DE102004038970A1 - HF intermediate connection for multiple wiring structures comprises an electrically conducting filler or coating on the wall of a via - Google Patents

HF intermediate connection for multiple wiring structures comprises an electrically conducting filler or coating on the wall of a via Download PDF

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Abstract

HF intermediate connection (1) comprises an electrically conducting filler or coating on the wall of a via (11). The wiring surfaces are arranged directly on first and second insulating layers (4, 5) which are located on first and second electrically conducting layers (2, 3) formed on a substrate (10). The via is provided with a first sleeve (6) of a conducting layer and a second sleeve (7) of an insulating layer is arranged coaxially around the first sleeve. The second sleeve encloses the HF intermediate connection.

Description

Die Erfindung betrifft eine HF(Hoch-Frequenz) Zwischenverbindung für Mehrfach-Verdrahtungsebenen mit impedanzdefinierten Leiterbahnstrukturen, wobei die Mehrfach-Verdrahtungsebenen auf konventionellen Verdrahtungsträgern oder in waferebenen realisiert werden, deren Substrat/Laminat eine geringe HF-Dämpfungscharakteristik aufweist.The This invention relates to an RF (high frequency) interconnect for multiple wiring levels with impedance-defined trace structures, the multiple-wiring levels realized on conventional wiring substrates or in wafer planes whose substrate / laminate has a low RF attenuation characteristic.

Der Stand der Technik zeigt, dass dem peripheren Aufbau der angewandten Halbleiterspeicherschaltkreise, der z.B. deren elektrische Kontaktierungsstruktur zur nächst höheren Verdrahtungsebene realisiert, eine Schlüsselrolle zur Erfüllung der wachsenden Anforderungen an die funktionalen technischen Kennwerte zukommt. Insbesondere bestehen diese wachsenden Anforderungen für die Datenübertragungsraten und für die Zuverlässigkeitskennwerte des Gesamtverbundes der elektronischen Baugruppe.Of the Prior art shows that the peripheral structure of the applied Semiconductor memory circuits, e.g. their electrical contacting structure to the next higher Wiring level realized a key role to fulfill the growing Requirements for the functional technical characteristics. In particular, these growing demands are for data transfer rates and for the reliability characteristics of the overall assembly of the electronic assembly.

Diese wachsenden Anforderungen müssen erfüllt werden, um mit der Entwicklung der elektronischen Bauteile, wie z. B. der CPU und der Logik-Bausteine, die die Entwicklung maßgeblich bestimmen, Schritt zu halten. So ist für die CPU die Taktrate und für die Logik-Bausteine die Schaltzeit bzw. die Signal-Anstiegszeit jeweilige Messstabsgröße für diese Entwicklung.These growing demands must be met with the development of electronic components, such. B. the CPU and the logic building blocks that govern the development determine to keep up. So for the CPU is the clock rate and for the logic devices the switching time or the signal rise time respective dipstick size for this development.

Aus elektro-physikalischen Gründen ist bei einer Taktrate ab 1 GHz und höher, sowie einer Schaltzeit von 3 Nanosekunden und schneller, der Signal-Integrität besondere Aufmerksamkeit zu widmen.Out electro-physical reasons is at a clock rate from 1 GHz and higher, as well as a switching time of 3 nanoseconds and faster, the signal integrity special To pay attention to.

Beim Einsatz höchstintegrierter Schaltungen mit immer kom pakteren Gehäusen, die stets kleinere Anschlussraster und immer größere Anschlusszahlen aufweisen, muss auch der erforderliche periphere Aufbau die Anforderungen erfüllen. So führt diese aufgezeigte Entwicklungstendenz bei den konventionellen Umverdrahtungsstrukturen auf Wafer-Ebene bzw. bei den bisherigen Leiterbahnstrukturen auf Interposern und Leiterplatten zu dichter belegten Signallagen mit geringsten Leiterbahnbreiten.At the Use of highly integrated Circuits with ever more com pact housings, the ever smaller connection grid and ever larger numbers of connections Also, the required peripheral structure must meet the requirements fulfill. So leads This development trend in the conventional rewiring structures on the wafer level or in the previous interconnect structures Interposers and printed circuit boards to denser signal layers with lowest conductor track widths.

Um die vorstehend genannte Signal-Integrität zu gewährleisten, werden beim Stand der Technik die Leiterbahnstrukturen impedanzdefiniert ausgeführt.Around To ensure the above-mentioned signal integrity, are in the state technology, the track structures executed impedance defined.

Damit verbundenen sind bei der Gestaltung impedanzrichtiger Leitungen verbesserte Ätztoleranzen zu realisieren.In order to connected are in the design of impedance correct lines improved etching tolerances to realize.

Zur Reduzierung von "Crosstalks" zwischen Leitbahnen, welche durch Übersprechen (Crosstalk) benachbarter Leitbahnen infolge deren kapazitiver Kopplung auftreten, und zur Reduzierung von Signalreflexionen auf den Leiterbahnstrukturen werden dazu vorzugsweise impedanzrichtige Mikrokoaxialleitungen angewandt.to Reduction of "crosstalks" between interconnects, which by crosstalk (Crosstalk) of adjacent interconnects due to their capacitive coupling occur and to reduce signal reflections on the interconnect structures For this purpose, preferably impedance-correct micro-coaxial cables applied.

Ein beim Stand der Technik bekanntes weiteres Mittel zur Erfüllung der wachsenden Anforderungen ist eine optimale Entflechtung der Leiterbahnstrukturen durch Mehrfach-Mikrovia-Bohrlagen. Zum in Entflechten werden derzeit 2 Mikrometer-Via-Bohrlagen in Kombination mit konventioneller Bohrtechnik eingesetzt. Die Bohrdurchmesser der Mikro-VIAs lassen sich nicht mehr durch klassisches Bohren erzeugen. Es müssen alternative Methoden, wie z. B. Laser-Bohren, Plasma- oder Foto-Strukturierung eingesetzt werden.One known in the prior art further means for fulfilling the Growing demands are optimal unbundling of the conductor track structures through multiple microvia drilling positions. To the At present, 2 micron via drilling positions are being used in combination with conventional drilling technology used. The drilling diameter of the micro-VIAs can not be produce more by classical drilling. There have to be alternative methods, like z. As laser drilling, plasma or photo structuring used become.

Mit solchen Mikro-VIA Technologien werden z. B. mit mehrlagigen Umverdrahtungsebenen (3D-Redistribution Layer) direkte Verdrahtungswege orthogonal zu den Verdrahtungsebenen (in Z-Richtung) geführt.With such micro-VIA technologies are z. B. with multi-layer redistribution layers (3D Redistribution Layer) direct wiring paths orthogonal to the wiring levels (in the Z direction).

Bei der Realisierung von impedanzdefinierten Leiterbahnstrukturen wird bei vorhandenem definierten Dielektrikum vorzugsweise die Impedanz der Leiterbahnstrukturen durch die Geometrie der Signalleiter, die Abstände zwischen diesen Signalleitern und die Abstände der Signalleiter zum Bezugspotenzial eingestellt.at the realization of impedance-defined interconnect structures if there is a defined dielectric, preferably the impedance the conductor track structures through the geometry of the signal conductors, the distances between these signal conductors and the distances of the signal conductors to the reference potential set.

Die impedanzdefinierten Leiterbahnstrukturen sind nach dem Stand der Technik klassifiziert in: Single Ended, Differentiell, Coplanar, Differentiell-Coplanar.The impedance-defined interconnect structures are according to the state of Technique classified in: Single Ended, Differential, Coplanar, Differentially-coplanar.

„Single Ended" bedeutet dabei, dass eine Leiterbahn mit Referenz zu einer oder zu zwei Powerplanes steht. Unter „Differentiell" ist zu verstehen, dass zwei gekoppelte Leiterbahnen in Referenz zu einer oder zu zwei Powerplanes steht. Bei einer „coplanaren Leiterbahnstruktur" steht eine Leiterbahn mit Referenz zu einer oder zu zwei Powerplanes und wird links und rechts von Potential führenden Leiterbahnen oder Masseflächen flankiert, wohingegen bei einer „differentiellcoplanaren" Leiterbahn zwei gekoppelte Leiterbahnen mit Referenz zu einer oder zu zwei Powerplanes stehen und rechts und links von Potential führenden Leiterbahnen oder Messeflächen flankiert werden."Single Ended "means doing a lead with reference to one or two powerplanes stands. By "differential" is meant that two coupled tracks in reference to one or two powerplanes stands. In a coplanar Track structure "stands a trace with reference to one or two powerplanes and becomes leading left and right of potential Tracks or ground planes flanked, whereas in a "differential coplanar" track two Coupled tracks with reference to one or two powerplanes are flanked and flanked right and left by potential leading conductors or exhibition areas become.

Für jede dieser vier Impedanzklassen sind je zwei Impedanztypen Stripline – die impedanzdefinierte Leiterbahn liegt zwischen zwei Potential führenden Masseflächen – und Mikrostrip – die impedanzdefinierte Leiterbahn liegt über einer Potential führenden Massefläche – zugeordnet.For each of these four impedance classes are each two impedance types Stripline - the impedance-defined Trace lies between two potential-carrying ground planes - and microstrip - the impedance-defined ones Track is over a potential leader Ground plane - assigned.

Als verbleibender Nachteil ist ersichtlich, dass für die Führung der impedanzdefinierten Leiterbahnstrukturen über mehrere Verdrahtungsebenen hinweg keine Lösungen bekannt sind.When remaining disadvantage is evident that for the management of impedance defined Track structures over several wiring levels no solutions are known.

Somit besteht die erfindungsgemäße Aufgabenstellung darin, eine HF-Zwischenverbindung für Mehrfach-Verdrahtungsebenen mit impedanzdefinierten Leiterbahnstrukturen zu schaffen, die einfach und mit reproduzierbaren und vorgebbaren Parametern realisiert werden kann.Consequently exists the task of the invention therein, an RF interconnect for multiple wiring levels To create impedance-defined trace structures that are simple and be realized with reproducible and specifiable parameters can.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung wird dadurch erreicht, dass HF-Zwischenverbindung durch eine elektrisch leitfähige Füllung oder Beschichtung der Wandung eines VIA repräsentiert wird. Hierbei sind die Verdrahtungsebenen zumindest mittelbar jeweils auf einer ersten und einer zweiten Isolationslage angeordnet, die sich auf einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht befinden, die sich beidseitig auf einem Substrat befinden. Weiterhin ist das VIA mit einer ersten Hülse einer leitfähigen Schicht versehen und koaxial um diese ist eine zweiten Hülse einer Isolationsschicht angeordnet, wobei diese zweiten Hülse die HF-Zwischenverbindung umschließt.The solution the task of the invention is achieved in that HF interconnection by an electric conductive filling or coating the wall of a VIA is represented. Here are the wiring levels at least indirectly each on a first and a second insulation layer disposed on a first and a second electrically conductive layer are the are on both sides of a substrate. Furthermore, this is the VIA with a first sleeve a conductive Layer provided and coaxial about this is a second sleeve one Insulation layer disposed, said second sleeve, the RF interconnect encloses.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gesamtaufbau von der HF-Zwischenverbindung, von der ersten Hülse, der leitfähigen Schicht und von der zweiten Hülse der Isolationsschicht solche geometrischen Abmaße aufweist, mit der die Impedanzrichtigkeit/Impedanzdefinition gewährleistet wird.In An embodiment of the invention provides that the overall structure from the RF interconnect, from the first sleeve, the conductive layer and from the second sleeve the insulating layer has such geometrical dimensions, with which ensures the impedance accuracy / impedance definition becomes.

In einer weiteren Variante wird aufgezeigt, dass sich zusätzlich auf den Gesamtaufbau von der HF-Zwischenverbindung, von der ersten Hülse der leitfähigen Schicht und von der zweiter Hülse der Isolationsschicht aufbauend auf die zweite Hülse der Isolationsschicht eine/oder weitere Hülse(n) der leitfähigen Schicht und anschließend eine/oder weitere Hülse(n) der Isolationsschicht sich alternierend bezüglich der Leitfähigkeit der jeweiligen Hülse fortsetzt.In another variant is shown that in addition to the overall structure of the RF interconnect, from the first sleeve of the conductive layer and from the second sleeve the insulating layer based on the second sleeve of the insulating layer a / or further sleeve (s) the conductive one Layer and then one or more sheath (s) the insulation layer alternating with respect to the conductivity the respective sleeve continues.

Eine weitere Variante der Erfindung wird derart realisiert, dass die elektrisch leitfähigen Schichten in dem VIA durch eine Metallisierung aufgebaut sind und eine abschließende Oberflächenveredlung aufweisen.A Another variant of the invention is realized such that the electrically conductive Layers in the VIA are constructed by a metallization and a final one Surface finishing exhibit.

In Fortführung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der Gesamtaufbau in dem VIA auf konventionellem Verdrahtungsträger oder Wafer-Ebene angeordnet ist.In continuation the invention is further provided that the overall structure in the VIA on conventional wiring substrate or wafer level arranged is.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gesamtaufbau in dem VIA mit

  • – Füllung mit Polymerpasten (Dispensen von Silberpaste) oder
  • – Palladiumbekeimung mit anschließender Aktivierung (Direktmetallisierung) oder
  • – Bekeimung mit Graphit (Blackhole Technologie) oder
  • – Belegung mit leitfähigem Polymerfilm aufgebaut ist.
In an additional embodiment of the invention it is provided that the overall structure in the VIA with
  • - filling with polymer pastes (dispensing of silver paste) or
  • - Palladiumbekeimimung with subsequent activation (direct metallization) or
  • - Germination with graphite (blackhole technology) or
  • - Occupancy is constructed with conductive polymer film.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:The Invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Showing:

1 den Schichtaufbau bei der HF-Zwischen-verbindung und Verdrahtungsebene 1 the layer structure in the RF interconnection and wiring level

2 den Schichtaufbau bei mehreren HF-Zwischenverbindungen und mehreren Verdrahtungsebenen 2 the layer structure at several RF interconnections and multiple wiring levels

In 1 ist ersichtlich, dass ein Substrat 11 beidseitig mit einer ersten und zweiten leitfähigen Schicht Schicht 2; 3 versehen ist.In 1 it can be seen that a substrate 11 on both sides with a first and second conductive layer layer 2 ; 3 is provided.

Auf diesen Schichten aufbauend sind jeweils die erste und zweite Isolationslage 4; 5 angeordnet. Über diesen Isolationslagen befinden sich zumindest mittelbar jeweils die erste und zweite Verdrahtungsebene 8; 9.Based on these layers are respectively the first and second insulation layer 4 ; 5 arranged. At least indirectly, the first and second wiring levels are located above these insulation layers 8th ; 9 ,

Die HF-Zwischenverbindung 1 verbindet die erste und zweite Verdrahtungsebene 8; 9 impedanzrichtig/impedanzdefiniert in einem VIA 11. Hierbei ist das VIA 11 mit einer ersten Hülse 6 einer leitfähigen Schicht versehen und auf dieser ist eine zweite Hülse 7 einer Isolationsschicht angeordnet, wobei diese zweiten Hülse 7 die HF-Zwischenverbindung 1 umschließt.The RF interconnect 1 connects the first and second wiring levels 8th ; 9 impedance correct / impedance defined in a VIA 11 , Here is the VIA 11 with a first sleeve 6 a conductive layer and on this is a second sleeve 7 an insulating layer, said second sleeve 7 the RF interconnect 1 encloses.

Der Gesamtaufbau der HF-Zwischenverbindung 1, der ersten Hülse 6 der leitfähigen Schicht und der zweiten Hülse 7 der Isolationsschicht weist solche geometrischen Abmaße auf, mit der die Impedanzrichtigkeit/Impedanzdefinition gewährleistet wird.The overall structure of the RF interconnect 1 , the first sleeve 6 the conductive layer and the second sleeve 7 The insulation layer has such geometrical dimensions, with which the impedance accuracy / impedance definition is ensured.

In 2 ist ersichtlich, dass zusätzlich aufbauend auf den Gesamtaufbau von HF-Zwischenverbindung 1, von erster Hülse 6 der leitfähigen Schicht und von zweiter Hülse 7 der Isolationsschicht auf die zweiter Hülse 7 der Isolationsschicht ist eine/oder weitere Hülse(n) 12 der leitfähigen Schicht angeordnet.In 2 It can be seen that, in addition to the overall structure of RF interconnect 1 , from first sleeve 6 the conductive layer and second sleeve 7 the insulation layer on the second sleeve 7 the insulation layer is one or more sheath (s) 12 the conductive layer is arranged.

Anschließend setzt eine/oder weitere Hülse(n) 13 der Isolationsschicht sich alternierend bezüglich der Leitfähigkeit der jeweiligen Hülse fort.Then put a / or further sleeve (s) 13 the insulation layer be alternately be plus the conductivity of the respective sleeve.

11
HF-ZwischenverbindungRF interconnect
22
erste leitfähige Schichtfirst conductive layer
33
zweite leitfähige Schichtsecond conductive layer
44
erste Isolationslagefirst insulation layer
55
zweite Isolationslagesecond insulation layer
66
ersten Hülse der leitfähigen Schichtfirst Sleeve of the conductive layer
77
ersten Hülse der Isolationsschichtfirst Sleeve of the insulation layer
88th
erste Verdrahtungsebenefirst wiring level
99
zweite Verdrahtungsebenesecond wiring level
1010
Substratsubstratum
1111
VIAVIA
1212
weitere Hülse(n) der leitfähigen SchichtFurther Sleeve (s) the conductive one layer
1313
weitere Hülse(n) der IsolationsschichtFurther Sleeve (s) the insulation layer

Claims (10)

HF-Zwischenverbindung für Mehrfach-Verdrahtungsebenen mit impedanzdefinierten Leiterbahnstrukturen, wobei die Mehrfach-Verdrahtungsebenen auf konventionellen Verdrahtungsträgern oder in Waferebenen realisiert sind, deren Substrat/Laminat eine geringe HF-Dämpfungscharakteristik aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Zwischenverbindung (1) durch eine elektrisch leitfähige Füllung oder Beschichtung der Wandung eines VIA (11) repräsentiert wird, wobei die Verdrahtungsebenen zumindest mittelbar jeweils auf einer ersten und einer zweiten Isolationslage (4), (5) angeordnet sind, die sich auf einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (2), (3) befinden, die sich beidseitig auf einem Substrat (10) befinden, dass das VIA mit einer ersten Hülse (6) einer leitfähigen Schicht versehen ist und koaxial um diese eine zweiten Hülse (7) einer Isolationsschicht angeordnet ist, wobei diese zweiten Hülse (7) die HF-Zwischenverbindung (1) umschließt.RF interconnection for multiple wiring levels with impedance-defined interconnect structures, wherein the multiple interconnect levels are implemented on conventional wiring substrates or in wafer planes whose substrate / laminate has a low RF attenuation characteristic , characterized in that the RF interconnect ( 1 ) by an electrically conductive filling or coating of the wall of a VIA ( 11 ), wherein the wiring levels at least indirectly each on a first and a second insulation layer ( 4 ) 5 ) are arranged on a first and a second electrically conductive layer ( 2 ) 3 ), which are located on both sides of a substrate ( 10 ) are that the VIA with a first sleeve ( 6 ) is provided with a conductive layer and coaxially around this a second sleeve ( 7 ) is arranged an insulating layer, said second sleeve ( 7 ) the HF interconnect ( 1 ) encloses. HF-Zwischenverbindung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtaufbau der HF-Zwischenverbindung (1), der ersten Hülse (6) der leitfähigen Schicht und der zweiten Hülse (7) der Isolationsschicht solche geometrischen Abmaße aufweist, mit der die Impedanzrichtigkeit/Impedanzdefinition gewährleistet wird.RF interconnect ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the overall structure of the HF interconnect ( 1 ), the first sleeve ( 6 ) of the conductive layer and the second sleeve ( 7 ) of the insulation layer has such geometrical dimensions, with which the impedance accuracy / impedance definition is ensured. HF-Zwischenverbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich zusätzlich auf den Gesamtaufbau von HF-Zwischenverbindung (1), von erster Hülse (6), der leitfähigen Schicht und von zweiter Hülse (7) der Isolationsschicht aufbauend auf die zweite Hülse (7) der Isolationsschicht eine/oder weitere Hülse(n) (12) der leitfähigen Schicht und anschließend eine/oder weitere Hülse(n) (13) der Isolationsschicht sich alternierend bezüglich der Leitfähigkeit der jeweiligen Hülse fortsetzt.RF interconnect ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the overall structure of HF interconnect ( 1 ), from first sleeve ( 6 ), the conductive layer and second sleeve ( 7 ) of the insulating layer based on the second sleeve ( 7 ) of the insulation layer one or more further sleeves (s) ( 12 ) of the conductive layer and then one or more further sleeves (s) ( 13 ) of the insulating layer continues alternately with respect to the conductivity of the respective sleeve. HF-Zwischenverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine/oder weitere HF-Zwischenverbindung(en) von der Hülse (7) einer Isolationsschicht umschlossen wird.RF interconnect ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition a / or further HF interconnection (s) of the sleeve ( 7 ) is enclosed an insulating layer. HF-Zwischenverbindung (1) nach einem Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfäigen Schichten in dem VIA (11) durch eine Metallisierung aufgebaut sind und eine abschließende Oberflächenveredlung aufweisen.RF interconnect ( 1 ) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the electrically conductive layers in the VIA ( 11 ) are constructed by a metallization and have a final surface finishing. HF-Zwischenverbindung (1) nach mindesten einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtaufbau der HF-Zwischenverbindungen in dem VIA (11) auf konventionellen Verdrahtungsträgern oder Wafer-Ebenen angeordnet ist.RF interconnect ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the overall structure of the HF interconnects in the VIA ( 11 ) is arranged on conventional wiring carriers or wafer planes. HF-Zwischenverbindung (1) nach mindesten einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtaufbau in dem VIA (11) durch eine Füllung mit Polymerpasten realisiert ist (Dispensen von Silberpaste).RF interconnect ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the overall structure in the VIA ( 11 ) is realized by a filling with polymer pastes (dispensing of silver paste). HF-Zwischenverbindung (1) nach mindesten einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtaufbau in dem VIA (11) durch Palladiumbekeimung mit anschließender Aktivierung (Direktmetallisierung) realisiert ist.RF interconnect ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the overall structure in the VIA ( 11 ) by Palladiumbekeimung with subsequent activation (direct metallization) is realized. HF-Zwischenverbindung (1) nach mindesten einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtaufbau in dem VIA (11) durch Bekeimung mit Graphit (Blackhole Technologie) realisiert ist.RF interconnect ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the overall structure in the VIA ( 11 ) by nucleation with graphite (blackhole technology) is realized. HF-Zwischenverbindung (1) nach mindesten einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtaufbau in dem VIA (11) durch Belegung mit leitfähigem Polymerfilm aufgebaut ist.RF interconnect ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the overall structure in the VIA ( 11 ) is constructed by occupancy with conductive polymer film.
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