本发明大体上涉及经封装半导体装置，且更具体地说涉及封装衬底与印刷电路板之间的互连。
背景技术：
在包括典型球状栅格阵列(bga)装置的半导体封装中，通过多个焊料球将bga装置连接到印刷电路板(pcb)。由于来自块状焊接材料的寄生电容、焊球形状、信号与接地传回球之间大的距离以及导致信号之间高串扰耦合的不同信号的直接相邻，穿过bga装置与pcb之间的焊料球的信号完整性常常被降级。另外，取决于球间距和大小，仅有限数量的焊料球可装配于半导体封装的主体大小内，进而限制可供用于信号线、电力线和接地线的引脚的数目。主体大小对于半导体封装和半导体封装将最终安装到的pcb两者为重要的成本因素。
技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供一种互连结构，包括：
参考平面结构，所述参考平面结构具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，所述参考平面结构包括从所述第一主表面到所述第二主表面的多个通孔；
多个导电柱，每个导电柱定位于通孔内；以及
多个隔离结构，每个隔离结构填充每个导电柱与所述参考平面结构的周围部分之间的所述通孔内的环形区。
在一个或多个实施例中，每个隔离结构包括远离所述通孔的周边在所述参考平面结构的所述第一主表面的一部分上方延伸的环形部分。
在一个或多个实施例中，每个隔离结构的顶部表面延伸超出所述第一主表面且每个隔离结构的底部表面延伸超出所述第二主表面，且
每个导电柱的顶部表面与每个隔离结构的所述顶部表面共面且每个导电柱的底部表面与每个隔离结构的所述底部表面共面。
在一个或多个实施例中，每个隔离结构的顶部表面与所述第一主表面共面且每个隔离结构的底部表面与所述第二主表面共面，且
每个导电柱的顶部表面与所述第一主表面共面且每个导电柱的底部表面与所述第二主表面共面。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
每个导电柱的每个顶部表面和底部表面上的焊接材料。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
在所述参考平面结构的所述第一主表面的至少一部分上方和每个隔离结构周围的焊接材料。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
定位在每个导电柱的每一端处的导电材料的一部分，导电材料的所述部分具有大于所述导电柱的宽度的宽度，以为每个导电柱的每一端提供经延伸电接触区域。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
分别定位在每个隔离结构之间的所述参考平面结构的所述第一主表面和所述第二主表面上方以为所述参考平面结构提供经延伸电接触区域的导电材料的至少第一部分和第二部分。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
在所述参考平面结构的所述第一主表面的至少一部分上方的焊接掩模，其中
所述焊接掩模包括第一多个开口，所述第一多个开口中的每一者对准每个导电柱的顶部表面以限定所述导电柱的电接触区域，且
所述焊接掩模另外包括第二多个开口，所述第二多个开口中的每一者定位于所述参考平面结构的所述第一主表面的部分上方以限定所述参考平面结构的电接触区域。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
所述第一多个开口和所述第二多个开口中的每一者内的导电材料层。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
所述参考平面结构的每个副表面上方的电介质材料，每个副表面垂直于所述第一主表面和所述第二主表面。
在一个或多个实施例中，所述参考平面结构包括铜片，所述铜片包括所述多个通孔。
在一个或多个实施例中，所述多个导电柱包括包括铜和焊料的群组中的至少一者。
在一个或多个实施例中，所述互连结构位于封装衬底与印刷电路板(pcb)之间，每个导电柱在所述封装衬底的相应信号焊盘与所述pcb的相应信号焊盘之间形成互连。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括通过所述封装衬底的相应接地焊盘与所述pcb的相应接地焊盘之间的所述参考平面结构的一部分所形成的至少一个互连件。
根据本发明的第二方面，提供一种互连结构，包括：
参考平面结构，所述参考平面结构具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，所述参考平面结构包括从所述第一主表面到所述第二主表面的多个通孔；
多个导电柱，每个导电柱定位于通孔内；
多个隔离结构，每个隔离结构填充每个导电柱与所述参考平面结构的环绕部分之间的所述通孔内的环形区，每个隔离结构包括：
对准每个导电柱以限定所述导电柱的电接触区域的第一多个开口；以及
所述参考平面结构的所述第一主表面上方的第一电介质材料层和所述参考平面结构的所述第二主表面上方的第二电介质材料层，每个电介质材料层包括：
定位于所述参考平面结构的一部分上方以限定所述参考平面结构的电接触区域的第二多个开口。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
所述第一多个开口和所述第二多个开口中的每一者内的导电材料。
在一个或多个实施例中，所述互连结构进一步包括：
所述参考平面结构的每个副表面上方的额外电介质材料层，每个副表面垂直于所述第一主表面和所述第二主表面。
在一个或多个实施例中，所述第一电介质材料层和所述第二电介质材料层包括b阶电介质材料。
在一个或多个实施例中，所述互连结构位于封装衬底与印刷电路板(pcb)之间，
通过所述第一电介质材料层限定的所述导电柱的每个电接触区域接合到所述封装衬底的相应信号焊盘，
通过所述第一电介质材料层限定的所述参考平面结构的每个电接触区域接合到所述封装衬底的相应接地焊盘，
通过所述第二电介质材料层限定的所述导电柱的每个电接触区域接合到所述封装衬底的相应接地焊盘，且
通过所述第二电介质材料层限定的所述参考平面结构的每个电接触区域接合到所述pcb的相应接地焊盘。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
通过参看附图，可以更好地理解本发明，并且使得本领域的技术人员清楚本发明的众多目标、特征和优点。
图1到图12示出描绘用于制造本发明的互连结构的各种例子步骤的从上到下视图和侧视图的框图。
图13到图24和图27到图30示出描绘本发明的互连结构的各种例子实施例的从上到下视图和侧视图的框图。
图25到图26示出描绘根据本发明的一些实施例的经封装半导体装置中的例子互连结构的横截面侧视图的框图。
本发明借助于例子来示出且不受附图限制，在附图中，除非另外指出，否则相似的附图标记指示类似的元件。图式中的元件为简单和明晰起见被图示并且不必按比例绘制。
具体实施方式
以下内容阐述旨在示出本发明的各种实施例的详细描述，且不应视为限制性的。
综述
本发明提供在包括球状栅格阵列(bga)装置、平台栅格阵列(lga)装置或其它有引线的装置的经封装半导体装置中消除对焊料球的使用的互连结构。互连结构利用导电柱而非焊料球来提供从封装衬底到印刷电路板(pcb)的信号和电力连接。导电柱延伸穿过参考平面结构，其中每个导电柱具有侧向分离且将导电柱与参考平面结构电隔离的环绕隔离结构。参考平面结构具有在导电柱之间的间隙区域中的顶部表面和底部表面上的暴露接触区域，其中该等暴露接触区域向封装衬底和pcb提供参考平面连接。作为结果，封装衬底的栅格阵列无需包括专用参考平面(例如，接地)引脚，这增加了可供用于信号和电力的引脚的数量。举例来说，使用bga装置的常用设计方法是为每四个信号专用一个接地引脚(或接地球)。如果存在80个信号，那么20个接地引脚为100或10×10阵列的总引脚数所需。本发明提供每个信号之间和周围的参考平面(或接地)连接且不需要专用接地引脚，而是需要较小的9×9阵列。可替换的是，可使用可供用于信号和电力的具有20个额外引脚的10×10阵列。
有益的是，导电柱之间和周围的参考平面结构保护信号和电力连接免受电磁干扰。互连结构改进电特性(例如，插入损耗和回波损耗)，且跨越包括互连结构的经封装半导体装置的操作频率范围降低多达10db的串扰。部分地由于通过互连结构提供的信号和电力连接的柱状性质(而不是球状)，这导致改进封装衬底与pcb之间的信号完整性。虽然本发明尤其有益于具有20mm和更大的主体大小的较大栅格阵列和1mm间距或更小的引脚，但是本发明适用于任何大小和配置的半导体封装衬底。
互连结构还可被配置成容纳封装衬底和封装衬底相关的pcb的各种信号、电力和参考平面连接布置，这改进了形成于封装衬底与pcb之间的连接的可制造性和可靠性。另外，通过消除对焊料球的使用，导电柱可被布置成将大量的连接装配到封装衬底与pcb之间的给定界面区域中。较大密度的连接有助于减小封装主体大小以及降低成本。互连结构同时实现所有引脚，且节约连续放置焊料球的时间。最终，在封装衬底与互连结构之间具有较大接触区域的实施例中，提供穿过互连结构到pcb中的改进的热路径。
例子实施例
图1到图12示出用于制造本发明的互连结构的各种例子步骤。每个从上到下的视图具有在从上到下的视图中的交叉线处提供的相关的横截面视图。应注意，除用于制造互连结构的各种所公开的步骤之外，或在其替代方案中，可利用其它步骤，其中所公开的步骤不是限制性的。还应注意，如本文所使用的术语“顶部”和“底部”指示相对方向或朝向，其中“顶部”通常指示元件在横截面视图中朝向页的顶部且在从上到下的视图中从页到外，且“底部”通常指示元件在横截面视图中朝向页的底部且在从上到下的视图中到页中。
图1描绘从上到下的视图且图2描绘包括多个通孔104的导电片102的横截面视图。导电片102具有顶部表面110和相对底部表面112，其中顶部表面110和底部表面112(和其它成对顶部表面和底部表面)还可互换地被称为彼此相对的第一主表面和第二主表面。导电片102具有在顶部表面110与底部表面112之间测量的厚度，其中该厚度与用于bga或lga装置中的焊料球的典型高度类似。导电片厚度的例子值处于75微米到800微米的范围内(包括端点)。一个优选例子范围包括100微米到400微米(包括端点)。
每个通孔104从顶部表面110延伸穿过导电片102到底部表面112。每个通孔104还可被称作导电片102内的导电材料的空隙或缺失。每个通孔104具有在导电片102内形成边缘的周边106，其中导电片102在周边106处具有内部侧壁。应注意，周边106在这个实施例中示出为环形(给予导电片102圆筒形内部侧壁)，但在其它实施例中可实施不同形状。每个通孔104具有足够大或足够宽以容纳导电柱和环绕隔离结构的直径或宽度108，如下文另外论述。直径108的例子值处于250微米到800微米的范围内(包括端点)。一个优选例子范围包括250微米到500微米(包括端点)。
导电片102由导电材料形成，导电材料的例子包括(但不限于)铜、铝、适合的导电金属、一种或多种适合导电金属的合金或复合物，和其类似物。为了改进导电材料的焊接性，可用包括另一种导电材料的可润湿涂层涂布导电片102，该导电材料的例子包括(但不限于)镍、金、铜、适合的导电金属、一种或多种适合导电金属的合金或复合物，和其类似物。应注意，图1中导电片102与线2交叉的部分用图2中的交叉阴影线示出，而每个通孔104(或交叉线2上的导电片102的部分的缺失)示出为空白。
图3描绘从上到下的视图且图4描绘在电介质材料302形成于导电片102的顶部表面110和底部表面112两者上方且填充每个通孔104之后导电片102的横截面视图。电介质材料302具有顶部表面310和底部表面312。电介质材料302下的通孔104的每个周边106在图3中用具有虚线的圆圈示出。在一些实施例中，电介质材料302沉积在导电片102的第一表面上方以填充通孔104且涂布第一表面，接着反转第一表面且额外电介质材料302沉积在导电片102的第二表面上方以涂布第二表面(以及在需要时完全填充任何通孔104)。在其它实施例中，注射电介质材料302以涂布导电片102的两个表面且填充通孔104，而在另一其它实施例中，导电片102可浸渍于电介质材料302中以涂布导电片102的两个表面且填充通孔104。在其它实施例中，电介质材料302还可如图24中所示出形成于导电片102的边缘上方，如下文所另外论述。
电介质材料302是具有电绝缘特性的材料，该材料的例子包括(但不限于)环氧树脂、响应于uv(紫外光)暴露或固化温度而变得完全固化的部分固化阶段中的b阶材料，或适合的绝缘材料的组合。举例来说，可利用环氧树脂以填充通孔104，同时可利用b阶材料以涂布顶部表面110和底部表面112。应注意，图3中电介质材料302与线4交叉的部分用图4中的额外交叉阴影示出。
图5描绘从上到下的视图且图6描绘在通过电介质图案化过程将电介质材料302的部分从导电片102移除之后导电片102的横截面视图。在电介质图案化过程之前，每个通孔104包含电介质材料302的柱。电介质图案化过程产生穿过电介质材料302的柱的中心区的孔，从而形成中心开口508。通孔104内的所得电介质结构被称为隔离结构502。中心开口508还可被称作隔离结构502内的电介质材料302的空隙或缺失。每个中心开口508从隔离结构502的顶部表面510延伸到底部表面512。在一些实施例中，表面510和表面512相当于在电介质图案化过程之前的电介质材料302的原始表面310和312。优选的是，中心开口508在每个通孔104内大体上居中，但由于过程差异，可出现一些错位。
每个中心开口508具有形成隔离结构502内的边缘的周边506，其中隔离结构在周边506处具有内部侧壁。应注意，周边506在这个实施例中示出为环形(给予隔离结构502圆筒形内部侧壁)，但在其它实施例中可实施不同形状。每个中心开口508具有形成用于信号或电力连接的导电柱内的直径或宽度514，如下文所另外论述。直径514的例子值处于75微米到200微米的范围内(包括端点)。一个优选范围包括100微米到200微米(包括端点)。
隔离结构502填充中心开口508的(内部)周边506与通孔104的(外部)周边106之间的环形区或区域。隔离结构502的这个部分还可被称作外鞘部分516，该外鞘部分516在此实施例中具有中空的圆筒形或管形形状，但取决于周边506和106的形状在其它实施例中可为不同形状。
另外，从导电片102的顶部表面110和底部表面112选择性移除电介质材料302的部分以将电接触区域(也称为间隙区域)暴露在隔离结构502之间的表面110和表面112上。在示出的实施例中，电接触区域大体上横跨表面110和112上的整个间隙区域。其它实施例在电介质材料302中使用开口以在表面110和112上的间隙区域中的部分中限定较小电接触区域，如下文结合图21到图24所论述。如下文所论述，通过限定在表面110和112上的电接触区域向导电片102提供参考平面电压(例如，接地)。电接触区域还可延伸远离表面110和112，如下文结合图7到图10所论述。电接触区域还可通过焊接掩模另外限定，焊接掩模的例子在下文中结合图27到图30论述。
从顶部表面110和底部表面112移除电介质材料302的部分还限定每个通孔104周围的电介质材料302的其余部分，该其余部分也是隔离结构502的部分。在示出的实施例中，每个隔离结构502还包括从周边106延伸出到外部周边504的环部分518，该环部分518覆盖导电片102的顶部(和底部)表面110(和表面112)的部分。如所示出，环部分518具有小于外鞘部分516的宽度520的宽度522，但在其它实施例中，宽度522可等于或大于宽度520。应注意，周边504在此实施例中示出为环形，但在其它实施例中可实施不同形状。每个隔离结构502的周边504的大小和形状又影响导电片102的顶部表面和底部表面上的间隙区域中的电接触区域的大小和形状。在示出的实施例中，环部分518通常保持在外鞘部分516的附近(或靠近外鞘部分516)以在隔离结构502之间的间隙区域中提供较大电接触区域。可通过在导电片102的顶部表面110和底部表面112上的电介质材料层中使用较小开口来限定较小电接触区域，如下文结合图21到图24所论述。
电介质图案化过程可利用光刻来沉积且图案化光刻掩模或其它光阻材料以保护电介质材料302的目标部分，利用湿蚀刻剂或干蚀刻剂的蚀刻过程以移除电介质材料302的无保护部分，且移除光刻掩模或其它光阻材料。在一些实施例中，电介质图案化过程包括钻孔、激光作用，或以其它方式产生隔离结构502的中心开口508。
图7描绘从上到下的视图且图8描绘在沉积掩模702且在导电片102的两个表面上图案化之后的导电片102的横截面视图。顶部掩模702具有覆盖导电片102的顶部表面110和每个隔离结构502的顶部表面510的暴露部分的顶部表面710，且底部掩模702具有覆盖导电片102的底部表面112和每个隔离结构502的底部表面512的暴露部分的底部表面712。掩模702下的隔离结构502的每个外部周边504在图7中用具有虚线的圆圈示出。
每个掩模702还包括多个掩模开口704，掩模开口704中的每一者与隔离结构502的每个中心开口508对准。换句话说，中心开口508的每一端在顶部和底部掩模702中具有相应掩模开口704。每个掩模开口704具有周边706，该周边706至少与中心开口508的周边506一样大。在一些实施例中，周边706具有与周边506相同的形状，而在其它实施例中周边706可具有与周边506不同的形状。
在示出的实施例中，每个掩模开口704与每个中心开口508匹配，其中开口704的周边706大体上与中心开口508的周边506匹配或重叠。在其它实施例中，每个掩模开口704的周边706可大于中心开口508的周边506，或周边706可同时大于周边506且与周边506形状不同，以形成导电柱的电接触区域的较大端，如下文结合图27和图30所论述。
在其它实施例中，每个掩模702还包括与限定导电片102的电接触区域的导电片102上方的电介质材料中的开口对准的额外开口(例如，开口2106)，例如图21到图24中所示出的那些开口。在又一其它实施例中，每个掩模702还包括间隙区域中的导电片102的表面110和112的部分上方的额外开口，以便限定导电片102的电接触区域而不需要电介质材料来限定电接触区域，如下文结合图9到图10所论述。
掩模702由光阻材料形成，使用光刻来沉积光阻材料且将其图案化到掩模702中，这保护了导电片102和隔离结构502的至少部分。应注意，图7中掩模702与线8交叉的部分用图8中的交叉阴影线示出，而每个掩模开口704(或交叉线8上的掩模702的部分的缺失)示出为空白。图9描绘从上到下的视图且图10描绘已形成导电柱902之后的导电片102的横截面视图。导电柱902形成于每个中心开口508内，从大体上相当于掩模702的顶部表面710的顶部表面910延伸到大体上相当于相对掩模702的底部表面712的底部表面912。每个导电柱902具有通过隔离结构502的内部周边506限定且通过顶部和底部掩模702中的掩模开口704的周边706限定的周边906。出于简化的目的，在图9中未示出掩模702底层的周边106和504。每个导电柱902具有直径或宽度904，该直径或宽度904优选为导电柱902的整个长度的恒定大小，至少在隔离结构502的延伸范围内。导电柱902由导电材料形成，导电材料的例子包括(但不限于)铜、金、锡、适合的导电金属、一种或多种适合导电金属的合金或复合物、呈各种形式的焊料(例如，焊膏)和其类似物。可使用适合的过程形成导电柱902以用导电材料填充中心开口，该过程例如无电极电镀、电解电镀、丝网印刷和其类似者。
在每个掩模开口704的(环形)周边706大于中心开口508的周边506的实施例中，所得导电柱902具有每一端上的导电材料的圆盘部分，从(内部)周边906延伸到通过掩模开口704划定的(外部)周边706。举例来说，圆盘部分可通过电镀导电柱902的各端上方的每个较大周边706内的额外导电材料来形成。圆盘部分暴露顶部表面910和底部表面912形成导电柱902的较大电接触区域，该等电接触区域宽于导电柱902的宽度904。圆盘部分还可被称作经延伸电接触区域，且可提供结构上稳固的电接触区域，以在该电接触区域上形成外部连接。这种所得经延伸电接触区域(例如，层2714或层2914)的例子在图27到图30中示出，如下文所另外论述。
在每个掩模包括间隙区域中的导电片102上方的额外开口的实施例中，可在额外掩模开口内形成额外导电材料以形成导电片102的经延伸电接触区域。举例来说，经延伸电接触区域可通过将额外导电材料电镀在每个额外掩模开口内的导电片102的暴露顶部表面和底部表面上方来形成。经延伸电接触区域以类似于延伸超出导电柱902的表面910和912的方式延伸超出导电片102的顶部表面110和底部表面112。经延伸电接触区域可提供结构上稳固的电接触区域，以在该电接触区域上形成外部连接。这种所得经延伸电接触区域(例如，层2716或层2916)的例子也在图27到图30中示出。
用以用导电材料填充中央开口508的过程也可用于形成导电柱902的每一端上的圆盘部分、导电片102上的经延伸电接触区域，或这两者。如果利用单个形成过程，那么圆盘部分和经延伸电接触区域的厚度或高度可大体上相似，或如果使用单独的形成形式过程来形成圆盘部分和经延伸电接触区域，那么该厚度或高度可不同。圆盘部分可与彼此共面，且经延伸电接触区域可与彼此共面。取决于用于形成圆盘部分和经延伸电接触区域的过程，相对于经延伸电接触区域的表面的圆盘部分的表面可不与彼此共面。
图11描绘从上到下的视图且图12描绘在移除掩模702从而产生具有隔离结构502的暴露顶部表面和底部表面以及导电片102的顶部表面和底部表面的暴露部分的互连结构1100之后的导电片102的横截面视图。在示出的实施例中，所得结构包括具有延伸超出每个隔离结构502的顶部表面510和底部表面512的顶部表面910和底部表面912的导电柱902，以及具有延伸超出导电片102的顶部表面110和底部表面112的顶部表面510和底部表面512的隔离结构502。导电柱902的暴露顶部表面910和底部表面912形成电接触区域。每个隔离结构502侧向分离且将导电柱902与导电片102电隔离。
在其它实施例中，导电柱902的圆盘部分、导电片102的经延伸电接触区域或这两者可在应用到互连结构1100的后续接触区域形成过程期间形成。这种形成过程可利用额外光刻以供沉积且图案化光刻掩模或其它光阻材料以限定导电柱902上方、导电片102上方或这两者上方的接触区域的掩模开口。可接着电镀额外导电材料或以其它方式形成于掩模开口内以在导电柱902的每一端处形成圆盘部分，以在导电片102的表面110和112或这两者上形成经延伸电接触区域。可接着移除掩模。这种过程可通过平面化继续，如下文结合图13和图14所论述。
图13描绘从上到下的视图且图14描绘在对互连结构1100执行平面化从而产生互连结构1300之后的导电片102的横截面视图。在示出的实施例中，平面化移除延伸超出隔离结构502的表面510和512的每个导电柱902的部分，从而产生与隔离结构502的表面510和512共面的每个导电柱902的顶部表面1310和底部表面1312。导电柱902的暴露顶部表面1310和底部表面1312形成电接触区域。平面化的例子可包括(但不限于)化学机械抛光或使用浆体的平面化。
在每个导电柱902具有每一端上的导电材料的圆盘部分的实施例中，可将圆盘部分的暴露顶部表面910和底部表面912平面化以改进顶部表面910和底部表面912的共面性。所得平面化结构具有继续延伸超出隔离结构502的顶部表面510和底部表面512的顶部表面910和底部表面912。在间隙区域中提供经延伸电接触区域的实施例中，可或不可平面化经延伸电接触区域，这可取决于经延伸电接触区域的所得高度。
图15描绘从上到下的视图且图16描绘在对互连结构1100执行平面化(或对互连结构1300执行额外的平面化)从而产生替代的互连结构1500之后的导电片102的横截面视图。在示出的实施例中，平面化移除每个导电柱902和延伸超出导电片102的表面110和112的每个隔离结构502的部分。作为结果，隔离结构502的顶部表面1510和底部表面1512以及导电柱902的顶部表面1310和底部表面1312与导电片102的顶部表面110和底部表面112共面。导电柱902的暴露顶部表面1310和底部表面1312形成电接触区域。应注意，图15和图16中所执行的平面化比图13和图14中所执行的平面化暴露更大的导电片102的顶部表面和底部表面的表面区域，该平面化可用于限定导电片102的更大电接触区域。
应注意，在替代实施例中，图3和图4中示出的结构可具有钻穿每个通孔104内的电介质材料302而不从导电片102的顶部表面110和底部表面112移除任何电介质材料302的中心开口508。可接着直接地进行过程以在每个中心开口508中形成导电柱902，且接着平面化导电柱902和电介质材料302以变得与导电片102的顶部表面110和底部表面112共面，从而产生如图15和图16中所示出的互连结构。
在其它实施例中，一个或多个通孔104专用于与导电片102的参考平面连接(而不是暴露导电片的表面)，其中专用通孔104将使电介质材料302完全从专用通孔104内移除。专用通孔104将仅包括用于与导电片102的直接“内部”电连接的导电柱902(且将不包括隔离结构502)，意味着专用通孔104可具有比其余通孔104(该等其余通孔104足够大以容纳导电柱902和隔离结构502两者)更小的直径(足够大以仅容纳导电柱902)。
在其它实施例中，电介质材料302可保留在导电片102的顶部表面和底部表面两者上方(且在一些实施例中保留在边缘上方)而无需用于与导电片的参考平面连接的任何专用通孔104，留下呈浮动状态的导电片。
图17描绘从上到下的视图且图18描绘在将焊接材料添加到互连结构1300的电接触区域从而产生互连结构1700之后的导电片102的横截面视图。在示出的实施例中，焊料沉积物1702放置或形成于隔离结构502之间的导电片102的表面110和112的整个暴露部分上。焊料沉积物1702形成与导电片102的外部电连接。焊料沉积物1704还放置或形成于导电柱902的暴露顶部表面1310和底部表面1312上，也形成与导电柱902的外部电连接。换句话说，每个导电柱902具有每一端处的焊料沉积物1704以在导电柱902的两端处形成外部电连接。每个隔离结构502的环部分518和外鞘部分516侧向分离且将焊料沉积物1702与焊料沉积物1704电隔离。虽然在示出的实施例中导电片102的侧面1708是暴露的，但是在其它实施例中可用电介质覆盖侧面1708，如图24中所示出。
例如1702和1704的焊料沉积物由例如焊膏或焊料预成型件的焊接材料形成。可通过例如丝网印刷、放置预成型件、溅镀和类似者的适合过程来放置或形成焊料沉积物。在一些实施例中，在形成焊料沉积物1702和焊料沉积物1704之前，可将可润湿涂层沉积于导电柱902的暴露顶部表面和底部表面上、导电片102的表面110和112的暴露部分上或这两者上。应注意，用于形成焊料沉积物1702的焊接材料的量可大于用于形成焊料沉积物1704的焊接材料的量，以便实现用于附接到半导体装置的共面外部电连接，如下文结合图25和图26所另外论述。
在其它实施例中，在形成焊料沉积物1702和焊料沉积物1704之前，额外导电材料(例如，铜层)可形成于导电柱902的暴露顶部表面和底部表面上、导电片102的表面110和112的暴露部分上或这两者上，以改进连接的牢固性。这类实施例在下文结合图27到图30另外论述。
图19描绘从上到下的视图且图20描绘在将焊接材料添加到互连结构1500的电接触区域从而产生互连结构1900之后的导电片102的横截面视图。如上文结合结合图17和图18所类似地论述，焊料沉积物1702形成与导电片102的外部电连接且焊料沉积物1704形成与导电柱902的外部电连接，其中隔离结构502的外鞘部分516侧向分离且将焊料沉积物1702与焊料沉积物1704电隔离。应注意，由于导电柱902的暴露表面与导电片102共面，因此与互连结构1700相比可需要更少的焊接材料来实现共面外部电连接。然而，焊接材料仍形成于导电片102的表面110和112的整个暴露部分上方。在其它实施例中，在形成焊料沉积物1702和焊料沉积物1704之前，额外导电材料也可形成于导电柱902的暴露的顶部表面和底部表面上、导电片102的表面110和112的暴露部分上或这两者上，如下文结合图27到图30所论述。
图21描绘从上到下的视图且图22描绘互连结构2100的另一实施例的横截面视图。在示出的实施例中，隔离结构2104(也称为外鞘部分2104)各自具有形成导电柱902的中心开口2114，其中隔离结构2104环绕每个导电柱902。焊料沉积物2110形成于暴露于隔离结构2104的顶部表面中的开口2114内的导电柱902的表面上或接合到该等表面。与经限制或图案化以保持靠近外鞘部分2104(如图5和图6中示出的环部分518和外鞘部分516)的附近相反，电介质材料的经延伸部分或层2102跨越导电片102的顶部表面110和底部表面112。多个开口2106形成于层2102中以暴露导电片102的顶部表面110和底部表面112以限定电接触区域。焊料沉积物2108形成于每个开口2106内的导电片102上或接合到该导电片102以形成与导电片102的外部电连接。以此方式，可控制与导电片102的外部电连接的大小，这减少形成与导电片102的外部电连接所需的焊料的量(与覆盖导电片102的顶部表面110和底部表面112的整个暴露部分相对)。虽然在示出的实施例中导电片102的侧面2112是暴露的，但是在其它实施例中可用电介质覆盖侧面2112，如图24中所类似地示出。在其它实施例中，在形成焊料沉积物2108和焊料沉积物2110之前，额外导电材料也可形成于开口2106内、导电柱902的暴露顶部表面和底部表面上或这两者，如下文结合图27到图30所论述。
图23描绘从上到下的视图且图24描绘互连结构2300的另一实施例的横截面视图。如上文结合图21和图22所类似地论述，焊料沉积物2110形成于开口2114内的导电柱902的表面上或接合到该等表面，焊料沉积物2108形成于开口2106内的导电片102的顶部表面和底部表面上的暴露部分上或接合到该等暴露部分，其中隔离结构2104和层2102侧向分离且将焊料沉积物2110与焊料沉积物2108电隔离。用电介质材料2116覆盖导电片102的侧面2112。在其它实施例中，在形成焊料沉积物2108和焊料沉积物2110之前，额外导电材料也可形成于开口2106内、导电柱902的暴露顶部表面和底部表面上或这两者，如下文结合图27到图30所论述。
图27描绘从上到下的视图且图28描绘互连结构2700的另一实施例的横截面视图。互连结构2700示出具有导电柱902、导电片102或这两者的任选经延伸电接触区域的实施例。经延伸电接触区域由额外导电材料(例如，铜)层(也称为导电层)形成，该导电材料层形成于导电片102的顶部表面110和底部表面112上、导电柱902的任一端上以及隔离结构502的顶部表面510和底部表面512的至少一部分上。导电层2714下的导电柱902的周边906示出为具有虚线的圆圈。可使用适合的过程形成导电层(例如，导电层2714和导电层2716)，该过程可包括无电极电镀、电解电镀和其类似者。导电层可在形成导电柱902期间形成(类似于上述方法)，或可在后续形成过程期间形成，其中可使用单个过程或单独的过程形成导电层。
在一些实施例中，层2702是具有开口2704和2706的电介质材料层，其中导电层2714和2716形成于层2702中。导电层2714的宽度(其对应于开口2706的宽度)大于导电柱902的宽度904，提供用于外部连接的较大电接触区域。类似地，导电层2716的宽度对应于开口2704的宽度且提供导电片102的经延伸电接触区域。焊料沉积物2708和焊料沉积物2710接着形成于每个开口2704和2706内的导电层2714和2716上方。
在其它实施例中，层2702为任选的焊接掩模2702。如所示出，隔离结构502和导电柱902的顶部表面和底部表面与导电片102的顶部表面110和底部表面112共面。顶部焊接掩模2702覆盖导电片102和隔离结构502的顶部表面，且底部焊接掩模2702覆盖导电片102和隔离结构502的底部表面。如所示出，每个焊接掩模2702具有与导电柱902的电接触区域对准的一组第一开口2706和与导电片102的经延伸电接触区域对准的一组第二开口2704。导电柱902和导电片102的电接触区域可以是经焊接掩模限定的(smd)接触区域或未经焊接掩模限定的(nsmd)接触区域。
在无导电层2714和2716存在的其它实施例中(例如，示出的互连结构1500)，焊接掩模开口2706可与导电柱902的暴露表面910对准以限定导电柱902的电接触区域。类似地，焊接掩模开口2704可与导电片102的暴露表面的一部分对准以限定导电片102的电接触区域。焊料沉积物2710和2708可接着直接地形成于焊接掩模开口2704和2706内的导电片102和导电柱902的电接触区域(或暴露部分)上以形成外部电连接。
图29描绘从上到下的视图且图30描绘互连结构2900的另一实施例的横截面视图。互连结构2900示出具有任选的导电层2914和2916的实施例，导电层2914和2916可如上文所论述形成。焊料沉积物2908和2910形成于导电层2914和2916上方。
在一些实施例中，层2902为任选的焊接掩模2902。如所示出，隔离结构502的顶部表面和底部表面与导电柱902共面，两者分别延伸超出导电片102的顶部表面和底部表面。隔离结构502包括外鞘部分516和环部分518。顶部焊接掩模2902放置于导电片102和隔离结构502的顶部表面上方，且底部焊接掩模2902放置于导电片102和隔离结构502的底部表面上方。焊接掩模2902下的隔离结构502的环部分516的外部周边2908示出为具有虚线的圆圈。每个焊接掩模2902具有与导电柱902的电接触区域对准的一组第一开口2906和与导电片102的经延伸电接触区域对准的一组第二开口2904。类似地，导电柱902和导电片102的电接触区域可以是smd接触区域或nsmd接触区域。
在无导电层2914和2916存在的其它实施例(例如，示出的互连结构1300)中，焊接掩模开口2906和2904可对准导电片102的导电柱902的暴露表面以限定开口2906和2904内的电接触区域。焊料沉积物2910和2912可直接地形成于焊接掩模开口2904和2906内的导电片102和导电柱902的电接触区域(或暴露部分)上以形成外部电连接。
图25描绘定位于装置之间以在经封装半导体装置2500的该等装置(例如，封装衬底2504和印刷电路板2506)之间形成互连的例子互连结构2502的横截面视图。封装衬底2504具有第一(或作用)表面2516和与第一表面2516相对的第二(或背部)表面2514。封装衬底2504在第一表面2516上具有多个信号焊盘2528和多个参考平面焊盘2524。衬底焊盘2528和2524被钝化层或焊接掩模2522环绕，其中衬底焊盘可以是经焊接掩模限定的(smd)焊盘或未经焊接掩模限定的(nsmd)焊盘。一组焊料沉积物2530形成于信号焊盘2528上或接合到信号焊盘2528且一组焊料沉积物2526形成于参考平面焊盘2524上或接合到参考平面焊盘2524，而不是将焊料球放置于封装衬底2504的焊盘上。例如2530和2526的焊料沉积物由例如焊膏或焊料预成型件的焊接材料形成。在一些实施例中，可在形成焊料沉积物2530和2526之前在衬底焊盘上沉积可润湿涂层。在示出的实施例中，封装衬底2504具有安装在第二表面2514上的装置2508，其中装置2508为集成电路。
在一些实施例中，封装衬底2504由具有导电结构(例如，电镀、焊盘、互连件、孔)的电介质材料制成以供提供从第二表面2514上的装置2508到第一表面2516上的外部导电结构的电连接。封装衬底的例子包括(但不限于)球状栅格阵列(bga)、倒装芯片bga、平台栅格阵列(lga)、倒装芯片lga、芯片载体和其类似者。集成电路的例子包括(但不限于)处理器、存储器、逻辑电路、模拟电路、传感器、mems装置、片上系统(soc)、独立离散装置，例如电阻器、电感器、电容器、二极管、电力晶体管和其类似者。在一些实施例中，装置可以是上文所列的集成电路类型的组合或可以是另一类型的微电子装置。本文所描述的封装衬底和集成电路可使用半导体衬底实施，该半导体衬底可以是任何半导体材料或材料(例如，砷化镓、锗化硅、绝缘体上硅(soi)、硅、单晶硅、其类似者和以上的组合)的组合。
印刷电路板(pcb)2506具有第一(或作用)表面2518和与第一表面2518相对的第二(或背部)表面2520。pcb2506在第一表面2518上具有与衬底信号焊盘2528对准的多个信号焊盘2538，且在第一表面2518上具有与衬底参考平面焊盘2524对准的多个参考平面焊盘2534。pcb焊盘2538和2534被钝化层或焊接掩模2532环绕，其中pcb焊盘可以是smd焊盘或nsmd焊盘。一组焊料沉积物2540形成于信号焊盘2538上或接合到信号焊盘2538且一组焊料沉积物2536形成于参考平面焊盘2534上或接合到参考平面焊盘2534。在一些实施例中，在形成焊料沉积物2540和焊料沉积物2534之前在pcb垫片上沉积可润湿涂层。pcb2506包括非导电衬底上的导电构件。pcb的例子包括(但不限于)使用聚酰亚胺的可挠性类型pcb或使用fr4或bt树脂的刚性类型pcb。
互连结构2502定位于衬底2504的第一表面2516与pcb2506的第一表面2518之间且与衬底2504和pcb2506的焊盘对准。另一组焊料沉积物2530形成于暴露于互连结构2502的第一表面2510上的导电柱902的表面上或接合到该表面，且另一组焊料沉积物2526形成于暴露于互连结构2502的第一表面2510上的导电片102的表面上或接合到该表面。类似地，另一组焊料沉积物2540形成于暴露于互连结构2502的第二表面2512上的导电柱902的表面上或接合到该表面，且另一组焊料沉积物2536形成于暴露于互连结构2502的第二表面2512上的导电片102的表面上或接合到该表面。
应注意，用于形成焊料沉积物2526和2536(形成于互连结构2502、衬底2504或这两者上)的焊接材料的量可分别大于用于形成焊料沉积物2530和2540(形成于互连结构2502、衬底2504或这两者上)的焊接材料的量，以便实现共面外部电连接以供附接到衬底2504和pcb2506。如所示出，从导电片102的表面到焊料沉积物的顶点测量的焊料沉积物2526和2536中的每一者的高度大于从导电柱902的表面到焊料沉积物的顶点测量的焊料沉积物2530和2540中的每一者的高度。换句话说，焊料沉积物2526和2536的高度大体上等于焊料沉积物2530和2540的高度加导电片102上方的电介质层的层厚度。焊料沉积物2526、2536、2530和2540中的每一者的顶点大体上共面。
图26描绘在执行焊料回流之后包括互连结构2502的所得经封装半导体装置2500的横截面视图。在一些实施例中，第一焊料回流过程将互连结构2502接合到封装衬底2504(或接合到pcb2506)，且接着第二焊料回流过程将互连结构2502接合到pcb2506(或接合到衬底2504)。在其它实施例中，使互连结构2502与衬底2504和pcb2506两者接触且执行单个焊料回流过程以将互连结构2502与衬底2504和pcb2506两者接合。在示出的实施例中，互连结构2502的边缘是暴露的，但在其它实施例中可用电介质材料或其它绝缘材料(例如，包封材料)来覆盖。
在示出的实施例中，焊料回流将焊料沉积物2530组合以在每个导电柱902与焊盘2528之间形成焊接点，且将焊料沉积物2540组合以在每个导电柱902与焊盘2538之间形成焊接点。类似地，焊料回流将焊料沉积物2526组合以在导电片102与焊盘2524之间形成焊接点，且将焊料沉积物2536组合以在导电片102与焊盘2534之间形成焊接点。在焊料回流期间形成的焊接点将互连结构2502附接到封装衬底2504和pcb2506两者。隔离结构502和焊料掩模2522和2532在回流期间充当垫圈，该垫圈在回流期间防止短路，且在回流之后充当底部填充剂。在焊料回流之后，通过互连结构2502的导电柱902在封装衬底2502的每个信号焊盘2528与pcb2506的对应信号焊盘2538之间建立信号互连2602。类似地，通过互连结构2503的导电片102在封装衬底2502的每个参考平面焊盘2524与pcb2506的对应参考平面焊盘2534之间建立参考平面互连2604。
在示出的实施例中，焊料沉积物2530和2526形成于互连结构2502和衬底2504的焊盘两者上。类似地，焊料沉积物2540和2536形成于互连结构2502和pcb2506的焊盘两者上。在其它实施例中，焊料沉积物2530、2526、2540和2536可仅形成于互连结构2502上，其中焊料回流将焊料沉积物直接接合到衬底2504和pcb2506的对应焊盘上。
在b阶电介质材料用于互连结构2502中的实施例中，随着施加压力，互连结构2502的顶部表面2510上的b阶电介质材料可变形以填充形成于焊盘2524和2528上的焊接点周围的互连结构2502与衬底2504之间的空间。类似地，随着施加压力，互连结构2502的底部表面2512上的b阶电介质材料可变形以填充形成于焊盘2534和2538上的焊接点周围的互连结构2502与pcb2506之间的空间。一旦互连结构2502被恰当地放置于衬底2504与pcb2506之间，在焊料回流期间固化(例如，通过固化温度)b阶电介质材料，固化也可改进互连结构2502与衬底2504和pcb2506两者的附接。
虽然在图25和图26中，互连结构2502的一个例子实施例示出为定位于衬底2504与pcb2506之间，但互连结构的其它实施例可类似地定位于衬底2504与pcb2506之间，例如图18、图20、图22、图24、图28和图30中示出的那些。在这些实施例中，导电柱与衬底2504和pcb2506上的信号焊盘对准且导电片102的暴露表面与衬底2504和pcb2506上的焊盘对准。
还应注意，用以暴露导电片102的表面的开口和与导电柱902对准的开口(无论开口是否形成于电介质材料中或形成于焊接掩模中)可被布置成实现不同数量的信号连接和参考平面连接，如由互连结构连接的装置所需。对于给定区域，通过布置开口以及控制用以暴露导电片102的表面的开口的直径可实现大量的信号连接。
举例来说，互连结构2100、2700和2900各自具有7个信号连接与8个参考平面连接的布置，其中每个参考平面连接形成于暴露导电片102的顶部表面和底部表面的部分的开口内。互连结构2300具有11个信号连接与4个参考平面连接的布置，每个参考平面连接也形成于暴露导电片102的顶部表面和底部表面的部分的开口内。互连结构1700和1900各自具有15个信号连接和跨越导电片102的整个暴露顶部表面和底部表面的参考平面连接的布置。在其它实施例中，多个参考平面连接(而非单个参考平面连接)可形成于位于15个信号连接之间的开口中。以此方式，互连结构可被配置成在相同区域中提供较大或较小数量的信号连接，同时仍提供参考平面连接。
现在应了解，已提供包括延伸穿过参考平面结构的导电柱的互连结构，其中每个导电柱具有侧向分离且将导电柱与参考平面结构电隔离的环绕隔离结构。
在本发明的一个实施例中，提供一种互连结构，该互连结构包括：参考平面结构，该参考平面结构具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面，该参考平面结构包括从第一主表面到第二主表面的多个通孔；多个导电柱，每个导电柱定位于通孔内；以及多个隔离结构，每个隔离结构填充每个导电柱与参考平面结构的环绕部分之间的通孔内的环形区。
以上实施例的一个方面提供：每个隔离结构包括远离通孔的周边延伸于参考平面结构的第一主表面的一部分上方的环形部分。
以上实施例的另一方面提供：每个隔离结构的顶部表面延伸超出第一主表面，且每个隔离结构的底部表面延伸超出第二主表面，且每个导电柱的顶部表面与每个隔离结构的顶部表面共面且每个导电柱的底部表面与每个隔离结构的底部表面共面。
以上实施例的另一方面提供：每个隔离结构的顶部表面与第一主表面共面且每个隔离结构的底部表面与第二主表面共面，且每个导电柱的顶部表面与第一主表面共面且每个导电柱的底部表面与第二主表面共面。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括每个导电柱的每个顶部表面和底部表面上的焊接材料。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括在参考平面结构的第一主表面的至少一部分上方和每个隔离结构周围的焊接材料。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括定位在每个导电柱的每一端处的导电材料的部分，导电材料的部分具有大于导电柱的宽度的宽度以为每个导电柱的每一端提供经延伸电接触区域。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括分别定位在每个隔离结构之间的参考平面结构的第一主表面和第二主表面上方的导电材料的至少第一部分和第二部分以为参考平面结构提供经延伸电接触区域。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括在参考平面结构的第一主表面的至少一部分上方的焊接掩模，其中焊接掩模包括第一多个开口，第一多个开口中的每一者对准每个导电柱的顶部表面以限定导电柱的电接触区域，且焊接掩模另外包括第二多个开口，第二多个开口中的每一者定位于参考平面结构的第一主表面的一部分上方以限定参考平面结构的电接触区域。
以上实施例的另外方面提供：互连结构另外包括第一多个开口和第二多个开口中的每一者内的导电材料层。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括参考平面结构的每个副表面上方的电介质材料，每个副表面垂直于第一主表面和第二主表面。
以上实施例的另一方面提供：参考平面结构包括铜片，该铜片包括多个通孔。
以上实施例的另一方面提供：多个导电柱包括包括铜和焊料的群组中的至少一者。
以上实施例的另一方面提供：互连结构位于封装衬底与印刷电路板(pcb)之间，每个导电柱在封装衬底的相应信号焊盘与pcb的相应信号焊盘之间形成互连。
以上实施例的另外方面提供：互连结构另外包括穿过封装衬底的相应接地焊盘与pcb的相应接地焊盘之间的参考平面结构的一部分所形成的至少一个互连。
在本发明的另一实施例中，提供一种互连结构，该互连结构包括：参考平面结构，该参考平面结构具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面，该参考平面结构包括从第一主表面到第二主表面的多个通孔；多个导电柱，每个导电柱定位于通孔内；多个隔离结构，每个隔离结构填充每个导电柱与参考平面结构的环绕部分之间的通孔内的环形区，每个隔离结构包括：对准每个导电柱以限定导电柱的电接触区域的第一多个开口；以及参考平面结构的第一主表面上方的第一电介质材料层和参考平面结构的第二主表面上方的第二电介质材料层，每个电介质材料层包括：定位于参考平面结构的一部分上方以限定参考平面结构的电接触区域的第二多个开口。
以上实施例的一个方面提供：互连结构另外包括第一多个开口和第二多个开口中的每一者内的导电材料。
以上实施例的另一方面提供：互连结构另外包括参考平面结构的每个副表面上方的额外电介质材料层，每个副表面垂直于第一主表面和第二主表面。
以上实施例的另一方面提供：第一电介质材料层和第二电介质材料层包括b阶电介质材料。
以上实施例的另一方面提供：互连结构位于封装衬底与印刷电路板(pcb)之间，导电柱的每一个电接触区域由接合到封装衬底的相应信号焊盘的第一电介质材料层来限定，参考平面结构的每个电接触区域由接合到封装衬底的相应接地焊盘的第一电介质材料层来限定，导电柱的每个电接触区域由接合到封装衬底的相应接地焊盘的第二电介质材料层来限定，且参考平面结构的每个电接触区域由接合到pcb的相应接地焊盘的第二电介质材料层来限定。
由于实施本发明的设备大部分由本领域的技术人员已知的电子组件和电路组成，因此为了理解和了解本发明的基本概念并且为了不混淆或偏离本发明的教示，将不会以比上述图示认为必要的任何更大程度阐述电路细节。
此外，在说明书和权利要求书中的术语“正面”、“背面”、“顶部”、“底部”、“在……上”、“在……下”等等(如果存在的话)用于描述性目的且未必用于描述永久性的相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，使得本文中所描述的本发明的实施例例如能够以并非本文中所示出或以其它方式描述的那些定向的其它定向进行操作。
如本文所使用，术语“实质性”和“大体上”意味着足以用切实可行的方式实现所陈述的目的或值，这考虑由可在晶圆制造期间发生的常见和预期过程异常引起的任何轻微缺陷或偏差(如果存在的话)，这些轻微缺陷或偏差对于所陈述的目的或值并不显著。
虽然本文中参考具体实施例描述了本发明，但是在不脱离如所附权利要求书所阐述的本发明的范围的情况下可以进行各种修改和改变。举例来说，可在图14到图30的互连结构中实施额外的或较少的外部电连接。因此，说明书和图式应视为说明性而不是限制性意义，并且所有此类修改均意图包括在本发明的范围内。并不希望将本文中关于具体实施例而描述的任何益处、优点或针对问题的解决方案理解为任何或所有权利要求的关键、必需或基本的特征或要素。
此外，如本文中所使用，术语“一(a或an)”被限定为一个或多于一个。而且，权利要求书中例如“至少一个”和“一个或多个”等介绍性短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一”导入的另一权利要求要素将含有此引导的权利要求要素的任何特定权利要求限制为仅含有一个此要素的发明，甚至是在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和例如“一”等不定冠词时。对于定冠词的使用也是如此。
除非另外陈述，否则例如“第一”和“第二”等术语用于任意地区别此类术语所描述的要素。因此，这些术语未必意图指示此些元件的时间上的优先级或其它优先级。