CN105336727A - 一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构 - Google Patents

一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构 Download PDF

Info

Publication number
CN105336727A
CN105336727A CN201510670347.1A CN201510670347A CN105336727A CN 105336727 A CN105336727 A CN 105336727A CN 201510670347 A CN201510670347 A CN 201510670347A CN 105336727 A CN105336727 A CN 105336727A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tsv
hole
transmission structure
substrate
hole transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510670347.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105336727B (zh
Inventor
缪旻
李晶晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HICOMP MICROTECH(SUZHOU) Co.,Ltd.
Original Assignee
Beijing Information Science and Technology University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Information Science and Technology University filed Critical Beijing Information Science and Technology University
Priority to CN201510670347.1A priority Critical patent/CN105336727B/zh
Publication of CN105336727A publication Critical patent/CN105336727A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105336727B publication Critical patent/CN105336727B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5226—Via connections in a multilevel interconnection structure

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

本发明公开了一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构。本发明的苯环型基板通孔传输结构，包括多个S-TSV和多个G-TSV，S-TSV和G-TSV在基板平面上呈苯环状交替排列，苯环中心位置是G-TSV；其中，S-TSV为信号TSV，G-TSV为地TSV。本发明的基板通孔垂直传输结构，包括多个所述苯环型基板通孔传输结构，多个所述苯环型基板通孔传输结构排列组合形成蜂窝状的阵列结构。本发明既可以降低通孔间的噪声耦合，提高信号完整性，保证良好的传输特性，又可以减少G-TSV的数量，提高芯片的面积利用率。

Description

一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构
技术领域
本发明属于面向高频/高速应用的三维集成电路领域，涉及电互连技术，具体地说，是一种基板通孔传输结构。
背景技术
电路尺寸的减小推动着模块级集成技术的发展，但是，使用平面多芯片封装、封装体与封装体之间的堆叠或者基于焊线的芯片堆叠等方案，其芯片间的互连线连接长度仍然很长，从而导致数据交换信号传输速度变慢，而且增加额外的功率损耗，因此，基于基板通孔的三维集成技术是解决问题的最佳方案。TSV(ThroughSubstrateVia，基板通孔)是在半导体集成电路基板(包括转接板)或者介质型封装基板(包括转接板)上制作的垂直互连结构，通孔中填充导体从而形成互连线，极大地减小堆叠芯片间的互连线长度，从而提高芯片运行速度，降低传输损耗及系统功耗，在此基础上，还可以提高封装密度，实现模拟、逻辑、射频电路等多种不同功能模块的异质集成。基于基板通孔的三维集成成为业界公认的集成电路未来发展方向，也是摩尔定律得以延续的有力保证。
标准的基板通孔传输结构是信号到地的双通孔形式，即G-S(Ground-Signal，地-信号)型。其中，一个通孔作为信号路径，另一个作为其返回路径。相比较G-S型传输结构，目前比较流行的G-S-G(Ground-Signal-Ground，地-信号-地)型传输结构因为多一个G-TSV(Ground-TSV，地-TSV)作为屏蔽，而且可以在很大程度上避免微带线的传输色散问题，具有更好的传输性能，有利于G-S-G探针高频测试，在转接板上的布局也更贴近实际，但却占用了更多的面积。
随着对高带宽、大容量数据交换的要求的增加，越来越多的S-TSV(Signal-TSV，信号-TSV)被集成在有限的基板面积上，而且TSV通道阵列密度越来越高。TSV阵列密度的增加虽然有利于减小芯片的面积，但是TSV之间信号的噪声耦合强度也在不断增强。射频电路和高速数字信号电路对噪声有严格的要求，TSV中信号的噪声耦合对信号完整性和系统性能将产生严重的影响。TSV结构中金属导体外面淀积的一层薄的氧化物绝缘层，与金属导体和基板共同构成绝缘层电容，金属导体部分产生的电场通过寄生电容耦合到基板中。由于某些基板的部分导电性，这部分电场可以直接对基板表面的有源电路或者基板中的其他互连线产生干扰，降低系统性能。
在现有的抑制噪声方法中，大多采用各类屏蔽结构来抑制噪声耦合，如p+隔离环、深N阱隔离环和屏蔽TSV结构等，这三种结构都能对基板中的噪声产生一定的抑制，其结构原理相似，都是吸收基板的耦合噪声而起到屏蔽的作用。其中p+隔离环和深N阱隔离环接地，为S-TSV提供了一个阻抗较低的接地端，使一部分基板的耦合噪声被p+隔离环和深N阱隔离环所吸收，从而起到了对S-TSV电磁屏蔽的作用，使外部的信号无法干扰内部信号的传输。而屏蔽TSV结构则是直接在两个S-TSV之间增加一个接地点，使S-TSV到地的距离缩短，阻抗降低，致使基板中耦合噪声被屏蔽TSV吸收，使其无法干扰其他S-TSV。在这三种屏蔽结构中，p+隔离环和深N阱隔离环的噪声隔离性能较低，而屏蔽TSV的噪声隔离性能较高。但是由于屏蔽TSV的直径较小，只能将部分耦合噪声吸收，其余噪声会绕过屏蔽TSV而进入到邻近的S-TSV中。在基板中，信号到屏蔽结构的阻抗与信号到邻近S-TSV的阻抗的比例决定了屏蔽结构的隔离性能。当S-TSV到屏蔽结构的阻抗较小，到邻近S-TSV的阻抗较大，则该屏蔽结构具有较好的隔离性能；反之，当信号到邻近的S-TSV的阻抗较小，而到屏蔽结构的阻抗较大，则该屏蔽结构的隔离性能较差。为了提高噪声隔离性能，一般采用增加屏蔽TSV数量的方法，因为增加的屏蔽TSV为基板耦合噪声提供了一条阻抗更低的接地通道，使更多的耦合噪声被屏蔽TSV所吸收。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构，既可以降低通孔间的噪声耦合，提高信号完整性，保证良好的传输特性，又可以减少G-TSV的数量，采用本发明，在相同芯片面积上可实现更多的传输通道，提高芯片的面积利用率，有效改善越来越高的通孔密度和日益紧张的布线空间等问题。
本发明为一种苯环型基板通孔传输结构。苯环型基板通孔传输结构兼有G-S-G传输结构和屏蔽TSV结构的优点，而且还减少了所需的G-TSV和用来屏蔽噪声的G-TSV的数量。
本发明的技术方案是：一种苯环型基板通孔传输结构，包括3个S-TSV和4个G-TSV，S-TSV和G-TSV在基板平面上呈苯环状交替排列，苯环中心位置是G-TSV，如图1所示。该传输结构兼有G-S-G传输结构和屏蔽TSV结构的优点，一个苯环传输结构可以传输三组G-S-G通道，相比传统传输结构，节省了一半的G-TSV数量，苯环中心位置的G-TSV可以同时实现三组G-S-G通道间的噪声屏蔽。
所述的通孔传输结构中通孔的直径为1～30μm。
所述的通孔传输结构中通孔的深宽比范围为5:1～10:1。
所述的通孔传输结构中相邻通孔的间距为2～100μm。
所述的通孔传输结构中S-TSV和G-TSV交替排列。
所述的通孔传输结构的中心位置是G-TSV。
所述的通孔传输结构中心位置处的G-TSV与苯环上的TSV结构可以不相同。
所述的通孔传输结构中的基板为金属材料、绝缘材料或半导体材料中的一种或几种的组合；
所述的通孔横截面为圆形或方形，也可以是其他多边形；
可选地，所述的通孔传输结构中的通孔可以是实心通孔或环形通孔。实心通孔，是指由金属填充的通孔。环形通孔是指由一个或多个介质层、一个或多个金属环和实心介质芯填充的通孔。
可选地，所述实心通孔的金属和基板之间，以及所述环形通孔的金属环和基板之间，具有与基板相接的绝缘层。绝缘层厚度为0.1～2μm。
可选地，所述的通孔传输结构中苯环上的S-TSV和G-TSV可以按照其他方式排列。
可选地，所述的通孔传输结构可作为一个独立的、完整的传输结构，在实际应用中多个该结构任意排列。
可选地，所述的通孔传输结构可排列组合成蜂窝状排列结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)一个传输结构可以传递三组G-S-G通道，兼具屏蔽结构的优点；
2)传输结构的环形结构，每个地TSV可复用于两组G-S-G传输结构，相比传统G-S-G型传输结构，减少了G-TSV的数量；
3)传输结构中心的G-TSV，可用于三组G-S-G之间的噪声屏蔽，相比传统屏蔽TSV结构，减少了所需屏蔽TSV的数量；
4)传输结构的中心对称结构，苯环上每个S-TSV所处的条件都相同，提高了传输系统的稳定性；
5)传输结构的中心对称结构，苯环上每个G-TSV所处的条件都相同，提高了传输系统的稳定性；
6)相同的面积可以实现更多的传输通道。
附图说明
图1是本发明实施例1中单个传输结构的横剖面结构示意图；
图2是本发明实施例1中单个传输结构AB坐标系方向的纵剖面结构示意图；
图3是本发明实施例1的横剖面结构示意图；
图4是本发明实施例2的横剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1
下面首先对本发明提供的结构进行概述，该结构包括基板10，位于苯环顶角和中心处的共7个实心通孔33，苯环上的6个通孔交替作为信号路径和返回路径，如图1所示，其中：
所述基板10为半导体硅基板，其长度和宽度均为3mm，高度为50μm；
所述通孔33嵌于所述基板中，通孔孔径为11μm；
对于通孔排列比较稀疏，对噪声抑制要求不太高的应用，采用如图3所示的传输结构。在该结构中，每一个苯环为一个单独的、完整的传输结构，通过组合形成各种不同的排列方式，该实施例中示出4个苯环的排列。
该结构可通过如下方法制造：
步骤S101，提供基板10，在所述基板10上通过喷砂、湿法腐蚀、深反应离子刻蚀(DRIE)、激光烧蚀形成图3位置处的通孔33；
步骤S102，在所述通孔33的内表面通过化学气相淀积法制备一层绝缘层31，采用二氧化硅材料，厚度为1μm，实现基板10和金属芯之间的电隔离；
步骤S103，在所述通孔33中通过电镀、气相沉积等方法填充金属，形成实心金属芯32；
实施例2
可选地，对于需要提供多个传输通道、通孔阵列密度比较高，同时对噪声抑制有很高要求的应用，通过多个苯环的排列组合形成蜂窝状的阵列结构，如图2所示。
该实施例可采用实施例1中相同的制造方法得到。
上述仅为本发明的优选实施例，并非用以限制本发明的专利保护范围。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等，均属未脱离本发明技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，包括多个S-TSV和多个G-TSV，S-TSV和G-TSV在基板平面上呈苯环状交替排列，苯环中心位置是G-TSV；其中，S-TSV为信号TSV，G-TSV为地TSV。
2.如权利要求1所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述苯环包括三个S-TSV和三个G-TSV。
3.如权利要求1或2所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述TSV的通孔直径为1～30μm、通孔深宽比为5:1～10:1；相邻所述TSV的间距为2～100μm。
4.如权利要求3所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述TSV的通孔横截面为圆形、方形、或多边形。
5.如权利要求1所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述苯环中心位置的G-TSV与苯环上的TSV结构相同或不同。
6.如权利要求1所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述基板为金属材料、绝缘材料或半导体材料。
7.如权利要求1所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述TSV的通孔为由金属填充的通孔，或者由若干介质层、若干金属环和实心介质芯填充的通孔。
8.如权利要求7所述的苯环型基板通孔传输结构，其特征在于，所述TSV的通孔中的金属部分与基板之间设有绝缘层；该绝缘层厚度为0.1～2μm。
9.一种基板通孔垂直传输结构，其特征在于，包括多个如权利要求1所述的苯环型基板通孔传输结构，多个所述苯环型基板通孔传输结构排列组合形成蜂窝状的阵列结构。
CN201510670347.1A 2015-10-13 2015-10-13 一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构 Active CN105336727B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510670347.1A CN105336727B (zh) 2015-10-13 2015-10-13 一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510670347.1A CN105336727B (zh) 2015-10-13 2015-10-13 一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105336727A true CN105336727A (zh) 2016-02-17
CN105336727B CN105336727B (zh) 2017-10-17

Family

ID=55287157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510670347.1A Active CN105336727B (zh) 2015-10-13 2015-10-13 一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105336727B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113141192A (zh) * 2021-04-27 2021-07-20 芯朴科技(上海)有限公司 射频芯片结构和增加射频芯片隔离度的方法
CN113192928A (zh) * 2021-04-25 2021-07-30 复旦大学 硅通孔阵列

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101447479A (zh) * 2007-11-26 2009-06-03 台湾积体电路制造股份有限公司 防止硅通孔与集成电路之间串音的结构
CN102856303A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 中国科学院微电子研究所 一种半导体芯片
US20130034971A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Siliconware Precision Industries Co., Ltd. Interconnecting mechanism for 3d integrated circuit
CN204424248U (zh) * 2015-03-23 2015-06-24 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 硅通孔结构
CN104867905A (zh) * 2015-03-26 2015-08-26 北京大学 一种包含硅通孔的半导体结构及其制造方法
CN204696113U (zh) * 2015-06-23 2015-10-07 上海航天测控通信研究所 一种具有电磁屏蔽效能的垂直互连结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101447479A (zh) * 2007-11-26 2009-06-03 台湾积体电路制造股份有限公司 防止硅通孔与集成电路之间串音的结构
CN102856303A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 中国科学院微电子研究所 一种半导体芯片
US20130034971A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Siliconware Precision Industries Co., Ltd. Interconnecting mechanism for 3d integrated circuit
CN204424248U (zh) * 2015-03-23 2015-06-24 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 硅通孔结构
CN104867905A (zh) * 2015-03-26 2015-08-26 北京大学 一种包含硅通孔的半导体结构及其制造方法
CN204696113U (zh) * 2015-06-23 2015-10-07 上海航天测控通信研究所 一种具有电磁屏蔽效能的垂直互连结构

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113192928A (zh) * 2021-04-25 2021-07-30 复旦大学 硅通孔阵列
CN113192928B (zh) * 2021-04-25 2023-02-03 复旦大学 硅通孔阵列
CN113141192A (zh) * 2021-04-27 2021-07-20 芯朴科技(上海)有限公司 射频芯片结构和增加射频芯片隔离度的方法
CN113141192B (zh) * 2021-04-27 2024-01-02 芯朴科技(上海)有限公司 射频芯片结构和增加射频芯片隔离度的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105336727B (zh) 2017-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10813214B2 (en) Cavities containing multi-wiring structures and devices
US6967282B2 (en) Flip chip MMIC on board performance using periodic electromagnetic bandgap structures
US8791550B1 (en) Hybrid conductor through-silicon-via for power distribution and signal transmission
CN100578854C (zh) 半导体集成电路中的波导以及电磁波屏蔽
CN102612253B (zh) 内连线结构及使用该结构的装置、线路结构与方法
CN102638931B (zh) 电子组件、使寄生电容最小的方法及电路板结构制造方法
US9184113B1 (en) Methods of forming coaxial feedthroughs for 3D integrated circuits
US11387188B2 (en) High density interconnect structures configured for manufacturing and performance
KR20150050469A (ko) 밀리미터파 회로 보드를 위한 시스템 및 방법
CN111211111B (zh) 一种互连器及封装结构
CN105336727A (zh) 一种苯环型基板通孔传输结构及基板通孔垂直传输结构
US20140014404A1 (en) Ball Grid Array (BGA) And Printed Circuit Board (PCB) Via Pattern To Reduce Differential Mode Crosstalk Between Transmit And Receive Differential Signal Pairs
CN110911384A (zh) 一种嵌入式无源桥接芯片及其应用
US8385084B2 (en) Shielding structures for signal paths in electronic devices
CN113488449A (zh) 用于高带宽存储器的集成电路封装
CN111048488A (zh) 具有电磁屏蔽结构的裸芯
CN114006136B (zh) 一种高隔离的三维微系统结构
US20240136270A1 (en) Dense via pitch interconnect to increase wiring density
CN110867431B (zh) 一种支持多路电连接tsv通孔
Okamoto et al. Electrical capability assessment for high wiring density organic interposer
CN110931452B (zh) 一种射频直流旋转对称正反复用型菊花链结构
CN113745187B (zh) 具有增加芯层走线面积的载板结构及其制作方法
WO2012125681A2 (en) Method to mitigate through-silicon via-induced substrate noise
CN116598289A (zh) 基板、电路封装、通孔结构及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210913

Address after: 215123 Room 401, building 17, Northwest District, nano City, 99 Jinjihu Avenue, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: HICOMP MICROTECH(SUZHOU) Co.,Ltd.

Address before: 100101 No. 35 middle Fourth Ring Road, Chaoyang District, Beijing

Patentee before: BEIJING INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY University