一种具有电磁屏蔽效能的垂直互连结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子封装领域，特别涉及一种具有电磁屏蔽效能的垂直互连结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着电子系统朝着高频、高速、多功能、小型化方向不断发展，封装互连越来越成为系统整体性能提高的瓶颈。特别是封装中的垂直互连结构，是信号传输路径中重要的阻抗不连续点，是反射、振铃、损耗、串扰等信号完整性问题产生的根源。由于现有加工方法的限制，目前的基板工艺没有制作垂直互连的屏蔽结构。通过垂直互连结构的电磁波可直接耦合到电源地平面，形成电源分布网络中的瞬态同步开关噪声/地弹噪声，造成电源地平面的电压波动，不仅影响高速信号的电平切换，甚至引起封装结构的谐振，造成产品的失效。
[0003]目前，多采用在垂直互连的四周增加地过孔处的方法来改善垂直互连的信号质量并抑制垂直互连的噪声辐射。但这种方法大大增加了垂直互连的布线面积，且不能完全屏蔽垂直互连的电磁辐射。
[0004]关于垂直互连的专利很多，如US6893951B2、CN102024801A、CN10243711A 等，但这些结构主要应用于集成电路芯片内部单元的垂直互连，不能将垂直互连结构做到基板上，且不考虑互连的屏蔽性能。2013申请的发明专利《一种同轴垂直互连导电体的制作方法》(申请号201310280690.6)中提出了采用刻蚀、沉积、电镀等方法制作了同轴垂直互连结构，但是，这种方法成本极高，且这种工艺方法仅针对硅、玻璃片或其他有机材料，即其只适用于绝缘材料，不适用于导电金属材料。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种具有电磁屏蔽性能的垂直互连结构及其制作方法，有效解决现有垂直互连结构存在的电磁泄漏问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的:
本发明提供一种具有电磁屏蔽性能的垂直互连结构，其包括:实心金属通柱、金属屏蔽层和金属氧化物；其中:
所述实心金属通柱为封装基板内任意层间垂直互连的金属导体；
所述金属屏蔽层为包围所述实心金属通柱的环形金属屏蔽层；
所述金属氧化物为所述实心金属通柱和所述金属屏蔽层之间的环形绝缘介质。
[0007]较佳地，所述实心金属通柱的材料与所述金属屏蔽层的材料为同一种金属材料； 所述金属材料为可阳极氧化的金属材料。
[0008]较佳地，所述金属氧化物环形介质为所述金属材料被氧化后形成的金属氧化物。实心金属通柱和金属屏蔽层为同一种金属材质，金属氧化物层由金属材料氧化形成，结构简单，制作方便。
[0009]较佳地，所述金属材料为铌、钽、铝、钛中的任意一种，对应地，
所述金属氧化物为氧化银、氧化钽、氧化铝、氧化钛中的任意一种。
[0010]较佳地，所述垂直互连结构为单通道垂直互连结构和/或多通道互连结构和/或差分垂直互连结构；
单通道垂直互连结构用于单个信号的传输；
多通道互连结构用于多个相邻的信号的传输，每个通道均设置有所述金属屏蔽层，相邻两个通道之间的所述金属屏蔽层共用，以减小基板布线空间。
[0011]差分垂直互连结构用于差分信号的传输。
[0012]较佳地，所述垂直互连结构的尺寸为微米级，现有的制作方法制作的垂直互连结构为最少为毫米级，本发明的垂直互连结构可达到微米级，实现小尺寸的垂直互连，适用于细间距的引线直接连接。
[0013]本发明还提供一种具有电磁屏蔽性能的垂直互连结构的制作方法，其包括以下步骤:
511:提供一金属基板，在所述金属基板的上下表面第一次涂覆一层光敏材料，进行第一次双面光刻，形成垂直互连结构的图形掩膜；
512:将形成垂直互连结构的图形掩膜后的金属基板进行致密型阳极氧化，在未被垂直互连结构的图形掩膜覆盖的区域形成致密型金属氧化层；；
513:去除垂直互连结构的图形掩膜，在金属基板的上下表面第二次涂覆一层光敏材料，进行第二次双面光刻，形成实心金属通柱和金属屏蔽层的图形掩膜；
S14:将形成实心金属通柱的图形掩膜和金属屏蔽层的图形掩膜后的金属基板进行穿透型阳极氧化；
S15:去除实心金属通柱的图形掩膜和金属屏蔽层的图形掩膜。
[0014]较佳地，S16:对实心金属通柱进行表面金属化处理，使垂直互连结构可与高密度的平面传输线、金线、凸点、焊球等直接连接。
[0015]较佳地，所述步骤S12中的致密型阳极氧化所使用的电解液为弱酸性电解液；
所述步骤S14中的穿透型阳极氧化所使用的电解液为酸性电解液。
[0016]相较于现有技术，本发明具有以下优点:
(1)本发明提供的具有电磁屏蔽效能的垂直互连结构及其制作方法，在实心金属通柱的外侧设置金属屏蔽层接地，有效地解决了封装结构中垂直互连的电磁泄露问题；
(2)采用本发明的制作方法，可将垂直互连结构制作到基板上，基板采用金属材料，散热效果好；
(3)本发明的实心金属通柱可与高密度的平面传输线、金线、凸点、焊球等直接连接；
(4)本发明的制作方法，在金属基板上采用光刻技术制作互连结构，尺寸可以达到很小，远小于传统的同轴连接器；
(5)本发明的垂直互连结构可用于封装基板任意层之间的互连、金线与封装基板的互连以及倒装凸点与封装基板的互连等。
[0017]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明:
图1为本发明的实施例1的垂直互连结构的剖视图；
图2为本发明的实施例1的垂直互连结构的俯视图；
图3为本发明的实施例1的垂直互连结构的应用示意图；
图4为本发明的实施例1的垂直互连结构与现有的垂直互连结构的隔离度对比图；
图5为本发明的实施例2的垂直互连结构的制作方法的流程图；
图6A为本发明的实施例2的步骤Sll之后的金属基板示意图；
图6B为本发明的实施例2的步骤S12之后的金属基板示意图；
图6C为本发明的实施例2的步骤S13之后的金属基板示意图；
图6D为本发明的实施例2的步骤S14之后的金属基板示意图；
图6E为本发明的实施例2的步骤S15之后的金属基板示意图。
[0019]标号说明:1-金属基板，2-单通道垂直互连结构，3-多通道垂直互连结构，4-差分垂直互连结构；
I1-垂直互连结构的图形掩膜，12-致密型金属氧化层，13-实心金属通柱的图形掩膜，14-金属屏蔽层的图形掩膜；
101-实心金属通柱，102-金属屏蔽层，103-金属氧化物；
II1-金线，112-焊球，113-芯片。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]实施例1:
结合图1-图4，本实施例详细描述本发明的具有电磁屏蔽效能的垂直互连结构，可以包括单通道垂直互连结构2、多通道垂直互连结构3、差分垂直互连结构中的任意一种或多种，本实施例以包括一个单通道垂直互连结构2、一个多通道垂直互连结构3和一个差分垂直互连结构4为例，其结构示意图如图1所示，俯视图如图2所示，单通道垂直互连结构2包括实心金属通柱101、包围在实心金属通柱21的外侧的环形的金属屏蔽层102，以及位于实心金属通柱101和金属屏蔽层102之间的环形的绝缘介质金属氧化物103 ;多通道垂直互连结构3包括多个实心金属通柱101，此处以三个为例，每个实心金属通柱101的外侧都设置有包围其的同轴环形金属屏蔽层102，每个实心金属通柱101和金属屏蔽层102之间都设置有环形的绝缘介质金属氧化物103，相邻两个实心金属通柱101的相邻边的金属屏蔽层102可共用；差分垂直互连结构包括多个实心金属通柱101，此处以两个为例，用一个椭圆形的金属屏蔽层102包围两个实心金属通柱101，每个实心金属通柱101的外围都设置有金属氧化物103。
[0022]本实施例中，实心金属通柱101和金属屏蔽层102为相同的金属材质，金属氧化物103为此金属材质氧化后形成的金属氧化物；相邻两个垂直互连结构的金属屏蔽层之间通过此金属材质相连。
[0023]如图3所示为本实施例的垂直互连结构的应