[发明专利]一种微孔金属填充结构及方法

说明书

技术领域

本发明属于微制造加工技术领域，涉及一种微孔填充技术，尤其涉及一种微孔金属填充结构及方法。

背景技术

电互接是用来实现将芯片间以及芯片与基板之间的电信号的传输的方式，是封装的核心组成部分。现有的封装技术中，电连接主要通过金线键合（wire-bonding）和倒装焊（flip-chip）。wire-bonding通过将细小的金线（约25微米粗）两端分别键合在需要进行电互连的电极上实现。Flip-chip又被称为controlled collapse chip connection(C4)，该方法通过在电极上直接制作凸点，通常是锡球，然后通过锡球回流的方式实现与基板上对应电极的连接。

随着电子器件的发展，上述两种电连接形式特别是Wire-bonding已渐渐不能满足更高的系统级封装（SiP）集成度和更小的封装体积的要求。随之兴起的对先进封装有着重大影响的新型的电连接技术是TSV（Through-silicon via）硅通孔技术，其是穿透基片（特别是硅基片）的垂直电连接技术。TSV几乎可以代替所有封装中的Wire-Bonding的地方，提高所有种类芯片封装的电气性能，包括大大提高集成度，缩小芯片尺寸，特别是在系统集封装（System-in-Packaging，SiP），圆片级封装（Wafer-Level Packaging–WLP）以及三维垂直叠层封装（3D Packaging）这些先进封装之中。

TSV的制造包括了通孔的制造，绝缘层的沉积，通孔的填充以及后续的化学机械平整化（CMP）和再布线（RDL）等工艺。在这些工艺中，通孔的填充是技术难度最大，成本最高的一项。根据实际的应用，通孔的孔径从几十个微米到几百微米不等，对于如此大块的金属填充，现有的主要技术是基于铜电镀原理，通过首先在通孔壁上进行种子层的附着，然后再在种子层上电镀铜的方式实现。除此外，其他的TSV技术也在不断的研究中。如基于低阻率硅的Silex Via则是通过在低阻率的硅片用硅深度蚀刻出柱状硅体作为传导介质。另外基于Wire-bonding以及磁组装技术的TSV技术也在研究中。这两种技术分别通过在通孔中放置金属引线或者镍针来作为导电介质。目前常用的填充方式是通过电镀来实现的，特别是铜电镀，如果对于尺寸在几个微米的也可以通过CVD来实现。但是无论是电镀还是CVD，因为速度慢，想实现尺寸在几十到几百微米的填充都比较困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微孔金属填充结构及方法，用于解决现有技术中在几十到几百微米的微孔中填充速度慢以及填充成品率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微孔金属填充结构及方法；所述微孔金属填充结构包括密封腔、三明治结构；所述密封腔包括进出气孔；所述三明治结构包括由上至下依次叠加阻挡片、填充基片和喷嘴片；所述填充基片夹在所述阻挡片和喷嘴片之间；所述填充基片上设有填充微孔；所述喷嘴片上设有与所述填充微孔垂直对应的喷嘴孔；所述阻挡片与填充基片之间设有第一间隙；所述填充基片与喷嘴片之间设有第二间隙；所述喷嘴孔最窄处的半径小于所述填充微孔的半径的1/2以上；所述三明治结构水平设置在所述空间中，且三明治结构的侧壁全部嵌入到所述密封腔内；所述喷嘴片的下表面用以在金属填充时紧贴一液态金属槽的上表面；所述密封腔内的气压与所述第一间隙、填充微孔、第二间隙以及喷嘴孔的气压均相同。

优选地，每个所述填充微孔垂直对应至少一个喷嘴孔。

优选地，所述密封腔包括外密封圈、内密封圈、密封盖、密封底；所述外密封圈的高度大于所述内密封圈的高度；所述外密封圈的底部与所述密封底的外边缘连接，所述内密封圈的底端与所述密封底的内边缘连接；所述密封盖的外边缘与所述外密封圈的顶部连接，密封盖的内边缘与所述三明治结构的顶部固定连接；所述内密封圈的顶部与所述三明治结构的底部固定连接；所述外密封圈、密封盖、三明治结构、液态金属槽、内密封圈和密封底构成密闭空间。

优选地，所述密封腔包括外密封圈、内密封圈、密封架、密封底、压盖；所述外密封圈的高度大于所述内密封圈的高度；所述外密封圈的底部与所述密封底的外边缘连接，所述内密封圈的底端与所述密封底的内边缘连接；所述密封架的底部边缘与所述外密封圈的顶部连接，密封架的顶部边缘通过蝶形波纹管与所述压盖的边缘紧密连接；所述压盖压放在所述三明治结构的上表面；所述内密封圈的顶部与所述三明治结构的底部固定连接；所述外密封圈、密封架、蝶形波纹管、压盖、三明治结构、液态金属槽、内密封圈和密封底构成密闭空间。