基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构及方法，利用选择性铝阳极氧化工艺制造上层铝薄膜多层互连结构和下层铝基板穿孔金属化结构，上层铝薄膜多层互连结构的钽铝合金薄膜中的若干导带分别与铝薄膜中的若干导带电性连接；相邻两组的钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构的连接面上的若干导带分别电性连接；淀积在下层铝基板穿孔金属化结构上的钽铝合金薄膜的若干导带分别与若干铝通柱的上端电性连接，简化了BGA基板的制造流程，降低了BGA基板的成本，提高了互连结构的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构及方法
本专利技术涉及半导体封装
，特别涉及一种基于选择性铝阳极氧化工艺的BGA基板多层互连结构及制造方法。
技术介绍
BGA封装即球栅阵列封装，是一种新型的表面贴装大规模集成电路的封装形式，与QFP(QuadFlatPackage)相比，实现了大规模集成电路从四边引线封装到球栅阵列封装。BGA封装具有以下显著的特点：BGA封装提供了高I/O端子数，适合MCM封装，实现MCM的高密度；BGA封装使信号路径短，减小了寄生电感和电容，改善了电性能；BGA封装的共面特性和焊球熔化时的表面张力具有的“自对准”效应，提高了互连的可靠性。因此，BGA封装广泛应用于巨型计算机、移动通信等电子设备中。然而，在BGA封装中，基板作为元器件载体并实现元器件内外电气连接的关键部件，其性能优劣及互连可靠性易受到材料与工艺的制约。为了实现大规模集成电路的BGA封装，人们提出了多种BGA封装方法，其基本思想是将一个或多个芯片贴装在基板上，采用引线键合互连、倒装焊互连或引线键合与倒装焊混合互连方式实现芯片与基板的互连，然后植焊球于I/O端子上，形成BGA封装。现今，按基板的种类，BGA封装的类型主要有：PBGA(塑封BGA)封装和CBGA(陶瓷BGA)封装等。PBGA基板多采用FR-4、BT树脂基板，基板材料成本相对较低，但其制作工艺采用传统的化学镀铜、电镀铜、光刻、腐蚀、钻孔和层压等工艺，工艺步骤多，流程长；其基板材料的热膨胀系数(CTE)与芯片的热膨胀系数失配，在PBGA制作实和装过程中，热应力会导致芯片开裂而失效；PBGA基板对湿气敏感，在实装或使用中，还会产生“爆米花”(popcorn)现象；此外，PBGA基板的散热性能差，不适用于大功率封装。CBGA基板多为HTCC或LTCC基板，其制作工艺采用浆料流延、冲孔、丝网印刷、叠层和烧成等多种工艺。虽解决了对湿气敏感性和与芯片CTE的匹配性，但对于大功率芯片封装和高频器件封装来说，散热特性差和收缩率较大是其主要特征，限制了其在大功率高频器件封装中的使用；尤其是CBGA封装实装中，会遇到CBGA-FR4基板组装问题，CTE的失配和弹性模量差别，焊点产生较大应力，热疲劳寿命短。
技术实现思路
为了进一步降低BGA基板的成本，克服现有BGA基板工艺流程复杂、散热特性差、热膨胀失配等诸多不利因素，降低BGA基板的制造成本，提高BGA基板多层互连的可靠性。本专利技术提出了基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，本专利技术不仅能够以较低的成本和较简洁流程制造BGA基板，提高基板散热性能和热稳定性，而且还能提高BGA封装的可靠性。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，包括：上层铝薄膜多层互连结构，以及下层铝基板穿孔金属化结构；下层铝基板穿孔金属化结构包括对一铝基板进行部分多孔阳极氧化形成的：多孔型阳极氧化铝基板；若干铝通柱，位于多孔型阳极氧化铝基板的内部，穿透且两端分别裸露于多孔型阳极氧化铝基板的上表面和下表面；若干栅格地，分别围绕在铝通柱周围；上层铝薄膜多层互连结构包括：若干组依次淀积在下层铝基板穿孔金属化结构上的：钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构，钽铝合金薄膜与铝薄膜中都包括通过部分多孔阳极氧化形成的：多孔阳极氧化介质与若干导带，若干导带位于多孔阳极氧化介质中，暴露于多孔阳极氧化介质的上表面与下表面；钽铝合金薄膜中的若干导带分别与铝薄膜中的若干导带电性连接；相邻两组的钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构的连接面上的若干导带分别电性连接；淀积在下层铝基板穿孔金属化结构上的钽铝合金薄膜的若干导带分别与若干铝通柱的上端电性连接。较佳的，下层铝基板穿孔金属化结构中的多孔型阳极氧化铝基板的孔洞内填充有绝缘材料，用以提高多孔型阳极氧化铝基板的绝缘性和强度。较佳的，下层铝基板穿孔金属化结构还包括再金属化电极层，再金属化电极层的一侧分别连接在若干铝通柱的下端，另一侧分别连接一焊球。较佳的，上层铝薄膜多层互连结构还包括再金属化电极层，再金属化电极层的一侧分别连接在上层铝薄膜多层互连结构的上表面的导带上，另一侧分别连接一焊球。较佳的，再金属化电极层为TiW/Cu/Ni/Au合金，各层依次为TiW、Cu、Ni和Au。较佳的，下层铝基板穿孔金属化结构的厚度为300微米至500微米。较佳的，上层铝薄膜多层互连结构的中的铝薄膜的厚度为2微米至10微米。较佳的，钽铝合金薄膜包括厚度为500埃至700埃的钽薄膜以及厚度为2微米至5微米的铝薄膜。本专利技术另提供一种基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连方法，不仅能够以较低的成本和较简洁流程制造BGA基板，提高基板散热性能和热稳定性，而且还能提高BGA封装的可靠性。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连方法，包括制作下层铝基板穿孔金属化结构，以及在下层铝基板穿孔金属化结构上侧制作上层铝薄膜多层互连结构；制作下层铝基板穿孔金属化结构的步骤包括：S11、提供一铝基板，对其进行初步的双面多孔阳极氧化，在铝基板的上、下两个表面分别形成一薄层多孔阳极氧化膜；S12、分别在薄层多孔阳极氧化膜的外侧光刻出所需图形的掩膜；S13、对铝基板进行穿透多孔阳极氧化，被掩膜覆盖的部分未被穿透多孔阳极氧化，形成若干铝通柱和栅格地，未被掩膜覆盖的部分被穿透多孔阳极氧化，形成多孔型阳极氧化铝介质；S14、去除掩膜；S15、通过表面绝缘阳极氧化，在栅格地的表面形成多孔阳极氧化铝膜；S16、退火整平；S17、在多孔型阳极氧化铝介质的孔洞内填入聚酰亚胺，并固化；S18、抛光，使铝通柱的上下两端裸露；制作上层铝薄膜多层互连结构的步骤包括：S21、在下层铝基板穿孔金属化结构的上表面淀积第一层钽铝合金薄膜；S22、在第一层的钽铝合金薄膜上设置所需图形的第一掩膜；S23、对第一层的钽铝合金薄膜上未被掩膜覆盖部分进行致密阳极氧化，形成致密氧化铝膜；S24、去除第一掩膜，在第一层的钽铝合金薄膜上淀积第二层的铝膜；S25、在第二层的铝膜上设置所需图形的第二掩膜，对应于致密氧化铝膜的一端，第二掩膜宽度在10微米至20微米；S26、对第一层的钽铝合金薄膜以及第二层的铝膜进行多孔阳极氧化，位于第二掩膜和致密氧化铝膜下方的部分未被多孔阳极氧化，形成导带，其余部分被多孔阳极氧化，形成多孔阳极氧化介质；第一层的钽铝合金薄膜的导带分别与第二层的铝膜的导带连接，第一层的钽铝合金薄膜的导带分别与铝通柱的上端连接；S27、去除第二掩膜；S28、重复S21至S27，依次在第二层的铝膜上淀积第三层的钽铝合金薄膜与第四层的铝膜，第三层的钽铝合金薄膜与第四层的铝膜中的导带与第一层的钽铝合金薄膜以及第二层的铝膜中的导带连接。较佳的，在步骤S28后还包括：S29、在铝通柱的下端以及第四层铝膜的导带的上端形成一层再金属化电极层；S210、在再金属化电极层的外侧形成焊球。附图说明图1所示的是本专利技术的结构示意图；图2所示的是本专利技术制作下层铝基板穿孔金属化结构的流程图；图3至图9所示的是本专利技术制作下层铝基板穿孔金属化结构的工艺流程示意图；图10所示的是本专利技术制作上层铝薄膜多层互连结构的流程图；图11至图18所示的是本专利技术制作上层铝薄膜多层互连结构的工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，包括：上层铝薄膜多层互连结构，以及下层铝基板穿孔金属化结构；所述下层铝基板穿孔金属化结构包括对一铝基板进行部分多孔阳极氧化形成的：多孔型阳极氧化铝基板；若干铝通柱，位于所述多孔型阳极氧化铝基板的内部，穿透且两端分别裸露于所述多孔型阳极氧化铝基板的上表面和下表面；若干栅格地，分别围绕在所述铝通柱周围；所述上层铝薄膜多层互连结构包括：若干组依次淀积在所述下层铝基板穿孔金属化结构上的：钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构，所述钽铝合金薄膜与所述铝薄膜中都包括通过部分多孔阳极氧化形成的：多孔阳极氧化介质与若干导带，所述若干导带位于所述多孔阳极氧化介质中，暴露于所述多孔阳极氧化介质的上表面与下表面；所述钽铝合金薄膜中的所述若干导带分别与所述铝薄膜中的所述若干导带电性连接；相邻两组的钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构的连接面上的所述若干导带分别电性连接；淀积在所述下层铝基板穿孔金属化结构上的所述钽铝合金薄膜的所述若干导带分别与所述若干铝通柱的上端电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，包括：上层铝薄膜多层互连结构，以及下层铝基板穿孔金属化结构；所述下层铝基板穿孔金属化结构包括对一铝基板进行部分多孔阳极氧化形成的：多孔型阳极氧化铝基板；若干铝通柱，位于所述多孔型阳极氧化铝基板的内部，穿透且两端分别裸露于所述多孔型阳极氧化铝基板的上表面和下表面；若干栅格地，分别围绕在所述铝通柱周围；所述上层铝薄膜多层互连结构包括：若干组依次淀积在所述下层铝基板穿孔金属化结构上的钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构，所述钽铝合金薄膜与所述铝薄膜中都包括通过部分多孔阳极氧化形成的多孔阳极氧化介质与若干导带，所述若干导带位于所述多孔阳极氧化介质中，暴露于所述多孔阳极氧化介质的上表面与下表面；所述钽铝合金薄膜中的所述若干导带分别与所述铝薄膜中的所述若干导带电性连接；相邻两组的钽铝合金薄膜与铝薄膜的结构的连接面上的所述若干导带分别电性连接；淀积在所述下层铝基板穿孔金属化结构上的所述钽铝合金薄膜的所述若干导带分别与所述若干铝通柱的上端电性连接。2.根据权利要求1所述的基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，所述下层铝基板穿孔金属化结构中的所述多孔型阳极氧化铝基板的孔洞内填充有绝缘材料，用以提高所述多孔型阳极氧化铝基板的绝缘性和强度。3.根据权利要求1所述的基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，所述下层铝基板穿孔金属化结构还包括再金属化电极层，所述再金属化电极层的一侧分别连接在所述若干铝通柱的下端，另一侧分别连接一焊球。4.根据权利要求1所述的基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，所述上层铝薄膜多层互连结构还包括再金属化电极层，所述再金属化电极层的一侧分别连接在所述上层铝薄膜多层互连结构的上表面的所述导带上，另一侧分别连接一焊球。5.根据权利要求4所述的基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，所述再金属化电极层为TiW/Cu/Ni/Au合金，各层依次为TiW、Cu、Ni和Au。6.根据权利要求1所述的基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，所述下层铝基板穿孔金属化结构的厚度为300微米至500微米。7.根据权利要求1所述的基于选择性铝阳极氧化的BGA基板多层互连结构，其特征在于，所述上层铝薄膜多层互连结构的中的所述铝薄膜的厚度为2微米至10微米。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：王立春，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31