具有与电容器串联的至少一个通孔的芯片用聚合物框架制造技术

一种具有与电容器串联的至少一个通孔的芯片用聚合物框架，该框架限定芯片插座，其中所述框架包括至少一个通孔柱层，其中围绕插座穿过框架的至少一个通孔包括至少一个电容器，所述电容器包括下电极、介电层和与所述通孔柱接触的上电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的芯片封装，具体涉及芯片封装中安装有无源器件例如电容器和滤波器的嵌入式芯片。
技术介绍
在对于越来越复杂的电子器件的小型化需求越来越大的带动下，诸如计算机和电信设备等消费电子产品的集成度越来越高。这已经导致要求支撑结构如IC基板和IC插件具有通过介电材料彼此电绝缘且高密度的多个导电层和通孔。这种支撑结构的总体要求是可靠性和适当的电气性能、薄度、刚度、平坦度、散热性好和有竞争力的单价。在实现这些要求的各种途径中，一种广泛实施的创建层间互连通孔的制造技术是采用激光钻孔，所钻出的孔穿透后续布置的介电基板直到最后的金属层，后续填充金属，通常是铜，该金属通过镀覆技术沉积在其中。这种成孔方法有时也被称为“钻填”，由此产生的通孔可称为“钻填通孔”。钻填通孔方法存在多个缺点。因为每个通孔需要单独钻孔，所以生产率受限并且制造复杂的多通孔IC基板和插件的成本变得高昂。在大型阵列中，通过钻填方法难以生产出高密度和高品质的彼此紧密相邻且具有不同的尺寸和形状的通孔。此外，激光钻出的通孔具有穿过介电材料厚度的粗糙侧壁和内向锥度。该锥度减小了通孔的有效直径。特别是在超小通孔直径的情况下，也可能对于在先的导电金属层的电接触产生不利影响，由此导致可靠性问题。此外，在被钻的电介质是包括聚合物基质中的玻璃或陶瓷纤维的复合材料时，侧壁特别粗糙，并且这种粗糙可能会产生附加的杂散电感。钻出的通孔的填充过程通常是通过铜电镀来完成的。电镀沉积技术会导致凹痕，其中在通孔顶部出现小坑。或者，当通孔通道被填充超过其容纳量的铜时，可能造成溢出，从而产生突出超过周围材料的半球形上表面。凹痕和溢出往往在如制造高密度基板和插件时所需的后续上下堆叠通孔时造成困难。此外，应该认识到，大的通孔通道难以均匀填充，特别是在其位于插件或IC基板设计的同一互连层内的小通孔附近时。虽然可接受的尺寸和可靠性正在随着时间的推移而改善，但是上文所述的缺点是钻填技术的内在缺陷，并且预计会限制可能的通孔尺寸范围。还应该注意的是，激光钻孔是制造圆形通孔通道的最好方法。虽然理论上可以通过激光铣削制造狭缝形状的通孔通道，但是实际上可制造的几何形状范围比较有限，并且在给定支撑结构中的通孔通常是圆柱形的并且是基本相同的。通过钻填工艺制造通孔是昂贵的，并且难以利用相对具有成本效益的电镀工艺用铜来均匀和一致地填充由此形成的通孔通道。在复合介电材料中激光钻出的孔实际上被限制在60×10-6m直径，并且由于所涉及的烧蚀过程以及所钻的复合材料的性质，甚至因此而遭受到显著的锥度形状以及粗糙侧壁的不利影响。除了上文所述的激光钻孔的其它限制外，钻填技术的另一限制在于难以在同一层中产生不同直径的通孔，这是因为当钻出不同尺寸的通孔通道并随后用金属填充以制造不同尺寸通孔时，通孔通道的填充速率不同所致。因此，作为钻填技术的特征性的凹痕或溢出的典型问题被恶化，因为不可能对不同尺寸通孔同时优化沉积技术。克服钻填方法的多个缺点的可选解决方案是利用又称为“图案镀覆”的技术，通过将铜或其它金属沉积到在光刻胶中形成的图案内来制造。在图案镀覆中，首先沉积种子层。然后在其上沉积光刻胶层，随后曝光形成图案，并且选择性地移除以制成暴露出种子层的沟槽。通过将铜沉积到光刻胶沟槽中来形成通孔柱。然后移除剩余的光刻胶，蚀刻掉种子层，并在其上及其周边层压通常为聚合物浸渍玻璃纤维毡的介电材料，以包围所述通孔柱。然后，可以使用各种技术和工艺来平坦化所述介电材料，移除其一部分以暴露出通孔柱的顶部，从而允许由此导电接地，用于在其上形成下一金属层。可在其上通过重复该过程来沉积后续的金属导体层和通孔柱，以形成所需的多层结构。在一个替代但紧密关联的技术即下文所称的“面板镀覆”中，将连续的金属或合金层沉积到基板上。在基板的顶部沉积光刻胶层，并在其中显影出图案。剥除被显影的光刻胶的图案，选择性地暴露出其下的金属，该金属可随后被蚀刻掉。未显影的光刻胶保护其下方的金属不被蚀刻掉，并留下直立的特征结构和通孔的图案。在剥除未显影的光刻胶后，可以在直立的铜特征结构和/或通孔柱上或周边层压介电材料，如聚合物浸渍玻璃纤维毡。在平坦化后，可通过重复该过程在其上沉积后续的金属导体层和通孔柱，以形成所需的多层结构。通过上述图案镀覆或面板镀覆方法创建的通孔层通常被称为“通孔柱”和铜制特征层。将会认识到，微电子演化的一般推动力涉及制造更小、更薄、更轻和更大功率的具有高可靠性产品。使用厚且有芯的互连不能得到超轻薄的产品。为了在互连IC基板或“插件”中形成更高密度的结构，需要具有甚至更小连接的更多层。事实上，有时希望彼此交叠地堆叠器件。如果在铜或其它合适的牺牲基板上沉积镀覆层压结构，则可以蚀刻掉基板，留下独立的无芯层压结构。可以在预先附着至牺牲基板上的侧面上沉积其它层，由此能够形成双面积层，从而最大限度地减少翘曲并有助于实现平坦化。一种制造高密度互连的灵活技术是构建包括在电介质基质中的金属通孔或特征结构在内的图案或面板镀覆的多层结构。金属可以是铜，电介质可以是纤维增强聚合物，通常是具有高玻璃化转变温度(Tg)的聚合物，如聚酰亚胺。这些互连可以是有芯的或无芯的，并可包括用于堆叠器件的空腔。它们可具有奇数或偶数层。实现的技术描述在授予Amitec-AdvancedMultilayerInterconnectTechnologiesLtd.的现有专利中。例如，赫尔维茨(Hurwitz)等人的题为“高级多层无芯支撑结构及其制造方法(Advancedmultilayercorelesssupportstructuresandmethodfortheirfabrication)”的美国专利US7,682,972描述了一种制造包括在电介质中的通孔阵列的独立膜的方法，所述膜用作构建优异的电子支撑结构的前体，该方法包括以下步骤：在包围牺牲载体的电介质中制造导电通孔膜，和将所述膜与牺牲载体分离以形成独立的层压阵列。基于该独立膜的电子基板可通过将所述层压阵列减薄和平坦化，随后终止通孔来形成。该公报通过引用全面并入本文。赫尔维茨(Hurwitz)等人的题为“用于芯片封装的无芯空腔基板及其制造方法(Corelesscavitysubstratesforchippackagingandtheirfabrication)”的美国专利US7,669,320描述了一种制造IC支撑体的方法，所述IC支撑体用于支撑与第二IC芯片串联的第一IC芯片；所述IC支撑体包括在绝缘周围材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由有机基质框架限定的芯片插座，其中所述有机基质框架包括至少一个通孔柱层，其中穿过包围插座的框架的至少一个通孔包括至少一个电容器，所述电容器包括下电极、介电层和与所述通孔柱接触的上电极。

【技术特征摘要】
2014.11.27 US 14/555,6331.一种由有机基质框架限定的芯片插座，其中所述有机基质框架包括至少一个通孔柱
层，其中穿过包围插座的框架的至少一个通孔包括至少一个电容器，所述电容器包括下电
极、介电层和与所述通孔柱接触的上电极。
2.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述电容器的电介质包括Ta2O5、TiO2、BaxSr1-xTiO3、BaTiO3、BaO4SrTi和Al2O3中的至少一种。
3.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述电容器的下电极包括贵金属。
4.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述下电极包括选自金、铂和钽的金属。
5.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述上电极包括选自金、铂和钽的金属。
6.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述至少一个通孔直立在所述至少一个电容器
上。
7.如权利要求6所述的芯片插座，其中所述上电极包括所述通孔柱。
8.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述电容器具有被所述通孔柱的截面积所限定
的截面积，该截面积被仔细控制以调节电容器的电容量。
9.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述至少一个电容器具有1.5pF～300pF的电容
量。
10.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述至少一个电容器具有5pF～15pF的电容量。
11.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述框架还包括至少一个特征层。
12.如权利要求1所述的芯片插座，其中至少一个电子器件嵌入在所述插座中并与所述
至少一个通孔电连接。
13.如权利要求1所述的芯片插座，其中所述至少一个电子器件包括第二电容器。
14.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述第二电容器是分立器件，所述分立器件在
其至少一端具有金属端点。
15.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述第二电容器是金属-绝缘体-金属(MIM)电
容器。
16.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述金属-绝缘体-金属(MIM)电容器包括由选
自Ta2O5、TiO2、BaxSr1-xTiO3、BaTiO3、BaO4SrTi和Al2O3中的至少一种电介质构成的介电层。
17.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的下电极
包括贵金属。
18.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述下电极包括选自金、铂和钽的金属。
19.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的上电极
包括选自金、铂和钽的金属。
20.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述金属-绝缘体-金属(MIM)电容器附着在绝
缘体载体上。
21.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述绝缘体载体包括选自硅(Si)、SiO2(二氧化
硅)、玻璃、AlN、氧化铝和c-面蓝宝石Al2O3(0001)中的至少一种。
22.如权利要求13所述的芯片插座，其中所述金属-绝缘体-金属(MIM)电容器的极板通
过特征层连接至通孔。
23.如权利要求22所述的芯片插座，其中在所述框架一面上的特征层和嵌入的器件包
括电感器。
24.如权利要求22所述的芯片插座，其中在所述框架、插座内的嵌入器件和在所述特征
层内的至少一个特征结构提供滤波器。
25.如权利要求22所述的芯片插座，其中所述滤波器选自基础LC低通滤波器、LC高通滤
波器、LC串联带通滤波器、LC并联带通滤波器和低通并联-切比雪夫滤波器。
26.如权利要求1所述的芯片插座，其中安装在插座中的芯片通过在所述框架中包括通
孔柱的法拉第笼屏蔽电磁辐射，由此最大程度减少电磁干扰。
27.如权利要求26所述的芯片插座，其中所述通孔柱的至少一部分在X-Y平面内延伸。
28.一种框架，所述框架包括用于容纳多个芯片的多个插座，其中每个插座包括一框
架，并且所述框架包括铜通孔柱的栅格和至少一个电容器。
29.如权利要求28所述的框架，其中在第一插座内嵌入处理器芯片并且在第二插座内
嵌入包括至少一个电容器的无源芯片。
30.一种框架，所述框架包括排列成阵列的多个芯片插座，其中每个芯片插座被框架包
围。
31.如权利要求30所述的框架，其中在至少一个插座中嵌入至少一个处理器芯片。
32.一种芯片插座阵列，所述阵列由包围插座的框架的有机基质框架所限定，并且还包
括穿过所述有机基...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓尔·赫尔维茨，黄士辅，
申请(专利权)人：珠海越亚封装基板技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44