用於可靠電子襯底的集聚堆疊的過孔結構及其製造方法
2023-11-11 00:55:42 2
專利名稱：用於可靠電子襯底的集聚堆疊的過孔結構及其製造方法
技術領域：
公開的本發明寬泛地涉及製造電子襯底的領域，更具體而言，涉及電 子襯底上的堆疊過孔的領域。
背景技術：
圖1示出了電子模塊的兩個關鍵部件。晶片100由在其上製造有電路 的矽製成。襯底102由嵌入有銅互連的有機材料製成。襯底102有助於芯 片到主板上的外部電路的電互連。
在晶片100與襯底102之間的連接點的密度(可控塌陷晶片連接，或 者"C4")是關鍵參數。大量的C4需要多個積(build-up)層104以獲 得所需要的到主板的電連接。典型的襯底102在頂部和底部具有四個積層 104，並支持約3,000個C4。圖1示出了完成互連所需要的堆疊的過孔106 以及交錯的過孔108。堆疊的過孔106通常是優選的，因為可以獲得比交 錯的過孔108大20 %的C4連接密度。
圖2示出了與堆疊的過孔206和鍍敷的通孔210 (PTH)有關的公知 技術。圖2示出的單個的堆疊的過孔206在熱循環時積累了各種級別的應 變。在平面視圖中，堆疊的過孔206位於便於由襯底的電設計者將其嵌入 的任何地方。用於構建模塊的各種材料的熱膨脹係數(CTE )是不匹配的， 並公知其會在模塊內驅動熱機械應力。歸因於熱機械驅動而積累的應變， 電子模塊的重複的熱循環會在過孔界面區域處產生故障。由CTE驅動的熱 機械應力^f吏單個的過孔堆疊206沿Z軸和(X-Y)平面應變
發明內容
簡而言之，根據本發明的實施例， 一種用於創建集聚的過孔結構的方
法包括在襯底/晶片組件中創建用於電互連的中心過孔堆疊；在所述中心 過孔堆疊周圍增加附加的過孔堆疊。所述附加的過孔堆疊中的一些可以是 非功能性的並具有與功能性過孔堆疊不同的高度。
一種用於襯底/晶片組件中的堆疊的過孔的襯底過孔結構包括中心過 孔堆疊和集聚在所述中心過孔堆疊周圍的多個堆疊的過孔。在所述結構中， 所述中心過孔和周圍的過孔由銅製造。周圍的過孔中的一些可以是非功能 性的，並且這些過孔可以具有與功能性過孔不同的高度。
附圖注釋
為了描述前述以及其他的示例性目的、方面和優點，我們參考附圖來 使用本發明的示例性實施例的下列詳細描述，其中 圖1示出了根據公知技術的一種基本電子模塊； 圖2示出了根據公知技術的電子模塊的堆疊的過孔； 圖3A示出了根據公知技術的孤立的過孔； 圖3B示出了根據本發明的實施例的集聚的過孔； 圖4示出了根據本發明的實施例的集聚的過孔分析；以及
圖5示出了才艮據本發明的實施例的用於集聚堆疊的過孔的方法的流程圖。
儘管所要求保護的本發明可以被修改為替代物的形式，但是在附圖中 以示例的方式示出了其具體的實施例，並將在這裡詳細描述。然而，應該 理解，附圖和附圖的詳細描述並不旨在將本發明限制為所公開的特定形式， 相反，本發明將覆蓋落入本發明的範圍內的所有修改、等價物和替代物。
具體實施例
我們描述了一種過孔結構設計，用於減少單個的過孔堆疊上的應變。
現在詳細地參考附圖，特別是圖3，示例了根據本發明的實施例的過孔堆 疊設計。圖3示出了這樣的設計，其通過主動集聚一組過孔350來減少在
5單個過孔堆疊上的有效應變。在熱循環(例如，125degC到-55degC)期 間，當積層(具有CTE 30 ppm/degC )沿Z軸以及在平面(X-Y)中以比 銅過孔(具有CTE 16)快的速度收縮時，單個的堆疊的過孔340必須單 獨抵抗由周圍的積層產生的熱機械力。
通過將幾個堆疊的過孔350集聚在一起並消除孤立的過孔340，增強 了集聚的過孔350的承栽能力而沒有過度的塑性應變。/>知過孔的壽命非 線性地依賴於其塑性應變。材料中的彈性應變是可逆的，而塑性應變是不 可逆的。當去除了施加的應力時，彈性形變回復到其初始形狀，而塑性應 變卻不是這樣。當由於熱循環而重複產生塑性應變時，z^知該塑性應變會 在材料中產生疲勞故障。因此，最小化電子組件內的關鍵部件遇到的塑性 應變是非常重要的。
過孔的集聚產生同時沿Z軸以及在X-Y平面內的聯合的抗力。基本上， 通過相對於積層材料增加銅含量，可以較好地保護集聚的過孔堆疊350免 於發生塑性形變。
參考圖5，示出了用於產生集聚的過孔堆疊的方法的流程圖。在步驟 510中，定位中心過孔。中心過孔的位置相對於襯底/晶片組件保持恆定。 在步驟520中，在中心過孔的對側逐步增加附加的過孔(l， 2以及更多)。 可觀測到如下的每一深度熱循環(DTC)的累積的應變
中心過孔的基線數據=0.7459%
中心過孔每側增加一個=0.7399%
中心過孔每側增加兩個=0.7408%
分析表明，孤立過孔340的單環繞(encirclement)會產生改善的容差 (也就是，減小的應變)。增加額外的環繞並不能產生相稱的改善。三維 (3D )表達(formulation )產生與二維(2D )模型相似的趨勢，只是典型 地更強調配置之間應變的相對差異。
在集聚過孔以減小應變的同時，還可以引入電路所不需要的周圍的過 孔堆疊。在步驟530中，周圍的過孔堆疊可以具有與功能性過孔相比的不 同的(較小的)總高度，以適應受約束的周圍環境。受約束的周圍環境可以在頂層上具有線路互連，由此防止全高度的堆疊過孔。
如已經示出的，在設計有機襯底時，集聚一組堆疊的過孔是具有優點
的，雖然這促使設計者來消除孤立的堆疊的過孔340。
因此，雖然已經描述了目前認為是優選的實施例，但是本領域的技術 人員應該理解，在本發明的精神內可以做出其他修改。
權利要求
1.一種用於襯底/晶片組件中的堆疊的過孔的襯底過孔結構，所述結構包括中心過孔堆疊；以及圍繞所述中心過孔堆疊集聚的多個堆疊的過孔。
2. 根據權利要求l的結構，其中所述堆疊的過孔是銅過孔。
3. 根據權利要求1的結構，其中所述中心過孔堆疊包括銅過孔。
4. 根據權利要求1的結構，包括在所述中心過孔堆疊的每一 側的一個堆疊的過孔。
5. 根據權利要求1的結構，包括在所述中心過孔堆疊的每一 側的兩個堆疊的過孔。
6. 根據權利要求1的結構，包括在所述中心過孔堆疊的每一 側的三個堆疊的過孔。
7. 根據權利要求1的結構，包括在所述中心過孔堆疊周圍的 七個堆疊的過孔。
8. 根據權利要求8的結構，還包括在所述中心過孔堆疊周圍 的附加的堆疊的過孔。
9. 根據權利要求1的結構，其中所述中心過孔堆疊的位置相 對於所述襯底/晶片組件保持恆定。
10. 根據權利要求9的結構，其中圍繞所述中心過孔堆疊集聚 的所述多個堆疊的過孔包括功能性過孔和非功能性過孔，其中所 述非功能性過孔是電互連不需要的過孔。
11. 根據權利要求10的結構，其中所述非功能性過孔具有與 所述功能性過孔不同的高度。
12. 根據權利要求11的結構，其中所述非功能性過孔具有不 同的高度。
13. —種在襯底/晶片組件中產生襯底過孔結構的方法，包括 如下步驟在所述襯底/晶片組件中創建用於電互連的中心過孔堆疊；以及在所述中心過孔堆疊的周圍增加附加的過孔堆疊。
14. 根據權利要求13的方法，其中所述創建步驟包括創建銅 中心過孔堆疊。
15. 根據權利要求14的方法，其中所述附加的過孔堆疊包括 銅過孔。
16. 根據權利要求13的方法，其中所述增加步驟包括 在所述中心過孔堆疊的每一側增加一個附加的過孔堆疊。
17. 根據權利要求16的方法，其中所述增加步驟還包括 在所述中心過孔堆疊周圍增加多個附加的過孔堆疊。
18. 根據權利要求13的方法，其中所述中心過孔堆疊的位置 相對於所述襯底/晶片組件保持恆定。
19. 根據權利要求18的方法，其中所述增加步驟包括增加非 功能性過孔，其中所述非功能性過孔是對於促進電互連而言所不 需要的過孔。
20. 根據權利要求19的方法，其中所述非功能性過孔具有與 功能性過孔不同的高度以適應受約束的周圍區域。
全文摘要
本發明涉及用於可靠電子襯底的集聚堆疊的過孔結構及其製造方法。一種用於襯底/晶片組件中的堆疊的過孔的襯底過孔結構包括中心過孔堆疊和圍繞所述中心過孔堆疊集聚的多個堆疊的過孔。在所述結構中，所述中心過孔和周圍的過孔由銅製造。所述周圍的過孔中的一些可以是非功能性的，並且非功能性過孔可以具有與功能性過孔不同的高度。
文檔編號H01L21/60GK101527295SQ20091000130
公開日2009年9月9日 申請日期2009年1月4日 優先權日2008年1月27日
發明者D·J·羅素, D·L·奎斯塔德, D·O·鮑威爾, K·凱克爾, S·M·西-賈揚塔 申請人:國際商業機器公司