSP基板單元要求表現(xiàn)出高平坦度，并且要求是無(wú)翹曲的，用以支持隨后的工藝步驟，如連接有源(IC)和無(wú)源元件，有時(shí)被稱為“第一級(jí)裝配”。為了平衡在制造、后續(xù)工藝及使用過(guò)程中的可能導(dǎo)致翹曲或分層的應(yīng)力，該多層堆疊體優(yōu)選構(gòu)建在基底的兩側(cè)。在第一級(jí)裝配之后，包括1C、無(wú)源元件和攜載它們的基板的總體單元有時(shí)也被稱為“ IC封裝”。IC封裝要求連接至下一級(jí)電子子系統(tǒng)，其通常包括印刷電路板(PCB)。用于連接IC封裝至PCB的一系列過(guò)程有時(shí)被稱為“第二級(jí)裝配”。許多現(xiàn)代電子系統(tǒng)，特別是手持設(shè)備，如智能電話、平板電腦等，需要額外的功能，即增強(qiáng)的電氣性能、低散熱和比以往任何時(shí)候都更輕薄的IC封裝。因此，第一級(jí)和第二級(jí)裝配過(guò)程變得比以往更加復(fù)雜，這是因?yàn)镮C基板可以利用有時(shí)也被稱為“PoP”(即封裝上封裝的首字母縮寫(xiě))的技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行3D封裝架構(gòu)，例如一系列堆疊芯片或甚至是另一個(gè)IC封裝。因此將會(huì)認(rèn)識(shí)到，F(xiàn)CBGA或FCCSP格式的改進(jìn)型IC基板需要具有優(yōu)異的平坦度不僅在其自身的制造過(guò)程中，而且還在后續(xù)制程中，這是因?yàn)樵诘谝缓偷诙?jí)裝配過(guò)程中，它們通常暴露于高溫和惡劣的加工條件之下。鑒于以上所述，IC基板的翹曲可能嚴(yán)重降低第一和第二級(jí)裝配過(guò)程中的產(chǎn)量，尤其是在采用芯片堆疊和3D PoP架構(gòu)時(shí)。翹曲FCBGA和FCCSP基板或IC封裝可導(dǎo)致在將IC互連至基板的倒裝芯片凸點(diǎn)中的產(chǎn)生裂縫，在將IC封裝互連至PCB (或PoP結(jié)構(gòu)中的另一IC封裝)的BGA球中產(chǎn)生裂縫或者甚至是芯片破裂，所有這些都可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。對(duì)越來(lái)越薄的IC基板的需求在不斷增加，這受到滿足現(xiàn)代手持設(shè)備低波形因素空間要求以及實(shí)現(xiàn)與更多設(shè)備功能的更高接觸點(diǎn)之間的更低的電感和更低的熱阻抗所帶動(dòng)。因此，微電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)考慮采用被稱為“無(wú)芯”的IC基板，其具有FCBGA或FCCSP格式并構(gòu)造為累積層，但不包括中央的“芯”部分。此類無(wú)芯基板顯著減小了厚度，由于來(lái)往IC的通孔路徑短從而提高了系統(tǒng)電感并且改善了熱阻抗。然而，無(wú)芯基板由于內(nèi)在地缺乏機(jī)械剛度并且缺少通常由所缺少的芯部提供的支撐而導(dǎo)致其也更易于翹曲。在其上制造第一和第二級(jí)裝配時(shí)而暴露于升高的加工溫度期間，這些問(wèn)題可能變得尖銳，特別是由于堆疊芯片和/或封裝所采用的熱處理所致。近年來(lái)提出了具有電介質(zhì)膜的特征累積結(jié)構(gòu)的多種無(wú)芯基板技術(shù)。大多數(shù)無(wú)芯基板技術(shù)需要一個(gè)安裝在基板IC側(cè)上的外部金屬框架加強(qiáng)體，以保持可接受水平的平坦度和補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中所缺少的芯。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這樣的外部增強(qiáng)體占據(jù)了基板頂表面上的優(yōu)質(zhì)不動(dòng)產(chǎn)空間，并且這種被占據(jù)的空間不可用于其它目的，如安裝無(wú)源元件和/或焊盤，可能需要它們連接堆疊在基板表面上的額外IC封裝。解決該問(wèn)題的一種方法是如由阿米泰克(AMITEC)公司開(kāi)發(fā)并且描述在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7, 669，320和US7, 635，641的專利中的無(wú)芯IC基板的應(yīng)用。阿米泰克(AMITEC)公司的技術(shù)允許制造可采用玻璃纖維/聚合物復(fù)合材料(預(yù)浸料)的無(wú)芯基板，其增強(qiáng)了所有基板的平坦性和抗翹曲性，因此，消除了對(duì)于上述外部金屬框架加強(qiáng)體的需求。然而，滿足更苛刻的要求的日益增加的需求，如降低基板厚度和減少其熱阻抗，構(gòu)成了挑戰(zhàn)，甚至如在美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7, 669，320和US7, 635，641的專利中描述的阿米技術(shù)(AMITEC)無(wú)芯結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)現(xiàn)難以克服。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及提供一種多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其包括在X-Y平面中延伸的被通孔層隔開(kāi)的至少一對(duì)相鄰特征層；所述通孔層包括夾在所述兩個(gè)相鄰特征層之間的介電材料和在垂直于X-Y平面的Z方向上穿過(guò)所述介電材料跨越所述成對(duì)的相鄰特征層的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件；其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的特征在于其在X-Y平面中的長(zhǎng)尺寸為其在X-Y平面中的短尺寸的至少3倍，并且其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件被完全包封在所述介電材料內(nèi)并且與其周邊電絕緣。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件是非電子功能的。在一些實(shí)施方案中，所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)包括具有導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)的中央電子功能區(qū)和周邊區(qū)，其中所述結(jié)構(gòu)組件位于所述周邊區(qū)內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，所述具有導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)的中央電子功能區(qū)用于通過(guò)倒裝芯片技術(shù)連接芯片。在一些實(shí)施方案中，所述技術(shù)選自包括倒裝芯片BGA (FCBGA)、倒裝芯片芯片尺寸封裝(FCCSP)、倒裝芯片針網(wǎng)陣列(FCPGA)和倒裝芯片焊盤柵格陣列(FCLGA)的組別。在一些實(shí)施方案中，所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)具有至少25mmX25mm且不超過(guò)60mmX 60mm的平面尺寸。在一些實(shí)施方案中，所述中央電子功能區(qū)具有至少IOmmXlOmm且不超過(guò)25mm X 25mm 的尺寸。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件用于減輕殘余應(yīng)力和有助于平坦性。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件沿所述支撐結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行定位。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件定位在沿所述中央電子功能區(qū)的所有側(cè)面的所述周邊區(qū)中。在一些實(shí)施方案中，所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)用于支撐芯片，包括圍繞所述芯片徑向布置的多個(gè)結(jié)構(gòu)組件。
在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括用于定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的拐角內(nèi)的拐角角度。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件設(shè)置在單個(gè)層內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件跨越多個(gè)層。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的外形輪廓選自包括正方形、長(zhǎng)方形、T形、倒T形、I形、J形和L形輪廓的組別。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括在特征層中的焊盤和在所述焊盤上的非圓柱形通孔。在一些實(shí)施方案中，所述焊盤包括粘附層，所述粘附層包括選自包括鈦、鉭、鎢和鉻的組別中的金屬。 在一些實(shí)施方案中，所述結(jié)構(gòu)組件沿其長(zhǎng)度為波紋狀或鋸齒狀的。在一些實(shí)施方案中，所述介電材料包括聚合物。在一些實(shí)施方案中，所述聚合物包括聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪和及其混合物。在一些實(shí)施方案中，所述介電材料還包括無(wú)機(jī)夾雜物。在一些實(shí)施方案中，所述無(wú)機(jī)夾雜物包括玻璃纖維。在一些實(shí)施方案中，所述無(wú)機(jī)夾雜物包括陶瓷顆粒。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于增強(qiáng)多層電子支撐結(jié)構(gòu)的方法，包括在所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)弓I入至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括下列步驟:在底部介電層上沉積種子層，和在所述種子層上圖案或面板鍍覆所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一層。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括:在所述種子層上的至少一個(gè)非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物的第一層上建立附加層。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括以下步驟:(a)獲得包括底部通孔柱層的基板，所述通孔柱經(jīng)處理以暴露出所述通孔柱層中的通孔柱末端；(b)用種子層覆蓋所述基板；(c)在所述種子層上涂覆第一光刻膠層；(d)曝光和顯影所述光刻膠以形成包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的特征結(jié)構(gòu)圖案；(e)在所述特征結(jié)構(gòu)圖案中沉積金屬以制造包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的特征層；(f)剝除所述第一光刻膠層；(g)涂覆第二光刻膠層；(h)曝光和顯影包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第二部件的通孔柱圖案；(i)在該負(fù)性圖案中沉積包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第二部件的金屬層；(j)剝除所述光刻膠，留下直立的至少一個(gè)非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物；(k)移除所述種子層，以隔離所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件；和
(I)在所述至少一個(gè)非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物上層壓介電材料。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括以下步驟:(m)減薄所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)以暴露出通孔柱末端。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括以下步驟:(n)在經(jīng)減薄的表面上沉積金屬種子層。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括另一特征層并且重復(fù)步驟(C)至⑴和(I)。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括通過(guò)重復(fù)步驟(g)至(k)制造的另一通孔柱層。在一些實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)通孔柱層包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的一部分，并且所述方法包括以下步驟:(i)獲得包括底部特征層的基板，其中所述底部特征層的銅被
暴露出；(ii)用種子層覆蓋所述基板；(iii)在所述種子層上沉積金屬層；(iv)在所述金屬層上涂覆光刻膠層；(v)曝光和顯影包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的通孔柱的正性圖案；(vi)蝕刻掉暴露的金屬層；(Vii)剝除所述光刻膠，留下直立的包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的通孔柱；和(Viii)在所述通孔柱和至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件上層壓介電材料。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括另一步驟:(ix)減薄以暴露出金屬。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括另一步驟:(x)在經(jīng)減薄的表面上沉積金屬種子層。


為了更好地理解本發(fā)明并示出本發(fā)明的實(shí)施方式，純粹以舉例的方式參照附圖?，F(xiàn)在具體參照附圖，必須強(qiáng)調(diào)的是特定的圖示是示例性的并且目的僅在于說(shuō)明性討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，并且基于提供被認(rèn)為是對(duì)于本發(fā)明的原理和概念方面的描述最有用和最易于理解的圖示的原因而被呈現(xiàn)。就此而言，沒(méi)有試圖將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以超出對(duì)本發(fā)明基本理解所必需的詳細(xì)程度來(lái)圖示；參照附圖的說(shuō)明使本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的幾種形式可如何實(shí)際體現(xiàn)出來(lái)。在附圖中:圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多層電子支撐結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是包括結(jié)構(gòu)組件的電子支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案的平面圖；圖3是包括結(jié)構(gòu)組件的電子支撐結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方案的平面圖；圖4是包括結(jié)構(gòu)組件的電子支撐結(jié)構(gòu)的又一實(shí)施方案的平面圖；圖5是包括結(jié)構(gòu)組件的電子支撐結(jié)構(gòu)的再一實(shí)施方案的平面圖；圖6是鋸齒狀結(jié)構(gòu)組件的示意圖；圖7是一種制造結(jié)構(gòu)組件的方法的流程圖；圖8是一種制造結(jié)構(gòu)組件的變體方法的流程圖；圖9是被介電材料包圍的L形支撐元件的截面示意圖10是被介電材料包圍的T形支撐元件的截面示意圖；和圖11是被介電材料包圍的I形支撐元件的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，示出現(xiàn)有技術(shù)的多層電子支撐結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面圖。參照?qǐng)D1，現(xiàn)有技術(shù)的多層支撐結(jié)構(gòu)100包括被絕緣各層的介電層110、112、114、116隔離的組件或特征結(jié)構(gòu)108的功能層102、104、106。穿過(guò)介電層的通孔118提供在相鄰的功能層或特征層之間的電連接。因此，特征層102、104、106包括在X-Y平面內(nèi)通常敷設(shè)在所述層內(nèi)的特征結(jié)構(gòu)108，以及跨介電層110、112、114、116導(dǎo)通電流的通孔118。通孔118設(shè)計(jì)為具有最小的電感并得到充分的隔離以在其間具有最小的電容。當(dāng)利用鉆填技術(shù)制作通孔時(shí)，通孔一般具有大致圓形的橫截面。但是，例如美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7, 669，320和US7, 635，641的專利中所述，圖1的結(jié)構(gòu)可替代地通過(guò)在光刻膠內(nèi)的圖案中電鍍(圖案鍍覆)或通過(guò)面板鍍覆然后選擇性蝕刻來(lái)制作；無(wú)論何種方式均留下直立的通孔柱，隨后在其上層壓介電預(yù)浸料。利用“鉆填通孔”的方法，由于截面控制和形狀方面的困難，使得不能制造非圓形孔。由于激光鉆孔的限制，還存在約50-60微米直徑的最小通孔尺寸。這些困難在上文的背景技術(shù)部分中作了詳細(xì)描述，并且這些困難特別涉及由于銅通孔填充電鍍過(guò)程導(dǎo)致的凹痕和/或半球形頂部、由于激光鉆孔過(guò)程導(dǎo)致的通孔錐度形狀和側(cè)壁粗糙、以及由于在“路徑模式(routing mode)”中用以產(chǎn)生在聚合物/玻璃電介質(zhì)中的溝槽而使用的用于統(tǒng)削狹縫的昂貴的激光鉆孔機(jī)所導(dǎo)致的較高成本。已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)，利用鍍覆和光刻膠技術(shù)的靈活性，可以成本有效地制造出形狀和尺寸范圍廣泛的通孔。此外，可以在同一層中制造出不同形狀和尺寸的通孔。由阿米泰克(AMITEC)公司開(kāi)發(fā)的專有通孔柱方法實(shí)現(xiàn)了在X-Y平面內(nèi)延伸以在通孔層中制造的結(jié)構(gòu)，通常在更多的慣用通孔柱之間。這在使用銅圖案鍍覆方法時(shí)尤其有利，此時(shí)可以在光刻膠材料中產(chǎn)生光滑、筆直，無(wú)錐度的溝道，然后通過(guò)在種子層上用圖案鍍覆銅到所述溝道中來(lái)將銅后續(xù)沉積到這些溝道中。與鉆填通孔方法相反的是，通孔柱技術(shù)使得光刻膠層中的溝道被填充從而得到無(wú)凹痕、無(wú)圓頂?shù)你~結(jié)構(gòu)。在銅沉積后，隨后剝除光刻膠，然后移除金屬種子層并在其上和其周邊涂覆永久的聚合物-玻璃電介質(zhì)。由此產(chǎn)生的銅結(jié)構(gòu)可使用在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972，US7, 669，320和US7, 635，641的專利中描述的工藝流程。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，互連需要具有足夠的剛硬度，以使芯片能夠可靠地與其連接。翹曲和彎曲可能造成連接不良或斷開(kāi)。確保剛度的一種方法是在基板或芯上沉積互連結(jié)構(gòu)。不幸的是，這增加了互連結(jié)構(gòu)的厚度。存在對(duì)于既具有剛硬度又越來(lái)越薄的互連的驅(qū)動(dòng)力。各種芯片安裝技術(shù)是所謂的倒裝芯片技術(shù)，例如倒裝芯片球柵陣列(FCBGA)、倒裝芯片芯片尺寸封裝(FCCSP)、倒裝芯片針網(wǎng)陣列(FCPGA)和倒裝芯片焊盤柵格陣列(FCLGA)通常，用于倒裝芯片技術(shù)的基板或插件不大于芯片尺寸的1.2倍。倒裝芯片球柵陣列安裝(FCBGA)和倒裝芯片芯片尺寸封裝(FCCSP)在裝配過(guò)程中對(duì)于翹曲特別敏感。
出乎意料地發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)在其中電鍍?cè)鰪?qiáng)體來(lái)制造既薄又剛硬的互連結(jié)構(gòu)。這種增強(qiáng)體是跨越一個(gè)或多個(gè)通孔平面、在X-Y平面中延伸、但不提供電子功能的結(jié)構(gòu)組件。倒裝芯片通常具有5mmX 5mm至25mmX 25mm的尺寸。FCBGA基板尺寸通常在10_X IOmm至60_X60mm的范圍內(nèi)并且可以為正方形或矩形。FCCSP基板尺寸通常在10_X10mm至25_X25_的范圍內(nèi)。為了增強(qiáng)基板或插件，結(jié)構(gòu)組件可以設(shè)置在多層支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的不同位置處，但通常定位在設(shè)置有芯片的中央電子功能區(qū)周圍的周邊區(qū)內(nèi)。結(jié)構(gòu)組件可具有不同的截面或輪廓，如下所述。參考圖2，示出多層電子支撐結(jié)構(gòu)200的平面圖。多層電子支撐結(jié)構(gòu)200通常具有對(duì)于FCBGA為IOmmX IOmm至60mmX 60mm的平面尺寸，并且可以為正方形或矩形。FCCSP基板尺寸通常在ICtamX 10mm至25mmX 25mm的范圍內(nèi)。當(dāng)離開(kāi)芯片朝向多層電子支撐結(jié)構(gòu)的邊緣移動(dòng)時(shí)，存在不要求導(dǎo)電并且可用于增強(qiáng)目的的區(qū)域。多層電子支撐結(jié)構(gòu)200用作諸如連接芯片至印刷電路板的應(yīng)用的互連。通常，多層電子支撐結(jié)構(gòu)200包括具有導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)的中央功能區(qū)202，例如圖1所示，在其周圍通常提供非功能性的周邊結(jié)構(gòu)404。具有導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)的中央功能區(qū)202可具有 10mmX 10mm 至 25mm X 25mm 的尺寸。一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)組件如一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)邊緣206和一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)拐角208可以與中央功能區(qū)202的導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)共同制造，并且可以跨越至少一個(gè)通孔柱層。通常，如下面所討論的，結(jié)構(gòu)組件跨越特征層和通孔層。他們可以跨越更多的層。結(jié)構(gòu)邊緣206和結(jié)構(gòu)拐角208可有助于緩解殘余應(yīng)力并且可以由此防止基板200的翹曲并有助于確保保持平坦。參考圖3，在第二實(shí)施方案中，多層電子支撐結(jié)構(gòu)300可以包括圍繞中央功能區(qū)302徑向布置的多個(gè)結(jié)構(gòu)組件310、312、314、318，它們跨越中央功能區(qū)302的拐角部朝向電子支撐結(jié)構(gòu)300的拐角A、B、C、D穿過(guò)周邊結(jié)構(gòu)304。因此，斜支柱310可以將基板300的拐角B連接至的中央功能區(qū)302的拐角F。斜支柱312可將基板300的拐角C連接至中央功能區(qū)302的拐角G。斜支柱314可將基板300的拐角A連接至中心功能區(qū)302的拐角E。斜支柱316可將基板300的拐角D連接至中心功能區(qū)302的拐角H。參考圖4，在第三實(shí)施方案中，多層電子支撐結(jié)構(gòu)400可以包括多個(gè)結(jié)構(gòu)組件418，它們圍繞中心功能區(qū)402徑向布置，大致垂直于最接近的長(zhǎng)邊，但在拐角處可設(shè)置斜的結(jié)構(gòu)組件420。參考圖5，在第四實(shí)施方案中，多層電子支撐結(jié)構(gòu)500包括接近該結(jié)構(gòu)500邊緣的沿外列的多個(gè)結(jié)構(gòu)帶506和結(jié)構(gòu)拐角508以及對(duì)應(yīng)于帶外列506交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)帶內(nèi)列522。第二列的結(jié)構(gòu)帶524可通過(guò)連接件526連接至外列的帶和拐角508。事實(shí)上，由于外帶506、拐角508、內(nèi)結(jié)構(gòu)帶522、524和連接件526可以通過(guò)圖案鍍覆或通過(guò)面板鍍覆共同沉積并且隨后蝕刻，所以存在可以制造的幾乎無(wú)限變化的增強(qiáng)形狀和尺寸。除了利用一個(gè)或多個(gè)帶層(其可與在周邊的電介質(zhì)504中共沉積或隔離的連接件一起連接)來(lái)增強(qiáng)邊緣外，邊緣可通過(guò)鋸齒狀的結(jié)構(gòu)帶528或者通過(guò)波紋狀結(jié)構(gòu)帶進(jìn)行增強(qiáng)。如圖6所示，結(jié)構(gòu)組件無(wú)論位于何處，除了是帶狀的條外，還可以是細(xì)長(zhǎng)的鋸齒狀元件628或波紋狀元件(未示出)。因此，多層電子支撐結(jié)構(gòu)可以通過(guò)引入至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件得到增強(qiáng)以有助于平坦性以及防止翹曲，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件通常是在介電多層電子支撐結(jié)構(gòu)中的非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物。到目前為止，已經(jīng)討論了在X-Y平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)組件的形狀。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，結(jié)構(gòu)組件具有一定的厚度并且可以跨越單個(gè)通孔柱層或者可以跨越多于一個(gè)層。因?yàn)樵谥醒牍δ軈^(qū)中發(fā)現(xiàn)的電子功能元件可與結(jié)構(gòu)組件共沉積，所以在一些實(shí)施方案中，作為非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物的結(jié)構(gòu)組件可以制造成為特征層中的第一部件或焊盤以及布置在所述特征層中的第一部件或焊盤頂部上的通孔柱中的第二部件。參考圖7，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件可利用兩階段方法由至少一對(duì)部件制成，所述至少一對(duì)部件由在特征層中的第一部件和在其上沉積的通孔層中的第二部件構(gòu)成，所述兩階段方法包括以下步驟:獲得包括底部通孔柱層的基板，所述通孔柱層經(jīng)處理以暴露出通孔柱的末端一步驟(a)。通常，暴露出通孔柱末端的處理包括化學(xué)拋光、機(jī)械研磨和拋光、或化學(xué)-機(jī)械拋光CMP。然后，用種子層(通常為銅)覆蓋具有暴露的銅通孔末端的基板一步驟(b)。在所述種子層上涂覆第一光刻膠薄層一步驟(c)，接著曝光和顯影所述第一光刻膠薄層以形成包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的特征結(jié)構(gòu)負(fù)性圖案一步驟(d)。在所述特征結(jié)構(gòu)負(fù)性圖案中沉積金屬，通常為銅，特別是形成所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件一步驟(e)。剝除所述第一光刻膠薄層一步驟(f)以留下包括直立的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的特征層。然后，涂覆第二光刻膠厚層一步驟(g)，接著在其中曝光和顯影包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第二部件的第二通孔柱負(fù)性圖案一步驟(h)。在該第二圖案中顯影出的溝道中沉積金屬層，通常為銅層一步驟(i)以制造包括在所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的至少一部分上的所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第二部件的通孔柱層。剝除所述第二光刻膠層一步驟(j)，留下直立的特征結(jié)構(gòu)、通孔柱和至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件。然后，移除暴露的種子層一步驟(k)，以隔離所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件。移除暴露的種子層可通過(guò)將所述結(jié)構(gòu)暴露于短期且受控的例如氫氧化銨或氯化銅的濕蝕刻劑中來(lái)完成。接著，在特征結(jié)構(gòu)、通孔柱和至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件上層壓介電材料一步驟(I)。當(dāng)通孔柱具有與底部特征層或焊盤相同的X-Y平面內(nèi)尺寸時(shí)，非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物可具有簡(jiǎn)單矩形增強(qiáng)體的輪廓。當(dāng)?shù)撞刻卣鲗踊蚝副P延伸超過(guò)通孔柱時(shí)，非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物可具有L形梁或J形梁。如果在其上沉積第二種子層并且在頂部上布置第二特征層，則非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物可具有T或I形的輪廓。這樣，可以制造包括在特征層中的第一部件和在通孔層中的第二部件的結(jié)構(gòu)組件。在特征層中的第一部件可被在通孔層中的第二部件完全覆蓋，從而產(chǎn)生具有正方形或矩形橫截面的結(jié)構(gòu)組件。如果在特征層中的第一部件在X-Y平面中延伸超過(guò)在通孔層中的第二部件，則結(jié)構(gòu)組件將具有類似于L或J形梁或倒T形的橫截面。如果倒置使用，則倒T截面當(dāng)然將類似于在X-Y平面中延伸的具有恒定寬度的T線型結(jié)構(gòu)組件，并且具有正方形、矩形、J、L或T字形橫截面，將表現(xiàn)為正方形、矩形、J、L或T形梁，并且根據(jù)簡(jiǎn)單梁理論而抗變形。通過(guò)在特征層中沉積其它種子層和附加部件，可將正方形或矩形的結(jié)構(gòu)組件轉(zhuǎn)化成T結(jié)構(gòu)組件，并且可將倒T結(jié)構(gòu)組件轉(zhuǎn)化成I結(jié)構(gòu)組件。
通過(guò)沉積其它通孔和特征層，可以制造出跨越所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)的更多層的具有更復(fù)雜橫截面的結(jié)構(gòu)組件。因此，為了能夠進(jìn)一步構(gòu)建附加層，可減薄介電材料以暴露出金屬一步驟U)。所述減薄可以利用機(jī)械研磨或拋光、化學(xué)拋光或化學(xué)機(jī)械拋光CMP來(lái)完成。所述減薄也使所述結(jié)構(gòu)平坦化。然后，可以在經(jīng)減薄的表面上沉積金屬種子層，如銅一步驟(n)，以便能夠建立其它層。種子層通常是0.5微米至1.5微米厚。為了有助于其粘附性，可先沉積選自鈦、鉭、鉻、鎢或其混合物中的粘附層，一般為0.04至0.1微米厚。種子層可以使用例如濺射或化學(xué)鍍來(lái)沉積。當(dāng)結(jié)構(gòu)組件包括其它特征層時(shí)，其可以通過(guò)重復(fù)步驟(C)至(f)和(I)來(lái)制造。當(dāng)結(jié)構(gòu)組件包括其它通孔層時(shí)，其可以通過(guò)重復(fù)步驟(g)至(k)等來(lái)制造。介電材料通常是包括聚合物基體的復(fù)合材料，例如聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪及其混合物，并且還可以包括陶瓷或玻璃。通常，電介質(zhì)作為在具有陶瓷填料的聚合物樹(shù)脂預(yù)浸料中的織造玻璃纖維束構(gòu)成的預(yù)浸料來(lái)提供。參考圖8，在一個(gè)變體制造路線中，包括結(jié)構(gòu)組件的一部分的通孔柱層可以通過(guò)以下步驟制造:獲得基板一步驟(i )，和用種子層覆蓋所述基板一步驟(ii )，所述種子層通常是銅，一般通過(guò)濺射或通過(guò)化學(xué)鍍來(lái)沉積。在所述種子層上沉積金屬層一步驟(iii)。該金屬層通常是銅，并且可以通過(guò)電鍍來(lái)沉積。在所述金屬層上涂覆光刻膠層一步驟(iv)，然后在其中曝光和顯影包括結(jié)構(gòu)組件的部件的通孔柱的正性圖案一步驟(V)。蝕刻掉暴露出的金屬層一步驟(Vi)。銅的蝕刻可以利用銅蝕刻劑例如氫氧化銨或氯化銅來(lái)實(shí)施。然后，剝除光刻膠一步驟(Vii)，留下在通孔層中直立的結(jié)構(gòu)組件，并且在通孔層和至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件上層壓介電材料一步驟(vi i i )。為了能夠進(jìn)一步累積，可以減薄介電層一步驟(ix)以暴露出金屬，例如利用化學(xué)或機(jī)械拋光或研磨或化學(xué)機(jī)械拋光來(lái)進(jìn)行。所述減薄使所述層平坦化。然后，可以在經(jīng)減薄的表面上沉積諸如銅的金屬種子層一步驟(X)。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括通過(guò)在其上鍍覆其它層來(lái)一層一層地構(gòu)建所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的額外部件。參照?qǐng)D9,示出具有L形輪廓(截面)的結(jié)構(gòu)組件900。L形結(jié)構(gòu)組件900包括寬的第一部件902 (在特征層中)和可沉積在更寬的第一部件902上的窄的第二部件904 (在通孔層中)。第一部件902通常沉積在底部種子層908上。L形結(jié)構(gòu)組件900被介電材料906所包圍和絕緣，介電材料906通常是作為預(yù)浸料形式應(yīng)用的玻璃纖維增強(qiáng)聚合物。J形結(jié)構(gòu)組件可利用相同方式制造。參照?qǐng)D10，示出T形結(jié)構(gòu)組件1000。由于第二層1002延伸超出第一層1004，所以在沉積另一層1002之前，通過(guò)濺射或化學(xué)鍍?cè)诮殡娭苓厖^(qū)1006上沉積種子層1008以及可能的在其下方的粘附層。種子層1008有利于在介電材料1006上電鍍另一層1002。第一層1004當(dāng)然也通常沉積在底部焊盤1010上，底層焊盤1010自身制造在種子層1012上。參照?qǐng)D11，I形結(jié)構(gòu)組件1100可以通過(guò)在2-3個(gè)階段中圖案化三個(gè)金屬層1102、1104、1108并且在其周圍層壓介電材料1106來(lái)制造。I形結(jié)構(gòu)組件1100的第一層1102和第三層1108通常是沉積在種子層1110、1114上的特征層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)介電材料1106的粘附。作為I形結(jié)構(gòu)組件1100的垂直部件的第二層1104通常制造在通孔柱層中，并且因?yàn)槠涑练e在其下方更寬的第一(特征)層1002上，因此在其下方不需要種子層。
圖9、10和11中所示的結(jié)構(gòu)組件僅是作為示例提供的。其它的結(jié)構(gòu)組件可具有不同的形狀并且可以跨越多層互連結(jié)構(gòu)的多于三個(gè)層。所示的各種結(jié)構(gòu)組件和排列方式是作為示例提供的，而不同的實(shí)施方案可包括其它的結(jié)構(gòu)金屬夾雜物并可以進(jìn)行不同的配置。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于上文中具體圖示和描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定，包括上文所述的各個(gè)技術(shù)特征的組合和子組合以及其變化和改進(jìn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前述說(shuō)明后將會(huì)預(yù)見(jiàn)到這樣的組合、變化和改進(jìn)。在權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“包括”及其變體例如“包含”、“含有”等是指所列舉的組件被包括在內(nèi)，但一般不排除其他組件。
權(quán)利要求
1.一種多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其包括在X-Y平面中延伸的被通孔層隔開(kāi)的至少一對(duì)相鄰特征層；所述通孔層包括夾在所述兩個(gè)相鄰特征層之間的介電材料和在垂直于X-Y平面的Z方向上穿過(guò)所述介電材料跨越所述成對(duì)的相鄰特征層的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件；其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的特征在于其在X-Y平面中的長(zhǎng)尺寸為其在X-Y平面中的短尺寸的至少3倍，并且其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件被完全包封在所述介電材料內(nèi)并且與其周邊電絕緣。
2.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件是非電子功能的。
3.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，包括具有導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)的中央電子功能區(qū)和周邊區(qū)，其中所述結(jié)構(gòu)組件位于所述周邊區(qū)內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，所述具有導(dǎo)電通孔和特征結(jié)構(gòu)的中央電子功能區(qū)用于通過(guò)倒裝芯片技術(shù)連接芯片。
5.如權(quán)利要求4所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，選自包括倒裝芯片BGA(FCBGA)、倒裝芯片芯片尺寸封裝(FCCSP)、倒裝芯片針網(wǎng)陣列(FCPGA)和倒裝芯片焊盤柵格陣列(FCLGA)的組別。
6.如權(quán)利要求3所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，具有至少10mmXlOmm且不超過(guò)60mm X 60mm的平面尺寸。
7.如權(quán)利要求3所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述中央電子功能區(qū)具有至少5mm X 5mm且不超過(guò)25mm X 25mm的尺寸。
8.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件用于減輕殘余應(yīng)力和有助于平坦性。
9.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件沿所述支撐結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行定位。
10.如權(quán)利要求3所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件定位在沿所述中央電子功能區(qū)的所有側(cè)面的所述周邊區(qū)中。
11.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐芯片，并且包括圍繞所述芯片徑向布置的多個(gè)結(jié)構(gòu)組件。
12.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括用于定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的拐角內(nèi)的拐角角度。
13.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件設(shè)置在單個(gè)層內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件跨越多個(gè)層。
15.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，外形輪廓選自包括正方形、長(zhǎng)方形、T形、倒T形、I形、J形和L形輪廓的組別。
16.如權(quán)利要求15所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，包括在特征層中的焊盤和在所述焊盤上的非圓柱形通孔。
17.如權(quán)利要求16所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述焊盤包括粘附層，所述粘附層包括選自包括鈦、鉭、鎢和鉻的組別中的金屬。
18.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)組件沿其長(zhǎng)度為波紋狀或鋸齒狀的。
19.如權(quán)利要求1所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述介電材料包括聚合物。
20.如權(quán)利要求19所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物包括聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)月旨、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪及其混合物。
21.如權(quán)利要求20所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述介電材料還包括無(wú)機(jī)夾雜物。
22.如權(quán)利要求21所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述無(wú)機(jī)夾雜物包括玻璃纖維。
23.如權(quán)利要求21所述的多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其中所述無(wú)機(jī)夾雜物包括陶瓷顆粒。
24.一種用于增強(qiáng)多層電子支撐結(jié)構(gòu)的方法，包括在所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)引入至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，包括以下步驟:在底部介電層上沉積種子層，和在所述種子層上圖案或面板鍍覆所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一層。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括:在所述種子層上的至少一個(gè)非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物的第一層上建立附加層。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，包括以下步驟: (a)獲得包括底部通孔柱層的基板，所述通孔柱經(jīng)處理以暴露出所述通孔柱層中的通孔柱末端； (b)用種子層覆蓋所述基板； (c)在所述種子層上涂覆第一光刻膠層； (d)曝光和顯影所述光刻膠以形成包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的特征結(jié)構(gòu)圖案； (e)在所述特征結(jié)構(gòu)圖案中沉積金屬以制造包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第一部件的特征層； (f)剝除所述第一光刻膠層； (g)涂覆第二光刻膠層； (h)曝光和顯影包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第二部件的通孔柱圖案； (i)在該負(fù)性圖案中沉積包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的第二部件的金屬層； (j)剝除所述光刻膠，留下直立的至少一個(gè)非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物； (k)移除所述種子層，以隔離所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件；和 (I)在所述至少一個(gè)非電子功能的細(xì)長(zhǎng)金屬夾雜物上層壓介電材料。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，包括另一步驟:(m)減薄所述多層電子支撐結(jié)構(gòu)以暴露出通孔柱末端。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，包括另一步驟:(n)在經(jīng)減薄的表面上沉積金屬種子層。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括另一特征層并且重復(fù)步驟(C)至(f)和(I)。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件包括通過(guò)重復(fù)步驟(g)至(k)制造的另一通孔柱層。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述至少一個(gè)通孔柱層包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的一部分，并且所述方法包括以下步驟: (i)獲得包括底部特征層的基板，其中所述底部特征層的銅被暴露出； (ii)用種子層覆蓋所述基板； (iii)在所述種子層上沉積金屬層； (iv)在所述金屬層上涂覆光刻膠層； (V)曝光和顯影包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的通孔柱的正性圖案； (Vi)蝕刻掉暴露的金屬層； (Vii)剝除所述光刻膠，留下直立的包括所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的通孔柱；和 (Viii)在所述通孔柱和至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件上層壓介電材料。
34.如權(quán)利要求33所述的方法,包括另一步驟:(ix)減薄以暴露出金屬。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，包括另一步驟 :(x)在經(jīng)減薄的表面上沉積金屬種子層。
全文摘要
一種多層電子支撐結(jié)構(gòu)，其包括在X-Y平面中延伸的被通孔層隔開(kāi)的至少一對(duì)相鄰特征層；所述通孔層包括夾在所述兩個(gè)相鄰特征層之間的介電材料和在垂直于X-Y平面的Z方向上穿過(guò)所述介電材料跨越所述成對(duì)的相鄰特征層的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件；其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件的特征在于其在X-Y平面中的長(zhǎng)尺寸為其在X-Y平面中的短尺寸的至少3倍，并且其中所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件被完全包封在所述介電材料內(nèi)并且與其周邊電絕緣。
文檔編號(hào)H05K3/46GK103199078SQ20131006796
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者卓爾·赫爾維茨, 黃士輔 申請(qǐng)人:珠海越亞封裝基板技術(shù)股份有限公司