半导体结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种半导体结构。

背景技术

在高速电路运作中，讯号传播速度与衰减是两个重要参数，其中讯号传播延迟取决于介电常数(Dielectric Constant，Dk)大小和传输线结构，使用低Dk的基板材料可以减少讯号传递延迟，降低导线之间的耦合电容，进而降低讯号之间的串扰(cross talk)；讯号衰减包含导体损耗和介质损耗，其中介电损耗表示讯号在材料中的损耗，以损耗正切(losstangent)或耗散因子(dissipation factor，Df)描述，使用具有低Df的介质材料可以降低讯号衰减而提高讯号完整性。随着5G通讯的发展，相关的通讯产品因高频的需求而要求以低Dk及低Df材料制备。

然而，现行业界的低Dk及低Df材料开发速度缓慢且昂贵，且一般的低Dk及低Df介电材料的Df值不够低而导致电性上损失或线路布线上限制，或是某些Df够低的材料有加工性不佳而造成制程不易与良率不好等缺点。再者，如以图1中10层(L1-L10)板为示例，因为核心(core)层10的材料的Dk及Df值不够低，使得一些考量特性阻抗的线路不能设计在邻近核心层10的L5层和L6层，从而增加了层板的厚度。

发明内容

针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种半导体结构，可以减少基板层数。

本发明的实施例提供了一种半导体结构，包括：第一基板；第二基板，堆叠在第一基板上方；连接件，位于第一基板和第二基板之间并电性连接第一基板和第二基板。其中，第一基板与第二基板之间形成有气腔。

根据本发明的实施例，第一基板具有第一数量的多个线路层，第二基板具有第二数量的多个线路层，第一数量与第二数量不同。

根据本发明的实施例，第一基板具有与第二基板数量相同的多个线路层。

根据本发明的实施例，连接件包括锡球、塑核球、铜球或铜柱中的一种。

根据本发明的实施例，第一基板的上表面与第二基板的下表面相对设置，第一基板的上表面和第二基板的下表面中的至少一个上设置有暴露于气腔内的迹线。

根据本发明的实施例，迹线凸出于第一基板的上表面和第二基板的下表面中的至少一个，凸出的迹线具有凸出表面和连接于凸出表面的侧面，凸出表面和侧面暴露于气腔内。

根据本发明的实施例，气腔的高度为迹线的凸出部分的高度的2倍至3倍。

根据本发明的实施例，迹线的表面为金属结束(metal finish)层。

根据本发明的实施例，半导体结构还包括阻焊(Solder Resist)环，位于连接件与第一基板或第二基板的金属图案之间。

根据本发明的实施例，第一基板和第二基板通过连接件相互间隔开而不直接接触。

根据本发明的实施例，气腔位于相对设置的连接件之间。

根据本发明的实施例，气腔包括通过多个连接件间隔开的第一气腔和第二气腔。

根据本发明的实施例，第一气腔和第二气腔之间相邻的连接件之间的第一基板的上表面和第二基板的下表面上不设置有迹线。

根据本发明的实施例，气腔与空气连通。

本发明的实施例还提供了一种半导体结构，包括：第一基板，第一基板的下表面下方设置有焊料球；第二基板，堆叠在第一基板上方；连接件，位于第一基板和第二基板之间并电性连接第一基板和第二基板；器件管芯，位于第二基板的上表面上。其中，第一基板与第二基板之间形成有气腔。

根据本发明的实施例，气腔包括第一气腔和第二气腔，第一气腔和第二气腔在横向上相对于器件管芯偏移。

根据本发明的实施例，第一气腔和第二气腔通过多个连接件相互间隔开。

根据本发明的实施例，第一基板的上表面与第二基板的下表面相对设置，第一基板的上表面和第二基板的下表面中的至少一个上设置有暴露于气腔内的迹线。

根据本发明的实施例，迹线具有凸出于第一基板的上表面和第二基板的下表面中的至少一个，凸出的迹线具有凸出表面和连接于凸出表面的侧面，凸出表面和侧面暴露于气腔内。

根据本发明的实施例，第一基板的线路层与第二基板的线路层的数量相同或不同。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应当注意，根据工业中的标准实践，各个部件并非按比例绘制。事实上，为了清楚讨论，各个部件的尺寸可以任意增大或减小。

图1是传统的半导体结构的截面图。

图2是根据本发明实施例的半导体结构的截面图。

图3是图2的局部放大示意图。

图4A和图4B分别示出了根据本发明实施例的阻焊环的示意图。

图5A和图5B分别示出了本发明实施例相比传统基板对比例的特性阻抗与插入损耗。

具体实施例

下列公开提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面将描述元件和布置的特定实例以简化本发明。当然这些仅仅是实例并不旨在限定本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括在第一部件和第二部件之间形成额外的部件使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。而且，本发明在各个实例中可重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。

本发明提供了一种半导体结构，图2是根据本发明实施例的半导体结构的截面图。如图2所示，半导体结构200包括第一基板210和堆叠在第一基板210上方的第二基板220。连接件230设置在第一基板210和第二基板220之间，并且连接件230电性连接第一基板210和第二基板220。通过使用连接件230将第一基板210与第二基板220对接，使得在第一基板210与第二基板220之间形成有气腔(air core)215。这样，可以利用气腔215中空气的低Dk及低Df的特性而达到特性阻抗以及较好插入损耗(insertion loss)的目的，也可以进一步减少基板层数。

如图2所示，在一些实施例中，第一基板210具有与第二基板220数量相同的多个线路层。例如，原本总共有8层板,则可以拆分成第一基板210具有4层板且第二基板220具有4层板。例如，原本总共有12层板，则可以拆分成第一基板210具有6层板且第二基板220具有6层板。在其他实施例中，取决于客户端的设计，第一基板210的线路层的也可以与第二基板220的线路层的数量不同，换言之，第一基板210与第二基板220和数量或结构可以是不对称的。

继续参考图2所示，相对设置的第一基板210的上表面和第二基板220的下表面是通过连接件230相互间隔开，因而不直接接触。在一些实施例中，气腔215是与空气连通。气腔215包括通过多个连接件230间隔开的两个气腔215(第一气腔和第二气腔)。气腔215位于相对设置的连接件230之间。两个气腔215之间的连接件230之间的第一基板210的上表面和第二基板220的下表面上不设置有迹线。也就是说，气腔215布置在除了设置连接件230之外的基板表面上。

第二基板220的上表面上还可以设置有器件管芯250。气腔215在横向上相对于器件管芯250偏移，即，器件管芯250不是重叠地设置在气腔215上方。在其他实施例中，可以对气腔215的数量和位置进行其他配置，本发明对此不做出限定。

此外，结合图2和图3所示，暴露于气腔215内的基板表面上还设置有迹线(trace)218。具体的，第一基板210的上表面和第二基板220的下表面中的至少一个上设置有暴露于气腔215内的迹线218。在示出的实施例中，第一基板210的上表面和第二基板220的下表面上均设置有迹线218。第一基板210上的迹线218凸出于第一基板210上表面，第二基板220上的迹线218凸出于第二基板220的下表面，每个凸出的迹线218具有凸出表面2181和连接于凸出表面的侧面2182，凸出表面2181和侧面2182暴露于气腔215内。换言之，第一基板210和第二基板220上的迹线218除了与第一基板210和第二基板220相连接的表面之外，迹线218的其他三个表面(凸出表面2181和两个侧面2182)都暴露于气腔215内。由于设置于第一基板210和第二基板220表面上的迹线218有三个表面暴露于气腔215内，增加了空气包覆迹线218的面积，因此可以利用空气的低Dk及低Df特性达到减少讯号传递延迟与降低讯号衰减的目的，可以满足5G未来产品应用的需求。

迹线218的最外一层可以是金属结束(metal finish)层。因为曝露于空气中的迹线可能会面对氧化问题，故需要在迹线的表面施以金属结束材料的层以防止迹线被氧化。金属结束材料可以例如是化学镀镍钯金(ENEPIG)或无镍化镀(IFEPIG)等。

其中，气腔215的厚度是与特性阻抗相关。因此，在一些实施例中，将气腔215的高度设置为迹线218的凸出部分的高度的2倍至3倍。

在一些实施例中，连接件230可以是锡球、塑核球、铜球或铜等结构柱中的任意一种。考虑到焊锡溢出(bleed out)的问题，结合图4A和图4B所示，可以设置阻焊(SolderResist)环2332，以避免焊锡溢出。阻焊环可以设置在连接件230的焊球231与第一基板210或第二基板220的金属图案233之间。

图5A和图5B分别示出了模拟宽度/间距(width/space)为30μm/30μm的迹线在具有气腔的半导体结构下相比传统基板的特性阻抗与插入损耗。其中传统基板是以E705G材料制成。本发明实施例与传统基板对比例的参数如下表表1所示。在图5A和图5B中，以S11和S21分别表示本发明实施例的阻抗曲线和插入损耗曲线，以S21和S22表示传统基板对比例的阻抗曲线和插入损耗曲线。由图5A和图5B可见，具有气腔的半导体结构拥有更好的特性阻抗和插入损耗。

表1

上述内容概括了几个实施例的特征使得本领域技术人员可更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他的处理和结构以用于达到与本发明所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点。本领域技术人员也应该意识到，这些等效结构并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。