KR20120125675A - 전자 기판의 동심 비아 - Google Patents

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KR20120125675A
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아빈드 찬드라세카란
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콸콤 인코포레이티드
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Abstract

전자 기판 내의 다중벽 비아 구조물은 다수의 전도층들을 갖는다. 다중벽 비아 구조물은 한 쌍의 전도층들에 연결된 외부 비아, 외부 비아 내에 있고 동일한 한 쌍의 전도층들에 연결되는 내부 비아, 및 내부 비아와 외부 비아 사이의 유전체층을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 상기 한 쌍의 전도층들은 전자 기판의 내부 전도층들 또는 외부 전도층들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 다중벽 비아 구조물을 마련하는 방법이 제공된다.

Description

전자 기판의 동심 비아{CONCENTRIC VIAS IN ELECTRONIC SUBSTRATE}
본 개시물은 일반적으로 다층 전자 기판들에 관한 것으로서, 특히 다중벽(multiwall) 비아들(vias)을 갖는 전자 기판들에 관한 것이다.
비아들은 다층 인쇄회로보드 기판 또는 패키지 기판과 같은 다층 기판의 전도층들을 전기적으로 연결하는 도금된 홀들(plated holes)이다. 종래의 비아들은 상이한 전도층들을 연결하는 하나의 신호 경로를 갖는다. 많은 전기 신호들을 갖는 조밀한(dense) 패키지 설계에서, 상이한 전도층들 간의 다수의 연결들이 요구될 수 있고, 비아들 및 이들의 연관된 캡쳐 패드(capture pad)들에 의해 점유된 공간은 기판의 전체 크기를 확장하기에 충분할 수 있다. 비아들 및 이들의 캡쳐 패드들에 의해 점유된 공간을 부수적으로 증가시키지 않으면서 전기 신호 밀도를 증가시키는 것이 바람직하다.
일 양상에서, 다중벽 신호전달 비아 구조물은 다수의 전도층들을 갖는 전자 기판에 제공된다. 다중벽 신호전달 비아 구조물은, a) 기판의 한 쌍의 전도층들에 연결하기 위한 외부 비아(outer via) ? 상기 외부 비아는 상기 한 쌍의 전도층들 사이에 제 1 신호 경로를 생성함 ?; b) 상기 한 쌍의 전도층들에 연결하기 위해 상기 외부 비아 내에 위치된 내부 비아(inner via) ? 상기 내부 비아는 상기 한 쌍의 전도층들 사이에 제 2 신호 경로를 생성함 ?; 및 c) 상기 내부 비아와 상기 외부 비아 사이의 유전체층을 포함한다.
다른 양상에서, 다수의 전도층들을 갖는 전자 기판이 제공된다. 상기 기판은 다중벽 신호전달 비아 구조물을 포함하고, 상기 다중벽 신호전달 비아 구조물은, a) 기판의 한 쌍의 전도층들에 연결된 외부 비아 ? 상기 외부 비아는 제 1 신호 경로를 생성함 ?; b) 동일한 상기 한 쌍의 전도층들에 연결되고 상기 외부 비아 내에 위치된 내부 비아 ? 상기 내부 비아는 제 2 신호 경로를 생성함 ?; 및 c) 상기 내부 비아와 상기 외부 비아 사이의 유전체층을 갖는다.
추가적인 양상에서, 기판에서 다중벽 신호전달 비아 구조물을 마련하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, a) 전자 기판에 다수의 전도층들을 제공하는 단계; b) 한 쌍의 상기 전도층들에 연결된 제 1 비아를 형성하고 제 1 신호 경로를 생성하는 단계; c) 상기 제 1 비아 내에서 제 1 유전체층을 증착하는 단계; 및 d) 상기 제 1 비아 내에서 그리고 상기 제 1 유전체층을 통과하게 제 2 비아를 형성하는 단계 ? 상기 제 2 비아는 동일한 상기 한 쌍의 전도층들에 연결되고 제 2 신호 경로를 생성함 ? 를 포함한다.
다중벽 신호전달 비아 구조물은 전자 기판의 동일한 쌍의 전도층들을 상호연결하지만 종래의 하나의 경로 비아의 공간을 점유하는 2개 이상의 신호 경로들을 제공할 수 있다. 따라서, 다중벽 비아 구조물은 증가된 신호 밀도를 제공한다. 다중벽 비아 구조물은 또한 차동(differential) 쌍의 신호들에서와 같이, 유사한 길이들의 경로들을 통한 신호 라우팅을 제공할 수 있다.
전술한 것은 이하의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 본 개시물의 특징들 및 기술적 장점들을 다소 폭넓게 요약되었다. 청구범위의 청구대상을 형성하는 부가적인 특징들 및 장점들은 이후에 설명될 것이다. 제시된 개념 및 특정 실시예들이 본 개시물의 동일한 목적들을 수행하기 위해 다른 구조들을 변형 또는 설계하기 위한 기초로서 용이하게 사용될 수 있다는 점은 통상의 당업자에 의해 인식되어야 한다. 또한, 그러한 동등한 구성들이 첨부된 청구범위에서 상술된 바와 같은 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는다는 점은 통상의 당업자에 의해 인식되어야 한다. 추가적인 목적들 및 장점들과 함께, 이의 구성 및 동작 방법에 대하여 개시물의 특성으로 판단되는 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연계하여 고려될 때 이하의 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면들은 예시 및 설명만을 목적으로 제공되며 본 발명의 제한들의 정의로서 의도되지 않는다는 점을 명백히 이해한다.
본 개시물의 보다 완전한 이해를 위하여, 이제 첨부된 도면들과 연계하여 이하의 설명들을 참조한다.
도 1은 전자 기판의 다중벽 비아 구조물의 단면도이다.
도 2는 다중벽 비아 구조물의 최상부도이다.
도 3은 다층 전자 기판의 단면도이다.
도 4는 관통 홀(through hole)의 단면도이다.
도 5는 도금된 관통 홀의 단면도이다.
도 6은 비아의 단면도이다.
도 7은 유전체 물질로 충진된 비아의 단면도이다.
도 8은 비아 내의 관통 홀의 단면도이다.
도 9는 비아 내의 도금된 관통 홀의 단면도이다.
도 10은 비아 구조물 위의 땜납 마스크(solder mask)의 단면도이다.
도 1에 도시된 실시예를 참조하면, 2개의 내부 전도층들(104, 106), 및 2개의 외부 전도층들(108, 110)을 갖는 전자 패키지(102)가 도시된다. 각각의 전도층은 유전체 물질(112)에 의해 서로 분리된다. 전자 기판은 성장(buildup) 또는 적층(laminate) 다층 인쇄회로보드, 또는 성장 또는 적층 패키지 기판과 같은 임의의 다층 기판일 수 있다. 종래의 다층 기판은 코어 적층물(core laminate)의 각 측면에 부가된 1면(single-sided) 적층물의 하나 이상의 층들을 갖는 2면(two-sided) 코어 적층물을 성장시킴으로써 마련될 수 있다. 적층물들에 사용된 유전체 물질의 예들은 FR-2 페놀 코튼 페이퍼(phenolic cotton paper), FR-4 평직 유리(woven glass) 및 에폭시 수지, G-10 평직 유리 및 에폭시, CEM-1 코튼 페이퍼 및 에폭시, CEM-1 코튼 페이퍼 및 에폭시, CEM-3 평직 유리 및 에폭시, CEM-5 평직 유리 및 폴리에스테르, 폴리이미드, 및 다층 기판들을 마련하는데 전형적으로 사용되는 다른 유전체 물질들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
다중벽 비아 구조물(114)은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 포함된다. 다중벽 비아 구조물(114)은 외부 비아(118) 내에 내부 비아(116)를 포함하고, "비아 내부 비아(via within via)" 설계를 갖는 것으로 고려될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것처럼, "다중벽(multiwall)"이란 용어는 "비아 내부 비아" 설계를 지칭한다. 내부 비아(116) 및 외부 비아(118)는 편의를 위하여 "동심(concentric)"인 것으로 설명될 수 있으며, "동심"은 비아 내부 비아를 설명하지만 비아들의 실제 정렬을 설명하지는 않는다. 따라서, 비아들은 실제적으로 서로 동심일 수 있거나, 또는 동심이 아닐 수 있다. 내부 비아(116) 및 외부 비아(118)는 둘다 동일한 쌍의 전도층들에 연결되고, 이 경우 외부 전도층들(108, 110)에 연결된다. 유전체 물질의 층(120)은 외부 비아(118)로부터 내부 비아(116)를 전기적으로 절연시킨다. 콘택들(contacts)(122, 124)은 내부 비아(116) 및 외부 비아(118)를 각각 외부 전도층들(108, 110)에 연결한다. 본 실시예에서, 땜납 마스크(126)는 다층 기판의 양측면들 상에 존재한다.
본 실시예에서, 4개의 전도층들을 갖는 기판이 설명되지만, 다른 실시예들에서, 기판들은 2개, 6개, 8개, 10개, 12개, 또는 12개 보다 많은 전도층들을 가질 수 있다. 따라서, 다중벽 비아 구조물의 벽은 전도층들에 삽입(intervening)됨으로써 분리되지 않거나, 또는 2개 보다 많은 삽입 전도층들에 의해 분리되는 전도층들의 쌍들을 연결할 수 있다.
단일 다중벽 비아 구조물을 갖는 기판이 설명되지만, 다른 실시예들은 하나 보다 많은 다중벽 비아 구조물을 갖는 기판들을 포함한다.
하나 이상의 다중벽 비아 구조물을 갖는 기판이 마련되면, 기판은 셀 전화, 컴퓨터 등과 같은 전자 디바이스에서 사용하기 위한 어셈블리 내에 포함될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 다중벽 비아 구조물의 한가지 장점은 현존하는 제조 프로세스들을 사용하여 마련될 수 있다는 점이다.
다중벽 비아 구조물은 a) 다수의 전도층들을 포함하는 전자 기판을 제공하는 단계; b) 한 쌍의 전도층들에 연결된 제 1 비아를 형성하는 단계; c) 상기 제 1 비아를 유전체 물질로 충진하는 단계; 및 d) 상기 제 1 비아 내에 그리고 상기 유전체 물질을 통과하게 제 2 비아를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 마련될 수 있으며, 상기 제 2 비아는 동일한 상기 한 쌍의 전도층들에 연결된다. 완성된 다중벽 비아 구조물에서, 상기 제 1 비아는 외부 비아로서 고려되는 반면, 상기 제 2 비아는 내부 비아로서 고려된다.
비아는 기판을 통과하는 관통 홀을 형성한 다음, 전도성 물질로 상기 관통 홀을 도금하는(plating) 단계를 포함하는 방법에 의해 마련될 수 있다. 관통 홀은 홀의 사이즈와 같은 그러한 고려사항들에 따라 그리고 편의에 따라, 펀칭(punching), 드릴링(drilling) 또는 레이징(lasing)에 의해 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비아 마련은 도금 이전에 관통 홀을 세정하는 단계를 포함한다. 관통 홀은 스퍼터링 또는 전기도금(electroplating)에 의해 도금 또는 금속화될 수 있다. 예를 들어, 무전해(electroless) 구리가 인가된(applied) 다음, 전해(electrolytic) 구리가 후속될 수 있다. 도금 프로세스 동안 인가될 수 있는 다른 금속들은 니켈, 금, 팔라듐, 또는 은을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 대안적으로, 관통 홀은 전도성 폴리머로 도금될 수 있다.
제 1 비아를 충진하고 제 2 비아로부터 제 1 비아를 분리시키는 유전체 물질은 에폭시 수지일 수 있다. 유전체 물질의 다른 예들은 폴리페닐렌(PPE), 에닐레이티드(annylated) 폴리페닐렌 에테르(APPE), 벤조사이클로부텐(BCB), 시안산염(트리아진) 수지들, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 비스말레이미드(bismaleimide) 트리아진(BT) 수지들, 폴리이미드, 폴리에테르, 페놀, 및 폴리(페닐렌에테르케톤)(PEEK)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
도 3-10에 도시된 특정 실시예에서, 예시적인 다중벽 비아의 구성이 이제 설명될 것이다. 도 3에서, 다수의 전도층들(304, 306, 308, 310)을 포함하는 전자 기판(302)이 제공된다. 도 4에서, 관통 홀(402)은 기판(302)을 통과하게 형성된다. 도 5에서, 구리와 같은 전도성 물질(502)은 관통 홀(402) 내에 그리고 한 쌍의 전도층들(304, 310)의 일부분 위에 도금된다. 한 쌍의 전도층들(304, 310) 위에 도금된 전도성 물질(502)은 도 6에 도시된 것처럼, 먼저 형성된 비아(606)를 한 쌍의 전도층들(304, 310)에 연결하기 위한 콘택들(602, 604)을 생성하도록 마스킹 또는 패턴화된다.
도 7에 도시된 것처럼, 제 1 비아(606)는 그 다음 압력 하에서 에폭시 수지와 같은 유전체 물질(702)로 충진되고, 유전체 물질(702)은 콘택들(602, 604)의 적어도 일부분 위에 증착된다. 유전체 물질(702)은 초과 유전체 물질을 제거하기 위해 평탄화 및 패턴화된다.
도 8에 도시된 것처럼, 내부 제 2 비아는 유전체 물질(702)을 통과하게 그리고 제 1 비아(606) 내에 관통 홀(802)을 형성함으로써 마련된다. 도 9는 관통 홀(802) 내에 그리고 패턴화된 유전체 물질(702) 위에 제 2 전도성 물질(902)의 도금을 도시한다. 도시된 것처럼, 도금된 전도성 물질(902)은 형성된 제 2 비아(908)를 한 쌍의 전도층들(304, 310)에 연결하기 위한 콘택들(904, 906)을 생성하도록 마스킹 또는 패턴화될 수 있다. 본 실시예에서, 유전체 물질(702)은 내부 제 2 비아(908) 및 외부 제 1 비아(606)의 콘택들(602, 604) 사이에 절연층들(910, 912)을 형성한다. 다중벽 비아 구조물(1002)은 도 3-10에 도시된 실시예로부터 비롯된다. 일부 실시예들에서, 땜납 마스크(1004, 1006)는 도 10에 도시된 것처럼, 비아-포함 기판의 두 표면들 위에 인가될 수 있다.
2개의 비아들을 갖는 다중벽 비아 구조물이 설명되지만, 3개 이상의 동심 비아들을 갖는 다중벽 비아 구조물들이 또한 제공된다. 예를 들어, 제 3 비아는 도 7-10에 도시된 방법과 유사하게, 내부 제 2 비아를 유전체 물질로 충진시키는 단계, 상기 유전체 물질을 평탄화 및 패턴화하는 단계, 상기 유전체 물질을 통과하게 관통 홀을 형성하는 단계, 상기 관통 홀 내에 전도성 물질을 도금하는 단계, 그 다음 도금된 물질을 마스킹 또는 패턴화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 다중벽 비아 구조물(1002)에 부가될 수 있다. 부가적인 비아들은 최내부(innermost) 비아 내에 다른 비아를 반복적으로 부가함으로써 포함될 수 있다. 특정 실시예들에서, 3개 이상의 동심 비아들을 갖는 다중벽 비아 구조물들이 제공된다.
다른 실시예에서, 최내부 비아의 캐비티(cavity)는 유전체 물질, 전도성 물질로 충진될 수 있거나, 또는 충진되지 않은채 남겨질 수 있다.
다양한 실시예들에서, 하나의 비아의 전도성 물질은 비아 구조물의 임의의 다른 비아의 전도성 물질과 동일하거나 상이할 수 있다. 특정 실시예들에서, 전도성 물질은 다중벽 비아 구조물의 모든 비아들에서 구리이다. 유사하게, 2개의 비아들 사이의 유전체 물질은 다중벽 비아 구조물의 임의의 다른 2개의 비아들을 분리시키는 유전체 물질과 동일하거나 상이할 수 있다.
다른 실시예들에서, 다중벽 비아 구조물은 내부 전도층들의 쌍들을 연결할 수 있다. 예를 들어, 4-층(four-layer) 기판에서, 내부 2개의 전도층들이 연결될 수 있다. 이는 2개의 전도층들을 갖는 코어 적층물에 다중벽 비아 구조물을 형성한 다음, 1면(single-sided) 적층물의 한 층을 상기 코어 적층물의 각 측면에 부가함으로써 달성될 수 있다. 그 결과는 내부 전도층들을 연결하는 다중벽 비아 구조물을 갖는 4-층 기판이다. 유사하게, 1-면 적층물의 한 층을 다중벽 비아 구조물을 포함하는 4-층 적층물의 양측면들에 부가함으로써, 제 2 및 제 5 전도층들을 연결하는 다중벽 비아 구조물을 갖는 6-층 기판이 마련될 수 있다. 유사한 방식으로, 6개보다 많은 전도층들을 갖는 기판들의 내부 전도층들을 연결하는 다중벽 비아 구조물들이 마련될 수 있다.
다중벽 비아 구조물의 각 실시예는 동일한 쌍의 내부 또는 외부 전도층들을 상호연결하는 적어도 2개의 신호 경로들을 제공한다. 다중벽 비아 구조물에 의해 점유된 공간은 종래의 하나의 경로 비아에 의해 점유된 공간과 동등하기 때문에, 다중벽 비아 구조물은 증가된 신호 밀도를 제공한다. 더욱이, 다중벽 비아 구조물은 차동 쌍의 두 멤버들이 유사한 경로 길이들을 가지도록 차동 쌍의 신호들의 회로 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 종래의 하나의 경로 비아를 사용하여, 차동 쌍의 하나의 멤버가 다른 멤버와 상이한 비아에 연결된다. 각 비아의 위치에 따라, 이는 차동 쌍이 상이한 전체 경로 길이들을 갖는다는 것을 의미할 수 있다. 대조적으로, 다중벽 비아 구조물을 사용함으로써, 차동 쌍의 전체 경로 길이들은 차동 쌍의 각 멤버가 동일한 다중벽 비아 구조물에 연결되기 때문에 유사하다.
본 명세서에서 설명된 것처럼, 다중벽 신호전달 비아 구조물은 한 쌍의 전도층들을 상호연결하는 2개 이상의 신호 경로들을 제공하고, 이에 따라 신호 밀도를 증가시킨다.
본 발명과 그 장점들이 상세히 설명되었지만, 다양한 변화들, 대체들 및 변경들이 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상과 범주를 벗어남이 없이 본 명세서에서 이루어질 수 있다는 점을 이해해야 한다. 더욱이, 본 출원의 범주는 본 명세서에서 설명된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법들 및 단계들의 특정 실시예들로 제한하려고 의도되지 않는다. 개시물로부터 통상의 당업자가 용이하게 인식하는 겻처럼, 본 명세서에서 설명된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하는 또는 나중에 개발될 프로세스들, 기계들, 제조, 물질의 조성들, 수단, 방법들, 또는 단계들이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그러한 프로세스들, 기계들, 제조, 물질의 조성들, 수단, 방법들, 또는 단계들을 청구범위의 범주 내에 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (1)

  1. 다수의 전도층들을 갖는 전자 기판 내의 다중벽(multiwall) 신호전달 비아 구조물(via structure)로서,
    상기 전자 기판의 한 쌍의 외부 전도층들 사이에 제 1 신호 경로를 생성하는 외부 비아(outer via);
    상기 전자 기판의 상기 한 쌍의 외부 전도층들을 상기 외부 비아에 연결시키는 한 쌍의 외부 콘택들;
    상기 외부 비아 내의 내부 비아(inner via) ? 상기 내부 비아는 상기 한 쌍의 외부 전도층들 사이에 제 2 신호 경로를 생성함 ?;
    상기 한 쌍의 외부 전도층들을 상기 내부 비아로 연결시키는 한 쌍의 내부 콘택들; 및
    상기 내부 비아와 상기 외부 비아 사이의 유전체층을 포함하는,
    다중벽 신호전달 비아 구조물.
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