專利名稱：具有新型傳輸線的多層電子結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及用于電子組件的支撐結(jié)構(gòu)，特別涉及互連和插件以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
在對(duì)于越來(lái)越復(fù)雜的電子元件的小型化需求越來(lái)越大的帶動(dòng)下，諸如計(jì)算機(jī)和電信設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高。這已經(jīng)導(dǎo)致要求支撐結(jié)構(gòu)如IC基板和IC插件具有通過(guò)介電材料彼此電絕緣的高密度的多個(gè)導(dǎo)電層和通孔。這種支撐結(jié)構(gòu)的總體要求是可靠性和適當(dāng)?shù)碾姎庑阅?、薄度、剛度、平整度、散熱性好和有?jìng)爭(zhēng)力的單價(jià)。在實(shí)現(xiàn)這些要求的各種途徑中，一種廣泛實(shí)施的創(chuàng)建層間互連通孔的制造技術(shù)是采用激光鉆孔，所鉆出的孔穿透后續(xù)布置的介電基板直到最后的金屬層，后續(xù)填充金屬，通常是銅，該金屬通過(guò)鍍覆技術(shù)沉積在其中。這種成孔方法有時(shí)也被稱為“鉆填”，由此產(chǎn)生的通孔可稱為“鉆填通孔”。但是，鉆填孔方法存在大量缺點(diǎn)。因?yàn)槊總€(gè)通孔需要單獨(dú)鉆孔，所以生產(chǎn)率受限，并且制造復(fù)雜的多通孔IC基板和插件的成本變得高昂。在大型陣列中，通過(guò)鉆填方法難以生產(chǎn)出高密度和高品質(zhì)、彼此緊密相鄰且具有不同的尺寸和形狀的通孔。此外，激光鉆出的通孔具有穿過(guò)介電材料厚度的粗糙側(cè)壁和內(nèi)向錐度。該錐形減小了通孔的有效直徑。特別是在超小通孔直徑的情況下，也可能對(duì)于在先的導(dǎo)電金屬層的電接觸產(chǎn)生不利影響，由此導(dǎo)致可靠性問(wèn)題。在被鉆的電介質(zhì)是包括聚合物基體中的玻璃或陶瓷纖維的復(fù)合材料時(shí)，側(cè)壁特別粗糙，并且這種粗糙度可能會(huì)產(chǎn)生附加的雜散電感。鉆出的通孔的填充過(guò)程通常是通過(guò)銅電鍍來(lái)完成的。這種金屬沉積技術(shù)會(huì)導(dǎo)致凹痕，其中在通孔頂部出現(xiàn)小坑。或者，當(dāng)通孔通道被填充超過(guò)其容納量的銅時(shí)，可能造成溢出，從而產(chǎn)生突出超過(guò)周圍材料的半球形上表面。凹痕和溢出往往在如制造高密度基板和插件時(shí)所需的后續(xù)上下堆疊通孔時(shí)造成困難。大的通孔通道難以均勻填充，特別是在其位于插件或IC基板設(shè)計(jì)的同一互連層內(nèi)的小通孔附近時(shí)。激光鉆孔是制造圓形通孔通道的最好方法。雖然可以通過(guò)激光銑削制造狹縫形狀的通孔通道，但是，可通過(guò)“鉆填”制造的幾何形狀范圍比較有限。通過(guò)鉆填工藝制造通孔是昂貴的，并且難以利用相對(duì)具有成本效益的電鍍工藝用銅來(lái)均勻和一致地填充由此形成的通孔通道。雖然可接受的尺寸和可靠性正在隨著時(shí)間的推移而改善，但是上文所述的缺點(diǎn)是鉆填技術(shù)的內(nèi)在缺陷，并且預(yù)計(jì)會(huì)限制可能的通孔尺寸范圍。
克服鉆填方法的許多缺點(diǎn)的可選解決方案是利用又稱為“圖案鍍覆”的技術(shù)，通過(guò)將銅或其它金屬沉積到光刻膠中形成圖案內(nèi)來(lái)制造。在圖案鍍覆中，首先沉積種子層。然后在所述種子層上施加光刻膠層，隨后曝光形成圖案，并且選擇性移除以制成暴露出種子層的溝槽。通過(guò)將銅沉積到光刻膠溝槽中來(lái)形成通孔柱。然后移除剩余的光刻膠，蝕刻掉種子層，并在其上及其周圍層壓通常為聚合物浸潰玻璃纖維氈的介電材料，以包圍所述通孔柱。然后，可以使用各種技術(shù)和工藝如研磨、拋光和化學(xué)機(jī)械拋光，來(lái)減薄和平整化所述表面，通過(guò)移除介電材料的一部分以暴露出通孔柱的頂部，以允許構(gòu)建下一金屬層?？稍谄渖贤ㄟ^(guò)重復(fù)該過(guò)程來(lái)沉積后續(xù)的金屬導(dǎo)體層和通孔柱，以形成所需的多層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)替代但緊密關(guān)聯(lián)的技術(shù)即下文所稱的“面板鍍覆”中，將連續(xù)的金屬或合金層沉積到基板上。在所述連續(xù)層的頂部施加光刻膠層，并在其中顯影出圖案。剝除顯影光刻膠的圖案，選擇性地暴露出其下的金屬，該金屬可隨后被蝕刻掉。未顯影的光刻膠保護(hù)其下方的金屬不被蝕刻掉，并留下直立的特征結(jié)構(gòu)和通孔的圖案。在剝除未顯影的光刻膠后，可以在直立的銅特征結(jié)構(gòu)和/或通孔柱上及周圍層壓介電材料，如聚合物浸潰玻璃纖維租。通過(guò)上述圖案鍍覆或面板鍍覆方法創(chuàng)建的通孔層通常被稱為“通孔柱”和特征層。銅是上述兩種層的優(yōu)選金屬。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，微電子演化的一般推動(dòng)力涉及制造更小、更薄、更輕和更大功率的高可靠性產(chǎn)品。使用厚且有芯的互連不能得到超輕薄的產(chǎn)品。為了在互連IC基板或插件中形成更高密度的結(jié)構(gòu)，需要具有甚至更小連接的更多層。事實(shí)上，有時(shí)希望在彼此的頂部上堆疊元件。如果在銅或其它合適的犧牲基板上沉積鍍覆層壓結(jié)構(gòu)，則可以蝕刻掉基板，留下獨(dú)立的無(wú)芯層壓結(jié)構(gòu)?？梢栽陬A(yù)先附著至犧牲基板的側(cè)面上沉積其它層，由此能夠形成雙面積層，從而最大限度地減少翹曲并有助于實(shí)現(xiàn)平整化。一種制造高密度互連的靈活技術(shù)是構(gòu)建由在介電基體中的金屬通孔或特征結(jié)構(gòu)構(gòu)成的圖案或面板鍍覆多層結(jié)構(gòu)。所述金屬可以是銅，所述電介質(zhì)可以是纖維增強(qiáng)聚合物，通常使用的是具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的聚合物，如聚酰亞胺。這些互連可以是有芯的或無(wú)芯的，并可包括用于堆疊元件的空腔。它們可具有奇數(shù)或偶數(shù)層。實(shí)現(xiàn)技術(shù)描述在授予 Amitec-Advanced Multilayer Interconnect Technologies Ltd.的現(xiàn)有專利中。例如，赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“高級(jí)多層無(wú)芯支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法(Advanced multilayer coreless support structures and method for theirfabrication)”的美國(guó)專利US 7，682，972描述了一種制造包括在電介質(zhì)中的通孔陣列的獨(dú)立膜的方法，所述膜用作構(gòu)建優(yōu)異的電子支撐結(jié)構(gòu)的前體，該方法包括以下步驟:在包圍犧牲載體的電介質(zhì)中制造導(dǎo)電通孔膜，和將所述膜與犧牲載體分離以形成獨(dú)立的層壓陣列?；谠摢?dú)立膜的電子基板可通過(guò)將所述層壓陣列減薄和平坦化，隨后終止通孔來(lái)形成。該公報(bào)通過(guò)引用全面并入本文。赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“用于芯片封裝的無(wú)芯空腔基板及其制造方法(Coreless cavity substrates for chip packaging and their fabrication)，，的美國(guó)專利US 7，669，320描述了一種制造IC支撐體的方法，所述IC支撐體用于支撐與第二 IC芯片串聯(lián)的第一 IC芯片；所述IC支撐體包括在絕緣周圍材料中的銅特征結(jié)構(gòu)和通孔的交替層的堆疊，所述第一 IC芯片可粘合至所述IC支撐體，所述第二 IC芯片可粘合在所述IC支撐體內(nèi)部的空腔中，其中所述空腔是通過(guò)蝕刻掉銅基座和選擇性蝕刻掉累積的銅而形成的。該公報(bào)通過(guò)引用全部并入本文。赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“集成電路支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法(integratedcircuit support structures and their fabrication)，，的美國(guó)專利US7, 635，641 描述了一種制造電子基板的方法，包括以下步驟:(A)選擇第一基礎(chǔ)層；(B)將蝕刻阻擋層沉積到所述第一基礎(chǔ)層上；(C)形成交替的導(dǎo)電層和絕緣層的第一半堆疊體，所述導(dǎo)電層通過(guò)貫穿絕緣層的通孔而互連；(D)將第二基礎(chǔ)層涂覆到所述第一半堆疊體上；(E)將光刻膠保護(hù)涂層涂覆到第二基礎(chǔ)層上；(F)蝕刻掉所述第一基礎(chǔ)層；(G)移除所述光刻膠保護(hù)涂層；(H)移除所述第一蝕刻阻擋層；(I)形成交替的導(dǎo)電層和絕緣層的第二半堆疊體，導(dǎo)電層通過(guò)貫穿絕緣層的通孔而互連；其中所述第二半堆疊體具有與第一半堆疊體基本對(duì)稱的構(gòu)造；(J)將絕緣層涂覆到交替的導(dǎo)電層和絕緣層的所述第二半堆疊體上；(K)移除所述第二基礎(chǔ)層，以及，(L)通過(guò)將通孔末端暴露在所述堆疊體的外表面上并對(duì)其涂覆終止物來(lái)終止基板。該公報(bào)通過(guò)引用全部并入本文。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及一種在多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)的X-Y平面內(nèi)的一個(gè)方向上傳輸信號(hào)的信號(hào)載體，所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)包括在X-Y平面內(nèi)延伸的多個(gè)介電層，所述信號(hào)載體包括第一傳輸線，所述第一傳輸線包括下連續(xù)金屬層并且還包括與所述連續(xù)金屬層連接的金屬通孔柱列，其中所述傳輸線通過(guò)介電材料與底層基準(zhǔn)面隔離。在一些實(shí)施方案中，所述信號(hào)載體包括與所述通孔柱列連接的上連續(xù)層。在一些實(shí)施方案中，所述信號(hào)載體包括頂部基準(zhǔn)面，其通過(guò)介電材料層與通孔柱列隔離。在一些實(shí)施方案中，所述通孔柱列是連續(xù)的。在一些實(shí)施方案中，所述通孔柱列是不連續(xù)的。在一些實(shí)施方案中，所述下連續(xù)層包括種子層。 在一些實(shí)施方案中，所述種子層包括銅。在一些實(shí)施方案中，所述下連續(xù)層還包括電鍍金屬層。在一些實(shí)施方案中，所述電鍍金屬層包括銅。在一些實(shí)施方案中，從上方與所述通孔柱列連接的所述上連續(xù)層包括金屬種子層。在一些實(shí)施方案中，所述上連續(xù)層還包括鍍覆金屬層。在一些實(shí)施方案中，所述信號(hào)載體還包括與所述第一傳輸線相鄰的第二傳輸線。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，所述聚合物選自包括聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪及其混合物的組別中。在一些實(shí)施方案中，所述介電材料還包括陶瓷或玻璃。在一些實(shí)施方案中,所述介電材料還包括玻璃纖維。
在一些實(shí)施方案中，所述介電材料還包括顆粒填料。第二方面涉及提供一種制造信號(hào)載體的方法，所述信號(hào)載體用于在多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)的X-Y平面內(nèi)的一個(gè)方向上傳輸信號(hào)，所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)包括在X-Y平面內(nèi)延伸的多個(gè)介電層，所述信號(hào)載體包括第一傳輸線，所述第一傳輸線包括下連續(xù)金屬層并且還包括與所述連續(xù)金屬層連接的金屬通孔柱列，其中所述傳輸線通過(guò)介電材料與底層基準(zhǔn)面隔離，所述方法包括以下步驟:(a)獲得具有包括連續(xù)金屬基準(zhǔn)面的上表面的基板；(b)利用介電層覆蓋所述連續(xù)金屬基準(zhǔn)面；(C)制造底部導(dǎo)線；(d)通過(guò)圖案鍍覆或通過(guò)面板鍍覆制造通孔柱列；(e)在所述通孔柱列上層壓介電層；(f)減薄以暴露出所述通孔柱列的頂表面；(g)沉積頂部導(dǎo)線；和(h)在所述頂部導(dǎo)線上層壓上介電材料層。任選地，步驟(b)包括以下子步驟:b⑴沉積第一光刻膠層；b(ii)在光刻膠中顯影圖案，在信號(hào)載體區(qū)域中的沒(méi)有包括特征結(jié)構(gòu)或通孔；b(iii)電鍍銅到圖案內(nèi)；b(iv)移除第一光刻膠層；和b (V)在銅通孔上層壓介電層。任選地，步驟(b)包括以下子步驟:b (vi)在所述連續(xù)金屬基準(zhǔn)面上面板鍍覆銅層；b (vii)在所述銅層上沉積第一光刻膠層；b(viii)顯影圖案，以保護(hù)周圍的通孔和特征結(jié)構(gòu)，但不保護(hù)在所述信號(hào)載體區(qū)域中的銅；b (ix)蝕刻掉所述銅；b (X)移除第一光刻膠層；和b (Xi)在其上沉積介電層。通常，步驟(C)和(g)包括以下子步驟:(ii)沉積種子層；(iv)用電介質(zhì)覆蓋；(V)圖案化保護(hù)層以保護(hù)導(dǎo)線；(vi)溶解掉周圍金屬。在一些實(shí)施方案中，步驟(C)和(g)包括以下附加步驟中的至少一個(gè):(I)施加粘附金屬；(2)在所述種子層上電鍍金屬層。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括步驟(i):在其上沉積包括種子層的上基準(zhǔn)面。在一些實(shí)施方案中，所述上基準(zhǔn)面還包括以下至少其一:預(yù)沉積預(yù)粘附金屬，和隨后電鍍金屬層。在一些實(shí)施方案中，步驟(C)和(g)包括:通過(guò)利用選擇性蝕刻的面板鍍覆或通過(guò)圖案鍍覆底部導(dǎo)線、通孔柱列和頂部導(dǎo)線，產(chǎn)生嵌入在電介質(zhì)中的兩個(gè)相鄰I形傳輸線，從而制造兩個(gè)相鄰I形傳輸線。術(shù)語(yǔ)微米或U m是指微米或10_6m。


為了更好地理解本發(fā)明并示出本發(fā)明的實(shí)施方式，現(xiàn)在純粹以舉例的方式參照附圖進(jìn)行介紹。具體參照附圖時(shí)，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示出現(xiàn)有技術(shù)的微帶排列的截面圖；圖3示出現(xiàn)有技術(shù)的帶線導(dǎo)體排列的截面圖；圖4示出現(xiàn)有技術(shù)的異對(duì)帶線排列的截面圖；圖5示出微帶傳輸線結(jié)構(gòu)的截面圖；圖6示出帶線傳輸線結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7示出異對(duì)帶線傳輸線的截面圖；圖8示出圖5中通孔列為連續(xù)列的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9示出圖5中通孔列為通孔柱列的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)的截面圖；圖10為示出一種制造技術(shù)的流程圖；圖11示出實(shí)施圖8的流程圖中的步驟(b)的一種方式；圖12示出實(shí)施圖8的流程圖中的步驟(b)的另一種方式；和圖13示出實(shí)施步驟(C)和(g)的一種方式。 在各個(gè)附圖中，相同的數(shù)字和附圖標(biāo)記指示相同的要素。
具體實(shí)施例方式在以下說(shuō)明中，涉及的是包括在介電基體中的金屬通孔的支撐結(jié)構(gòu)，特別是在聚合物基體中的銅通孔柱，所述聚合物基體是例如玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂或BT(雙馬來(lái)酰亞胺/三嗪)或它們的混合物。特征結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)尺寸無(wú)有效上限是阿瑟斯(Access)公司的光刻膠和圖案或面板鍍覆及層壓技術(shù)的特征，如在赫爾維茨(Hurwitz )等人的美國(guó)專利號(hào)為US7682972、US7669320和US7635641的專利中描述的，其通過(guò)引用并入本文。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多層電子支撐結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面圖。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。如美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7，669，320和US7, 635，64的專利中所述，例如圖1的結(jié)構(gòu)可替代地通過(guò)在光刻膠內(nèi)的圖案中鍍覆(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)型體。使用“鉆填通孔”的方法，由于橫截面控制和形狀的困難，不能制造非圓形的通孔。由于激光鉆孔的限制，導(dǎo)致還存在約50-60微米直徑的最小通孔尺寸。這些困難詳細(xì)描述在上文的背景技術(shù)部分中，并且尤其涉及由于銅通孔填充電鍍過(guò)程導(dǎo)致而產(chǎn)生的凹坑和/或半球形狀、由于激光鉆孔過(guò)程導(dǎo)致的通孔錐度形狀和側(cè)壁粗糙以及由于使用昂貴的激光鉆孔機(jī)以“路徑選擇”模式進(jìn)行銑削以在聚合物/玻璃電介質(zhì)中生成溝槽所導(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。阿米技術(shù)(AMITEC)公司開(kāi)發(fā)的專有通孔柱方法實(shí)現(xiàn)了 “導(dǎo)體通孔”結(jié)構(gòu)，其利用大尺寸的通孔層在x-y平面內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)電。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)錐度的溝槽，然后通過(guò)使用金屬種子層將銅后續(xù)沉積到這些溝槽中，然后通過(guò)圖案鍍覆將銅填充到這些溝槽內(nèi)。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槽被填充從而得到無(wú)凹痕、無(wú)圓頂?shù)你~連接器。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圍施涂覆一個(gè)永久的聚合物-玻璃電介質(zhì)。由此產(chǎn)生的“通孔導(dǎo)體”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而產(chǎn)生。在許多單個(gè)電子基板中，基板與印刷電路板之間的連接、IC與其它電組件彼此連接的金屬導(dǎo)電連接的長(zhǎng)度通?？梢院雎浴Q言之，在給定時(shí)刻，跨導(dǎo)電連接的電壓可假定為零并且所有位點(diǎn)處的電勢(shì)可認(rèn)為是相同的。但是，在與電信號(hào)傳輸通過(guò)導(dǎo)電元件所需時(shí)間相當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔中電壓發(fā)生變化的應(yīng)用中，導(dǎo)電原件的長(zhǎng)度可變得顯著，并且導(dǎo)體必須處理成傳輸線。換言之，當(dāng)信號(hào)包括對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)相對(duì)于或小于導(dǎo)電元件長(zhǎng)度的頻率組分時(shí)，導(dǎo)電元件長(zhǎng)度及其相關(guān)互連通孔變得重要。通用拇指法則為:如果導(dǎo)電元件的總長(zhǎng)度大于波長(zhǎng)的1/10，則導(dǎo)電元件應(yīng)當(dāng)被處理成傳輸線。在這種長(zhǎng)度上，導(dǎo)電元件的任何反射的相延遲和干擾變得重要并且可能導(dǎo)致在未采用傳輸線理論仔細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不可預(yù)料的表現(xiàn)。對(duì)于操縱無(wú)線電和微波電信號(hào)以及在例如高速數(shù)字電路中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)的基板，可產(chǎn)生傳輸線條件。如果傳輸線沿其長(zhǎng)度方向是一致的，則其表現(xiàn)主要通過(guò)已知為“特征阻抗”符號(hào)為ZO的單一參數(shù)來(lái)描述?！疤卣髯杩埂睘樵趯?dǎo)電線的任意位點(diǎn)處給定波長(zhǎng)的復(fù)電壓與相同波長(zhǎng)的復(fù)電流之比。存在多種在用于有源傳輸數(shù)據(jù)的基板中使用的傳輸線。未被設(shè)計(jì)為有源傳輸數(shù)據(jù)的其它組件可被認(rèn)為是傳輸線以計(jì)算由此產(chǎn)生的寄生信號(hào)。參照?qǐng)D2、3和4，描述了三種典型的傳輸線構(gòu)造。圖2示出微帶排列200，圖3示出帶線導(dǎo)體排列300，圖4示出異對(duì)帶線排列400。IC基板傳輸線導(dǎo)體ZO的典型值為圖2和3所示的微帶200和帶線300導(dǎo)體排列的典型值，為50-75歐姆，圖4所示的異對(duì)帶線排列400的典型值為100歐姆。在圖2、3和4中，基板的介電材料250將傳輸線導(dǎo)體210、310、410A、410B與其基準(zhǔn)(接地或電力)面212、312,314 和 412、414 隔離。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)輸送電力下行通過(guò)傳輸線時(shí)，通常希望盡可能多的電力被負(fù)載吸收并且盡可能少地被反射回電源。這可以通過(guò)使負(fù)載阻抗等于ZO來(lái)確保，在這樣的情況下，傳輸線被稱為“匹配的”或“受控的”。將導(dǎo)體保持為具有恒定阻抗值的“受控”傳輸線的一種方法是保持其寬度、厚度及其相對(duì)于基準(zhǔn)接地(或電力)面的垂直距離之間的恒定幾何關(guān)系。同樣重要的是，正確選擇合適的介電材料，使其具有使導(dǎo)體與其基準(zhǔn)面絕緣的適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)。不希望受到任何特定理論的束縛，這通?？梢越忉屓缦?輸入傳輸線的部分電力由于傳輸線的電阻而被損耗。這種損耗電流可稱為“歐姆”或電阻損耗。在高頻時(shí)，除了電阻導(dǎo)致的損耗外，另一種稱為“介電損耗”的效應(yīng)變得顯著。當(dāng)基板內(nèi)部的絕緣材料吸收來(lái)自交替電場(chǎng)的能量并將其轉(zhuǎn)化為熱時(shí)，導(dǎo)致介電損耗。基板通?？梢栽O(shè)計(jì)并用具有合適的介電常數(shù)以及具有傳輸線與其接地(或電力)基準(zhǔn)面的合適垂直距離的合適介電材料來(lái)制造，以實(shí)現(xiàn)所需的ZO值。但是，在許多情況下，由于基板中可用面積小，導(dǎo)致導(dǎo)體的寬度和厚度成問(wèn)題。此外，由于加工限制，使得可能難以實(shí)現(xiàn)高的導(dǎo)體厚度與寬度之比。實(shí)施方案涉及“導(dǎo)體通孔”結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)互連兩個(gè)垂直隔離且對(duì)準(zhǔn)的X-Y導(dǎo)體平面以形成一個(gè)傳輸線結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D5，基準(zhǔn)面512與兩個(gè)(頂部和底部)導(dǎo)體線510、516隔開(kāi)，所述導(dǎo)體線510、516通過(guò)通孔導(dǎo)體518互連并包封在介電材料250中以形成微帶傳輸線結(jié)構(gòu)500?；鶞?zhǔn)面512可以是電力基準(zhǔn)面或接地基準(zhǔn)面。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，兩個(gè)導(dǎo)體線510、516的寬度可以最小化，以接近或等于通孔導(dǎo)體518的寬度，這是因?yàn)橛纱诵纬傻奈鬏斁€的直流電阻受通孔導(dǎo)體518的本體性質(zhì)的控制。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，底部導(dǎo)體線510的厚度只需要足以用作種子層，以允許圖案電鍍通孔導(dǎo)體518 (與基板的同一層中的其它導(dǎo)體和通孔柱一起(未示出))，大致描述在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7, 669，320和US7, 635，641的專利中的圖案鍍覆通孔柱工藝流程中。此外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到頂部導(dǎo)體線516可類似地具有最小厚度。實(shí)際上，圖5的微帶傳輸線的厚度通常由在基板的其它位置中的同一層中一般用作其它導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的種子層的其它區(qū)域(未示出)限定。圖5所示的微帶傳輸線500可利用如赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7682972、US7669320和US7635641的專利中描述的圖案鍍覆工藝來(lái)制造。圖6示出帶線傳輸線結(jié)構(gòu)600，其包括介電材料250、一對(duì)頂部和底部的金屬基準(zhǔn)面612、614，以及與之隔開(kāi)的通過(guò)通孔導(dǎo)體618互連的一對(duì)頂部和底部的導(dǎo)電線610、616。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所注意到的，兩個(gè)導(dǎo)體線610、616的寬度可以最小化以接近或等于通孔導(dǎo)體618的寬度，這是因?yàn)樗纬傻膸Ь€傳輸線600的直流電阻主要由通孔導(dǎo)體618的本體性質(zhì)決定。采用相同的理由，還應(yīng)該注意到,如同圖5的底部導(dǎo)線510 —樣，加以必要的改動(dòng)，底部導(dǎo)線610可以非常薄，并且其厚度由其用作種子層以允許在基板其它部位處圖案電鍍通孔導(dǎo)體618 (和同一層中的其它導(dǎo)體和通孔柱(未示出))決定，利用通常如描述在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7, 669，320和US7, 635，641的專利中的圖案鍍覆通孔柱工藝流程的技術(shù)。金屬種子層通常為0.5微米-1.5微米厚并且可包括銅，并且可通過(guò)濺射或化學(xué)鍍進(jìn)行沉積。其還可包括不同金屬的底部粘附層，該粘附層可由例如鈦、鉻或鎳-鉻制造并且通常具有0.04微米-0.1微米范圍的厚度。此外，應(yīng)該注意到頂部導(dǎo)線616的厚度可以制得足夠薄，用于僅用作種子層以允許其他導(dǎo)體(未示出)在基板的其它部位處被構(gòu)建在同一層上的目的，利用如在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7，682，972、US7, 669，320和US7, 635，641的專利中描述的圖案鍍覆工藝。圖7示出異對(duì)帶線傳輸線700，其包括介電材料250、底部和頂部接地基準(zhǔn)面712、714以及與之隔開(kāi)的兩對(duì)底部導(dǎo)體線710A、710B和頂部導(dǎo)體線716A、716B，它們通過(guò)對(duì)應(yīng)的通孔導(dǎo)體718A、718B互連。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，兩對(duì)導(dǎo)體線710A/716A和710B/716B的寬度可最小化以分別接近或等于對(duì)應(yīng)的通孔導(dǎo)體718A、718B的寬度，這是因?yàn)樗纬傻漠悓?duì)帶線傳輸線700的直流電阻主要由通孔導(dǎo)體718A、718B的本體性質(zhì)決定。采用相同的理由，應(yīng)該注意到，底部導(dǎo)線710A、710B的厚度只需足以實(shí)現(xiàn)用作種子層以允許在同一層中但在基板其它位置處圖案電鍍對(duì)應(yīng)的通孔導(dǎo)體718A、718B (通常與其它導(dǎo)體和通孔柱(未示出)一起)，使用如描述在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7，669，320和US7, 635，641的專利中的圖案鍍覆通孔柱工藝流程。參照?qǐng)D8，從垂直于圖6所示的方向示出一個(gè)微帶傳輸線結(jié)構(gòu)500’。這里，通孔導(dǎo)體518’是連續(xù)電鍍通孔線。參照?qǐng)D9，從垂直于圖6所示的方向示出一個(gè)替代的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)500”。這里，通孔導(dǎo)體518”是等同形狀通孔柱的串列，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，其可以支撐合適特性的載波，例如具有柱分離距離兩倍的波長(zhǎng)和I形結(jié)構(gòu)高度的振幅。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，不僅微帶傳輸線結(jié)構(gòu)500可以包括連續(xù)通孔線600’或柱串列600”，但是類似地，帶線傳輸線結(jié)構(gòu)600和異對(duì)帶線傳輸線700可包括連續(xù)通孔線或柱串列。參照?qǐng)D10，現(xiàn)在示出圖5、6和7的器件的一般制造方法。圖5、6和7的子組件被標(biāo)記以易于理解。所述方法包括以下步驟:得到具有包括連續(xù)金屬基準(zhǔn)面512 (612,712)的上表面的基板一步驟(a)。連續(xù)金屬面可以是金屬基板、種子層例如0.5微米-1.5微米厚的銅，具有或沒(méi)有幫助粘附至底部介電材料上的諸如T1、Ta、W或Cr的底部粘附金屬。其可以是電鍍銅層，可為特征或通孔層，這是因?yàn)樗枋龅臉?gòu)造可以是具有額外特征結(jié)構(gòu)和通孔的更大的多層結(jié)構(gòu)的一部分。用介電層覆蓋連續(xù)金屬基準(zhǔn)面一步驟(b)。為了易于理解，所述方法的其余描述僅涉及制造圖4至6所示的截面。但是，對(duì)該方法進(jìn)行必要的修改以涉及通常通過(guò)面板或圖案鍍覆在其中的周圍特征結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言并不困難。現(xiàn)在制造底部導(dǎo)線。在介電層上沉積種子層一步驟(C)。通常，種子層是銅并且可通過(guò)濺射或化學(xué)鍍來(lái)沉積。為了幫助粘附，其可包括例如鉭、鈦、鉻或鎢的預(yù)粘附層。種子層可為0.5微米至1.5微米厚并且通常為約I微米厚。對(duì)于底部導(dǎo)線而言，薄的種子層就足夠。對(duì)于周圍組件而言，可在其周圍通過(guò)圖案鍍覆或面板鍍覆來(lái)電鍍銅層?；蛘?，所得的底部導(dǎo)線可以是在其上生長(zhǎng)的通孔導(dǎo)體的寬度或可以略寬一因此周圍的種子層必須被蝕刻掉一步驟⑷?，F(xiàn)在通過(guò)圖案鍍覆或面板鍍覆制造通孔柱列一步驟(e)。通孔柱列可以是連續(xù)結(jié)構(gòu)(618’ 一圖8)，即通孔帶，或可以是尺寸和間距適合用作波導(dǎo)的均勻間隔開(kāi)的通孔柱列(618” 一圖9)。在通孔柱列上層壓介電層，然后將其減薄以暴露出通孔柱列的頂表面一步驟(f)?，F(xiàn)在沉積頂部導(dǎo)線一步驟(g).
可以在頂部導(dǎo)線上層壓上介電材料層一步驟(h)。所述方法可生產(chǎn)圖5的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)500，具有I形傳輸線。在其上沉積上基準(zhǔn)面614—步驟(i)，產(chǎn)生圖6的帶線傳輸線結(jié)構(gòu)600。這可以是金屬種子層，并且可以具有在其上圖案或面板電鍍的附加金屬層；在I形傳輸線上具有有效面板。為了制造圖7的異對(duì)帶線傳輸線700，可以采用步驟(c)-(g)以通過(guò)具有選擇性蝕刻的面板鍍覆或通過(guò)圖案鍍覆底部導(dǎo)線710A、710B、通孔柱列718 (可以是連續(xù)或不連續(xù)的)和頂部導(dǎo)線716，留下嵌入在電介質(zhì)中的兩個(gè)相鄰I形傳輸線A、B來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)相鄰I形傳輸線A、B。通常，本文所示的器件是更大的多層結(jié)構(gòu)的一部分，并且該介電層(通常在其中具有通孔柱)通過(guò)如在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專利號(hào)為US7, 682，972、US7, 669，320和US7，635，641的專利中的技術(shù)制造。例如，覆蓋介電層的步驟(b)通常是周圍通孔的制造方法的一部分。 參照?qǐng)D11，制造在底部導(dǎo)線下方的介電層同時(shí)制造周圍通孔和/或特征結(jié)構(gòu)的一種方法是通過(guò)如下步驟進(jìn)行圖案鍍覆:沉積第一光刻膠層一b(i)。在光刻膠中顯影圖案，在所示截面中沒(méi)有包括特征結(jié)構(gòu)或通孔一步驟b (ii)。在圖案中電鍍進(jìn)銅一步驟b (iii)，然后移除第一光刻膠層一步驟b (iv)，然后在銅通孔上層壓介電層一步驟b (v)。當(dāng)?shù)诙記](méi)有元件延伸超出第一層時(shí)，可以移除光刻膠并在暴露的特征結(jié)構(gòu)上沉積第二光刻膠層，圖案化第一層上的第二層，然后通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍沉積第二層。在剝除第二光刻膠后，可在第一和第二層上層壓介電材料。參照?qǐng)D12，替代的，可以通過(guò)如下面板鍍覆來(lái)制造周圍通孔:將銅電鍍?yōu)槊姘逡徊襟Eb (vi)，然后在其上沉積第一光刻膠層一步驟b (vii)。顯影出包括周圍通孔和特征結(jié)構(gòu)但在截面中沒(méi)有特征結(jié)構(gòu)或通孔的圖案一步驟b (Viii)，然后蝕刻掉銅一步驟b (ix)。然后移除第一光刻膠層一步驟b (X)，然后在其上沉積介電層一步驟b (Xi)。但是，通孔可通過(guò)其它技術(shù)制造，例如通過(guò)鉆填技術(shù)改進(jìn)電介質(zhì)。參照?qǐng)D13，產(chǎn)生頂部導(dǎo)線的步驟(g)可通過(guò)沉積上種子層一步驟g(i)實(shí)現(xiàn)。再一次地，可以先涂覆粘附金屬一步驟g(ii)以幫助粘附至電介質(zhì)，并且可在通孔柱列上的種子層上沉積較厚的電鍍層一步驟g(iii)。在通孔柱列上沉積連續(xù)保護(hù)帶一步驟g(iv)后，溶解掉周圍金屬一步驟g(v)，留下直立的頂部導(dǎo)線。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。而且，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
1.一種在多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)的X-Y平面內(nèi)的一個(gè)方向上傳輸信號(hào)的信號(hào)載體，所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)包括在X-Y平面內(nèi)延伸的多個(gè)介電層，所述信號(hào)載體包括第一傳輸線，所述第一傳輸線包括下連續(xù)金屬層以及與所述連續(xù)金屬層連接的金屬通孔柱列，其中所述傳輸線通過(guò)介電材料與底部基準(zhǔn)面隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，還包括從上方與所述通孔柱列連接的上連續(xù)層。
3.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，還包括頂部基準(zhǔn)面，其通過(guò)介電材料層與通孔柱列隔離。
4.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，其中所述通孔柱列是連續(xù)的。
5.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，其中所述通孔柱列是不連續(xù)的。
6.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，其中所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)中的下連續(xù)層包括種子層。
7.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，其中所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)中的種子層包括銅。
8.如權(quán)利要求6所述的信號(hào)載體，其中所述下連續(xù)層還包括電鍍金屬層。
9.如權(quán)利要求8所述的信號(hào)載體，其中所述電鍍金屬層包括銅。
10.如權(quán)利要求2所述的信號(hào)載體，其中從上方與所述通孔柱列連接的所述上連續(xù)層包括金屬種子層。
11.如權(quán)利要求10所述的信號(hào)載體，其中所述上連續(xù)層還包括鍍覆金屬層。
12.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，還包括與所述第一傳輸線相鄰的第二傳輸線。
13.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)載體，其中所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)中的介電材料包括聚合物。
14.如權(quán)利要求13所述的信號(hào)載體，其中所述介電材料還包括陶瓷或玻璃。
15.如權(quán)利要求13所述的信號(hào)載體，其中所述聚合物包括聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪及其混合物。
16.如權(quán)利要求13所述的信號(hào)載體,其中所述介電材料包括玻璃纖維。
17.如權(quán)利要求14所述的信號(hào)載體，其中所述介電材料包括顆粒填料。
18.—種制造如權(quán)利要求1所述的多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟: Ca)獲得具有包括連續(xù)金屬基準(zhǔn)面的上表面的基板； (b)利用介電材料層覆蓋所述連續(xù)金屬基準(zhǔn)面； (C)制造底部導(dǎo)線； Cd)通過(guò)圖案鍍覆或通過(guò)面板鍍覆在所述底部導(dǎo)線上制造通孔柱列； Ce)在所述通孔柱列及所述底部導(dǎo)線上層壓介電層； Cf)減薄所述介電層以暴露出所述通孔柱列的頂表面； (g)沉積頂部導(dǎo)線；和 (h)在所述頂部導(dǎo)線上層壓上介電材料層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括步驟(i):在其上沉積包括種子層的上基準(zhǔn)面。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述上基準(zhǔn)面還包括以下至少其一: 預(yù)沉積預(yù)粘附金屬，和 隨后電鍍金屬層。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(c)和(g)包括:通過(guò)利用選擇性蝕刻的面板鍍覆或通過(guò)圖案鍍覆底部導(dǎo)線、通孔柱列和頂部導(dǎo)線，產(chǎn)生嵌入在電介質(zhì)中的兩個(gè)相鄰I形傳輸線，從而制造 兩個(gè)相鄰I形傳輸線。
全文摘要
一種在多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)的X-Y平面內(nèi)的一個(gè)方向上傳輸信號(hào)的信號(hào)載體，所述多層復(fù)合電子結(jié)構(gòu)包括在X-Y平面內(nèi)延伸的多個(gè)介電層，所述信號(hào)載體包括第一傳輸線，所述第一傳輸線包括下連續(xù)金屬層以及與所述連續(xù)金屬層連接的金屬通孔柱列，其中所述傳輸線通過(guò)介電材料與底部基準(zhǔn)面隔離。
文檔編號(hào)H05K3/46GK103188867SQ20131006812
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
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