CN103413800A

CN103413800A - 一种用于电子器件封装的硅基转接板结构

Info

Publication number: CN103413800A
Application number: CN2013103749544A
Authority: CN
Inventors: 张黎; 赖志明; 陈锦辉
Original assignee: Jiangyin Changdian Advanced Packaging Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Changdian Advanced Packaging Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: CN103413800B

Abstract

本发明涉及一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，属于半导体封装技术领域。其在基体（110）内设置通孔（111）和与通孔（111）连接的基体底部开口（112），通孔（111）呈倒梯形，基体底部开口（112）不小于通孔（111）底部的尺寸，通孔（111）的内壁设置绝缘层Ⅰ（210）和金属层Ⅰ（310），基体（110）的上方设置若干层金属层III（330）和保护层Ⅰ（510）；基体底部开口（112）内设置绝缘层II（220）和金属层II（320），金属层II（320）与金属层Ⅰ（310）实现电气连通，所述金属层II（320）的表面设置保护层II（520）。本发明可极大程度的降低工艺难度和工艺成本，具备规模化生产能力，并且可实现转接板的高密度技术，有利于应用该硅基转接板结构的电子器件的推广。

Description

一种用于电子器件封装的硅基转接板结构

技术领域

本发明涉及一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，属于半导体封装技术领域。

背景技术

近年来，随着电子封装技术的高速发展，一些新的封装形式不断出现，在一些高速处理芯片，如中央位处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、芯片组(Chipset)等的封装形式主要以倒装方式进行，目前的倒装的转接板主要有：1）BT类树脂转接板；2）陶瓷转接板；3）带有硅通孔的硅基基板。其中BT类树脂基板和陶瓷基板在金属布线中受工艺限制，其线宽线距较大，在高密度封装结构的设计中无法满足应用要求。

带有硅通孔的硅基基板采用硅通孔中填充金属的方式，以圆片的方式进行金属布线，可以实现精细线宽和线距结构，可实现高密度的转接能力，但该结构在实际生产过程中却存在以下几个结构难点：

1）通孔形成。通常的通孔形成方式是利用深反应离子刻蚀的方法，因而形成效率较低，且因刻蚀过程控制因素，形成的通孔壁为扇贝结构，导致后续绝缘层的沉积厚薄不均；

2）绝缘层沉积困难。为保证硅与通孔金属之间的绝缘性，需在通孔壁沉积一层绝缘层，但因通孔尺寸小而深、长宽比又高达10:1以上，绝缘层的沉积非常困难；

3）通孔金属填充困难。由于通孔金属填充是预先在通孔内沉积种子层金属，然后采用电镀工艺进行金属填充，由于电镀金属的沉积特性，使这种方式很难避免通孔内空洞缺陷的产生；

4）竖直状通孔给上述通孔内操作增加了困难。竖直状通孔使通孔的深处绝缘层、种子层沉积不均匀，甚至存在无沉积层的状况，影响产品的可靠性。

基于上述四方面的原因，利用硅通孔技术的现有硅基转接板技术还不具备规模化生产能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述硅通孔硅基转接板技术的不足，提供一种具备规模化生产能力的用于电子器件封装的硅基转接板结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，包括基体，所述基体内设置通孔和与通孔连接的基体底部开口，所述通孔呈倒梯形，所述基体底部开口的开口尺寸不小于通孔底部的尺寸，所述通孔的内壁沉积绝缘层Ⅰ，所述绝缘层Ⅰ向上延伸并覆盖基体的上表面，所述绝缘层Ⅰ的表面设置金属层Ⅰ，所述金属层Ⅰ于通孔的底部相连接，所述金属层Ⅰ于通孔内形成盲孔Ⅰ，

所述基体的上方设置若干层金属层III，不同的所述金属层III之间设置不同的介电层和介电层开口，所述介电层填充盲孔Ⅰ，不同的所述金属层III通过介电层开口连接，最底层的所述金属层III与金属层Ⅰ连接，最顶层的所述金属层III的周围覆盖保护层Ⅰ，所述保护层Ⅰ于金属层III的表面形成保护层Ⅰ开口，

所述基体底部开口内沉积绝缘层II并形成绝缘层II开口，所述绝缘层II与绝缘层Ⅰ于通孔的底部相连接、且沿基体底部开口向下延伸并覆盖基体的下表面，所述绝缘层II表面设置金属层II，所述金属层II覆盖绝缘层II开口、并与金属层Ⅰ于通孔的底部实现电气连通，所述金属层II于基体底部开口内形成盲孔II，所述金属层II的表面设置保护层II，并形成保护层II开口，所述保护层II填充盲孔II。

进一步的，最底层的所述金属层III与金属层Ⅰ一体成形。

进一步的，所述通孔的横截面呈圆形、方形或多边形。

进一步的，所述基体底部开口的横截面呈圆形、方形或多边形。

进一步的，所述基体底部开口的深度为L，L不大于30微米。

进一步的，所述保护层II开口内设置焊球或金属凸点结构。

本发明的有益效果是：

本发明的硅基转接板结构，在基体内刻蚀倒梯形的通孔和与通孔连接的基体底部开口，可极大地降低硅基转接板的制备工艺难度和工艺成本，具备规模化生产能力，并且可实现硅基转接板的高密度技术，有利于应用该硅基转接板结构的电子器件的推广。

附图说明

图1为本发明一种用于电子器件封装的硅基转接板结构的基体与通孔位置关系的示意图。

图2为图1的局部放大A-A剖视图。

其中：

基体110

通孔111

基体底部开口112

绝缘层Ⅰ210

绝缘层II220

绝缘层II开口221

金属层Ⅰ310

盲孔Ⅰ311

金属层II320

盲孔II321

金属层III330

介电层400

介电层开口401

保护层Ⅰ510

保护层Ⅰ开口511

保护层II520

保护层II开口521。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，包括基体110，基体110的材质为硅。

基体110内设置通孔111和与通孔111连接的基体底部开口112，通孔111呈倒梯形，其横截面呈圆形、方形或多边形。通孔111小且深，倒梯形的通孔111有利于用深反应离子刻蚀的方法成形，且刻蚀过程易于控制，形成内壁光滑的通孔111，以便后续绝缘层、种子层的均匀沉积。

所述基体底部开口112的横截面也可呈圆形、方形或多边形，其开口尺寸不小于通孔111底部的尺寸。图中示意，基体底部开口112的开口尺寸大于通孔111底部的尺寸，以方便后续结构的成形。

通孔111的内壁沉积绝缘层Ⅰ210，绝缘层Ⅰ210向上延伸并覆盖基体110的上表面。在通孔111内，绝缘层Ⅰ210的表面设置金属层Ⅰ310，金属层Ⅰ310于通孔111的底部相连接。为避免通孔111内金属空洞缺陷的产生、减小金属层Ⅰ310的金属应力，需要减薄金属层Ⅰ310的厚度，金属层Ⅰ310可以于通孔111内形成盲孔Ⅰ311。

基体110的上方设置若干层金属层III330，不同的所述金属层III330之间设置不同的介电层400和介电层开口401，不同的所述金属层III330通过介电层开口401连接。图中只示意最底层和最顶层的两层所述金属层III330及其连接关系，最底层的所述金属层III330与金属层Ⅰ310连接，最顶层的所述金属层III330与最底层的所述金属层III330通过介电层开口401连通，其间填充介电层400，所述介电层400同时填充盲孔Ⅰ311。最底层的所述金属层III330与金属层Ⅰ310在工艺上也可以一体成形。最顶层的所述金属层III330的周围覆盖保护层Ⅰ510，保护层Ⅰ510于金属层III330的表面形成保护层Ⅰ开口511。

基体底部开口112的深度为L，L不大于30微米。基体底部开口112内沉积绝缘层II220并形成绝缘层II开口221，所述绝缘层II220与绝缘层Ⅰ210于通孔111的底部相连接、且沿基体底部开口112向下延伸并覆盖基体110的下表面。绝缘层II220表面设置金属层II320，所述金属层II320覆盖绝缘层II开口221、并与金属层Ⅰ310于通孔111的底部实现电气连通。金属层II320的表面设置保护层II520，并形成保护层II开口521。保护层II开口521内设置焊球或金属凸点结构（在图中未示出焊球或金属凸点结构）。硅基转接板结构通过焊球或金属凸点结构与电路板连接。

为避免基体底部开口112内金属空洞缺陷的产生、减小金属层II320的金属应力，需要减薄金属层II320的厚度，金属层II320可以于基体底部开口112内形成盲孔II321，所述盲孔II321内填充保护层II520。

随着加工工艺的革新，基体底部开口112的深度L也可为0微米，相应地，基体底部开口112内的上述结构也可随之简化。

本发明的金属层Ⅰ310、金属层II320和金属层III330均包括粘结层、电镀种子层和再布线金属层。

本发明的绝缘层Ⅰ210、绝缘层II220、介电层400、保护层Ⅰ510和保护层II520均起到绝缘、防氧化、支撑等作用，其材质可以相同，也可以根据实际情况采用不同的材质，三者在电子器件的内部没有绝对的边界区分，任何类似的结构均落入本专利的保护范围之内。

Claims

1.一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，包括基体（110），其特征在于：所述基体（110）内设置通孔（111）和与通孔（111）连接的基体底部开口（112），所述通孔（111）呈倒梯形，所述基体底部开口（112）的开口尺寸不小于通孔（111）底部的尺寸，所述通孔（111）的内壁沉积绝缘层Ⅰ（210），所述绝缘层Ⅰ（210）向上延伸并覆盖基体（110）的上表面，所述绝缘层Ⅰ（210）的表面设置金属层Ⅰ（310），所述金属层Ⅰ（310）于通孔（111）的底部相连接，所述金属层Ⅰ（310）于通孔（111）内形成盲孔Ⅰ（311），

所述基体（110）的上方设置若干层金属层III（330），不同的所述金属层III（330）之间设置不同的介电层（400）和介电层开口（401），所述介电层（400）填充盲孔Ⅰ（311），不同的所述金属层III（330）通过介电层开口（401）连接，最底层的所述金属层III（330）与金属层Ⅰ（310）连接，最顶层的所述金属层III（330）的周围覆盖保护层Ⅰ（510），所述保护层Ⅰ（510）于金属层III（330）的表面形成保护层Ⅰ开口（511），

所述基体底部开口（112）内沉积绝缘层II（220）并形成绝缘层II开口（221），所述绝缘层II（220）与绝缘层Ⅰ（210）于通孔（111）的底部相连接、且沿基体底部开口（112）向下延伸并覆盖基体（110）的下表面，所述绝缘层II（220）表面设置金属层II（320），所述金属层II（320）覆盖绝缘层II开口（221）、并与金属层Ⅰ（310）于通孔（111）的底部实现电气连通，所述金属层II（320）于基体底部开口（112）内形成盲孔II（321），所述金属层II（320）的表面设置保护层II（520），并形成保护层II开口（521），所述保护层II（520）填充盲孔II321。

2.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，其特征在于：最底层的所述金属层III（330）与金属层Ⅰ（310）一体成形。

3.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，其特征在于：所述通孔（111）的横截面呈圆形、方形或多边形。

4.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，其特征在于：所述基体底部开口（112）的横截面呈圆形、方形或多边形。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，其特征在于：所述基体底部开口（112）的深度为L，L不大于30微米。

6.根据权利要求1所述的一种用于电子器件封装的硅基转接板结构，其特征在于：所述保护层II开口（521）内设置焊球或金属凸点结构。