CN102956540A - 含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法包括:在基片上制作盲孔或通孔；在所述盲孔或通孔内填充聚合物；将金属块体插入填满聚合物的盲孔或通孔内；对盲孔或通孔内聚合物进行固化处理；对基片的正面和背面进行研磨抛光，露出金属。本发明可有效完成三维封装或者MEMS封装中采用的多层堆叠结构。
Description
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域，特别涉及一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法。
背景技术
随着人们对电子产品向小型化、高性能、多功能等方向的发展的要求，研究人员努力探求将电子系统越做越小，性能越来越强，功能越做越多，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中三维封装技术以及系统级封装（System-in-Package，SiP）技术就是这些技术的典型代表。
三维封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。转接板技术正是实现三维封装的关键技术之一。随着芯片管脚数进一步增多和管脚节距的进一步缩小,受有机基板工艺的限制，传统基板线条微细化大大提高了制作成本，并难以满足应用的要求。转接板则是应对这些问题的一种很合适的解决方案，由于使用半导体的工艺制程，转接板可以得到很高密度的布线和很小的节距。另一方面，转接板可以采用热膨胀系数与芯片相近的材料来制造，例如硅和玻璃等，这样可以减小热膨胀系数的失配，从而避免很多问题，极大地提高了封装体的热机械可靠性。另外，转接板的互连结构是垂直互连，这样大大缩短了互连线的长度，芯片和基板间的电气性能将得到很大的提升。
最早的通孔互连结构是由美国人William Shockley于1958年的专利US3044909中提出的，虽然当时发明人提出这种结构并不是为了应用于三维集成，但随着封装技术的发展，通孔互连结构逐渐在三维集成技术领域得到了广泛的研究和应用。
在硅基转接板技术中，制造工艺主要包括孔成型、制作绝缘层（硅基转接板）、填孔等工艺步骤。在诸多工艺步骤中，填孔工艺是一个技术难点，快速低成本的填孔工艺是工业化大批量生产的迫切需求。传统的填孔一般采用电镀的方式，这种方式得到的填充容易产生金属空洞，而且需要制作种子层，而良好的种子层的制作仍是目前难以解决的难点问题。另一方面电镀方法也对电镀溶液和电流等的控制有着极严格的要求。另外，对于大孔径的通孔，电镀方法需要较长的时间，效率低下，这也进一步增大了生产成本。由于电镀方法的应用限制，各种新的工艺、材料以及填充方法也逐渐被提出和讨论。例如采用金属钨、导电胶来填孔，采用化学镀或者电化学镀的方法来形成种子层以及填充金属，另外还有直接在孔中填充金属纤料或者金属球的方法来完成填空，这种方法在孔径较大的情况下能够有很好的应用。如专利CN200910201709.7提出的，对通孔进行钨填充；专利US6589594B1提到，采用沉积钎料或其他导体材料填入硅通孔，回流后形成电气互连；而专利US2006/0009029A1也提到，在硅孔中填入导电球体，施加压力形成互连；专利US2010/0144137A1 利用毛细作用，互连上下结构同时完成填孔。但是这些方法均存在工艺复杂，加工时间长和工艺成本高等缺点。
玻璃基转接板的制作主要分为减成法和加成法。减成法技术制作转接板，是首先在玻璃板上形成孔的结构，然后在孔中填入导电材料形成电互连。例如美国专利US20090205372 A1公开了一种改进的减成法来制作玻璃转接板，即用带有微柱形阵列的模具压入软化的玻璃中，待玻璃固化后取出模具，则在玻璃上形成了孔的结构。这种方法制备微孔，模具取出比较困难，通常需要借助刻蚀等附加工艺过程。利用减成法制备玻璃通孔转接板，孔的制作只是第一步，还需要进行种子层的制作，电镀填孔，化学机械抛光等步骤。这些工艺不但复杂，设备昂贵，而且材料成本也很高。另一种制备玻璃转接板的方法是加成法，加成法的工艺是利用熔融玻璃把金属等导体材料覆盖，进而使其嵌入到玻璃中。NEC/Schott HermeS公司采用加成法把直径100微米的钨丝嵌入Borofloat 33玻璃以制作出图形化的玻璃转接板。另外，德国IZM也采用了加成法制作玻璃转接板，即Planoptik方法，其利用加成法在玻璃中嵌入了直径200微米的硅微柱状阵列作为电互连线（参见H. Schröder, et al., “glassPack-A 3D Glass Based
Interposer Concept for SiP with Integrated Optical Interconnects”, ECTC,2010,
pp1647-1652）。现有技术中的加成法避免了繁杂的打孔，填孔工艺流程。但现有技术中的加成法也存在很多问题。例如，金属丝的直径很大，很难做到细节距，使得嵌入的金属丝的数目受到限制。更大的难度在于金属丝的位置固定很困难，例如目前采用现有技术制作的玻璃转接板上的金属丝位置错配度最小为50微米。上述问题的存在大大限制了利用玻璃转接板来实现高密度的封装。专利CN201110106709.6提出了一种把金属材料插入玻璃中的方法。在这种方法中，需对玻璃进行高温重熔。其中，如何保证金属通孔位置是个关键技术难点。玻璃重熔的过程中，难免会引起金属通孔的位置变化。另外，高温工艺还会带来应力问题、改变玻璃状态，最终导致玻璃出现裂纹甚至碎裂等。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种克服金属填充过程中容易出现空洞、步骤复杂、时间长、成本高问题的含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法。
根据本发明的一个方面，提供一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法包括:
在基片上制作盲孔或通孔；
在所述盲孔或通孔内填充聚合物；
将金属块体插入填满聚合物的盲孔或通孔内；
对盲孔或通孔内聚合物进行固化处理；
对基片的正面和背面进行研磨抛光，露出金属。
进一步地，所述基片包括玻璃基片或者硅晶片。
进一步地，所述制作盲孔或通孔是使用激光打孔、干法刻蚀、喷砂或者机械方法实现。
进一步地，所述聚合物的填充是通过旋涂方法实现。
进一步地，在插入金属块体时，所述盲孔或通孔内聚合物为液态或者半固化状态。
进一步地，所金属块体包括镍、铁、铜、铝、铂、金、鈀、钛或钨。
进一步地，所述金属块体的形状包括丝状、球状、柱状或立方体。
进一步地，所述对基片的正面和背面进行研磨抛光是：将基片进行机械研磨，将基片减薄到100μm-500μm厚度；利用机械抛光或化学抛光方法将减薄的基片的正面和背面整平。
进一步地，在所述通孔内填充聚合物之前，在基片底部贴附辅助膜。
进一步地，所述辅助膜是聚合物材料膜，或者与基片粘附性较好的材料的膜。
本发明提供的一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法具有以下有益效果：
（1）、制造步骤少，加工流程简单，不需要高温工艺，成本低廉；
（2）、相比传统电镀方法，不需要制作种子层，并且大大缩短了填孔时间，提高填孔效率，并且不存在金属空洞的问题；
（3）、聚合物可以起到释放应力的作用，因而可以提高转接板的热机械可靠性；
（4）、聚合物可以作为绝缘层，可以省去硅基转接板制作绝缘层的步骤。
附图说明
图1a-图1e是本发明实施例提供的（通孔）转接板制造步骤示意图；
图2a-图2e是本发明实施例提供的（盲孔）转接板制造步骤示意图。
其中，101-基片、102-聚合物、103-金属丝、202-通孔、203-辅助膜、205-金属丝、302-盲孔。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法包括:
步骤S1、在基片上制作盲孔或通孔。基片包括玻璃基片、硅晶片和其他半导体基片。制作盲孔或通孔是使用激光打孔、干法刻蚀、喷砂或者机械方法实现。
步骤S2、在盲孔或通孔内填充聚合物。聚合物的填充是通过旋涂方法实现。聚合物包括苯并环丁烯或者环氧基树脂。
步骤S3、将金属块体插入填满聚合物的盲孔或通孔内。在通孔内填充聚合物之前，在基片底部贴附辅助膜。在插入金属块体时，盲孔或通孔内聚合物为液态或者半固化状态。金属块体包括镍、铁、铜、铝、铂、金、鈀、钛、钨及其他合金材料。金属块体的形状包括丝状、球状、柱状或立方体。辅助膜是聚合物材料膜，或者与基片粘附性较好的材料的膜（例如，胶带或者UV膜）。
步骤S4、对盲孔或通孔内聚合物进行固化处理。为了得到高致密性的固化结果，采用抽真空并加热的方式去除溶剂，再进行加热固化。
步骤S5、对基片的正面和背面进行研磨抛光，露出金属。对基片的正面和背面进行研磨抛光是：将基片进行机械研磨，将基片减薄到100μm-500μm厚度；利用机械抛光或化学抛光方法将减薄的基片的正面和背面整平。
下面结合具体实施例对本发明实施例提供的一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法进行说明。
如图1a-图1e所示，本发明实施例提供的含聚合物材料的（通孔）转接板制造方法，包括：
步骤1、如图1a所示，在玻璃基片101上进行打孔，得到通孔202。
步骤2、如图1b所示，在玻璃基片101的背面贴附一层聚合物材料的辅助膜203。
步骤3、如图1c所示，用旋涂的方法在玻璃基片101的孔内涂满聚合物102。
步骤4、如图1d所示，在聚合物102为非固态的情况下，将金属丝205插入到充满聚合物102的通孔202中，然后加温对聚合物102进行固化处理。
步骤5、如图1e所示，聚合物102固化后，去除玻璃基片背面的辅助膜203，对玻璃基片101的正面和背面进行研磨。
后续可继续进行重新分布层等的加工制作。
如图2a-2e所示，本发明实施例提供的含聚合物材料的（盲孔）转接板制造方法，包括：
步骤21、如图2a所示，在玻璃基片101上进行干法刻蚀孔，得到盲孔302。
步骤22、如图2b所示，用旋涂的方法在玻璃基片101的盲孔302内涂满聚合物102。
步骤23、如图2c所示，在聚合物102为非固态的情况下，将金属丝205插入到充满聚合物102的盲孔302中，然后加温对聚合物102进行固化处理。
步骤24、如图2d所示，聚合物102固化后，对玻璃基片101的正面进行研磨抛光。
步骤25、如图2e所示，对玻璃基片101的背面进行研磨抛光，后续可继续进行重新分布层等的加工制作。
本发明提供的一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法具有以下有益效果：
（1）、加工流程简单，不需要高温工艺，成本低廉；
（2）、相比传统电镀方法，不需要制作种子层，并且大大缩短了填孔时间，提高填孔效率，并且不存在金属空洞的问题；
（3）、聚合物可以起到释放应力的作用，因而可以提高转接板的热机械可靠性；
（4）、聚合物可以作为绝缘层，可以省去硅基转接板制作绝缘层的步骤。
（5）、可有效完成三维封装或者MEMS封装中采用的多层堆叠结构。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含聚合物材料和金属通孔的互连结构的制造方法，其特征在于，包括:
在基片上制作盲孔或通孔；
在所述盲孔或通孔内填充聚合物；
将金属块体插入填满聚合物的盲孔或通孔内；
对盲孔或通孔内聚合物进行固化处理；
对基片的正面和背面进行研磨抛光，露出金属。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
所述基片包括玻璃基片或者硅晶片。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
所述制作盲孔或通孔是使用激光打孔、干法刻蚀、喷砂或者机械方法实现。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
所述聚合物的填充是通过旋涂方法实现。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
在插入金属块体时，所述盲孔或通孔内聚合物为液态或者半固化状态。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
所金属块体包括镍、铁、铜、铝、铂、金、鈀、钛或钨。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
所述金属块体的形状包括丝状、球状、柱状或立方体。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对基片的正面和背面进行研磨抛光是：
将基片进行机械研磨，将基片减薄到100μm-500μm厚度；
利用机械抛光或化学抛光方法将减薄的基片的正面和背面整平。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制造方法，其特征在于：
在所述通孔内填充聚合物之前，在基片底部贴附辅助膜。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：
所述辅助膜是聚合物材料膜，或者与基片粘附性较好的材料的膜。
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