DE112016004346T5

DE112016004346T5 - Verlustarme übertragungsleitungen mit geringem nebensprechen unterverwendung geformter durchkontaktierungen

Info

Publication number: DE112016004346T5
Application number: DE112016004346.5T
Authority: DE
Inventors: Adel A. Elsherbini; Mathew J. Manusharow; Krishna Bharath; Zhichao Zhang; Yidnekachew Mekonnen; Aleksandar Aleksov; Henning Braunisch; Feras Eid; Javier Soto
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-08-30
Also published as: US20220231394A1; WO2017052765A1; US20200235449A1; US9992859B2; US20170093007A1; US11791528B2; US10651525B2; US20180288868A1; US11329358B2

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung enthalten eine verpackte Vorrichtung mit Übertragungsleitungen, die eine erweiterte Dicke haben, und Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtung. Gemäß einer Ausführungsform kann eine verpackte Vorrichtung eine erste dielektrische Schicht und eine erste Übertragungsleitung enthalten, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist. Ausführungsformen können dann eine zweite dielektrische Schicht enthalten, die über der Übertragungsleitung und der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform kann eine erste Leitungsdurchkontaktierung durch die zweite dielektrische Schicht gebildet und elektrisch an die erste Übertragungsleitung gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die erste Leitungsdurchkontaktierung im Wesentlichen entlang der Länge der ersten Übertragungsleitung.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Verpacken elektronischer Vorrichtungen. Insbesondere beziehen sich Ausführungsformen auf Verpackungslösungen, die Leitungsdurchkontaktierungen enthalten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hochgeschwindigkeits-, On-Package I/O (OPIO)-Verbindungen werden in hohem Maße in Server/Client/Hochleistungsrechen- (HPC) Packungen und Mehrfach-Chip-Packungen (MCPs) verwendet. Ihre grundlegendsten Konfigurationen bestehen aus vielen Übertragungsleitungen (z.B. Mikrostreifen- oder Streifenleitungen), die nahe beieinander verlegt sind und Daten zwischen verschiedenen Chips auf der Packung oder von einem Silizium-Die auf der Packung zur Hauptplatine übertragen. Im Idealfall sind die Übertragungsleitungen so nahe beieinander wie möglich verlegt, um die Verlegungsdichte zu maximieren und den Packungsformfaktor und die Kosten zu senken. Ein zu nahe beieinander liegendes Verlegen der Übertragungsleitungen kann jedoch zu einer hohen Signalkopplung (d.h. einem Nebensprechen) zwischen den Leitungen führen. Daher ist der Minimalabstand zwischen den Leitungen begrenzt und es ist üblich, angesichts der derzeitigen Strukturierungsprozesse die Leitungen weiter auseinander zu verlegen, als sonst möglich wäre, um das Nebensprechen zu verringern und die Signalverarbeitungsanforderungen an der Die-Seite zu verringern. Dies führt entweder zu einer größeren Packungsgröße oder einer höheren Anzahl von Schichten in der Packung, was wiederum die Packungskosten und/oder Z-Höhe erhöht.
Figurenliste

1A ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt einer dielektrischen Schicht mit einer Keimschicht, die über der Oberfläche gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1B ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem Übertragungsleitungen über der Oberfläche gebildet wurden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1C ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem ein zweites Fotolackmaterial abgeschieden und strukturiert wurde, sodass eine Leitungsdurchkontaktierung entlang jeder Übertragungsleitung gebildet werden kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1D ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem das zweite Fotolackmaterial und die freiliegenden Abschnitte der Keimschicht entfernt wurden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1E ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem eine zweite dielektrische Schicht über der Oberfläche gebildet wurde, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1F ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem eine Keimschicht über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet wurde, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1G ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem ein drittes Fotolackmaterial abgeschieden und strukturiert wurde, um eine zweite Übertragungsleitung über den Leitungsdurchkontaktierungen zu bilden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1H ist eine Draufsicht und eine entsprechende Darstellung im Querschnitt der Vorrichtung, nachdem die dritte Fotolackschicht und die zweite Keimschicht entfernt wurden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A ist eine perspektivische Ansicht von Übertragungsleitungen, die über einer dielektrischen Schicht gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2B ist eine perspektivische Ansicht von Übertragungsleitungen, die jeweils eine Leitungsdurchkontaktierung enthalten, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen, das gekoppelt ist, um einen Differentialsignalübertragungspfad zu bilden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3B ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen, die jeweils eine Leitungsdurchkontaktierung enthalten, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4A ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer koaxialen Übertragungsleitung, die unter Verwendung von Leitungsdurchkontaktierungen gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4B ist eine perspektivische Ansicht einer Twinaxial-Übertragungsleitung, die unter Verwendung von Leitungsdurchkontaktierungen gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4C ist eine Querschnittsansicht einer koaxialen Übertragungsleitung, die in einem Verpackungssubstrat gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4D ist eine Querschnittsansicht einer koaxialen Übertragungsleitung an dem Punkt, wo die Übertragungsleitung die Richtung ändert, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5A ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen, die ineinandergreifende Stichleitungen enthält, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5B ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen mit vertikal orientierten Stichleitungen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5C ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen, die vertikal orientierte, ineinandergreifende Stichleitungen enthält, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5D ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen mit vertikal orientierten Stichleitungen, die voneinander versetzt sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine Darstellung eines schematischen Blockdiagramms eines Computersystems, das eine Halbleiterpackung verwendet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es sind hier Systeme beschrieben, die lithografisch definierte Leitungsdurchkontaktierungen für verschiedene Signalleitungsanwendungen enthalten. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der anschaulichen Implementierungen mit Hilfe von Begriffen beschrieben, die allgemein von Fachleuten auf dem Gebiet verwendet werden, um den Kern ihrer Arbeit anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu vermitteln. Es ist jedoch für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nur mit einigen der beschriebenen Aspekte ausgeführt werden kann. Zur Erklärung sind spezielle Zahlen, Materialien und Konfigurationen angegeben, um ein umfassendes Verständnis der anschaulichen Implementierungen zu ermöglichen. Für Fachleuchte auf dem Gebiet ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne die speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind allgemein bekannte Merkmale ausgelassen oder vereinfacht, um die anschaulichen Implementierungen nicht zu verschleiern.
Es werden verschiedene Operationen als mehrere einzelne Operationen beschrieben, wiederum in einer Weise, die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung am hilfreichsten ist, wobei jedoch die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden soll, dass sie bedeutet, dass diese Operationen unbedingt von einer Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere müssen diese Operationen nicht in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden.
Einer der Hauptpunkte für Packungsgestaltungsregeln ist die Eingangs-/Ausgangs- (I/O) Dichte pro mm pro Schicht (IO/mm/Schicht). Die I/O-Dichte kann durch die Durchkontaktierungspadgrößen begrenzt sein. Derzeitige Verpackungstechnologien begrenzen jedoch das Ausmaß, auf das die Größe der Durchkontaktierungspads verringert werden kann. Die Durchkontaktierungspads müssen aufgrund des Laserbohrprozesses relativ groß sein, der zur Bildung der Durchkontaktierungsöffnungen durch eine dielektrische Schicht über den Durchkontaktierungspads verwendet wird. Laserbohren ist durch die minimale Merkmalgröße und die Fehlausrichtung des Lasers beim Bohren der Durchkontaktierungsöffnung begrenzt. Zum Beispiel kann die minimale Merkmalgröße einer lasergebohrten Durchkontaktierungsöffnung etwa 40 µm oder größer sein, wenn ein CO₂-Laser verwendet wird, und die Fehlausrichtung zwischen den Schichten kann etwa +/-15 µm oder größer sein. Als solches kann es notwendig sein, dass die Durchkontaktierungspadgrößen etwa 70 µm (d.h. 40 + 2(15) µm) oder größer sind. Alternative Laserquellen, wie UV-Laser können imstande sein, die Durchkontaktierungsöffnung stärker zu verringern, aber der Durchsatz wird ebenso deutlich gesenkt. Daher können Ausführungsformen der Erfindung einen oder mehrere Prozess(e) verwenden, die die Durchkontaktierungen mit lithografischen Prozessen anstatt mit Lasern bilden. Die Verwendung von lithografischen Prozessen erlaubt eine verbesserte Ausrichtung von Schicht zu Schicht und kleinere Pads im Vergleich zum Laserbohren, was wiederum zu höheren I/O-Dichten führt. Zusätzlich wird die Durchsatzzeit mit Prozessen auf Basis der Lithographie verkürzt, da alle Durchkontaktierungen auf einmal gebildet werden können (d.h. eine einzelne Belichtung und Strukturierung), anstatt mit Hilfe von Laserbohren der Reihe nach gebildet zu werden.
Ferner erlaubt die Verwendung von Prozessen auf Lithografiebasis zur Bildung der Durchkontaktierungen, dass die Durchkontaktierungen in jeder gewünschten Form gebildet werden. Anstatt auf die Form des Lasers begrenzt zu sein, kann eine lithografisch definierte Durchkontaktierung für einen gewünschten Zweck maßgeschneidert werden. Während zum Beispiel eine laserdefinierte Durchkontaktierung auf eine Kreisform begrenzt sein kann, können Ausführungsformen der Erfindung Durchkontaktierungen, deren Form rechteckig/oval ist oder mit hohlen Innenräumen enthalten, die sich in einer seitlichen Richtung entlang der Übertragungsleitung erstrecken. Anstelle einer elektrischen Kopplung von zwei Übertragungsleitungen, die auf verschiedenen Schichten eines Packungssubstrats gebildet sind, mit einer in der Geometrie eingeschränkten Durchkontaktierung, die durch Laserbohren erzeugt wird, können Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen, dass sich eine Leitungsdurchkontaktierung durch das Packungssubstrat über eine Länge erstreckt, die im Wesentlichen gleich der Länge der zwei Übertragungsleitungen ist. Daher kann die Verwendung von Leitungsdurchkontaktierungen ermöglichen, dass eine Übertragungsleitung gebildet wird, die eine Dicke gleich den kombinierten Dicken der zwei Übertragungsleitungen plus dem Abstand zwischen den zwei Übertragungsleitungen hat. Ein Erhöhen der Dicke einer Übertragungsleitung hat verschiedene Vorteile.
In einer Ausführungsform können dickere Übertragungsleitungen eine Senkung in der Einfügedämpfung ermöglichen und somit die Effizienz der Vorrichtung verbessern. Eine zusätzliche Ausführungsform kann die Verwendung dickerer Übertragungsleitungen für eine verbesserte Kopplung zwischen Übertragungsleitungen enthalten, die in Differentialsignalleitungsanwendungen verwendet werden. Die Verwendung von Leitungsdurchkontaktierungen ermöglicht auch die Bildung von koaxialen Leitungen im Packungssubstrat. Zum Beispiel können Leitungsdurchkontaktierungen und Pads kombiniert werden, um eine leitfähige Abschirmung um eine Übertragungsleitung zu bilden. Zusätzliche Ausführungsformen können auch eine erhöhte wechselseitige kapazitive Kopplung ermöglichen, um ein Nebensprechen an fernen Ende zu verringern, indem vertikal orientierte Stichleitungen entlang den Übertragungsleitungen gebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die Leitungsdurchkontaktierungen mit einem geeigneten lithografischen Strukturierungsprozess gebildet werden. Eine derartige Ausführungsform ist in Bezug auf 1A-1H dargestellt und beschrieben, die Draufsichten und entsprechende Querschnittsansichten entlang Linie 1-1' zeigen. In der dargestellten Ausführungsform ist nur die Bildung von Leitungsdurchkontaktierungen dargestellt, wobei jedoch offensichtlich sein sollte, dass zusätzliche Merkmale, wie Durchkontaktierungen und/oder Pads, gleichzeitig und mit denselben Verarbeitungsoperationen gemäß Ausführungsformen der Erfindung gebildet werden können.
Unter Bezugnahme nun auf Figur 1A können Ausführungsformen der Erfindung eine Keimschicht 135 enthalten, die über einer Deckfläche einer dielektrischen Schicht 105 abgeschieden ist. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 105 ein Polymermaterial sein, wie zum Beispiel Polyimid, Epoxid oder ein Aufbau-Film (BF). In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 105 eine Schicht in einem Stapel sein, der mehrere dielektrische Schichten enthält, die zum Bilden eines Strukturaufbaus verwendet werden. Als solches kann die dielektrische Schicht 105 über einer anderen dielektrischen Schicht gebildet werden. Zusätzliche Ausführungsformen können ein Bilden der dielektrischen Schicht 105 als die erste dielektrische Schicht über einem Kernmaterial enthalten, auf dem der Stapel gebildet ist. In einer Ausführungsform kann die Keimschicht 135 eine Kupferkeimschicht sein. Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform kann die Schicht 105 die unterste Schicht einer Packung sein und kann ein metallisches Material sein. In solchen Ausführungsformen kann die Keimschicht 135 weggelassen werden.
Unter Bezugnahme nun auf 1B kann ein Fotolackmaterial 185 über der Keimschicht 135 gebildet und strukturiert werden, um Öffnungen für die Bildung von Übertragungsleitungen 130 vorzusehen. Gemäß einer Ausführungsform kann das Strukturieren des Fotolackmaterials 185 mit lithografischen Prozessen (z.B. mit einer Strahlungsquelle durch eine Maske (nicht dargestellt) belichtet und mit einem Entwickler entwickelt) implementiert werden. Nachdem das Fotolackmaterial 185 strukturiert wurde, können die Übertragungsleitungen 130 gebildet werden. In einer Ausführungsform können die Übertragungsleitungen 130 mit einem Elektroplattierungsprozess oder dergleichen gebildet werden.
Unter Bezugnahme nun auf 1C wird das erste Fotolackmaterial 185 abgestreift und ein zweites Fotolackmaterial 186 wird über den Übertragungsleitungen 130 abgeschieden. Eine Leitungsdurchkontaktierungsöffnung kann dann in das zweite Fotolackmaterial 186 strukturiert werden, indem das zweite Fotolackmaterial 186 mit Strahlung durch eine Durchkontaktierungsschichtmaske (nicht dargestellt) belichtet und mit einem Entwickler entwickelt wird. Gemäß einer Ausführungsform können die Leitungsdurchkontaktierungen 120 in der Leitungsdurchkontaktierungsöffnung gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform können die Leitungsdurchkontaktierungen 120 mit einem geeigneten Abscheidungsprozess, wie Elektroplattieren oder dergleichen gebildet werden.
Wie in der Draufsicht in 1C dargestellt, weisen die Leitungsdurchkontaktierungen 120 im Wesentlichen dieselbe Länge wie die darunterliegenden Übertragungsleitungen 130 auf. Zusätzliche Ausführungsformen sind jedoch nicht auf solche Konfigurationen begrenzt und die Leitungsdurchkontaktierungen 120 können über ausgewählten Bereichen der Übertragungsleitungen 130 gebildet werden. Ferner, wie in der Querschnittsansicht entlang Linie 1-1' dargestellt, enthalten Ausführungsformen der Erfindung Leitungsdurchkontaktierungen 120, die nicht dieselbe Breite wie die Übertragungsleitungen 130 aufweisen. Solche Ausführungsformen können eine gewisse Fehlausrichtung zwischen den Übertragungsleitungen 130 und den Leitungsdurchkontaktierungen 120 erlauben. Obwohl die dargestellte Ausführungsform einen Unterschied in den Breiten der Übertragungsleitungen 130 und der Leitungsdurchkontaktierungen 120 zeigt, ist offensichtlich, dass Ausführungsformen der Erfindung auch Leitungsdurchkontaktierungen 120 enthalten können, die auf Übertragungsleitungen 130 selbstausrichtend sind und daher mit im Wesentlichen gleichen Breiten gebildet werden können. In einer solchen Ausführungsform kann kein erkennbarer Unterschied zwischen der Breite der Übertragungsleitungen 130 und der Leitungsdurchkontaktierungen 120 vorhanden sein.
Unter Bezugnahme nun auf 1D wird das zweite Fotolackmaterial 186 abgestreift und die verbleibenden Abschnitte der Keimschicht 135 werden entfernt. Gemäß einer Ausführungsform kann die Keimschicht 135 mit einem Keimätzprozess entfernt werden. Wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, wird die Leitungsdurchkontaktierung 120 vor der Bildung einer zweiten dielektrischen Schicht gebildet. Solche Ausführungsformen der Erfindung können als Leitungsdurchkontaktierung-Zuerst-Lithografieprozess bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme nun auf 1E wird eine zweite dielektrische Schicht 106 über den freiliegenden Leitungsdurchkontaktierungen 120 und Übertragungsleitungen 130 gebildet. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite dielektrische Schicht 106 mit jedem geeigneten Prozess, wie Laminieren oder Schlitzbeschichten und Härten, gebildet werden. In einer Ausführungsform wird die zweite dielektrische Schicht 106 zu einer Dicke gebildet, die eine Deckfläche der Leitungsdurchkontaktierungen 120 vollständig bedeckt. Im Gegensatz zur Schichtbildung auf kristallinen Strukturen (z.B. Siliziumsubstraten) kann jede der dielektrischen Schichten nicht in hohem Maße gleichförmig sein. Daher kann die zweite dielektrische Schicht 106 zu einer Dicke gebildet werden, die größer als die Leitungsdurchkontaktierungen 120 ist, um sicherzustellen, dass die richtige Dicke über das gesamte Substrat erreicht wird. Wenn das zweite Dielektrikum über den Leitungsdurchkontaktierungen gebildet wird, kann ein kontrollierter Ätzprozess zum Freilegen der Deckflächen der Leitungsdurchkontaktierungen 120 verwendet werden, wie in 1E dargestellt.
In einer Ausführungsform kann der Dielektrikumsentfernungsprozess ein Nassätzen, ein Trockenätzen (z.B. ein Plasmaätzen), ein Nassstrahlverfahren oder ein Laser-Abtragen (z.B. mittels eines Exzimerlasers) enthalten. Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform kann der tiefenkontrollierte Dielektrikumsentfernungsprozess nur in der Nähe der Leitungsdurchkontaktierungen 120 durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Laser-Abtrag der zweiten dielektrischen Schicht 106 nahe der Stelle der Durchkontaktierungen 120 lokalisiert sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht 106 minimiert werden, um die Ätzzeit zu verringern, die zum Freilegen der Leitungsdurchkontaktierungen 120 erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen, wenn die Dicke des Dielektrikums gut kontrolliert werden kann, können sich die Leitungsdurchkontaktierungen 120 über der Deckfläche der zweiten dielektrischen Schicht 106 erstrecken und der kontrollierte Dielektrikumsentfernungsprozess kann unterlassen werden.
Unter Bezugnahme nun auf 1F kann eine zweite Keimschicht 136 über den freigelegten Abschnitten der zweiten dielektrischen Schicht 106 gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Keimschicht 136 eine Keimschicht, die zur Verwendung beim Aufzüchten leitfähiger Merkmale auf der Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 106 geeignet ist. Zum Beispiel kann die zweite Keimschicht 136 eine Kupferkeimschicht sein.
Unter Bezugnahme nun auf 1G wird eine dritte Fotolackmaterial 187 abgeschieden und strukturiert, um Öffnungen für eine zweite Ebene leitfähiger Merkmale, wie Übertragungsleitungen 131, zu bilden. Gemäß einer Ausführungsform kann dann die nächste Ebene leitfähiger Merkmale in den Öffnungen mit einem geeigneten Prozess, wie Elektroplattieren oder dergleichen gebildet werden.
Nach der Bildung der Übertragungsleitungen 131 auf der zweiten dielektrischen Schicht 106 kann das dritte Fotolackmaterial 187 entfernt werden und die zweite Keimschicht 136 kann mit einem Keimätzprozess weggeätzt werden, wie in 1H dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform können die auf der zweiten dielektrischen Schicht 106 gebildeten Übertragungsleitungen 131 im Wesentlichen den Übertragungsleitungen 130 ähnlich sein, die in der ersten dielektrischen Schicht 105 gebildet sind. Als solche können die Übertragungsleitungen 131 eine Breite aufweisen, die größer als die Breite der Leitungsdurchkontaktierungen 120 ist. Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform können die Übertragungsleitungen 131 weggelassen werden.
Die dargestellte Ausführungsform enthält eine einzige Schicht von Leitungsdurchkontaktierungen 120, obwohl Ausführungsformen nicht auf solche Konfigurationen beschränkt sind. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Bearbeitungsoperationen ein oder mehrere Male wiederholt werden, um mehrere Leitungsdurchkontaktierungsschichten zu bilden. Daher kann die Dicke einer Übertragungsleitung jede gewünschte Dicke, bis zur Gesamtdicke des Packungssubstrats sein. In dem oben unter Bezugnahme auf 1A-1H beschriebenen Prozessablauf wurden die Leitungsdurchkontaktierungen 120 gebildet und dann wurde eine zweite dielektrische Schicht 106 um die Leitungsdurchkontaktierungen 120 gebildet. Ausführungsformen sind jedoch nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel kann gemäß zusätzlichen Ausführungsformen der Erfindung die zweite dielektrische Schicht 106 zuerst gebildet werden und Öffnungen können in die zweite dielektrische Schicht strukturiert werden, um die Durchkontaktierungsleitungen zu bilden.
Die Verwendung der dickeren Übertragungsleitungen, die durch Verbinden von zwei oder mehr Schichten mit einer Leitungsdurchkontaktierung gebildet werden, ermöglicht mehrere verbesserte Übertragungsleitungskonfigurationen. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine verringerte Einfügedämpfung in eng beabstandeten Merkmalen. In vielen OPIO-Leitungen muss eine Einfügedämpfung sorgfältig kontrolliert werden, um die erforderliche Übertragungsleistung zu verringern, um eine gewisse Bit-Fehlerrate (Bit Error Rate, BER) beim Empfänger zu erreichen. Ein Verringern der erforderlichen Übertragungsleistung verbessert den gesamten Systemleistungsverbrauch, der eine kritische Metrik sowohl in Server- wie auch Client-Plattformen wird.
2A ist eine perspektivische Ansicht der Übertragungsleitung 230, die über einer dielektrischen Schicht 205 gebildet wird. Wie dargestellt, sind die Übertragungsleitungen 230 jeweils mit einer Breite W gebildet und voneinander durch einen Abstand S beabstandet. Die Einfügedämpfung kann einem dielektrischen Verlust und Leiterverlust zuzuschreiben sein. Zur Verringerung dieser Verluste kann die Geometrie der Übertragungsleitungen 230 geändert werden. Typischerweise wird die Einfügedämpfung durch Verwendung breiterer Leitungen als die minimale Leitungsbreite verringert, die mit derzeit verfügbaren Bearbeitungsvorgängen möglich ist. Ein Erhöhen der Breite von Leitungen führt jedoch zu einer geringeren Verlegungsdichte.
Ferner wird die Dicke T der Leitungen 230 durch den Fertigungsprozess bestimmt, der zum Herstellen einer gegebenen Vorrichtung verwendet wird. Zum Beispiel kann in semi-additiven Prozessen (SAP) mit feinen Leitungsbreiten und Abständen von etwa 9/10 (Breite/Raum in µm) die maximale Dicke T der Übertragungsleitungen 230 etwa 15 µm sein. Wenn Leitungsbreite und Abstand noch weiter skaliert werden, kann die Leitungsdicke T auch auf Werte unter 15 µm abnehmen. Die maximale Dicke T der Übertragungsleitungen ist durch Herstellungsüberlegungen wie Dielektrikumlaminierung, Bahnzuverlässigkeit (d.h. Bahnanhebung) und dergleichen beschränkt. Als solches können derzeitige Technologien nur Anpassungen an die Geometrie der Übertragungsleitungen 230 ermöglichen, die zu einer Abnahme in der I/O-Dichte führen.
Unter Bezugnahme nun auf 2B ist eine perspektivische Ansicht von Übertragungsleitungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform wird die Dicke T der Übertragungsleitungen ohne Beeinträchtigung der Leitung/Raum-Auflösung erhöht. Zum Beispiel können die Übertragungsleitungen 230 jeweils eine Leitungsdurchkontaktierung 220 enthalten. Die Leitungsdurchkontaktierung 220 sieht bei den Leitungen 230 eine zusätzliche Dicke vor. Zum Beispiel können die Leitungsdurchkontaktierungen 220 jedes gewünschte Dickenmaß vorsehen, bis zu etwa der Dicke des Packungssubstrats. Gemäß einer Ausführungsform kann die kombinierte Dicke der Leitungsdurchkontaktierungen 220 und der Übertragungsleitungen 230 und 231 so gewählt werden, dass der Systemverlustsollwert erreicht wird. In einer Ausführungsform kann eine Dickenzunahme von den 15 µm in früheren Technologien auf etwa 40 µm die Einfügedämpfung um etwa 25-50% verringern.
Während offensichtlich ist, dass die Höhe der Leitungsdurchkontaktierungen 220 jeder gewünschte Wert sein kann, können zusätzliche Überlegungen, die berücksichtigt werden müssen, wie Dicken des dielektrischen Materials und Metallabscheidungsprozesse, die Dicken bestimmen, die Fertigungsprozessen eher zugänglich sind. Zum Beispiel kann die Dicke der dielektrischen Materialein, die von Lieferanten zur Verfügung stehen, eine praktische Einschränkung der gewünschten Dicke der Leitungsdurchkontaktierung sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Dicke die kombinierte Dicke der ersten Übertragungsleitung 230, der lithografisch definierten Leitungsdurchkontaktierung 220 und der zweiten Übertragungsleitung 231. Falls als solches die Auswahl so getroffen wird, dass die erste und zweite Übertragungsleitung 230, 231 etwa 15 µm dick sind und die verfügbare dielektrische Schicht 206, die über die erste dielektrische Schicht 205 laminiert wird, etwa 10 µm ist, kann die Übertragungsleitung nur von 15 µm (d.h. die einzelne leitfähige Bahn 230, die in 2A dargestellt ist) auf etwa 40 µm unter Verwendung der Ausführungsformen der Erfindung verdickt werden und nicht auf andere Werte zwischen etwa 15 µm und 40 µm. Wie oben jedoch festgehalten wurde, kann die Dicke der dielektrischen Schicht 206 so gewählt werden, dass eine gewünschte Gesamtdicke T vorgesehen ist.
In der in 2B dargestellten Ausführungsform enthalten die Übertragungsleitungen erste Übertragungsleitungen 230, Leitungsdurchkontaktierungen 220 und zweite Übertragungsleitungen 231. Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel können die zweiten Übertragungsleitungen 231 an den Deckflächen der Leitungsdurchkontaktierungen 220 weggelassen werden. Dies kann nützlich sein, um eine erhöhte Flexibilität in der Gesamtdicke der Übertragungsleitung vorzusehen, um eine gewünschte Einfügedämpfung vorzusehen. Zusätzliche Ausführungsformen können auch das Weglassen der ersten Übertragungsleitung 230 vorsehen. Alternative Ausführungsformen können eine Leitungsdurchkontaktierung 220 enthalten, die mit der ersten und zweiten Übertragungsleitung 230, 231 selbstausrichtend ist, und daher kann auch eine Übertragungsleitung mit einer gleichförmigen Breite gemäß Ausführungsformen der Erfindung erzeugt werden. Da die Breite W der Übertragungsleitungen verringert sein kann, wenn die Leitungsdurchkontaktierungen 220 mit den Übertragungsleitungen 230, 231 selbstausrichtend sind, kann auch die I/O-Dichte erhöht werden.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung kann die Verwendung von dickeren Übertragungsleitungen auch in Differentialsignalleitungsanwendungen günstig sein. In Differentialsignalleitungsanwendungen werden zwei Übertragungsleitungen nahe beieinander angeordnet und sollten eine hohe Kopplung miteinander haben. In 3A ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Übertragungsleitungen 330_N und 330p dargestellt. Zur Erhöhung der Kopplung zwischen den zwei Leitungen wird der Abstand S_C zwischen den Mittellinien minimiert. Die Breite W der Leitungen muss typischerweise auf eine Breite vergrößert werden, die größer als die minimale Merkmalsbreite ist, die mit derzeitigen Strukturierungstechniken möglich ist, um angemessene Impedanzwerte für die Übertragungsleitungen vorzusehen. Zum Beispiel sollte die Breite der Leitungen ausreichend sein, um eine Impedanz von etwa 100 Ohm oder weniger vorzusehen. Daher muss die Breite W vergrößert werden, da die Dicke T der Leitungen 330 nicht mit typischen Bearbeitungsvorgängen, wie oben beschrieben, vergrößert werden kann. Da die Übertragungsleitungen eine vergrößerte Breite W haben müssen, wird auch die I/O-Dichte verringert.
Anstatt sich auf die Verwendung breiterer Übertragungsleitungen zu verlassen, um die gewünschte Impedanz vorzusehen, können Ausführungsformen der Erfindung Übertragungsleitungen mit erhöhter Dicke verwenden. Zum Beispiel können in 3B die Leitungsdurchkontaktierungen 320_N und 320p eine Querschnittsfläche haben, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche der Übertragungsleitungen 330 in 3A ähnlich ist. Als solche können die Impedanzen einander ähnlich sein. Der Abstand S_C zwischen den Mittellinien kann jedoch verringert sein, da sich die hinzugefügte Querschnittsfläche in der Z-Ebene und nicht in der horizontalen Ebene befindet. Daher kann dieselbe (oder verringerte) Impedanz erhalten werden, ohne auf die I/O-Dichte zu verzichten. Ferner wird eine verbesserte Kopplung zwischen den Übertragungsleitungen aufgrund der Verringerung im Abstand S_C zwischen der Mittellinie jeder der Leitungsdurchkontaktierungen 320_N und 320p erreicht.
In der dargestellten Ausführungsform sind die differentiellen Übertragungsleitungen als nur mit einer Leitungsdurchkontaktierung 320 gebildet dargestellt. Ausführungsformen sind jedoch nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel können die Leitungsdurchkontaktierungen 320 über ersten Übertragungsleitungen gebildet sein und/oder unter zweiten Übertragungsleitungen gebildet sein, die im Wesentlichen den Übertragungsleitungen 230 und 231 ähnlich sind, die in 2B dargestellt sind. Die Verwendung der ersten und/oder zweiten Übertragungsleitung kann eine erhöhte Dicke T bei der Übertragungsleitung vorsehen und daher die Impedanz verringern. Es ist jedoch offensichtlich, dass der Einschluss entweder einer ersten oder zweiten Übertragungsleitung dazu führen kann, dass der Abstand S_C relativ zu der in 3B dargestellten Ausführungsform vergrößert ist. Während der Abstand S_C in einer solchen Ausführungsform in Bezug auf die in 3B dargestellte Ausführungsform vergrößert sein kann, ist offensichtlich, dass der Abstand S_C noch immer kleiner als der Abstand sein kann, der erforderlich ist, wenn keine Leitungsdurchkontaktierungen 320 vorhanden sind (z.B. wie es in der in 3A dargestellten Vorrichtung der Fall ist).
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform kann die Verwendung von Leitungsdurchkontaktierungen zum Erweitern der Dicke von Übertragungsleitungen auch genutzt werden, um koaxiale Übertragungsleitungen in einem Packungssubstrat zu bilden. Eine solche Ausführungsform ist in 4A dargestellt. 4A stellt nur die leitfähigen Merkmale innerhalb der Packung dar und die dielektrischen Schichten sind weggelassen, um besondere Ausführungsformen der Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Eine koaxiale Übertragungsleitung wird durch Umgeben einer Übertragungsleitung 450 mit einer leitfähigen Abschirmung 400 gebildet. Gemäß einer Ausführungsform kann die leitfähige Abschirmung 400 aus einem ersten Pad 430 bestehen, das durch eine oder mehrere Schichten von Leitungsdurchkontaktierungen 420/421, die als Seitenwände für die leitfähige Abschirmung dienen, an ein zweites Pad 432 gekoppelt ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die Abschirmung 400 bei Massepotential gehalten werden. Daher kann die Übertragungsleitung 450, die innerhalb der leitfähigen Abschirmung 400 gebildet ist, Daten mit minimaler Interferenz (z.B. Nebensprechen) von benachbarten Leitungen außerhalb der leitfähigen Abschirmung 400 senden.
4C sieht eine Querschnittsansicht vor, die nützlich sein kann zu zeigen, wie die dielektrischen Schichten um die leitfähige Abschirmung 400 gebildet werden. Wie dargestellt, kann das erste Pad 430 über einer ersten dielektrischen Schicht 405 gebildet werden. Das erste Pad 430 kann im Wesentlichen auf dieselbe Weise gebildet werden, wie die ersten Übertragungsleitungen 130 oben in Bezug auf 1B gebildet wurden. In einer Ausführungsform kann das erste Pad 430 mit einer Breite gebildet werden, die breit genug ist, sodass die Seitenwände (d.h. die ersten Leitungsdurchkontaktierungen 420) entlang gegenüberliegenden Rändern des ersten Pads 430 gebildet werden. In einer Ausführungsform kann eine zweite dielektrische Schicht 406 über dem ersten Pad 430 und um die ersten Leitungsdurchkontaktierungen 420 gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Zwischenwandleitung 431 über den Deckflächen der ersten Leitungsdurchkontaktierungen 420 gebildet werden. Die Zwischenwandleitung 431 ist im Wesentlichen den zweiten Übertragungsleitungen 131 ähnlich, die zuvor in Bezug auf 1H beschrieben wurden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Übertragungsleitung 450 mit denselben Bearbeitungsvorgängen gebildet werden, die zur Bildung der Zwischenwandleitungen 431 verwendet wurden. Eine zweite Leitungsdurchkontaktierung 421 kann dann über den Zwischenwandleitungen 431 gebildet werden und eine dritte dielektrische Schicht 407 kann über den Zwischenwandleitungen 431 und der Übertragungsleitung 450 und um die zweiten Leitungsdurchkontaktierungen 421 gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann ein zweites Pad 432 über der dritten dielektrischen Schicht 407 gebildet und an die zweiten Leitungsdurchkontaktierungen 421 gekoppelt werden. In einer Ausführungsform können eine oder mehrere dielektrische Schichten 408 über dem zweiten Pad 432 gebildet werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Übertragungsleitung 450 von dem ersten Pad 430 und dem zweiten Pad 432 durch eine einzige dielektrische Schicht (d.h. Schicht 406 bzw. 407) getrennt. Es ist jedoch offensichtlich, dass das erste und zweite Pad durch mehr als eine Schicht aus dielektrischem Material von der Übertragungsleitung 450 getrennt sein können. In solchen Ausführungsformen können die Seitenwände mehr als zwei Paare von Leitungsdurchkontaktierungen 420, 421 umfassen.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform können mehrere Übertragungsleitungen 450 in einer einzigen leitfähigen Abschirmung 401 gebildet sein. Eine solche Ausführungsform ist in der in 4B gezeigten perspektivischen Ansicht dargestellt. In 4B ist eine Twinaxial-Übertragungsleitung, die in einer leitfähigen Abschirmung 401 gebildet ist, gezeigt, die eine erste Übertragungsleitung 450_A und eine zweite Übertragungsleitung 450_B enthält. Eine solche Vorrichtung kann günstig sein, wenn ein Differentialsignal mit geringer Interferenz erforderlich ist. Die leitfähige Abschirmung 401, die durch das erste und zweite Pad 430, 432, die ersten und zweiten Leitungsdurchkontaktierungen 420, 421 und die Zwischenwandleitungen 431 gebildet wird, sieht einen zusätzlichen Schutz vor einer Interferenz vor. Ferner ist offensichtlich, dass andere Arten von Übertragungsleitung(s) innerhalb einer leitfähigen Abschirmung gebildet sein können. Zum Beispiel können gesamte Byte-Gruppen oder Busse innerhalb einer koaxialen Konfiguration implementiert sein, was mit lithografisch definierten Leitungsdurchkontaktierungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich wird.
Koaxiale Übertragungsleitungen sind auch nicht auf ein Weiterleiten eines Signals entlang einer einzigen Schicht aus dielektrischem Material beschränkt. Zum Beispiel ist 4D eine Darstellung im Querschnitt einer koaxialen Übertragungsleitung, die einen Übergang enthält, der der Übertragungsleitung 450 erlaubt, sich entlang der Ebene der dielektrischen Schichten zu bewegen und durch eine oder mehrere dielektrische Schichten in einer vertikalen Richtung durchzugehen. In der dargestellten Ausführungsform kann ein erstes Pad 430 über einer ersten dielektrischen Schicht 405 gebildet sein und ein zweites Pad 432 kann über einer dritten dielektrischen Schicht 407 gebildet sein. In einer solchen Ausführungsform kann eine Übertragungsleitung 450 über einer zweiten dielektrischen Schicht 406 gebildet sein, die zwischen dem ersten Pad 430 und dem dritten Pad 432 positioniert ist. Am Übergang, wo die Übertragungsleitung übergeht, durch dielektrische Schichten in der vertikalen Richtung geführt zu werden, können Ausführungsformen der Erfindung abwechselnde Leitungsdurchkontaktierungen und Pads enthalten, die sich ebenso durch die dielektrischen Schichten erstrecken.
Zum Beispiel kann der Abschnitt der leitfähigen Abschirmung, der an der rechten Seite der Übertragungsleitung 450 gebildet ist (da sich die Übertragungsleitung in der vertikalen Richtung erstreckt) aus einer ersten Leitungsdurchkontaktierung 420, einer ersten Zwischenwandleitung 431, einer zweiten Leitungsdurchkontaktierung 421, einer zweiten Zwischenwandleitung 432, einer dritten Leitungsdurchkontaktierung 422, einer dritten Zwischenwandleitung 433 und einer vierten Leitungsdurchkontaktierung 423 bestehen. Der Abschnitt der leitfähigen Abschirmung, der an der linken Seite der Übertragungsleitung 450 gebildet ist (da sich die Übertragungsleitung in der vertikalen Richtung erstreckt), kann aus der dritten Leitungsdurchkontaktierung 422, der dritten Zwischenwandleitung 432 und der vierten Leitungsdurchkontaktierung 423 bestehen. Während die dargestellte Ausführungsform bis zu vier Leitungsdurchkontaktierungen enthält, ist offensichtlich, dass mehr Leitungsdurchkontaktierungen enthalten sein können, wenn sich die Übertragungsleitung 450 in der vertikalen Richtung durch zusätzliche dielektrische Schichten fortsetzt, oder weniger Leitungsdurchkontaktierungen können notwendig sein, wenn die Übertragungsleitung 450 durch weniger dielektrische Schichten geht.
Fachleute auf dem Gebiet werden auch erkennen, dass die Zwischenwandleitungen und Pads, die auf derselben Dielektrikumsebene gebildet sind, als ein einzelnes kontinuierliches Merkmal gebildet sein können, die miteinander außerhalb der Ebene, die in 4D dargestellt ist, verbunden sind, und daher mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind (z.B. können das zweite Pad 432 und die zweite Zwischenwandleitung 432 aus einem einzigen kontinuierlichen leitfähigen Merkmal gebildet sein). Gemäß einer Ausführungsform können die Leitungsdurchkontaktierungen, die durch dieselben dielektrischen Schichten gebildet sind, auch eine einzelne Leitungsdurchkontaktierung sein, die außerhalb der Ebene, die in 4D dargestellt ist, verbunden sind, und werden daher mit demselben Bezugszeichen bezeichnet (z.B. die dritte Leitungsdurchkontaktierung 422, die an der rechten Seite der Übertragungsleitung 450 positioniert ist, und die dritte Leitungsdurchkontaktierung 422, die an der linken Seite der Übertragungsleitung 450 positioniert ist, können eine einzelne kontinuierliche Leitungsdurchkontaktierung sein). Zusätzlich ist offensichtlich, dass, wenn die Leitungsdurchkontaktierungen mit einem selbstausgerichteten Prozess gebildet sind, die Zwischenwandleitungen weggelassen werden können. Zusätzlich zu Ausführungsformen der Erfindung, die eine koaxiale Übertragungsleitung haben, die durch mehrere Schichten des Packungssubstrats geht, können Ausführungsformen auch eine Übertragungsleitung enthalten, die von einer leitfähigen Abschirmung in einigen Abschnitten der Packung umgeben ist und eine Streifenleitung-Übertragungsleitung ohne leitfähige Abschirmung in anderen Abschnitten der Packung enthalten. Gemäß einer Ausführungsform können die vertikalen Durchkontaktierungen und Seitenwände jede gewünschte Form haben, wie kreisförmig oder elliptisch, und sind nicht auf rechteckige Formen beschränkt.
Gemäß weiteren Ausführungsform der Erfindung können Übertragungsleitungen mit erweiterten Dicken, die durch lithografisches Definieren von Leitungsdurchkontaktierungen ermöglicht werden, eine verbesserte Verringerung eines Nebensprechens am fernen Ende (FEXT) erlauben. FEXT bezieht sich auf eine Interferenz zwischen zwei Kanälen, wie an einem Ende eines Pfades gegenüber jenem des Senders gemessen. FEXT für jeden einseitigen Kanal ist eine Funktion der Differenz zwischen dem Verhältnis der Eigenkapazität der Übertragungsleitung und wechselseitigen Kapazität zwischen zwei Übertragungsleitungen und dem Verhältnis der Eigeninduktanz der Übertragungsleitung und wechselseitigen Induktanz zwischen zwei Übertragungsleitungen.
Typischerweise ist die wechselseitige Kapazität in Standardpackungs-Übertragungsleitungen gering, da die wechselseitige Kapazität auf einer Rand-zu-Rand-Kapazität beruht. Eine Möglichkeit, die wechselseitige Kapazität benachbarter Übertragungsleitungen zu erhöhen, ist die Erhöhung der allgemeinen Randlänge zwischen Übertragungsleitungen. Zum Beispiel ist 5A eine Draufsicht eines Paares benachbarter Übertragungsleitungen 530, die ineinandergreifende Stichleitungen 555 haben. Da die ineinandergreifenden Stichleitungen 555 die gemeinsame Randlänge erhöhen, ist auch die wechselseitige Kapazität zwischen den Übertragungsleitungen 530 erhöht.
Da jedoch die Dicke der Übertragungsleitungen durch die Fertigungsprozesse erhöht ist, die zur Bildung der Packung, wie oben beschrieben, verwendet werden, ist auch das Ausmaß der wechselseitigen Kopplung erhöht. Daher können Ausführungsformen der Erfindung lithografisch definierte Leitungsdurchkontaktierungen zur Erhöhung der Dicke von Abschnitten der Übertragungsleitungen verwenden, um eine höhere wechselseitige Kapazität zu erreichen. Wie in 5B dargestellt, können Ausführungsformen der Erfindung vertikal orientierte Stichleitungen 556 verwenden, die über den Übertragungsleitungen 530 gebildet sind. Die Bildung der vertikal orientierten Stichleitungen 556 kann im Wesentlichen auf dieselbe Weise implementiert werden, wie oben in Bezug auf 1A-1H beschrieben, mit der Ausnahme, dass die Leitungsdurchkontaktierungen nicht entlang der gesamten Länge der Übertragungsleitung 530 gebildet sind. Stattdessen kann das Ausmaß der wechselseitigen Kapazität durch Bilden von Stichleitungen mit einer gewünschten Geometrie abgestimmt werden. Zum Beispiel kann die Länge L jeder Stichleitung 556 so gewählt werden, dass eine gewünschte wechselseitige Kapazität vorgesehen ist (d.h. eine Vergrößerung der Länge L der Stichleitungen 556 erhöht die wechselseitige Kapazität). Zusätzlich erlaubt die Verwendung vertikal orientierter Stichleitungen 556 eine Verringerung des Leistungsabstands zwischen den Übertragungsleitungen 530, da kein Raum für die ebenen ineinandergreifenden Stichleitungen erforderlich ist, wie in den Übertragungsleitungen erforderlich ist, die in 5A dargestellt sind.
Da die vertikal orientierten Stichleitungen 556 mit einem lithografischen Prozess gebildet werden, wie dem zuvor beschriebenen, kann der Abstand S zwischen jeder der Stichleitungen so klein wie der minimale Abstand von Leitung zu Leitung in der verwendeten Packungstechnologie sein. Im Gegensatz dazu kann der kleine Abstand der vertikal orientierten Stichleitungen 556 nicht mit aktueller Durchkontaktierungsbildungstechnologie (z.B. Laserbohren) erzeugt werden, da größere Dimensionen und ein größerer Abstand notwendig sind, um die Form des Lasers, der zum Strukturieren der Durchkontaktierungsöffnungen verwendet wird, und die Fehlausrichtung zwischen Schichten zu berücksichtigen.
Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung können auch vertikal orientierte Stichleitungen 556 verwenden, die ineinandergreifend sind. Eine solche Ausführungsform ist in 5C dargestellt. Wie dargestellt, können die Übertragungsleitungen 530 mit einer Form gebildet werden, die im Wesentlichen den Übertragungsleitungen 530 ähnlich ist, die in 5A dargestellt sind, mit der Ausnahme, dass die lithografisch strukturierten, vertikal orientierten Stichleitungen 556 über den ineinandergreifenden Abschnitten der Übertragungsleitungen 530 gebildet werden können. Daher kann die wechselseitige Kapazität noch mehr erhöht werden als nur mit vertikal orientierten Stichleitungen möglich ist, da eine größere gemeinsame Oberfläche zwischen den zwei Übertragungsleitungen 530 vorhanden ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die vertikal orientierten Stichleitungen 556 mit einer Distanz D voneinander versetzt sein, wie in 5D dargestellt. Ein Versetzen der vertikal orientierten Stichleitungen 556 kann ein Abstimmen der wechselseitigen Kapazität erlauben, ohne die Dimensionen der vertikal orientierten Stichleitungen ändern zu müssen. Zum Beispiel nimmt die wechselseitige Kapazität mit zunehmender Verschiebung D ab, da eine kleinere Oberfläche jeder vertikal orientierten Stichleitung 556 der Stichleitung 556 auf der gegenüberliegenden Übertragungsleitung 530 zugewandt ist.
6 zeigt eine Reichenvorrichtung 600 gemäß einer Implementierung der Erfindung. Die Rechenvorrichtung 600 nimmt eine Platte 602 auf. Die Platte 602 kann eine Anzahl von Komponenten enthalten, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, eines Prozessors 604 und mindestens eines Kommunikations-Chips 606. Der Prozessor 604 ist physisch und elektrisch an die Platte 602 gekoppelt. In einigen Implementierungen ist auch der mindestens eine Kommunikations-Chip 606 physisch und elektrisch an die Platte 602 gekoppelt. In weiteren Implementierungen ist der Kommunikations-Chip 606 Teil des Prozessors 604.
Abhängig von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 600 andere Komponenten enthalten, die physikalisch und elektrisch an die Platte 602 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, einen flüchtigen Speicher (z.B. DRAM), einen nicht flüchtigen Speicher (z.B. ROM), einen Flash-Speicher, einen Grafikprozessor, einen Digitalsignalprozessor, einen Kryptoprozessor, einen Chipset, eine Antenne, eine Anzeige, eine Berührungsbildschirmanzeige, eine Berührungsbildschirmsteuerung, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, eine globale Positionierungssystem- (GPS) Vorrichtung, einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und eine Massenspeichervorrichtung (wie ein Festplattenlaufwerk, eine Compact Disk (CD), eine Digital Versatile Disk (DVD) und so weiter).
Der Kommunikations-Chip 606 ermöglicht drahtlose Kommunikationen für die Übertragung von Daten zu und von der Rechenvorrichtung 600. Der Begriff „drahtlos“ und seine Ableitungen können zum Beschreiben von Schaltungen, Vorrichtungen, Systemen, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanälen usw. verwendet werden, die Daten durch die Verwendung modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium übertragen können. Der Begriff bedeutet nicht, dass die verknüpften Vorrichtungen keine Drähte enthalten, obwohl sie diese in einigen Ausführungsformen nicht enthalten könnten. Der Kommunikations-Chip 606 kann eine Reihe von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein Wi-Fi (IEEE 802.11 Familie), WiMAX (IEEE 802.16 Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Derivate davon, wie auch anderer drahtloser Protokolle, die als 3G, 4G, 5G bezeichnet sind, und darüber hinaus. Die Rechenvorrichtung 600 kann mehrere Kommunikations-Chips 606 enthalten. Beispielsweise kann ein erster Kommunikations-Chip 606 für drahtlose Kommunikationen kürzerer Reichweite bestimmt sein, wie Wi-Fi und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikations-Chip 606 kann für drahtlose Kommunikationen größerer Reichweite bestimmt sein, wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO und andere.
Der Prozessor 604 der Rechenvorrichtung 600 enthält ein integriertes Schaltungs-Die, das in den Prozessor 604 verpackt ist. In einigen Implementierungen der Erfindung kann das integrierte Schaltungs-Die mit einer oder mehreren Vorrichtung(en) auf einem Packungssubstrat, das eine thermisch stabile RFIC und Antenne zur Verwendung bei drahtlosen Kommunikationen enthält, gemäß Implementierungen der Erfindung verpackt sein. Der Begriff „Prozessor“ kann sich auf jede Vorrichtung oder jeden Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die bzw. der elektronische Daten aus Registern und/oder einem Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in den Registern und/oder im Speicher gespeichert werden können.
Der Kommunikations-Chip 606 enthält auch ein integriertes Schaltungs-Die, das im Kommunikations-Chip 606 verpackt ist. Gemäß einer anderen Implementierung der Erfindung kann das integrierte Schaltungs-Die des Kommunikations-Chips mit einer oder mehreren Vorrichtung(en) auf einem Packungssubstrat gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verpackt sein, das eine oder mehrere Leitungsdurchkontaktierung(en) enthält, die zur Bildung eines Merkmals wie der hier beschriebenen verwendet wird.
Die folgenden Beispiele beziehen auf weitere Ausführungsformen. Die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können auf unterschiedliche Weise mit einigen Merkmalen kombiniert werden, die enthalten sind, während andere ausgeschlossen sind, um einer Reihe unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden.
Ausführungsformen der Erfindung enthalten eine verpackte Vorrichtung, umfassend: eine erste dielektrische Schicht; eine erste Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; eine zweite dielektrische Schicht, die über der Übertragungsleitung und der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; und eine erste Leitungsdurchkontaktierung, die durch die zweite dielektrische Schicht gebildet und elektrisch an die erste Übertragungsleitung gekoppelt ist, wobei sich die erste Leitungsdurchkontaktierung im Wesentlichen entlang der Länge der ersten Übertragungsleitung erstreckt.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, ferner umfassend: eine zweite Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist, wobei die zweite Übertragungsleitung neben der ersten Übertragungsleitung positioniert ist; und eine zweite Leitungsdurchkontaktierung, die über der zweiten Übertragungsleitung gebildet ist, wobei sich die zweite Leitungsdurchkontaktierung im Wesentlichen entlang der Länge der zweiten Übertragungsleitung erstreckt.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die erste Übertragungsleitung und Leitungsdurchkontaktierung und die zweite Übertragungsleitung und Leitungsdurchkontaktierung ein Differentialsignalpaar bilden.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die erste Übertragungsleitung und die zweite Übertragungsleitung voneinander durch eine Distanz kleiner als etwa 10 µm getrennt sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei eine erste obere Übertragungsleitung über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet und elektrisch an die erste Leitungsdurchkontaktierung gekoppelt ist, und eine zweite obere Übertragungsleitung über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet und elektrisch an die zweite Leitungsdurchkontaktierung gekoppelt ist.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei eine kombinierte Dicke der ersten Übertragungsleitung, der ersten Leitungsdurchkontaktierung und der ersten oberen Übertragungsleitung etwa 40 µm oder größer ist.
Ausführungsformen der Erfindung enthalten eine verpackte Vorrichtung, umfassend: eine koaxiale Übertragungsleitung, die in ein dielektrisches Packungssubstrat integriert ist, umfassend: eine leitfähige Abschirmung; und eine Übertragungsleitung, die im Inneren der leitfähigen Abschirmung gebildet ist.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die leitfähige Abschirmung umfasst: ein erstes leitfähiges Pad, das über einer ersten Substratschicht gebildet ist; eine erste dielektrische Schicht, die über dem ersten leitfähigen Pad und der ersten Substratschicht gebildet ist; ein Paar von ersten Leitungsdurchkontaktierungen, die durch die erste dielektrische Schicht gebildet sind und an gegenüberliegende Enden des ersten leitfähigen Pads gekoppelt sind; ein Paar erster Zwischenwandleitungen. die jeweils über einer der ersten Leitungsdurchkontaktierungen gebildet sind; eine zweite dielektrische Schicht, die über der ersten dielektrischen Schicht und über den ersten Zwischenwandleitungen gebildet ist; ein Paar von zweiten Leitungsdurchkontaktierungen, die jeweils an eine der ersten Zwischenwandleitungen gekoppelt sind; und ein zweites leitfähiges Pad, das über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet ist und an jede der zweiten Leitungsdurchkontaktierungen gekoppelt ist.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei sich mindestens ein Abschnitt der Übertragungsleitung entlang einer vertikalen Richtung innerhalb des Packungssubstrats erstreckt.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei mehrere Übertragungsleitungen innerhalb der leitfähigen Abschirmung gebildet sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei eine erste Übertragungsleitung und eine zweite Übertragungsleitung innerhalb der leitfähigen Abschirmung gebildet sind und wobei die erste und zweite Übertragungsleitung ein Differentialsignalpaar sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die mehreren Übertragungsleitungen eine vollständige Byte-Gruppe sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die mehreren Übertragungsleitungen ein Bus sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei ein Abschnitt der Übertragungsleitung eine Streifenleitung ist, die sich nicht innerhalb einer leitfähigen Abschirmung an einer Stelle innerhalb des Packungssubstrats befindet.
Ausführungsformen der Erfindung enthalten eine verpackte Vorrichtung, umfassend: eine erste dielektrische Schicht; eine erste Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; eine zweite dielektrische Schicht, die über der Übertragungsleitung und der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; und mehrere vertikal orientierte Stichleitungen, die durch die zweite dielektrische Schicht gebildet und elektrisch an die erste Übertragungsleitung gekoppelt sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, ferner umfassend: eine zweite Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist, wobei die zweite Übertragungsleitung neben der ersten Übertragungsleitung positioniert ist; und mehrere zweite vertikal orientierte Stichleitungen, die über der zweiten Übertragungsleitung gebildet sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen mit den mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen ausgerichtet sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen von den mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen versetzt sind.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei eine Versetzungsdistanz zwischen den mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen und den mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen so gewählt ist, das eine gewünschte wechselseitige kapazitive Kopplung zwischen der ersten Übertragungsleitung und der zweiten Übertragungsleitung vorgesehen ist.
Zusätzliche Ausführungsformen enthalten eine verpackte Vorrichtung, wobei die mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen in die mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen eingreifen.

Claims

Verpackte Vorrichtung, umfassend: eine erste dielektrische Schicht; eine erste Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; eine zweite dielektrische Schicht, die über der Übertragungsleitung und der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; und eine erste Leitungsdurchkontaktierung, die durch die zweite dielektrische Schicht gebildet und elektrisch an die erste Übertragungsleitung gekoppelt ist, wobei sich die erste Leitungsdurchkontaktierung im Wesentlichen entlang der Länge der ersten Übertragungsleitung erstreckt.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist, wobei die zweite Übertragungsleitung neben der ersten Übertragungsleitung positioniert ist; und eine zweite Leitungsdurchkontaktierung, die über der zweiten Übertragungsleitung gebildet ist, wobei sich die zweite Leitungsdurchkontaktierung im Wesentlichen entlang der Länge der zweiten Übertragungsleitung erstreckt.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Übertragungsleitung und Leitungsdurchkontaktierung und die zweite Übertragungsleitung und Leitungsdurchkontaktierung ein Differentialsignalpaar bilden.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Impedanz jeder Übertragungsleitung kleiner als 100 Ohm ist.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Übertragungsleitung und die zweite Übertragungsleitung voneinander durch eine Distanz kleiner als etwa 10 µm getrennt sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine erste obere Übertragungsleitung über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet und elektrisch an die erste Leitungsdurchkontaktierung gekoppelt ist, und eine zweite obere Übertragungsleitung über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet und elektrisch an die zweite Leitungsdurchkontaktierung gekoppelt ist.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine kombinierte Dicke der ersten Übertragungsleitung, der ersten Leitungsdurchkontaktierung und der ersten oberen Übertragungsleitung etwa 40 µm oder größer ist.
Verpackte Vorrichtung, umfassend: eine koaxiale Übertragungsleitung, die in ein dielektrisches Packungssubstrat integriert ist, umfassend: eine leitfähige Abschirmung; und eine Übertragungsleitung, die im Inneren der leitfähigen Abschirmung gebildet ist.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die leitfähige Abschirmung umfasst: ein erstes leitfähiges Pad, das über einer ersten Substratschicht gebildet ist; eine erste dielektrische Schicht, die über dem ersten leitfähigen Pad und der ersten Substratschicht gebildet ist; ein Paar von ersten Leitungsdurchkontaktierungen, die durch die erste dielektrische Schicht gebildet sind und an gegenüberliegende Enden des ersten leitfähigen Pads gekoppelt sind; ein Paar erster Zwischenwandleitungen. die jeweils über einer der ersten Leitungsdurchkontaktierungen gebildet sind; eine zweite dielektrische Schicht, die über der ersten dielektrischen Schicht und über den ersten Zwischenwandleitungen gebildet ist; ein Paar von zweiten Leitungsdurchkontaktierungen, die jeweils an eine der ersten Zwischenwandleitungen gekoppelt sind; und ein zweites leitfähiges Pad, das über der zweiten dielektrischen Schicht gebildet ist und an jede der zweiten Leitungsdurchkontaktierungen gekoppelt ist.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich mindestens ein Abschnitt der Übertragungsleitung entlang einer vertikalen Richtung innerhalb des Packungssubstrats erstreckt.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei mehrere Übertragungsleitungen innerhalb der leitfähigen Abschirmung gebildet sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine erste Übertragungsleitung und eine zweite Übertragungsleitung innerhalb der leitfähigen Abschirmung gebildet sind, und wobei die erste und zweite Übertragungsleitung ein Differentialsignalpaar sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die mehreren Übertragungsleitungen eine vollständige Byte-Gruppe sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die mehreren Übertragungsleitungen ein Bus sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Abschnitt der Übertragungsleitung eine Streifenleitung ist, die sich nicht innerhalb einer leitfähigen Abschirmung an einer Stelle innerhalb des Packungssubstrats befindet.
Verpackte Vorrichtung, umfassend: eine erste dielektrische Schicht; eine erste Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; eine zweite dielektrische Schicht, die über der Übertragungsleitung und der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist; und mehrere vertikal orientierte Stichleitungen, die durch die zweite dielektrische Schicht gebildet und elektrisch an die erste Übertragungsleitung gekoppelt sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 16, ferner umfassend: eine zweite Übertragungsleitung, die über der ersten dielektrischen Schicht gebildet ist, wobei die zweite Übertragungsleitung neben der ersten Übertragungsleitung positioniert ist; und mehrere zweite vertikal orientierte Stichleitungen, die über der zweiten Übertragungsleitung gebildet sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen mit den mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen ausgerichtet sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen von den mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen versetzt sind.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei ein Versetzungsabstand zwischen den mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen und den mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen so gewählt ist, dass eine gewünschte wechselseitige kapazitive Kopplung zwischen der ersten Übertragungsleitung und der zweiten Übertragungsleitung vorgesehen ist.
Verpackte Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die mehreren ersten vertikal orientierten Stichleitungen in die mehreren zweiten vertikal orientierten Stichleitungen eingreifen.