[发明专利]制造含有图形阵列通孔的基板的方法和金属线集成体

说明书

技术领域

本发明一般地涉及三维（3D）集成电路半导体封装技术，特别地涉及含有通孔的基板的制造技术，其中包括含有通孔的硅基板（对应的通孔称作TSV：THROUGH-SILICON-VIA），含有通孔的有机材料基板（对应的通孔称作TSV：THROUGH-SUBSTRATE-VIA）和含有通孔的玻璃基板（对应的通孔称作TGV：THROUGH-GLASS-VIA）。

背景技术

有通孔的基板通常用于集成电路半导体封装技术中，是整合电子产品功能的元件。其中的通孔可以把位于基板上表面的电子元件（如集成电路半导体）与基板下方的其它电子元件或印刷电路板相连接，也可以通过制作于基板上表面的再分布线路（RDL：Redistributed Line）使位于其上表面的电子元件先直接地进行通讯，然后再与基板下方的其它电子元件或印刷电路板相连接。含有通孔的硅基板可以有更加精细的导电线路和线间距，其可用于把具有微小特征的半导体芯片与外界相连接。含有通孔的有机材料基板比含有通孔的硅基板便宜很多，然而，在其上面的导电线路和线路间距及与外界相连的导电触点间距目前还是比含有通孔的硅基板大很多，从而限制了其在具有微小特征的半导体芯与外界相连接中的电子封装中应用。含有通孔的硅基板通常是由硅晶片加工技术制造的，而含有通孔的有机材料基板可以由通常的有机材料基板制造技术或集成电路半导体封装技术来生产。另外，含有通孔的玻璃基板也正在被引入和发展中。

目前，制造含有通孔的基板的方法可以分为两类：一类是基于基板的方法，另一类是基于通孔的方法。基于基板的方法基本上包括：1）在基板上先开一些所需的孔，2）然后用导电材料填充这些孔，从而形成一个含有导电通孔的基板。基于通孔的方法基本上包括：1）先在一个载体上制作一些点状的小金属柱，2）然后用一个基板材料覆盖这些点状的小金属柱，再去掉所述的载体并打磨上下表面以露出点状的小金属柱，从而形成一个含有导电通孔的基板。这种一片一片地制造含有导电通孔的基板的方法是非常耗时和昂贵的，特别是对于硅基板。

发明内容

本发明的灵感来自于对传统的单向纤维加强的复合材料内在结构的观察。单向纤维加强的复合材料的横截面粗略地看起来与含有通孔的基板相似。因此，把一个单向金属纤维加强的复合材料分割成片似乎是一个便宜和快捷的制造含有通孔的基板的方法。然而，直接采用单向纤维加强的复合材料的制作方法是不可行的。原因包括：单向纤维加强的复合材料的制作方法通常是用一个基体材料（如树脂材料）把一束单向排列的纤维粘接在一起并固化成一个固体，其中纤维间的间距和纤维的图形阵列并不受到关注；然而，含有通孔的基板对通孔的分布有非常严格的要求，这些要求包括：1）通孔间距是按需要规定的，而且通孔间距在不同的位置可能是不同的；2）因为一个含有通孔的基板通常要分割成许多基板单元，每一个基板单元用于一个集成电路半导体封装，所以含有通孔的基板中的通孔间会按需要留有一些纵向和横向的分割通道；3）在通孔的制作中，在一个规则的通孔阵列中的一些位置上可能按需要不制作通孔（Depopulated Vias）；4）可能需要在含有通孔的基板中嵌入一些其它的电子元件。所述的每一个要求对传统的单向纤维加强的复合材料的制作方法来说都是一个挑战或不可能完成的任务。可以满足这些要求的金属线排列在本发明中被称作金属线图形阵列。本发明提供了一个制作金属线图形阵列的方法，和一种基于金属线图形阵列制造金属线集成体，并进一步制造含有图形阵列通孔的基板的方法。另外，本发明进一步提供了在金属线图形阵列中添加其它元件到所需位置的方法。本发明公开的金属线集成体及其制造方法可以用来批量地制造含有图形阵列通孔和其它附加元件的基板。与现有的制造含有通孔的基板的技术相比，本发明公开的方法可以称作是一个三维的方法（3D方法），而现有的技术是一个二维的方法（2D方法）。例如，一个300毫米直径的含有通孔的硅片（TSV Silicon Wafer）大概可以分割成81个（9×9阵列的单元）30毫米大小的方形的含有通孔的硅片单元，而本发明的一个一米长的具有相同直径的金属线集成体大概可以分割成1000片，从而制造八万一千（1000x81=81000）个30毫米大小的方形的含有通孔的基板单元。

本发明的一个实施例提供了一个由金属线段制作金属线图形阵列的方法，其进一步包含添加其它柱体和其它附加元件到金属线图形阵列并定位于所需位置的方法。本发明的另一个实施例提供了一个由连续的金属线制作金属线图形阵列的方法，其进一步包含添加其它柱体和其它附加元件到金属线图形阵列并定位于所需位置的方法。