CN117080703A - 一种微带线的垂直过渡结构和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微带线的垂直过渡结构和制造方法，该垂直过渡结构包括从上向下依次层叠的：第一介质基板，第一介质基板的下表面形成有第一沟槽，第一沟槽内填充有微带线，微带线包括相连的输入端和传输结构；键合层，键合层中开设有微孔；第二介质基板，第二介质基板的上表面形成有第二沟槽，第二沟槽内嵌有接收结构和输出端；传输结构、微孔和接收结构位于同一铅垂线。该结构中，传输结构可实现键合层之间的传输，将键合层开孔，电磁波通过孔间缝隙和键合层传输，键合层为干膜，开槽可使干膜的有效介电常数降低，传输过程中损耗降低。同时将重布线层嵌入介质基板内部，可以提高键合面的整体平整性，可避免键合工艺中键合气泡带来的负面影响。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，具体涉及一种微带线的垂直过渡结构和制造方法。
背景技术
微带线是微波毫米波组件中的重要组成部分，其是由介质基片和敷在介质基片上下表面的金属带条和金属接地板组成。微带线的垂直过渡结构用于不同介质层间的垂直互连。在多层封装天线结构中，层间互连一般通过键合实现，但是不同器件结构的金属开口率不一致，导致电流密度不一致，进而铜厚的均匀性很差，当键合层存在聚酰亚胺(PI)/干膜(DF，dry film)类材料时容易出现键合气泡，很大程度上会影响层间传输性能，同时也会影响器件整体的可靠性。
另外，传输线的传输信号过程存在趋肤效应，即导体内部实际上没有任何电流，电流主要集中在导体外表面的薄层。微波与毫米波通讯领域，随着频率的提高，趋肤效应越明显，而趋肤深度越小，传输线阻抗也随之增加。当趋肤深度减小时，信号将会更多地在表面粗糙的区域传输，信号的驻波和反射会越来越严重，信号路径也会变长，导致损耗增加。
申请号为201910841694.4的中国专利申请公开了一种微带线垂直过渡结构与微波器件，该结构包括：金属盒体上开有一贯穿上下侧面的过渡腔体；金属盒体置于两个微带探针装置之间，与每个微带探针装置的背面连接，且每个微带探针装置背面设置的带状线探针的位置与过渡腔体的位置对应，使微波信号从一个微带探针装置正面设置的微带线通过微带线上的第一信号盲孔过渡到介质内部传输线，再通过与介质内部传输线连接的第二信号盲孔过渡到带状线探针后在过渡腔体中进行垂直过渡到对侧的微带探针装置上的带状线探针上，基于腔体耦合实现上下层微带线的过渡。微波信号从一个微带探针装置正面设置的微带线通过微带线上的信号盲孔、介质内部传输线过渡到带状线探针后在过渡腔体中进行垂直过渡到对侧的微带探针装置上的带状线探针上。该结构可以实现高频信号低损耗地垂直过渡传输，信号在金属盒体中的过渡腔体中传输，可以防止其他器件信号的串扰。但此种结构所占用的体积较大，工艺上过渡腔体及上下层传输结构的实现比较复杂，不适合批量生产。
发明内容
针对上述问题，本发明第一方面提供一种微带线的垂直过渡结构，包括从上向下依次层叠的：第一介质基板，第一介质基板的下表面形成有第一沟槽，第一沟槽内填充有微带线，微带线包括相连的输入端和传输结构；键合层，键合层中开设有微孔；第二介质基板，第二介质基板的上表面形成有第二沟槽，第二沟槽内嵌有接收结构和输出端；传输结构、微孔和接收结构位于同一铅垂线。
优选地，第二介质基板的下表面形成有金属层，接收结构和输出端连接形成共面波导线。
优选地，传输结构的垂向投影面被包裹于接收结构的垂向投影面内。上层接收结构大于传输结构可以使得上层微带线中的电磁信号更加完整地传输到接收结构中，传输过程中的损耗也会更小。
优选地，第三沟槽外环绕共面波导线形成有通孔阵列。通孔阵列可以使信号间的串扰进一步降低。
优选地，键合层的材料包括PI/DF。
优选地，键合层的厚度为15～30μm。
本发明第二方面提供一种微带线的垂直过渡结构的制造方法，包括以下步骤：提供第一介质基板，第一介质基板的下表面形成有第一沟槽，第一沟槽内填充有微带线，微带线包括相连的输入端和传输结构；提供第二介质基板，第二介质基板的上表面形成有第二沟槽，第二沟槽内嵌有接收结构和输出端；在第二介质基板的上表面贴合键合层，键合层中开设有微孔；将第一介质基板和第二介质基板键合，其中传输结构、微孔和接收结构位于同一铅垂线。
优选地，通过电镀形成微带线、接收结构和输出端，采用化学机械抛光处理电镀后的微带线、接收结构和输出端的表面。本方案中RDL(包括微带线、共面波导等)均嵌入玻璃内部，从而可以利用CMP将细线宽/线距RDL层磨削得和玻璃表面平齐，而不用担心CMP将RDL磨掉的风险，同时RDL将会有更好的平整度、更低的粗糙度(≤10nm)，在高频器件中会有更小的传输阻抗。
优选地，通过激光刻蚀形成第一沟槽、第二沟槽和微孔。相比于常用的大马士革工艺，在玻璃上挖槽布线的成本更低，省去了PI胶涂布光刻等流程。
本发明提出的微带线的垂直过渡结构中，传输结构可实现键合层之间的传输，将键合层开孔，电磁波通过孔间缝隙和键合层传输，键合层为干膜，开槽使得干膜的有效介电常数降低，传输过程中损耗降低。同时将重布线层(Re-distribution Layer,RDL)嵌入介质基板内部，可以提高键合面的整体平整性，避免键合工艺中键合气泡带来的负面影响。
附图说明
附图用于帮助理解实施例，附图仅展示出与本发明相关的元件，附图的元件不一定是相互按照比例的。
图1为本发明一具体实施例中微带线的垂直过渡结构的分解图；
图2为本发明一具体实施例中微带线垂直过渡结构的制备工艺过程示意图；
图3为本发明一具体实施例中微带线-共面波导垂直过渡结构的S参数仿真结果图。
具体实施方式
以下描述本申请的示例以更好地理解本申请，通过以下的详细描述可以认识到其它实施例和实施例的很多预期优点。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括......”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。实施例的部件可被定位于若干不同取向中，因此参考图的取向使用方向的术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等来描述一些实施例。可以理解，为了图示的目的使用方向术语绝非限制。
图1为本发明一具体实施例中微带线的垂直过渡结构的分解图，该垂直过渡结构为微带线-共面波导的垂直过渡结构，主体由第一介质基板10、中间的键合层20和第二介质基板30键合而成，三者平行排列，键合层20位于第一介质基板10和第二介质基板30之间。第一介质基板10与键合层20的键合面，即第一介质基板10的下表面具有沟槽结构，微带线填充在其中，微带线包括输入端11和传输结构12，嵌入于第一介质基板10内。第二介质基板30与键合层20的键合面，即第二介质基板30的上表面也具有沟槽结构，共面波导传输线填充在槽体中，共面波导包括输出端31和接收结构32，嵌入于第二介质基板30的沟槽内。第二介质基板30的下表面为整面的金属层33，共面波导中间的信号线被通孔阵列34所包围。本实施例中，通孔的开口为60μm，通孔距共面波导金属沟槽的距离也为60μm。键合层20为开有矩形传输微孔21的干膜。干膜的类型主要有可光刻和非光刻，例如ABF膜和Toray膜，但不仅限于这两种膜。微带线末端、键合层20中间的微孔21与共面波导传输线的前端位于同一铅垂线上，微带线末端的投影能够完全被下方的共面波导前端方形结构包裹住。上层微带线pad的面积为0.2×0.2mm2，下层接收结构pad的面积为0.3×0.3mm2。上层微带线面积一般为下层接收结构面积的2～3倍。传输信号从输入端11进入，经过传输结构12、键合层20和接收结构32，最后进入到输出端31。
该微带线的垂直过渡结构中，微带线末端的传输结构12、微孔21和共面波导前端的接收结构31形成耦合结构，通过耦合传输连接，相对于较于传统键合连接，特别是含PI/DF类材料的键合，耦合传输连接中即使产生键合气泡，也不影响多层基板层间传输性能，具有传输损耗低、回波损耗小，带宽宽的优势，能够使得电磁能量低损耗地传输到另一平面上。
另一具体实施例中，第一介质基板10和第二介质基板30的厚度为100～300μm，微带线11的宽度为71.4um，下层玻璃的共面波导结构31中信号线的宽度为100um,波导缝隙为10um，输入和输出端均达到50Ω特性阻抗，中间键合层20的厚度为15～30μm。激光烧蚀出的矩形缝隙21长度为300um，宽度为40um。
图2为本发明另一具体实施例中微带线垂直过渡结构的制备工艺过程示意图，该工艺过程具体包括步骤：
a)重布线层激光开槽，提供第一介质基板10和第二介质基板30，分别在第一介质基板10和第二介质基板30的上下表面进行激光开槽；
b)激光打孔；
c)双面电镀，形成微带线及波导线，随后进行化学机械抛光(CMP)；
d)在第二介质基板30的上表面贴干膜，形成键合层20；
e)在键合层20表面激光烧蚀开孔，形成微孔21；
f)将第一介质基板10和第二介质基板30键合，其中微带线的传输结构、中间键合层的微孔和共面波导线的接收结构位于同一铅垂线，形成微带线的垂直过渡结构。
本实施例提供的方案在wafer(晶圆)表面实现微米层级的开槽，将线路埋入至晶圆内，通过CMP处理降低电镀时的冒镀厚度，使得RDL整体的均匀性较好，形成类似玻璃表面的均匀性，RDL表面将会有更低的粗糙度，传输阻抗也会更小。贴膜完成后利用激光在耦合传输通道处将干膜烧蚀出微槽，最后进行粘结剂键合。所制备的微带线-共面波导垂直过渡结构具有低损耗、带宽高、结构紧凑、制作简单和可靠性高的特点。
图3为本发明另一具体实施例中微带线-共面波导垂直过渡结构的S参数仿真结果图，其中S11为回波，S21为插入损耗，从图3中可见，该微带线-共面波导垂直过渡结构呈现带通特性，通带频率为59.57～131.98GHz,3dB带宽为72.41GHz，中心频率95.77GHz，最低插入损耗0.416dB。
以上实施例描述了本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，未经创造性劳动而得到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微带线的垂直过渡结构，其特征在于，包括从上向下依次层叠的：
第一介质基板，所述第一介质基板的下表面形成有第一沟槽，所述第一沟槽内填充有微带线，所述微带线包括相连的输入端和传输结构；
键合层，所述键合层中开设有微孔；
第二介质基板，所述第二介质基板的上表面形成有第二沟槽，所述第二沟槽内嵌有接收结构和输出端；
所述传输结构、微孔和接收结构位于同一铅垂线。
2.根据权利要求1所述的微带线的垂直过渡结构，其特征在于，所述第二介质基板的下表面形成有金属层，所述接收结构和输出端连接形成共面波导线。
3.根据权利要求1或2所述的微带线的垂直过渡结构，其特征在于，所述传输结构的垂向投影面被包裹于所述接收结构的垂向投影面内。
4.根据权利要求2所述的微带线的垂直过渡结构，其特征在于，所述第三沟槽外环绕所述共面波导线形成有通孔阵列。
5.根据权利要求1所述的微带线的垂直过渡结构，其特征在于，所述键合层的材料包括PI/DF。
6.根据权利要求1所述的微带线的垂直过渡结构，其特征在于，所述键合层的厚度为15～30μm。
7.一种微带线的垂直过渡结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供第一介质基板，所述第一介质基板的下表面形成有第一沟槽，所述第一沟槽内填充有微带线，所述微带线包括相连的输入端和传输结构；
提供第二介质基板，所述第二介质基板的上表面形成有第二沟槽，所述第二沟槽内嵌有接收结构和输出端；
在所述第二介质基板的上表面贴合键合层，所述键合层中开设有微孔；
将所述第一介质基板和第二介质基板键合，其中所述传输结构、微孔和接收结构位于同一铅垂线。
8.根据权利要求7所述的微带线的垂直过渡结构的制造方法，其特征在于，通过电镀形成所述微带线、接收结构和输出端，采用化学机械抛光处理电镀后的微带线、接收结构和输出端的表面。
9.根据权利要求7所述的微带线的垂直过渡结构的制造方法，其特征在于，通过激光刻蚀形成所述第一沟槽、第二沟槽和所述微孔。
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