[发明专利]用于可靠电子衬底的集聚堆叠的过孔结构及其制造方法

说明书

技术领域

公开的本发明宽泛地涉及制造电子衬底的领域，更具体而言，涉及电 子衬底上的堆叠过孔的领域。

背景技术

图1示出了电子模块的两个关键部件。芯片100由在其上制造有电路 的硅制成。衬底102由嵌入有铜互连的有机材料制成。衬底102有助于芯 片到主板上的外部电路的电互连。

在芯片100与衬底102之间的连接点的密度(可控塌陷芯片连接，或 者“C4”)是关键参数。大量的C4需要多个积(build-up)层104以获 得所需要的到主板的电连接。典型的衬底102在顶部和底部具有四个积层 104，并支持约3,000个C4。图1示出了完成互连所需要的堆叠的过孔106 以及交错的过孔108。堆叠的过孔106通常是优选的，因为可以获得比交 错的过孔108大20％的C4连接密度。

图2示出了与堆叠的过孔206和镀敷的通孔210(PTH)有关的公知 技术。图2示出的单个的堆叠的过孔206在热循环时积累了各种级别的应 变。在平面视图中，堆叠的过孔206位于便于由衬底的电设计者将其嵌入 的任何地方。用于构建模块的各种材料的热膨胀系数(CTE)是不匹配的， 并公知其会在模块内驱动热机械应力。归因于热机械驱动而积累的应变， 电子模块的重复的热循环会在过孔界面区域处产生故障。由CTE驱动的热 机械应力使单个的过孔堆叠206沿Z轴和(X-Y)平面应变。

发明内容

简而言之，根据本发明的实施例，一种用于创建集聚的过孔结构的方 法包括：在衬底/芯片组件中创建用于电互连的中心过孔堆叠；在所述中心 过孔堆叠周围增加附加的过孔堆叠。所述附加的过孔堆叠中的一些可以是 非功能性的并具有与功能性过孔堆叠不同的高度。

一种用于衬底/芯片组件中的堆叠的过孔的衬底过孔结构包括：中心过 孔堆叠和集聚在所述中心过孔堆叠周围的多个堆叠的过孔。在所述结构中， 所述中心过孔和周围的过孔由铜制造。周围的过孔中的一些可以是非功能 性的，并且这些过孔可以具有与功能性过孔不同的高度。

附图注释

为了描述前述以及其他的示例性目的、方面和优点，我们参考附图来 使用本发明的示例性实施例的下列详细描述，其中：

图1示出了根据公知技术的一种基本电子模块；

图2示出了根据公知技术的电子模块的堆叠的过孔；

图3A示出了根据公知技术的孤立的过孔；

图3B示出了根据本发明的实施例的集聚的过孔；

图4示出了根据本发明的实施例的集聚的过孔分析；以及

图5示出了根据本发明的实施例的用于集聚堆叠的过孔的方法的流程 图。

尽管所要求保护的本发明可以被修改为替代物的形式，但是在附图中 以示例的方式示出了其具体的实施例，并将在这里详细描述。然而，应该 理解，附图和附图的详细描述并不旨在将本发明限制为所公开的特定形式， 相反，本发明将覆盖落入本发明的范围内的所有修改、等价物和替代物。

具体实施例

我们描述了一种过孔结构设计，用于减少单个的过孔堆叠上的应变。 现在详细地参考附图，特别是图3，示例了根据本发明的实施例的过孔堆 叠设计。图3示出了这样的设计，其通过主动集聚一组过孔350来减少在 单个过孔堆叠上的有效应变。在热循环(例如，125 degC到-55 degC)期 间，当积层(具有CTE～30ppm/degC)沿Z轴以及在平面(X-Y)中以比 铜过孔(具有CTE～16)快的速度收缩时，单个的堆叠的过孔340必须单 独抵抗由周围的积层产生的热机械力。

通过将几个堆叠的过孔350集聚在一起并消除孤立的过孔340，增强 了集聚的过孔350的承载能力而没有过度的塑性应变。公知过孔的寿命非 线性地依赖于其塑性应变。材料中的弹性应变是可逆的，而塑性应变是不 可逆的。当去除了施加的应力时，弹性形变回复到其初始形状，而塑性应 变却不是这样。当由于热循环而重复产生塑性应变时，公知该塑性应变会 在材料中产生疲劳故障。因此，最小化电子组件内的关键部件遇到的塑性 应变是非常重要的。

过孔的集聚产生同时沿Z轴以及在X-Y平面内的联合的抗力。基本上， 通过相对于积层材料增加铜含量，可以较好地保护集聚的过孔堆叠350免 于发生塑性形变。