CN110444971A - 微同轴垂直互连结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于射频/微波模块封装技术领域，提供了一种微同轴垂直互连结构，包括：垂直内导体、垂直外导体和介质连接体；垂直内导体置于垂直外导体内部，垂直内导体与垂直外导体同轴且互不接触，垂直内导体和垂直外导体均包括至少两层；介质连接体设置在垂直内导体与垂直外导体的层间，且中部位于相邻两层垂直内导体之间、边缘位于相邻两层垂直外导体之间，用于连接垂直内导体和垂直外导体。本发明提供的微同轴垂直互连结构，结构简单，通过同轴的垂直内导体和垂直外导体传输微波/毫米波信号，减少了传输损耗，提高了应用频率的范围，适用于频率范围更广的毫米波高频超宽带产品封装中的垂直互连。

Description

微同轴垂直互连结构及制备方法

技术领域

本发明属于射频/微波模块封装技术领域，尤其涉及一种微同轴垂直互连结构及制备方法。

背景技术

为了适应微波系统的多功能化和小型化发展，微波/毫米波模块及组件产品都在向三维结构发展，因此垂直互连过渡结构成为实现射频信号传输的关键结构。

目前，微波/毫米波产品板极的垂直互连多采用球栅阵列或毛纽扣技术，其形成的为半开放的准同轴结构，结构较为复杂，而且在微波/毫米波信号互连时，存在寄生电容和电感，介质损耗大，应用频率范围窄。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种微同轴垂直互连结构及制备方法，以简化微波/毫米波产品板极的垂直互连结构，提高现有技术中的垂直互连结构的应用频率范围、减少其介质损耗。

本发明实施例的第一方面提供了一种微同轴垂直互连结构，包括：垂直内导体、垂直外导体和介质连接体；

所述垂直内导体置于所述垂直外导体内部，所述垂直内导体与所述垂直外导体同轴且互不接触，所述垂直内导体和所述垂直外导体均包括至少两层；所述介质连接体设置在所述垂直内导体与垂直外导体层间，且中部位于相邻两层垂直内导体之间、边缘位于相邻两层垂直外导体之间，用于连接所述垂直内导体和垂直外导体。

可选的，所述微同轴垂直互连结构还包括互连块；

所述互连块设置于所述垂直内导体的顶层，并位于所述垂直外导体的顶层开口处，且不与所述垂直外导体接触，所述互连块与所述垂直内导体厚度的总和与所述垂直外导体的高度相同；

所述互连块用于传输射频信号。

可选的，所述垂直内导体、垂直外导体和互连块的材料均为Cu。

可选的，所述介质连接体中部与所述垂直内导体重合部分的面积小于所述垂直内导体横截面面积；或者，所述介质连接体中部与所述垂直内导体重合部分的面积相同，且中部设置至少一个孔；

所述介质连接体为具有光敏性质的有机材料。

可选的，每一层的所述垂直内导体与所述垂直外导体的厚度为20μm至150μm；

所述互连块的厚度至少为100μm；

所述介质连接体的厚度为10μm至25μm。

本发明实施例的第二方面提供了一种微同轴垂直互连结构的制备方法，包括：

根据衬底表面沉积的光刻胶上光刻的第一图形，在所述第一图形上沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体；其中，所述第一层垂直内导体置于所述第一层垂直外导体内部，所述第一层垂直内导体与所述第一层垂直外导体同轴且互不接触；

在所述第一层垂直内导体、所述第一层垂直外导体以及所述光刻胶上形成第一介质连接体，得到第一样品；其中，所述第一介质连接体的中部位于所述第一层垂直内导体上，所述第一介质连接体的边缘位于所述第一层垂直外导体对应的区域内；

根据所述第一样品上表面沉积的光刻胶上光刻的第二图形，在所述第二图形上沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体，得到第二样品；其中，所述第二层垂直内导体与所述第一层垂直内导体的位置对应，所述第二层垂直外导体与所述第一层垂直外导体的位置对应；

当所述第一介质连接体与所有垂直内导体或者所述第一介质连接体与所有垂直外导体的高度小于预设高度时，继续在所述第二层垂直内导体和第二层垂直外导体上设置第三层垂直内导体和第三层垂直外导体，直到所述第一介质连接体与所有垂直内导体或者所述第一介质连接体与所有垂直外导体的高度等于预设高度时，将所述微同轴垂直互连结构从衬底上剥离，获得所述微同轴垂直互连结构。

可选的，所述根据衬底表面沉积的光刻胶上光刻的第一图形，在所述第一图形上沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体，包括：

在衬底上表面涂覆牺牲层；

在所述牺牲层上表面沉积一层金属，作为种子层；

在所述种子层上表面沉积第一层光刻胶，并在所述第一层光刻胶上光刻第一平面图形；

按照所述第一平面图形在所述第一平面图形上分别沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体，其中所述第一层垂直内导体置于所述第一层垂直外导体内部，所述第一层垂直内导体与所述第一层垂直外导体同轴且互不接触。

可选的，所述在所述第一层垂直内导体、所述第一层垂直外导体以及所述光刻胶上形成第一介质连接体，得到第一样品，包括：

对所述第一层垂直内导体和所述第一层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使所述第一层垂直内导体的上表面和所述第一层垂直外导体的上表面分别与所述第一层光刻胶上表面齐平；

在所述第一层光刻胶的上表面、经过厚度减薄或平坦化处理后的第一层垂直内导体的上表面以及经过厚度减薄或平坦化处理后的第一层垂直外导体的上表面涂覆介质连接层，并在所述介质连接层上进行光刻，获得第一介质连接体。

可选的，所述根据所述第一样品上表面沉积的光刻胶上光刻的第二图形，在所述第二图形上沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体，得到第二样品，包括：

在所述第一样品上沉积第二层光刻胶，并在所述第二层光刻胶上光刻第二平面图形；

按照所述第二平面图形在所述第二平面图形上分别沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体；其中所述第二层垂直内导体与所述第一层垂直内导体的位置对应，所述第二层垂直外导体与所述第一层垂直外导体的位置对应；

对所述第二层垂直内导体和所述第二层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使第二层垂直内导体的上表面和第二垂直外导体的上表面分别与所述第二层光刻胶上表面齐平，得到第二样品。

可选的，在得到所述第二样品之后，还包括：

在所述第二样品上沉积第三层光刻胶，并在所述第三层光刻胶上光刻第三平面图形；

按照所述第三平面图形在所述第三平面图形上分别沉积第三层垂直内导体和第三层垂直外导体，得到第三样品；其中所述第三层垂直内导体与所述第二层垂直内导体的位置对应，所述第三层垂直外导体与所述第二层垂直外导体的位置对应且具有开口；

对所述第三层垂直内导体和所述第三层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使第三层垂直内导体的上表面和第三层垂直外导体的上表面分别与所述第三层光刻胶上表面齐平；

在所述第三样品上沉积第四层光刻胶，并在所述第四层光刻胶上光刻第四平面图形；

按照所述第四平面图形在所述第四平面图形上分别沉积互连块和第四层垂直外导体；其中所述第四层垂直外导体与所述第三层垂直外导体的位置对应，所述互连块的一端设于所述第三层垂直内导体上并与所述第三层垂直内导体连接，所述互连块的另一端设于所述第四层垂直外导体的开口内部且不与所述第四层垂直外导体以及所述第三层垂直外导体接触；

对所述互连块和所述第四层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使互连块的上表面和第四层垂直外导体的上表面分别与所述第四层光刻胶上表面齐平，得到第四样品；

采用湿法溶解或干法等离子刻蚀的方法去除所述第四样品上的所有光刻胶；

采用湿法剥离技术剥离去除光刻胶后的第四样品中的衬底层，获得所述微同轴垂直互连结构。

本发明实施例通过将垂直内导体置于垂直外导体内部，且与垂直外导体形成同轴且互不接触的结构，结构简单，形成了真正的同轴结构而不是球栅阵列半开放式的准同轴结构，有效减少了微波/毫米波信号在传输过程中的损耗，抑制了寄生电容和电感的产生，提高了其应用频率的范围，适用于频率范围更广的毫米波高频超宽带产品封装中的垂直互连。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的微同轴垂直互连结构的三维立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的微同轴垂直互连结构的俯视图；

图3是本发明实施例提供的另一种微同轴垂直互连结构的三维立体结构示意图；

图4是本发明实施例提供的带有互连块的微同轴垂直互连结构示意图；

图5是本发明实施例提供的微同轴垂直互连结构的制备方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的第一层垂直内导体和第一层垂直外导体的制作方法对应的剖面结构示意图及其俯视图；

图7是本发明实施例提供的第一样品的制作方法对应的剖面结构示意图及其俯视图；

图8是本发明实施例提供的第二层垂直内导体和第二层垂直外导体的制作方法对应的剖面结构示意图及其俯视图；

图9是本发明实施例提供的去除光刻胶后的微同轴垂直互连结构示意图；

图10是本发明实施例提供的从衬底上剥离后的微同轴垂直互连结构示意图；

图11是本发明实施例的微同轴垂直互连结构的应用示意图；

图12是本发明实施例提供的第三层垂直内导体和第三层垂直外导体的制作方法对应的剖面结构示意图及其俯视图；

图13是本发明实施例提供的互连块和第四层垂直外导体的制作方法对应的剖面结构示意图及其俯视图；

图14是本发明实施例提供的带有互连块的微同轴垂直互连结构的应用示意图；

图15是本发明实施例提供的带有互连块的微同轴垂直互连结构的仿真示意图；

图16是本发明实施例提供的不带互连块与带互连块的微同轴垂直互连结构的仿真结果对比图。

图中：1-衬底层；2-牺牲层；3-种子层；40-第一层光刻胶；41-第二层光刻胶；42-第三层光刻胶；43-第四层光刻胶；10-垂直内导体；20-垂直外导体；21-另一种垂直外导体；30-介质连接体；101-第一层垂直内导体的平面图形；201-第一层垂直外导体的平面图形；102-第一层垂直内导体；202-第一层垂直外导体；301-介质连接层；302-第一介质连接体；103-第二层垂直内导体的平面图形；203-第二层垂直外导体的平面图形；104-第二层垂直内导体；204-第二层垂直外导体；105-第三层垂直内导体的平面图形；205-第三层垂直外导体的平面图形；106-第三层垂直内导体；206-第三层垂直外导体；107-互连块的平面图形；207-第四层垂直外导体的平面图形；108-互连块；208—第四层垂直外导体；401-上层电路基板；402-下层电路基板；403-键合引线；404-微同轴垂直互连结构；405-带有互连块的微同轴垂直互连结构。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种微同轴垂直互连结构，包括：

垂直内导体10、垂直外导体20和介质连接体30；其中，垂直内导体10置于垂直内导体20内部，垂直内导体10与垂直外导体20同轴且互不接触，垂直内导体10和垂直外导体20至少包括两层；介质连接体30设置在垂直内导体10与垂直外导体20层间，且中部位于相邻两层垂直内导体之间、边缘位于相邻两层垂直外导体之间，用于连接垂直内导体10和垂直外导体20之间。

可选的，垂直内导体10和垂直外导体20均至少包括两层，每层垂直内导体均置于每层垂直外导体内部，且每层垂直内导体与每层垂直外导体同轴且互不接触，垂直内导体10和垂直外导体20之间只通过介质连接体30连接，其余部分填充空气用来绝缘，其中，用空气做两者之间的绝缘体，用与垂直内导体10同轴且互不接触的封闭结构作为垂直外导体20，可以形成一个封闭的微同轴垂直互连结构，使得通过此互连结构传输的微波/毫米波信号损耗更小，传输效率更高，应用频率范围更广。

可选的，每层垂直内导体和每层垂直外导体的厚度通常为20μm至150μm，其他厚度也可以。每层垂直内导体和每层垂直外导体的厚度主要取决于沉积垂直内导体和垂直外导体的工艺，以及综合考虑实际需要互连的上下层电路基板间的高度差。

可选的，每层垂直内导体和其对应的每层垂直外导体的厚度相同，以便于介质连接体的连接。

另外，底层垂直外导体和垂直内导体在水平方向上的宽度需要考虑结构强度和目标频率下的趋肤深度，由于微同轴垂直互连结构在制作时需要从衬底上剥离下来，因此，底层垂直外导体和垂直内导体在水平方向上的宽度越大，结构机械强度越高。

其中，趋肤效应使导体的有效电阻增加，频率越高，趋肤效应越显著，当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料。因此，在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线，此导线的厚度，称为趋肤深度。

其中，垂直内导体10可以是圆柱、正方体、长方体或截面为多边形的柱体，垂直外导体20与垂直内导体10同轴，垂直外导体20为与垂直内导体10对应的中空结构的管状体，中空结构的横截面形状可以为圆形、方形或其他多边形，图1中，垂直内导体10为圆柱，垂直外导体20为与垂直内导体同轴的圆环，图1只是给出了垂直内导体和垂直外导体的一种示例，并不限制垂直内导体和垂直外导体的形状，实际上，垂直内导体和垂直外导体可以是同轴且互不接触的任何形状。

其中，介质连接体30设置在多层的垂直内导体10和垂直外导体20其中两层之间，中部位于相邻两层垂直内导体之间、边缘位于相邻两层垂直外导体之间，用于垂直内导体10和垂直外导体20的连接，并为垂直内导体10的上层部分提供支撑作用。

可选的，介质连接体30中部与垂直内导体10重合部分的面积小于垂直内导体10横截面面积；或者，介质连接体30中部与垂直内导体10重合部分的面积相同，且中部设置至少一个孔。

示例性的，介质连接体30可以为圆环结构，其中内圆位于相邻两层垂直内导体之间，外圆位于相邻两层垂直外导体之间，也可以在其圆环上设置一个或多个孔，其中介质连接体的边缘部分不完全覆盖底层的垂直外导体。

可选的，介质连接体30也可以由多个交叉设置的长直条连接体构成，长直条连接体从垂直外导体10的第一接触点贯穿垂直内导体到垂直外导体的第二接触点，第一接触点为垂直外导体其中一层上表面上任一点，第二接触点为垂直外导体其中一层上表面上与所述第一接触点直线对应的接触点。

参见图2和图4(2)，可选的，介质连接体30可以是一个长直条连接体构成的一字形结构，也可以是两个长直条连接体交叉设置构成的十字型结构，也可以为四个长直条连接体交叉设置构成的米字型结构，还可以为大于四个长直条结构交叉设置构成的结构，其中多个长直条连接体与垂直内导体重合部分的面积小于底层垂直内导体横截面面积。构成介质连接体的长直条连接体的数量和分布以能够固定连接垂直内导体10和垂直外导体20并为垂直内导体10上层部分提供足够的支撑力，同时避免过度的信号损耗为准。

介质连接体30形状、数量和分布间距的选择还应该考虑信号在应用频率下的回波损耗，具体可以根据实际情况通过计算和仿真获得。

其中，介质连接体30材料的选择应从三方面考虑：首先，由于介质连接体与垂直内导体相连，因此在选择其材料时应尽量保证在信号传输过程中可以保持较小的能量损耗；其次，由于介质连接体用于连接垂直内导体10和垂直外导体20并支撑垂直内导体10的上层部分，因此应具备足够的机械强度；最后，考虑其制作工艺，应具有足够的化学稳定性。

可选的，介质连接体可以为具有光敏性质的有机材料，例如SU-8或光敏苯并环丁烯(Benzo Cyclo Butene，BCB)。

其中，在设置介质连接体30的厚度时，需要考虑能为上层垂直内导体提供足够的支撑强度，同时介质连接体30的厚度应远小于其他部分的厚度，以免影响其他部分的制作，典型的厚度为10μm至25μm，其他厚度亦可。

除此之外，如图3所示，微同轴垂直互连结构还可以包括多个垂直内导体10和一个垂直外导体21。可选的，多个垂直内导体10的中心位于同一条直线上，垂直外导体21设有多个贯通的腔体，多个垂直内导体10位于垂直外导体21内部，且每一个垂直内导体10与垂直外导体21内部的腔体同轴且不接触。其中，图3所示的微同轴垂直互连结构由2个垂直内导体10、具有两个空腔的另一种垂直外导体21和位于垂直内导体和垂直外导体之间的介质连接体30构成；图3所示给出了另一种微同轴垂直互连结构的三维立体结构示意图，但并不对微同轴垂直互连结构进行限定，垂直内导体10和另一种垂直外导体21还可以是其它形状。

作为本发明的一种实施例，微同轴垂直互连结构还包括互连块108。

参见图4，图4(1)为包括互连块的微同轴垂直互连结构的立体结构示意图，垂直外导体20的顶层设置一开口，开口的高度与互连块108的高度相同，互连块108设置于垂直内导体10的顶层，并位于垂直外导体20的顶层开口处，且不与垂直外导体20接触，互连块108与垂直内导体10厚度的总和与垂直外导体20的高度相同。

可选的，互连块108设置于垂直内导体10的顶层，与垂直内导体10组成一个整体用于传输射频信号；互连块108还位于垂直外导体20的顶层开口处，且垂直外导体20的顶层开口与互连块108互不接触，垂直外导体20接地，将电磁场封闭在两层导体之间，可以更加有效地屏蔽干扰。

其中，互连块108相当于位于整个微同轴垂直互连结构的顶层，考虑微同轴垂直互连结构在使用时，需要在互连块108上打线，因此互连块108应具备一定的强度，一般互连块的厚度至少为100μm。

其中，图4(2)为包括互连块108的微同轴垂直互连结构的俯视图，在多层垂直内导体10和多层垂直外导体20其中两层之间同样设有介质连接体30，介质连接体30用于连接垂直内导体10和垂直外导体20，并为垂直内导体10和垂直外导体20的上层部分提供支撑作用。

可选的，垂直内导体10、垂直外导体20和互连块108所用材料应选择导电性和热导率好的，例如垂直内导体10、垂直外导体20和互连块108的材料均可以为Cu，但其他材料也可以。

除此之外，本发明中微同轴垂直互连结构是一种微波导线，用于三维立体结构中不同层之间信号传输线的层间互连，因此，微同轴垂直互连结构的总厚度由实际需要互连的上下层电路基板间高度差决定。

对应于上述微同轴垂直互连结构，以下实施例中提供一种微同轴垂直互连结构的制备方法，参照图5，对该制作方法详述如下：

步骤S501，根据衬底表面沉积的光刻胶上光刻的第一图形，在所述第一图形上沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体。

其中，所述第一层垂直内导体置于所述第一层垂直外导体内部，所述第一层垂直内导体与所述第一层垂直外导体同轴且互不接触。

可选的，参照图6，根据衬底表面沉积的光刻胶上光刻的第一图形，在第一图形上沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体，包括：

参见图6(1)，在衬底1上表面涂覆牺牲层2。

制作微同轴垂直互连结构所选用的衬底1可以是陶瓷、半导体、金属或聚合物，例如可以选择Si片或者陶瓷片等，制作衬底1的材料应与制作微同轴垂直互连结构所采用的材料拥有相同或相近的热膨胀系数，衬底1的表面应该是经过研磨或抛光的，以保证高度的平面度，以便于后续制作过程中每层结构的平坦化。

在衬底1表面涂覆牺牲层2是为了方便后续将整个微同轴垂直互连结构从衬底1表面剥离下来，以获得最终的微同轴垂直互连结构，剥离牺牲层2可以采用湿法剥离技术。

其中，牺牲层2的材料可以是选择性可刻蚀金属、光刻胶或者高温蜡。

在牺牲层2上表面沉积一层金属，作为种子层3。

可选的，种子层3的金属化层的典型结构为Ti/Cu，厚度为50nm-5000nm，也可以采用其他的金属化结构和厚度，沉积方式为物理气相沉积物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)或者化学气相沉积化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)。

其中，PVD技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在机体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有：真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜以及分子束外延等，物理气相沉积技术不仅可以沉积金属膜、合金膜，还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。

CVD技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质，在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相沉积技术是应用气态物质在固体上产生化学反应和传输反应等并产生固态沉积物的一种工艺，最基本的化学气相沉积反应主要包括热分解反应、化学合成反应以及化学传输反应等，化学气相沉积法可以用来生产晶体、晶体薄膜、晶须、多晶/非晶材料膜、贵金属薄膜以及贵金属铱高温涂层等。

在种子层3上表面沉积第一层光刻胶40，并在第一层光刻胶40上光刻第一平面图形101和201。

可选的，第一层光刻胶40的沉积方式可以采用旋涂、喷涂或丝网印刷等方式。第一层光刻胶40可以是正性或负性光刻胶，例如JSR公司的THB系列负性光刻胶，DOW公司的BPR100或BPN65A等，Dupont公司或长兴公司的光敏干膜也可以用于光刻图形。

可选的，可以通过曝光、显影等标准光刻工艺获得第一平面图形101和201，参见图6(2)，为图6(1)的俯视图，第一平面图形101为圆形，作为第一层垂直内导体的第一平面图形；第一平面图形201为与第一平面图形101具有相同圆心的圆环，作为第一层垂直外导体的第一平面图形。其中，第一平面图形101和201与想要得到的第一层垂直内导体和第一层垂直外导体结构的俯视图相同，图6(2)为本发明实施例的一种可能情况，第一平面图形101和201还可以是同心的其他图形。

按照第一平面图形101和201在其上沉积第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202，参照图6(3)和(4)，第一层垂直内导体102置于第一层垂直外导体202的内部，第一层垂直内导体102为俯视图为圆形的圆柱，第一层垂直外导体202为与第一层垂直内导体102同轴且互不接触的圆环。第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202的结构取决于第一平面图形101和201，同样的，第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202还可以是同轴的其他结构。

其中，沉积第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202，所用材料应选择导电性和热导率好的，例如Cu，但其他材料也可以。所采用的沉积方式可以为电化学沉积或其他方式，采用电化学沉积可以获得理想镀层，第一层垂直内导体102或第一层垂直外导体202的沉积厚度通常在20μm-150μm之间。

步骤S502，在所述第一层垂直内导体、所述第一层垂直外导体以及所述光刻胶上形成第一介质连接体，得到第一样品。

其中，所述第一介质连接体的中部位于所述第一层垂直内导体上，所述第一介质连接体的边缘位于所述第一层垂直外导体对应的区域内。

可选的，参照图7，在第一层垂直内导体、第一层垂直外导体以及光刻胶上形成第一介质连接体，得到第一样品，包括：

对第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202进行厚度减薄或平坦化处理，使第一层垂直内导体102的上表面和第一层垂直外导体202的上表面分别与第一层光刻胶40上表面齐平。

其中，采用平坦化技术对第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202进行厚度减薄或平坦化处理，为后续制作提供平坦表面，通过平坦化处理可以获得更高精度的层厚，理想的平坦化处理技术有研磨和化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，可以获得既平坦又无划痕和杂质玷污的表面，通过研磨结合化学机械抛光使第一层垂直内导体102、第一层垂直内导体202与第一层光刻胶40获得相同的层厚，使平面度更高。

参照图7(1)，在第一层光刻胶的上表面、经过厚度减薄或平坦化处理后的第一层垂直内导体的上表面以及经过厚度减薄或平坦化处理后的第一层垂直外导体的上表面涂覆介质连接层301。

参照图7(2)和(3)在所述介质连接层301上通过标准光刻工艺获得第一介质连接体302。其中，第一介质连接体302的中部位于第一层垂直内导体102上，第一介质连接体302的边缘位于第一层垂直外导体202对应的区域内，本发明实施例中，第一介质连接体302为中心与垂直内导体重合的米字型结构，实际上，第一介质连接体302具体的形状、数量和分布以能够为垂直内导体提供足够的支撑体，同时避免过度的信号损失为准，除此之外，其形状和分布间距的选择还应考虑信号在该频率下的回波损耗。

本发明实施例中，介质连接体位于第一层垂直内导体和第一层垂直外导体与第二层垂直内导体与第二层垂直外导体之间，实际上，考虑介质连接体需要提供的支撑强度及需要互连的上下层电路基板之间的厚度，也可以将介质连接体设置在第二层垂直内导体和第二层垂直外导体与第三层垂直内导体和第三层垂直外导体之间，具体介质连接体设置在垂直内导体和垂直外导体的哪两层之间，本发明实施例不做限定。

步骤S503，根据所述第一样品上表面沉积的光刻胶上光刻的第二图形，在所述第二图形上沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体，得到第二样品。

其中，所述第二层垂直内导体与所述第一层垂直内导体的位置对应，所述第二层垂直外导体与所述第一层垂直外导体的位置对应。

可选的，参见图8，根据第一样品上表面沉积的光刻胶上光刻的第二图形，在第二图形上沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体，得到第二样品，包括：

参见图8(1)，与第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202的制作流程类似，在第一样品上沉积第二层光刻胶41，并在第二层光刻胶41上光刻第二平面图形103和203。

其中，第二层光刻胶41的沉积方式可以采用旋涂、喷涂或丝网印刷等方式，光刻胶可以是正性或负性光刻胶，也可以是光敏干膜，标准光刻工艺为曝光或显影等。

其中，第二平面图形103为第二层垂直内导体的第二平面图形，与第一平面图形101相同；第二平面图形203为第二层垂直外导体的第二平面图形，与第一平面图形201相同，第二平面图形103和203与想要得到的第二层垂直内导体和第二层垂直外导体结构的俯视图相同；参见图8(2)和(3)，在第二平面图形103上沉积第二层垂直内导体104，在第二平面图形203上沉积第二层垂直外导体204。其中，获得的第二层垂直内导体104与第一层垂直内导体102位置对应，获得的第二层垂直外导体204与第一层垂直外导体202位置对应。

其中，在沉积完第二层垂直内导体104和第二层垂直外导体204后同样需要对第二层垂直内导体104和第二层垂直外导体204进行厚度减薄或平坦化处理，使第二层垂直内导体104的上表面和第二层垂直外导体204的上表面分别与第二层光刻胶上表面41齐平，得到第二样品。第二层垂直内导体104和第二层垂直外导体204的材料和厚度参考第一层垂直内导体102和第一层垂直外导体202，沉积方式同样可以为电化学沉积或其他方式。

步骤S504，当所述第一介质连接体与所有垂直内导体或者所述第一介质连接体与所有垂直外导体的高度小于预设高度时，继续在所述第二层垂直内导体和第二层垂直外导体上设置第三层垂直内导体和第三层垂直外导体，直到所述第一介质连接体与所有垂直内导体或者所述第一介质连接体与所有垂直外导体的高度等于预设高度时，将所述微同轴垂直互连结构从衬底上剥离，获得所述微同轴垂直互连结构。

其中，第二层垂直内导体或第二层垂直外导体的厚度主要由实际需要互连的上下层电路基板间高度差决定，通常每层垂直内导体或垂直外导体的厚度为20μm至150μm，如果第一介质连接体与第一层垂直内导体、第二层垂直内导体或第一介质连接体与第一层垂直外导体、第二层垂直外导体的厚度之和小于实际需要互连的上下层电路基板间高度差，则可以通过增加层数，即再制作第三层垂直内导体和第三层垂直外导体，来达到提高厚度的目的，实际生产过程中，垂直内导体或垂直外导体的层数由实际情况确定，本发明实施例对此不作限定。

每层垂直内导体和垂直外导体制作完成后都需要进行厚度减薄或平坦化处理，以便为后续制作提供平坦表面。

垂直内导体和垂直外导体的沉积方式为可以获得理想镀层的电化学沉积，也可以是其他能够获得理想镀层的沉积方式。

如果第一介质连接体与第一层垂直内导体、第二层垂直内导体或第一介质连接体与第一层垂直外导体、第二层垂直外导体的厚度之和等于实际需要互连的上下层电路基板间高度差，则需要去除当前结构中的所有光刻胶并将微同轴垂直互连结构从衬底上剥离，图9(1)为去除第一层光刻胶40和第二层光刻胶41后的微同轴垂直互连结构的剖面结构示意图，图9(2)为其俯视图，其中，垂直外导体内部的光刻胶可以通过湿法溶解或干法等离子刻蚀的方法去除。

图10(1)为将微同轴垂直互连结构从衬底1上剥离下来后的剖面结构示意图，图10(2)为其俯视图，具体的，采用湿法剥离技术剥离牺牲层2即可将微同轴垂直互连结构从衬底1上剥离下来，而金属化的种子层一般很薄，很容易就可与微同轴垂直互连结构分开，获得最终的微同轴垂直互连结构。

在实际应用中，微同轴垂直互连结构通过焊接固定在下层电路基板上，下层电路基板和上层电路基板固定在盒体金属对应位置，微同轴垂直互连块上表面通过键合方式连接到上层电路基板对应位置，图11为本发明实施例的微同轴垂直互连结构的应用示意图。

利用本方法获得的微同轴垂直互连结构，垂直内导体位于垂直外导体内部，垂直外导体与垂直内导体同轴且互不接触，用空气做两者之间的绝缘体，用介质连接体连接垂直内导体和垂直外导体，并为垂直内导体上层部分提供支撑作用，结构简单，可以形成一个封闭的微同轴垂直互连结构，使得通过此互连结构传输的微波/毫米波信号损耗更小，传输效率更高，应用频率范围更广，并且由介质连接体连接垂直内导体和垂直外导体，结构更加稳定。

除此之外，作为本发明的另一种实施例，参见图12及图13，在得到第二样品之后，还可以包括：

在第二样品上沉积第三层光刻胶42，并在所述第三层光刻胶42上光刻第三平面图形105和205，参见图12(1)；

参见图12(2)，在第三平面图形105和205上分别沉积第三层垂直内导体106和第三层垂直外导体206，得到第三样品；其中第三层垂直内导体106与第二层垂直内导体104的位置对应，第三层垂直外导体206与第二层垂直外导体204的位置对应且具有开口，参见图12(3)，本发明实施例中，第三层垂直外导体206为一个具有开口的环状结构。

可选的，可以在第三层垂直外导体206的开口处增加第二介质连接体，为其上层的互连块108提供支撑作用。

对第三层垂直内导体106和第三层垂直外导体206进行厚度减薄或平坦化处理，使第三层垂直内导体106的上表面和第三层垂直外导体206的上表面分别与第三层光刻胶42上表面齐平。

参见图13(1)，在第三样品上沉积第四层光刻胶43，并在第四层光刻胶43上光刻第四平面图形107和207，图13(2)为图13(1)的俯视图，第四平面图形107为互连块的第四平面图形，本发明实施例中，第四平面图形107一端为与第三垂直内导体106截面相同的圆形，另一端为一边与圆周部分重合的长方形。

参见图13(3)，在第四平面图形107和207上分别沉积互连块108和第四层垂直外导体208；参见图13(4)，第四层垂直外导体208与第三层垂直外导体206的位置对应，互连块108的一端设于第三层垂直内导体106上层并与第三层垂直内导体106连接，互连块的另一端设于第四层垂直外导体208的开口内部且不与第四层垂直外导体208以及第三层垂直外导体206接触，即第三层垂直内导体106上层的互连块108与第四层垂直外导体以及第三层垂直外导体四周互不接触，考虑到微同轴垂直互连结构应用时需要在互连块108上表面打线，互连块的厚度至少为100μm，互连块周围的空隙一般至少为100μm，即第三层垂直外导体的开口高度至少为100μm、互连块与第四层垂直外导体左右间隙至少为100μm；由于互连块108延伸至第四层垂直外导体208外壁边缘处，可以在应用时尽量缩短键合线的长度，同时，这种结构可以有效的提高微同轴垂直互连结构的性能，进一步扩展其应用频率范围。

其中，沉积完互连块108和第四层垂直外导体208后，同样需要对互连块108和第四层垂直外导体208进行厚度减薄或平坦化处理，得到第四样品；每沉积完一层垂直内导体和垂直外导体后，都需要进行厚度减薄或平坦化处理，以便为后续制作提供平坦表面。

可选的，根据实际需要互连的上下层电路基板间的高度差，由于第三层垂直外导体的开口高度至少为100μm，互连块的厚度至少为100μm，即第三层垂直内导体和第三层垂直外导体与互连块和第四层垂直外导体的厚度均至少为100μm，在第一介质连接体与所有垂直内导体和互连块或第一介质连接体与所有垂直外导体的厚度小于实际需要互连的上下层电路基板间的高度差时，可以在第二层垂直内导体和第二层垂直外导体上增加合适的厚度后，再沉积第三层垂直内导体、第三层垂直外导体以及互连块和第四层垂直外导体。

采用湿法溶解或干法等离子刻蚀的方法去除第四样品上的所有光刻胶，参见图13(5)和(6)，为去除光刻胶后的带有互连块的微同轴垂直互连结构。

参见图13(7)和(8)，采用湿法剥离技术剥离去除光刻胶后的第四样品中的衬底层，获得带有互连块的微同轴垂直互连结构。

图14为带有互连块的微同轴垂直互连结构的应用示意图，图15为其仿真结果，横坐标为频率，纵坐标S(1,1)为应用该微同轴垂直互连结构的驻波，S(2,1)为应用该微同轴垂直互连结构的插损，可以看出，带有互连块的微同轴垂直互连结构，可以应用在DC-90GHz下，微同轴垂直互连结构的插损<﹣0.76dB，驻波＜﹣10dB，图16为不带互连块与带互连块的微同轴垂直互连结构的仿真结果对比图，纵坐标1-S(1,1)为不带互连块的微同轴垂直互连结构的驻波，1-S(2,1)为不带互连块的微同轴垂直互连结构的插损，2-S(1,1)为带互连块的微同轴垂直互连结构的驻波，2-S(2,1)为带互连块的微同轴垂直互连结构的插损，横坐标为应用频率，可以看出，带互连块的微同轴垂直互连结构的性能及应用频率范围均有明显提升。

利用本方法获得的微同轴垂直互连结构，由于互连块延伸至最上层垂直外导体的边缘，可以在应用时尽量缩短键合线的长度，同时，这种结构可以应用在DC-90GHz下，而且其插损<﹣0.76dB，驻波＜﹣10dB，此种微同轴垂直互连结构的性能及应用频率范围均能进一步提高。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微同轴垂直互连结构，其特征在于，包括垂直内导体、垂直外导体和介质连接体；

所述垂直内导体置于所述垂直外导体内部，所述垂直内导体与所述垂直外导体同轴且互不接触，所述垂直内导体和所述垂直外导体均包括至少两层；所述介质连接体设置在所述垂直内导体与垂直外导体的层间，且中部位于相邻两层垂直内导体之间、边缘位于相邻两层垂直外导体之间，用于连接所述垂直内导体和垂直外导体。

2.如权利要求1所述的微同轴垂直互连结构，其特征在于，还包括互连块；

所述互连块设置于所述垂直内导体的顶层，并位于所述垂直外导体的顶层开口处，且不与所述垂直外导体接触，所述互连块与所述垂直内导体厚度的总和与所述垂直外导体的高度相同；

所述互连块用于传输射频信号。

3.如权利要求2所述的微同轴垂直互连结构，其特征在于，

所述垂直内导体、垂直外导体和互连块的材料均为Cu。

4.如权利要求1所述的微同轴垂直互连结构，其特征在于，

所述介质连接体中部与所述垂直内导体重合部分的面积小于所述垂直内导体横截面面积；或者，所述介质连接体中部与所述垂直内导体重合部分的面积相同，且中部设置至少一个孔；

所述介质连接体为具有光敏性质的有机材料。

5.如权利要求2至4任一项所述的微同轴垂直互连结构，其特征在于，

每一层的所述垂直内导体与所述垂直外导体的厚度为20μm至150μm；

所述互连块的厚度至少为100μm；

所述介质连接体的厚度为10μm至25μm。

6.一种微同轴垂直互连结构的制备方法，其特征在于，包括：

根据衬底表面沉积的光刻胶上光刻的第一图形，在所述第一图形上沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体；其中，所述第一层垂直内导体置于所述第一层垂直外导体内部，所述第一层垂直内导体与所述第一层垂直外导体同轴且互不接触；

在所述第一层垂直内导体、所述第一层垂直外导体以及所述光刻胶上形成第一介质连接体，得到第一样品；其中，所述第一介质连接体的中部位于所述第一层垂直内导体上，所述第一介质连接体的边缘位于所述第一层垂直外导体对应的区域内；

根据所述第一样品上表面沉积的光刻胶上光刻的第二图形，在所述第二图形上沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体，得到第二样品；其中，所述第二层垂直内导体与所述第一层垂直内导体的位置对应，所述第二层垂直外导体与所述第一层垂直外导体的位置对应；

当所述第一介质连接体与所有垂直内导体或者所述第一介质连接体与所有垂直外导体的高度小于预设高度时，继续在所述第二层垂直内导体和第二层垂直外导体上设置第三层垂直内导体和第三层垂直外导体，直到所述第一介质连接体与所有垂直内导体或者所述第一介质连接体与所有垂直外导体的高度等于预设高度时，将所述微同轴垂直互连结构从衬底上剥离，获得所述微同轴垂直互连结构。

7.如权利要求6所述的微同轴垂直互连结构的制备方法，其特征在于，所述根据衬底表面沉积的光刻胶上光刻的第一图形，在所述第一图形上沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体，包括：

在衬底上表面涂覆牺牲层；

在所述牺牲层上表面沉积一层金属，作为种子层；

在所述种子层上表面沉积第一层光刻胶，并在所述第一层光刻胶上光刻第一平面图形；

按照所述第一平面图形在所述第一平面图形上分别沉积第一层垂直内导体和第一层垂直外导体，其中所述第一层垂直内导体置于所述第一层垂直外导体内部，所述第一层垂直内导体与所述第一层垂直外导体同轴且互不接触。

8.如权利要求6所述的微同轴垂直互连结构的制备方法，其特征在于，所述在所述第一层垂直内导体、所述第一层垂直外导体以及所述光刻胶上形成第一介质连接体，得到第一样品，包括：

对所述第一层垂直内导体和所述第一层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使所述第一层垂直内导体的上表面和所述第一层垂直外导体的上表面分别与所述第一层光刻胶上表面齐平；

在所述第一层光刻胶的上表面、经过厚度减薄或平坦化处理后的第一层垂直内导体的上表面以及经过厚度减薄或平坦化处理后的第一层垂直外导体的上表面涂覆介质连接层，并在所述介质连接层上进行光刻，获得第一介质连接体。

9.如权利要求6所述的微同轴垂直互连结构的制备方法，其特征在于，所述根据所述第一样品上表面沉积的光刻胶上光刻的第二图形，在所述第二图形上沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体，得到第二样品，包括：

在所述第一样品上沉积第二层光刻胶，并在所述第二层光刻胶上光刻第二平面图形；

按照所述第二平面图形在所述第二平面图形上分别沉积第二层垂直内导体和第二层垂直外导体；其中所述第二层垂直内导体与所述第一层垂直内导体的位置对应，所述第二层垂直外导体与所述第一层垂直外导体的位置对应；

对所述第二层垂直内导体和所述第二层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使第二层垂直内导体的上表面和第二垂直外导体的上表面分别与所述第二层光刻胶上表面齐平，得到第二样品。

10.如权利要求6至9任一项所述的微同轴垂直互连结构的制备方法，其特征在于，在得到所述第二样品之后，还包括：

在所述第二样品上沉积第三层光刻胶，并在所述第三层光刻胶上光刻第三平面图形；

按照所述第三平面图形在所述第三平面图形上分别沉积第三层垂直内导体和第三层垂直外导体，得到第三样品；其中所述第三层垂直内导体与所述第二层垂直内导体的位置对应，所述第三层垂直外导体与所述第二层垂直外导体的位置对应且具有开口；

对所述第三层垂直内导体和所述第三层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使第三层垂直内导体的上表面和第三层垂直外导体的上表面分别与所述第三层光刻胶上表面齐平；

在所述第三样品上沉积第四层光刻胶，并在所述第四层光刻胶上光刻第四平面图形；

按照所述第四平面图形在所述第四平面图形上分别沉积互连块和第四层垂直外导体；其中所述第四层垂直外导体与所述第三层垂直外导体的位置对应，所述互连块的一端设于所述第三层垂直内导体上并与所述第三层垂直内导体连接，所述互连块的另一端设于所述第四层垂直外导体的开口内部且不与所述第四层垂直外导体以及所述第三层垂直外导体接触；

对所述互连块和所述第四层垂直外导体进行厚度减薄或平坦化处理，使所互连块的上表面和第四层垂直外导体的上表面分别与所述第四层光刻胶上表面齐平，得到第四样品；

采用湿法溶解或干法等离子刻蚀的方法去除所述第四样品上的所有光刻胶；

采用湿法剥离技术剥离去除光刻胶后的第四样品中的衬底层，获得所述微同轴垂直互连结构。