CN111029699A - 微带传输装置及制备方法 - Google Patents

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王文君
林彬
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Abstract

微带传输装置及制备方法，涉及电子器件，特别设计微带传输线。本发明的微带传输装置，包括基板和设置于基板表面的微带线，其特征在于，所述基板为玻璃基板，沿微带传输线的走向，在微带传输线的两侧各设置有一列穿透基板的金属化通孔，所述金属化通孔作为屏蔽孔。本发明采用可光刻玻璃制作高频信号屏蔽孔，相比硅通孔技术TSV，无需制作绝缘层，没有电迁移现象。

Description

微带传输装置及制备方法
技术领域
本发明涉及电子器件，特别是微带传输线。
背景技术
随着IC芯片向纳米方向发展，人们对芯片的小体积、轻质量、高可靠性的要求越来越高。传统2D封装采用的引线键合技术需要长程互联，电路的延迟比较大且电路易失效，电路系统整体的质量和体积也比较大。电子产品的小型化、高集成度的发展趋势，需要对应的纳米封装技术与之对应，而通孔互联技术无疑是一种高性价比、高可靠性的互联封装技术。
现在常用的高频信号屏蔽孔多采用硅或者陶瓷做基板。用硅通孔技术TSV来进行信号屏蔽通孔的制作的话，由于硅是半导体材料，电阻率低，TSV周围电子在电磁场作用下可以自由移动，会对临近信号产生影响，不能很好的实现隔离传输，影响芯片性能。采用陶瓷通孔技术TCV的话，陶瓷主要是用激光打孔，其最小孔径为150μm，节距为250μm，因此孔中心间距最小为400μm，难以制作出高密度的通孔，无法实现好的隔离传输，孔的侧壁粗糙度也难以满足要求，且陶瓷激光打孔后强度会大大降低，无法实现小型化的制作要求，因此其在高频信号屏蔽传输方面应用有很大的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对技术背景存在的缺陷，提供一种采用可光刻玻璃为基板制作高频信号屏蔽孔结构及制备方法，达到制作出高密度、高精度、高性能的高频信号屏蔽孔的目的，以满足高频下对信号的保护和隔离传输。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，微带传输装置，包括基板和设置于基板表面的微带线，其特征在于，所述基板为玻璃基板，沿微带传输线的走向，在微带传输线的两侧各设置有一列穿透基板的金属化通孔，所述金属化通孔作为屏蔽孔。
进一步的，所述金属化通孔的直径小于50微米，通孔的深度/直径的比值大于或等于10:1。
所述微带传输线包括顺次连接的A段、B段和C段，A段和C段位于基板的顶面，A段和B段通过金属化过孔连接，B段和C段通过金属化过孔连接。
本发明还提供一种微带传输装置的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)在带有屏蔽孔图案的掩膜下，对玻璃基板进行特定波长的紫外线曝光，然后退火以消除热应力；
2)对退火后的玻璃基板作溶液刻蚀处理，形成带有通孔的玻璃基板；
3)二次热处理(温度550-560℃)；
4)以金属填充通孔；
5)表面去除多余金属，抛光；
6)在基板表面设置微带线。
本发明采用可光刻玻璃制作高频信号屏蔽孔，相比硅通孔技术TSV，无需制作绝缘层，没有电迁移现象，工艺简单可控；相比陶瓷穿孔技术TCV，用可光刻玻璃做基板，其基板厚度为0.381㎜，且其孔中心间距可小至16μm，大大提高了通孔密度，能制作出高密度、孔壁粗糙度可控的、良好机械性能的通孔。用可光刻玻璃做基板制作高频信号屏蔽孔，既能解决硅的电迁移现象和工艺复杂、成本高的问题，又能制作出高密度、高质量的通孔，金属化后能灵活实现信号保护和隔离传输，因此，是高频信号隔离传输的理想解决方案。
本发明具有下述优点：
1、用可光刻玻璃做基板，无需制作绝缘层，工艺简单，成本低。
2、可光刻玻璃做通孔能同时克服硅通孔的电迁移和陶瓷通孔强度、密度不够的缺陷，能得到高密度、高强度的的信号屏蔽孔。
3、玻璃性质可通过配方调整，在玻璃中加入降损掺杂剂，使玻璃基板高频介电损耗降低，提高通孔对信号的隔离效果。
4、用可光刻玻璃制作的通孔侧壁粗糙度低，能达到制作信号屏蔽孔的要求。
5、用可光刻玻璃能制作出高密度的信号屏蔽孔，保证信号高性能传输的同时能满足小型化的要求。
6、可光刻玻璃能制作出直径50微米以下的通孔，且通孔精度高，通孔深径比可达10:1以上，表面金属布线线宽可精确到微米级，高密度的微细通孔金属化后能进行信号的高隔离传输。
7、基于低损耗的玻璃基板，传输性能明显优于硅基板材料。
8、增加电磁屏蔽孔，可有效的提高信号传输质量，降低信号传输间的串扰等。
附图说明
图1为现有技术的过孔微带传输结构示意图。
图2为现有技术的仰视角度示意图。
图3为现有技术的俯视角度示意图。
图4为本发明的结构示意图(侧视角度剖视示意图)。
图5为本发明的仰视角度示意图。
图6为本发明的俯视角度示意图。
图7为可光刻玻璃通孔金属化后显微镜图。
图8为本发明基于光敏可光刻玻璃基板与硅基板的电磁信号屏蔽结构S21参数仿真结果图。
图9为本发明基于光敏可光刻玻璃基板带屏蔽孔结构结构与不带屏蔽孔结构S21参数仿真图。
具体实施方式
图1是现有技术的结构示意图，其并无隔离孔。图2示出了图1所示现有技术的仰视状态示意图。图1中，11为微带传输线的A段，12为微带传输线的B段，13为微带传输线的C段，14为金属化的过孔，15为基板。
图3是本发明的结构示意图，图4为仰视状态。41为微带传输线的A段，42为微带传输线的B段，43为微带传输线的C段，44为金属化的过孔，45为玻璃基板，46为屏蔽孔。图4示出了仰视状态，屏蔽孔设置在微带传输线的两侧。由于屏蔽孔是金属化通孔，俯视图参见图6。本发明的金属化通孔(屏蔽孔和过孔)的直径小于50微米，通孔的深度/直径的比值大于或等于10:1。
以上各图中，屏蔽孔排列方式为直线排列，显然的，可以依据实际需求采取其他的排列方式，例如曲线。
本发明的制备方法包括下述步骤：
步骤一：采用传统制作硅酸盐玻璃的方法，制作出对特定波长紫外光敏感的均匀性良好的可光刻玻璃样品块，然后对玻璃块进行切片和抛光，制作出所需厚度和表面粗糙度的玻璃基板；
步骤二：将制作出的表面光滑的玻璃基板放在具有所需屏蔽通孔形状的掩膜版下进行特定波长紫外曝光并在特定温度下进行退火，消除玻璃基板热应力，并使曝光区域形状显现；
步骤三：将退火后的可光刻玻璃基板进行选择性溶液刻蚀，控制刻蚀液浓度及刻蚀时间和温度，可得到所需密度及精度的刻蚀通孔。
步骤四：将刻蚀后的玻璃进行二次热处理，使可光刻玻璃整体变色析晶，并提高其高频介电性能。
步骤五：将上一步热处理之后的玻璃进行金属种子层的制备。
步骤六：将上一步制备的玻璃通孔进行电镀实现通孔内的金属填实。
步骤七：通孔电镀填实后，表面去除多余金属，并抛光处理。
步骤八：表面金属层的制备。
步骤九：通过掩模对准，实现表面金属层的图形化，实现微带线的图形化。
金属化通孔显微图见图7。
本发明提供了一种用于射频微系统的高性能射频信号屏蔽孔结构，包括一可光刻玻璃用作通孔基板，所用可光刻玻璃绝缘性好，可制作出高密度，高质量的信号传输屏蔽孔。通孔金属化致密程度良好，没有明显的空洞瑕疵。
由图8可以看出，基于可光刻玻璃的信号屏蔽结构在传输性能上明显优于传统的硅基材料。
在传输线的两侧分布了间距均匀的信号屏蔽孔，信号屏蔽孔内通过金属致密化填充，具有十分有效的电磁屏蔽效果，起到保护传输信号和隔离屏蔽外部干扰信号的作用。由图9可以看到，具有信号屏蔽孔的传输模型，其S21仿真的仿真结果在高频领域明显由于单一的过孔微带传输结构。
本发明通过可光刻玻璃做基板，能制作出高密度、孔壁粗糙度可控的、良好机械性能的通孔。用可光刻玻璃做基板制作高频信号屏蔽孔，既能解决硅的电迁移现象和工艺复杂、成本高的问题，又能制作出高密度、高质量的通孔，金属化后能灵活实现信号保护和隔离传输，因此，是高频信号隔离传输的理想解决方案。
通过紫外曝光制作出玻璃通孔后，对通孔进行金属化填充，便可进行信号的高质量隔离传输。

Claims (5)

1.微带传输装置，包括基板和设置于基板表面的微带线，其特征在于，所述基板为玻璃基板，沿微带传输线的走向，在微带传输线的两侧各设置有一列穿透基板的金属化通孔，所述金属化通孔作为屏蔽孔。
2.如权利要求1所述的微带传输装置，其特征在于，所述金属化通孔的直径小于50微米，通孔的深度/直径的比值大于或等于10:1。
3.如权利要求1所述的微带传输装置，其特征在于，所述微带传输线包括顺次连接的A段、B段和C段，A段和C段位于基板的顶面，A段和B段通过金属化过孔连接，B段和C段通过金属化过孔连接。
4.微带传输装置的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)在带有屏蔽孔图案的掩膜下，对玻璃基板进行特定波长的紫外线曝光，然后退火以消除热应力；
2)对退火后的玻璃基板作溶液刻蚀处理，形成带有通孔的玻璃基板；
3)二次热处理；
4)以金属填充通孔；
5)表面去除多余金属，抛光；
6)在基板表面设置微带线。
5.如权利要求4所述的微带传输装置的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，二次热处理的温度为550-560℃。
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