專(zhuān)利名稱(chēng)：帶內(nèi)插器的高性能、低成本微電子電路封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及微電子電路，尤其涉及封裝這種電路的結(jié)構(gòu)與技術(shù)。
背景技術(shù)：
微電子電路芯片(如管芯)制造出來(lái)后，在將它銷(xiāo)售給公眾之前，通常先對(duì)芯片進(jìn)行封裝。封裝既為芯片提供了保護(hù)，也為在外部系統(tǒng)內(nèi)安裝此芯片提供了一種方便而通常標(biāo)準(zhǔn)化的方法。電路封裝必須包括一些用來(lái)提供各種電路芯片端子與外部環(huán)境之間電通信的裝置。在過(guò)去，使用許多不同的封裝技術(shù)來(lái)提供這種通信。為特定芯片所使用的封裝類(lèi)型，會(huì)對(duì)成品器件的性能有顯著影響。典型地，在大量制造環(huán)境當(dāng)中，選擇封裝技術(shù)時(shí)將主要考慮到成本。性能也是非常重要的標(biāo)準(zhǔn)。隨著電路變得更小和速度更快，人們正需要一種創(chuàng)新的且節(jié)約成本的封裝技術(shù)。


圖1是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微電子器件的簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D；圖2是依照本發(fā)明另一實(shí)施例的微電子器件的簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是在堆積金屬化層被淀積前，圖1的管芯/芯裝配件的橫截面立體視圖；圖4是在電介質(zhì)層淀積后，圖3的管芯/芯裝配件的橫截面立體視圖；圖5是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有多個(gè)導(dǎo)電接觸點(diǎn)的微電子管芯的示意性頂視圖。
圖6是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的堆積金屬化層的金屬化圖案的示意性頂視圖；圖7是圖6金屬化圖案中央部分的、示意說(shuō)明電源與接地焊盤(pán)布局的放大示意圖；
圖8是舉例說(shuō)明依照本發(fā)明另一實(shí)施例的部分金屬化圖案的示意性頂視圖；和圖9是舉例說(shuō)明依照本發(fā)明又一實(shí)施例的一部分金屬化圖案的示意性頂視圖。
詳細(xì)說(shuō)明在下面的詳細(xì)描述中，參考通過(guò)舉例說(shuō)明示出具體實(shí)施例的附圖，在這些具體實(shí)施例中可以實(shí)施本發(fā)明。這些實(shí)施例以充分細(xì)節(jié)加以描述，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)施本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的各種實(shí)施例盡管有所不同，但是未必是互不相容的。舉例來(lái)說(shuō)，這里結(jié)合一個(gè)實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，可以在不脫離本發(fā)明精神與范圍的情況下，在其它實(shí)施例里實(shí)施。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，每個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例里的單獨(dú)元件的位置或布局可以在不脫離本發(fā)明精神與范圍的情況下加以修改。因此，下面的詳細(xì)說(shuō)明并無(wú)限定意義，而本發(fā)明的范圍也僅由所附權(quán)利要求加以限定，連同賦予該權(quán)利要求權(quán)利的所有等效范圍一起給出適當(dāng)?shù)慕忉?。在附圖中，幾個(gè)視圖中相同數(shù)字指的是相同或相似的功能。
本發(fā)明涉及封裝微電子電路芯片的低成本結(jié)構(gòu)與技術(shù)。將管芯固定在封裝芯的開(kāi)口中以形成管芯/芯裝配件。接著，在該管芯/芯裝配件上，形成至少一層金屬堆積層，并將柵格陣列內(nèi)插器(interposer)單元層疊到該裝配件上。該柵格陣列內(nèi)插器單元包括接觸點(diǎn)陣列，所述接觸點(diǎn)允許利用相應(yīng)安裝技術(shù)(例如球狀柵格陣列(BGA)、岸面柵格陣列(LGA)、引腳柵格陣列(PGA)、表面安裝技術(shù)(SMT)和/或其它安裝技術(shù))將其安裝到外部電路板上。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，將一個(gè)或多個(gè)電容器安裝到在相對(duì)管芯/芯裝配件的一側(cè)上的柵格陣列內(nèi)插器單元的表面上，從而為管芯的電路提供具有相對(duì)低的串聯(lián)電感的去耦合電容。在另一實(shí)施例中，將一個(gè)或多個(gè)電容器直接安裝到管芯/芯裝配件上的金屬化層，從而提供具有更低的串聯(lián)電感的去耦合電容。本發(fā)明的技術(shù)與結(jié)構(gòu)能夠支持高性能的電路操作，并且因此能夠用來(lái)封裝諸如臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器段等的高性能產(chǎn)品。此外，創(chuàng)造性的技術(shù)與結(jié)構(gòu)能夠以同其它高性能封裝方案相比相對(duì)低的成本，來(lái)提供這一高性能的操作。
圖1是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微電子器件10的簡(jiǎn)化橫截面?zhèn)纫晥D。如該圖所示，器件10包括微電子管芯12、封裝芯14、堆積金屬化層16、柵格陣列內(nèi)插器單元18和至少一個(gè)去耦合電容器20。利用封裝材料22將管芯12固定在封裝芯14中的開(kāi)口24內(nèi)。正如將更加詳細(xì)描述的那樣，將金屬化層16堆積在管芯/芯裝配件上，從而為管芯12上的接觸結(jié)構(gòu)提供出口路線(xiàn)(eacape routing)和間距擴(kuò)展。在至少一個(gè)實(shí)施例中，僅使用單一的堆積金屬化層16(雖然也存在多層的實(shí)施例)。柵格陣列內(nèi)插器單元18提供上述管芯/芯裝配件與外部電路板(如計(jì)算機(jī)主板)之間的電通信。利用多種不同層疊技術(shù)中的任意一種，將柵格陣列內(nèi)插器單元18層疊到管芯/芯裝配件上。柵格陣列內(nèi)插器單元18，在其第一表面26上具有金屬化圖案，在層疊過(guò)程期間，該金屬化圖案導(dǎo)電地耦合于管芯/芯裝配件的堆積金屬化層16。該柵格陣列內(nèi)插器18還在其第二表面28上包括導(dǎo)電接觸點(diǎn)陣列，以用于后續(xù)的至外部電路板的連接。柵格陣列內(nèi)插器18還可以在第一表面26與第二表面28之間包括各種中間金屬層，從而執(zhí)行諸如附加路線(xiàn)功能，或者在器件10內(nèi)提供接地平面和/或電源平面。在一個(gè)實(shí)施例中，柵格陣列內(nèi)插器18是相對(duì)廉價(jià)(如每單位1美元以下)的粗間距結(jié)構(gòu)。而且，柵格陣列內(nèi)插器1 8最好是相對(duì)低剖面的結(jié)構(gòu)(如＜0.5毫米(mm))，從而允許對(duì)應(yīng)去耦合電容器的最小電感和縮小的通孔間距。
柵格陣列內(nèi)插器18的第一表面26上的金屬化圖案，包括導(dǎo)電部分，該導(dǎo)電部分對(duì)應(yīng)于在管芯/芯裝配件的金屬化層16上的部分(例如，落點(diǎn)焊盤(pán))。在層疊期間，此金屬化圖案導(dǎo)電地耦合于金屬化層16，從而使相應(yīng)的導(dǎo)電元件連接在一起。在一種層疊技術(shù)當(dāng)中，首先將焊料掩模構(gòu)圖在內(nèi)插器18的第一表面26上，來(lái)規(guī)定該單元上的焊區(qū)。接著，利用已知技術(shù)(如絲網(wǎng)印刷術(shù))將焊料或?qū)щ姯h(huán)氧樹(shù)脂施加到暴露的焊區(qū)表面。接下來(lái)，按照已知的方式(如回流焊接、超聲波焊接等)將內(nèi)插器18直接層疊到金屬化層16上。在另一種技術(shù)中，利用各向異性導(dǎo)電膜來(lái)連接這兩個(gè)結(jié)構(gòu)?？梢允褂玫囊恍┍娝苤膶盈B工藝包括標(biāo)準(zhǔn)液壓層疊、真空輔助液壓層疊、高壓釜以及大量層疊。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，也可以使用其它的層疊技術(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用了相對(duì)簡(jiǎn)化的兩層內(nèi)插器單元18。此內(nèi)插器結(jié)構(gòu)內(nèi)的唯一路線(xiàn)是從該單元的第一表面26上的落點(diǎn)焊盤(pán)到相應(yīng)電鍍通孔，和從電鍍通孔到第二表面28上的相應(yīng)導(dǎo)電接觸點(diǎn)。將會(huì)理解的是，通過(guò)增加內(nèi)插器18內(nèi)的層的數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的路線(xiàn)靈活性。在可選實(shí)施方案中，附加內(nèi)插器層包括電源與接地平面。
如圖1所示，去耦合電容器20連接于管芯12下面的區(qū)域中的柵格陣列內(nèi)插器18的第二表面28。由于封裝的低剖面，因而照此方式可以提供相對(duì)低的串聯(lián)電感的容性去耦合。為實(shí)現(xiàn)更小的串聯(lián)電感，可以實(shí)施圖2的去耦合布局。在此實(shí)施例中，在內(nèi)插器18中提供開(kāi)口34，允許將去耦合電容器20直接安裝于管芯/芯裝配件上的金屬化層16。因此，能夠?qū)㈦娙萜?0極其靠近于管芯12地安裝(例如在一個(gè)實(shí)施方案中小于100微米)，串聯(lián)電感也相應(yīng)的低。正如將更加詳細(xì)描述的那樣，在至少一個(gè)實(shí)施例中，在金屬化層16內(nèi)提供特殊的落點(diǎn)焊盤(pán)配置，以易于去耦合電容器20到管芯12下面的金屬化層16的連接。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不需要將去耦合電容器連接于內(nèi)插器18或者連接于金屬化層16。舉例來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在電路板下側(cè)上提供去耦合電容器，其中微電子器件安裝于該電路板上。還可以使用其它的去耦合布局。
可使用各種不同的技術(shù)中任一種來(lái)將微電子器件10安裝到外部電路板。這些技術(shù)可以包括例如岸面柵格陣列(LGA)、球狀柵格陣列(BGA)或者引腳柵格陣列(PGA)技術(shù)。在所述實(shí)施例中，在內(nèi)插器18的第二表面28上提供一引腳陣列30，用來(lái)提供至外部電路板的連接。在優(yōu)選方案中，在將內(nèi)插器18層疊到管芯/芯裝配件之前，將引腳30附接于內(nèi)插器18。照此方式，在引腳附接過(guò)程期間的產(chǎn)量損失不會(huì)造成已知優(yōu)等管芯的損失。
圖3是堆積金屬化層被淀積前，圖1中管芯/芯裝配件的橫截面立體視圖。為了易于理解該堆積過(guò)程，相對(duì)于圖1的結(jié)構(gòu)，圖3的管芯/芯裝配件被顛倒過(guò)來(lái)。如圖所示，利用封裝材料22將微電子管芯12固定在封裝芯14中的開(kāi)口24內(nèi)。微電子管芯12包括在一個(gè)或多個(gè)內(nèi)層上實(shí)現(xiàn)的電子電路。盡管未在圖3中示出，但是許多導(dǎo)電接觸點(diǎn)都分布在管芯12的上表面上，以提供至管芯12的電路的電接口。封裝芯14可由各種材料中的任何一種而形成，比如包括基于雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)樹(shù)脂材料、阻燃玻璃/環(huán)氧樹(shù)脂材料(例如，F(xiàn)R4)、聚酰亞胺材料、陶瓷材料、金屬材料(例如，銅)和其它材料。金屬芯材料具有如下優(yōu)點(diǎn)它還將起到熱傳播器的作用，以易于將熱從管芯12消除。在所述實(shí)施例中，封裝芯14由電介質(zhì)板材料(例如BT板)而形成，該電介質(zhì)板材料具有覆蓋其至少一個(gè)表面的導(dǎo)電覆層20(例如，銅箔)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，利用三菱汽體化學(xué)公司生產(chǎn)的、具有零件號(hào)為CCL-HL830的0.725mm厚的板材料來(lái)形成封裝芯。正如將更詳細(xì)描述的那樣，導(dǎo)電覆層20可以用作微電子器件10內(nèi)的接地平面，從而為其中的傳輸結(jié)構(gòu)提供阻抗控制。
封裝芯14內(nèi)的開(kāi)口24能通過(guò)芯14(如圖3所示)延伸，或者可以在開(kāi)口24內(nèi)提供基底部分，從而在封裝期間支撐管芯12。封裝材料22可包括能夠支持芯14內(nèi)的管芯12的各種材料中的任何一種，例如可包括各種塑料、樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、合成橡膠等等。該封裝材料22最好是非導(dǎo)電的。在所述實(shí)施例中，管芯12的上表面、封裝材料22的上表面和芯14的上表面彼此之間都是齊平的。在另一個(gè)實(shí)施例中，管芯12的上表面高于芯14的上表面，而封裝材料22在芯14上形成與管芯12上表面相齊平的層。還可以使用在封裝芯14內(nèi)安裝管芯12的其它布局。
在已將管芯12固定在芯14內(nèi)之后，如圖4所示，把電介質(zhì)層材料32淀積于管芯/芯裝配件的上表面?？梢詾榻橘|(zhì)層32使用各種不同材料的任何一種，例如包括玻璃顆粒填充的環(huán)氧樹(shù)脂(例如可從Ajinomoto購(gòu)買(mǎi)的Ajinomoto堆積膜(ABF))、二苯并環(huán)丁烯(BCB)(可從Dow購(gòu)買(mǎi))、聚酰亞胺、硅橡膠材料(例如可從Dow Corning購(gòu)買(mǎi)的DC6812)、各種低k電介質(zhì)材料(例如來(lái)自Dow Chemical的絲織品)、IN(可從Ibidem購(gòu)買(mǎi))以及其它材料。形成許多通孔(未示出)通過(guò)電介質(zhì)層32，以便暴露管芯12上的接觸點(diǎn)部分。正如將更詳細(xì)描述的那樣，接下來(lái)，在電介質(zhì)層32的上表面形成金屬化層。金屬化層包括多個(gè)金屬元件，每一個(gè)金屬元件都通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通孔，電耦合于管芯12上的相應(yīng)接觸點(diǎn)。接著，可以按照類(lèi)似方式，在第一金屬化層上面堆積附加層(即電介質(zhì)和金屬)。最上面的金屬化層將包括金屬化圖案，該圖案對(duì)應(yīng)于內(nèi)插器18的第一表面26上的圖案。如上所述，在至少一個(gè)實(shí)施例中，在管芯/芯裝配件上僅堆積單一的金屬化層。此單一的金屬化層能堆積在背對(duì)背地安裝的面板上，因此而將堆積成本減半。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，使用單一的金屬化層，能夠顯著地降低制造成本。
圖5是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的微電子管芯12的頂視圖。如圖所示，管芯12包括分布在其上表面上的多個(gè)導(dǎo)電接觸點(diǎn)。也就是說(shuō)，該管芯12在其上表面外圍區(qū)域內(nèi)包括有多個(gè)信號(hào)焊盤(pán)36，并且在其中心區(qū)域內(nèi)包括有多個(gè)電源條38與接地條40。信號(hào)焊盤(pán)36充當(dāng)該管芯12的電路的信號(hào)輸入/輸出(I/O)端子(例如用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)或時(shí)鐘信號(hào))。在一個(gè)方案中，信號(hào)焊盤(pán)36包括短而寬的銅質(zhì)隆起，所述隆起(例如利用可選的隆起金屬(ABM)控制塌落芯片連接(C4)工藝)覆蓋管芯12的信號(hào)接合焊盤(pán)開(kāi)口。還可以使用其它的布局(例如，可以允許不把穿過(guò)管芯鈍化層的信號(hào)接合焊盤(pán)開(kāi)口覆蓋起來(lái))。在所述實(shí)施例中，在管芯12的每一側(cè)上，都提供單排的信號(hào)焊盤(pán)36。還可以使用其它配置，這些配置包括多排配置、在其中限制信號(hào)焊盤(pán)小于四個(gè)側(cè)面的配置，以及隨機(jī)(非對(duì)齊的)配置。
將電源條38與接地條40排列在管芯12的有源表面上的交替圖案(alternating pattern)當(dāng)中。在一個(gè)方案中，每個(gè)電源條38與接地條40都包括有連接特定行中的管芯12的電源或接地接合焊盤(pán)的銅條。例如，可以將上述條形成為C4金屬化的部分。每個(gè)電源條38都耦合于管芯12內(nèi)的電路節(jié)點(diǎn)，在電路工作期間，需要對(duì)這些節(jié)點(diǎn)施加預(yù)定的電源電勢(shì)(如VDD)。同樣，每個(gè)接地條40也都耦合于管芯12內(nèi)的電路節(jié)點(diǎn)，在電路工作期間，這些節(jié)點(diǎn)需要不同的電源電勢(shì)(如VSS)。在管芯12上的信號(hào)焊盤(pán)36、電源條38及接地條40的數(shù)目，將典型地取決于管芯12內(nèi)的電路復(fù)雜度與布局。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，依照本發(fā)明可為管芯12使用許多可選的接觸點(diǎn)圖案，而且并不限定于圖5中所示的特定圖案。
圖6是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬化圖案44的頂視圖，該金屬化圖案淀積于管芯/芯裝配件的電介質(zhì)層32上(參看圖4)。這一金屬化圖案44形成了堆積在管芯/芯裝配件上的單一的金屬化層，從而允許直接連接(層疊)至內(nèi)插器18。在圖6中，利用隱線(xiàn)示出下層管芯12的輪廓及封裝芯14中的開(kāi)口24。如上所述，金屬化圖案44包括其外圍區(qū)域內(nèi)(即封裝芯以上)的多個(gè)I/O落點(diǎn)焊盤(pán)46，以用在將I/O信號(hào)耦合到內(nèi)插器18及耦合來(lái)自?xún)?nèi)插器18的I/O信號(hào)。金屬化圖案44還包括其中心區(qū)域內(nèi)(即管芯12上面)的電源落點(diǎn)焊盤(pán)52、54與接地落點(diǎn)焊盤(pán)56、58，以用作至內(nèi)插器18的電源及接地連接。I/O落點(diǎn)焊盤(pán)46和電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)52、54、56、58都帶有如下的間距，該間距與內(nèi)插器18的第一表面26上的相應(yīng)結(jié)構(gòu)保持一致。在所述實(shí)施例中，金屬化圖案44包括兩個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)和兩個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)。一般而言，希望使用與器件的間距限制相符合的情形下一樣多的電源及接地落點(diǎn)焊盤(pán)，以縮小電感及阻抗。在所述實(shí)施例中，I/O落點(diǎn)焊盤(pán)46和電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)52、54、56、58在形狀上都是方形的。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以使用廣泛的各種形狀中的任何一種，比如包括長(zhǎng)方形及圓形。
每個(gè)I/O落點(diǎn)焊盤(pán)46都通過(guò)包含有傳輸段48的路徑，導(dǎo)電地耦合于管芯12的有源表面上的相應(yīng)信號(hào)焊盤(pán)36(參看圖5)。由此，傳輸段48為管芯12的信號(hào)連接提供“出口路線(xiàn)”。將每個(gè)傳輸段48在遠(yuǎn)端連接至金屬化圖案44的端子焊盤(pán)50，端子焊盤(pán)50通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通道連接(例如微通道)，導(dǎo)電地耦合于管芯12上的相關(guān)聯(lián)信號(hào)的焊盤(pán)36?？稍谔囟ㄎ㈦娮悠骷?nèi)作出的I/O信號(hào)連接的數(shù)目，將典型地取決于能在堆積金屬化層上可靠實(shí)現(xiàn)的傳輸段48的密度。在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中，在堆積金屬化層內(nèi)實(shí)現(xiàn)多行I/O落點(diǎn)焊盤(pán)46。
圖7是電源落點(diǎn)焊盤(pán)52、54與接地落點(diǎn)焊盤(pán)56、58鄰區(qū)中的圖6的金屬化圖案44的放大視圖。在圖7中，使用隱線(xiàn)示出下層管芯12上的電源條38與接地條40。如上所述，利用延伸通過(guò)電介質(zhì)層32的多個(gè)通道連接60，電源落點(diǎn)焊盤(pán)52、54都各自導(dǎo)電地耦合于下層管芯12上的多個(gè)電源條38。同樣，利用通道連接60，接地落點(diǎn)焊盤(pán)56、58都各自導(dǎo)電地耦合于下層管芯12上的多個(gè)接地條40。由電源落點(diǎn)焊盤(pán)52、54或接地落點(diǎn)焊盤(pán)56、58所包圍著的電源與接地條38、40的數(shù)目，通常取決于所希望的間距上的增大，以及可以承受的串聯(lián)電感量。在特定實(shí)施中用以將電源與接地條耦合到電源或接地落點(diǎn)焊盤(pán)的通道連接60的數(shù)目，通常取決于可以承受的串聯(lián)電阻級(jí)別和/或電源路徑中的最大可容許電流。
現(xiàn)返回參照?qǐng)D6，金屬化圖案44還可以包括接地焊盤(pán)42，它通過(guò)電介質(zhì)層32中的一個(gè)或多個(gè)通道連接(或者類(lèi)似結(jié)構(gòu))，導(dǎo)電地耦合于下層封裝芯14的導(dǎo)電覆層20。在封裝配件期間，這一接地焊盤(pán)42導(dǎo)電地耦合于內(nèi)插器18上的相應(yīng)接地結(jié)構(gòu)，當(dāng)將微電子器件10安裝在外部電路內(nèi)時(shí)，所述相應(yīng)接地結(jié)構(gòu)將被連接到接地。也可以通過(guò)金屬化圖案44內(nèi)的焊徑部分(未示出)，將接地焊盤(pán)42直接耦合于管芯12的接地上，所述焊徑部分通過(guò)通道連接，連接于管芯12上的一個(gè)或多個(gè)接地條40。照此方式，導(dǎo)電覆層20將在微電子器件10的后續(xù)操作期間接地，并將起到金屬化圖案44之下的接地平面的作用。此接地平面允許在堆積金屬化層上提供具有受控阻抗的傳輸線(xiàn)(如微型帶狀線(xiàn))(即，用來(lái)形成傳輸段48)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在內(nèi)插器18的中間層上提供第二接地平面，使得在堆積金屬化層上形成帶狀傳輸線(xiàn)。在其它優(yōu)點(diǎn)之中，受控阻抗線(xiàn)通常比帶有不受控的阻抗的線(xiàn)具有顯著更高的工作速度。若有空間，可以將任意數(shù)目的接地焊盤(pán)42實(shí)現(xiàn)為堆積金屬化層的一部分。
在可選方案中，將封裝芯14的導(dǎo)電覆層20用作為電源平面。在此方案中，通過(guò)內(nèi)插器18將焊盤(pán)42耦合于電源，而不是耦合于地。電源平面將仍作為對(duì)應(yīng)堆積金屬化層的傳輸線(xiàn)的信號(hào)返回結(jié)構(gòu)來(lái)工作。
將金屬化圖案44淀積后，可以在該圖案44上將焊接掩模施加到如下掩模區(qū)域上，該掩模區(qū)域?qū)⒉贿B接于內(nèi)插器18。接著，可依照將用于把管芯/芯裝配件附接于內(nèi)插器18的層疊方法，來(lái)處理所暴露的區(qū)域。在可選方案中，可以橫跨有源表面來(lái)構(gòu)圖焊接掩模，且所述焊接掩模同時(shí)充當(dāng)用于附接所述內(nèi)插器的接合劑。如上所述，可以使用許多不同方法中的任何一種來(lái)將管芯/芯層疊到內(nèi)插器18上。最好使用這樣的層疊技術(shù)，該層疊技術(shù)將可以適應(yīng)由于各種材料之間熱膨脹系數(shù)的不同而可能發(fā)生的任何尺寸上的改變。
圖8示出了允許將去耦合電容器直接安裝到管芯/芯裝配件的金屬化層16上的一部分金屬化圖案64。為簡(jiǎn)化說(shuō)明并且易于理解，該金屬化圖案64的外部(即I/O部分)在圖8未示出。然而，上述外部典型地類(lèi)似于圖6的金屬化圖案44的外部。在圖8中，利用隱線(xiàn)示出下層管芯12的邊界。還利用隱線(xiàn)示出下層管芯12上的電源條38與接地條40(管芯12包括八個(gè)電源條38與八個(gè)接地條40)。利用虛線(xiàn)將內(nèi)插器單元18中的開(kāi)口34(參看圖2)投影在圖8的金屬化圖案64上。
如圖8中所述，金屬化圖案64包括多個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)70、72、74、76、78、80、82、84、86、88，與多個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)90、92、94、96、98、100、102、104、106、108。如前所述，電源落點(diǎn)焊盤(pán)70、72、74、76、78、80、82、84、86、88都利用通道連接110，各自導(dǎo)電地耦合于下層管芯12上的多個(gè)電源條38，而接地落點(diǎn)焊盤(pán)90、92、94、96、98、100、102、104、106、108都利用通道連接110，導(dǎo)電地耦合于下層管芯12上的多個(gè)接地條40。在開(kāi)口34邊界之外的電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)(即電源落點(diǎn)焊盤(pán)70、78、80、88與接地落點(diǎn)焊盤(pán)94、96、104、106)，如之前所述，都用作至內(nèi)插器18的電源及接地連接。開(kāi)口34邊界之內(nèi)的電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)(即電源落點(diǎn)焊盤(pán)72、74、76、82、84、86與接地落點(diǎn)焊盤(pán)90、92、98、100、102、108)都用于將去耦合電容器連接到堆積金屬化層上。最好將去耦合電容器安裝在對(duì)于高速輸送電源具有最高需求的所述管芯的所述部分(如火球(fireball))上面。在一個(gè)方案中，在開(kāi)口34內(nèi)的每個(gè)相鄰的電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)對(duì)之間，連接一個(gè)或多個(gè)去耦合電容器。在另一方案中，將電容器陣列連接到多個(gè)焊盤(pán)。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，其它電容器安裝配置也是可以的。
在圖8的實(shí)施例中，內(nèi)插器18中的開(kāi)口34，比管芯12的上表面要小。隨著內(nèi)插器單元18中的開(kāi)口34的變大，如在需要更多耦合電容器時(shí)會(huì)發(fā)生的那樣，給管芯12上電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)留出用于連接到內(nèi)插器18的更小空間。圖9舉例說(shuō)明了如下金屬化圖案112的一部分，它能在內(nèi)插器18中的開(kāi)口34太大以至于不能容許在管芯12上面實(shí)施電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)以用來(lái)連接到內(nèi)插器18時(shí)加以使用。如圖所示，金屬化圖案112在管芯12上面區(qū)域中以及開(kāi)口34的邊界內(nèi)，包括有多個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)114、116、118、120、122、124、126、128與多個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)130、132、134、136、138、140、142、144。如前所述，這些電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)被用于去耦合電容器的連接。
此外，金屬化圖案112包括第一焊徑146和第二焊徑148，它們用于將管芯12上的電源條38與接地條40導(dǎo)電地耦合到超出管芯12及開(kāi)口34外邊界的電源與接地落點(diǎn)焊盤(pán)150、152、154、156。一般而言，為了滿(mǎn)足封裝的電需要，比如最大電流密度、電阻和回路電感，可以實(shí)施多個(gè)這類(lèi)焊徑。利用通道連接160，將第一焊徑146連接到下層管芯12的每個(gè)電源條38上，并且還要連接到電源落點(diǎn)焊盤(pán)150和152上。同樣，利用通道連接160，將第二焊徑148連接到下層管芯12的每個(gè)接地條40上，并且還要連接到接地落點(diǎn)焊盤(pán)154和156上。在層疊處理期間，電源落點(diǎn)焊盤(pán)150、152與接地落點(diǎn)焊盤(pán)154、156，將被導(dǎo)電地耦合于內(nèi)插器18上的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。另外，接地焊盤(pán)154、156能夠連接于封裝芯14上的導(dǎo)電覆層。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到可以依照本發(fā)明，為管芯/芯裝配件的堆積金屬化層16使用許多可選的金屬化圖案，并且在圖6、7、8和9當(dāng)中所述的特定圖案并不是限定性的。另外，如之前所述，也可以實(shí)施使用在管芯/芯裝配件上的多個(gè)堆積金屬層的微電子器件。例如，第二堆積層可用來(lái)為去耦合電容器增大中心區(qū)域中的可利用面積?；蛘?，第二堆積層可用來(lái)為傳輸段48提供附加的接地結(jié)構(gòu)(如帶狀線(xiàn)配置的上接地平面)。而且，在布線(xiàn)I/O和電源/接地焊徑過(guò)程中，第二堆積層可用來(lái)提供附加的靈活性。此外還存在其他多層結(jié)構(gòu)。
盡管已結(jié)合某些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的修改與變化形式。且認(rèn)為上述修改與變化是在本發(fā)明及所附權(quán)利要求的權(quán)限及范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種微電子器件，包括固定于封裝芯內(nèi)的管芯；堆積在所述管芯和所述封裝芯上的金屬化層；和柵格陣列內(nèi)插器單元，它具有層疊到所述金屬化層的第一表面，所述柵格陣列內(nèi)插器單元在其第二表面上具有一個(gè)電接觸點(diǎn)陣列，以用來(lái)連接到外部電路板。
2.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括位于所述管芯上的第一金屬化部分和位于所述封裝芯上的第二金屬化部分。
3.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，包括至少一個(gè)去耦合電容器，它連接到所述柵格陣列內(nèi)插器單元的第二表面，以便為所述管芯內(nèi)的電路提供去耦合。
4.如權(quán)利要求3所述的微電子器件，其中所述柵格陣列內(nèi)插器單元具有在所述第一與第二表面之間的、不大于0.5毫米的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述柵格陣列內(nèi)插器單元包括有暴露所述金屬化層的第一部分的開(kāi)口，所述微電子器件進(jìn)一步包括連接到所述金屬化層的所述第一部分的至少一個(gè)去耦合電容器，以便為所述管芯內(nèi)的電路提供去耦合。
6.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中利用封裝材料將所述管芯固定在所述封裝芯內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述封裝芯由在其至少一個(gè)表面上具有金屬覆層的電介質(zhì)板材料形成。
8.如權(quán)利要求7所述的微電子器件，其中在所述器件工作期間，所述金屬覆層導(dǎo)電地耦合到接地，以便為所述金屬化層內(nèi)的至少一個(gè)傳輸結(jié)構(gòu)提供接地平面。
9.如權(quán)利要求7所述的微電子器件，其中在器件工作期間，所述金屬覆層導(dǎo)電地耦合于電源，以便形成電源平面。
10.如權(quán)利要求7所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括至少一個(gè)接地焊盤(pán)，該接地焊盤(pán)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通道連接，導(dǎo)電地耦合于所述封裝芯上的所述金屬覆層。
11.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述管芯包括分布在其表面上的多個(gè)電源條和多個(gè)接地條，所述多個(gè)電源條中的每一個(gè)導(dǎo)電地耦合于所述管芯的多個(gè)電源接合焊盤(pán)，并且所述多個(gè)接地條中的每一個(gè)導(dǎo)電地耦合于所述管芯的多個(gè)接地接合焊盤(pán)。
12.如權(quán)利要求11所述的微電子器件，其中所述多個(gè)電源條和所述多個(gè)接地條，在所述管芯的所述表面的中心區(qū)域內(nèi)是交錯(cuò)的。
13.如權(quán)利要求11所述的微電子器件，其中所述管芯包括分布在所述表面外圍區(qū)域內(nèi)的多個(gè)信號(hào)接觸點(diǎn)焊盤(pán)。
14.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括置于所述管芯上的至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)通過(guò)相應(yīng)的通道連接，導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的多個(gè)電源接合焊盤(pán)。
15.如權(quán)利要求14所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括置于所述管芯上的至少一個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)通過(guò)相應(yīng)的通道連接，導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的多個(gè)接地接合焊盤(pán)。
16.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括置于所述封裝芯上的至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)通過(guò)所述管芯上方延伸的焊徑部分以及多個(gè)通道連接，導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的多個(gè)電源接合焊盤(pán)。
17.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括置于所述封裝芯上的至少一個(gè)信號(hào)落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)信號(hào)落點(diǎn)焊盤(pán)通過(guò)含有傳輸線(xiàn)的段的路徑，導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的信號(hào)接合焊盤(pán)。
18.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述微電子器件包括在所述管芯與所述柵格陣列內(nèi)插器單元之間的單一的金屬化層。
19.如權(quán)利要求1所述的微電子器件，其中所述柵格陣列內(nèi)插器包括至少一個(gè)電源平面。
20.一種制造微電子器件的方法，包括將管芯固定在封裝芯中的開(kāi)口內(nèi)，以建立管芯/芯裝配件；將電介質(zhì)層施加到所述管芯/芯裝配件的表面；將金屬化層淀積于所述電介質(zhì)層上，所述金屬化層具有在所述管芯上的第一金屬化部分，和在所述封裝芯上的第二金屬化部分；提供帶有第一表面和第二表面的柵格陣列內(nèi)插器單元，所述第一表面具有用來(lái)連接到所述管芯/芯裝配件的所述金屬化層的金屬化圖案，并且所述第二表面具有用來(lái)連接到外部電路板的電接觸點(diǎn)陣列；和將所述柵格陣列內(nèi)插器單元層疊到所述管芯/芯裝配件上，從而使其所述第一表面上的所述金屬化圖案導(dǎo)電地耦合于所述管芯/芯裝配件上的所述金屬化層。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，包括將至少一個(gè)電容器附接到所述柵格陣列內(nèi)插器單元的所述第二表面，以便為所述管芯內(nèi)的電路提供去耦合。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在已將所述柵格陣列內(nèi)插器單元層疊到所述管芯/芯裝配件之后，所述柵格陣列內(nèi)插器單元包括暴露所述金屬化層的第一部分的開(kāi)口，其中所述方法包括將電容器附接到所述金屬化層的所述第一部分，以便為所述管芯內(nèi)的電路提供去耦合。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述電接觸點(diǎn)陣列包括多個(gè)引腳，在將所述柵格陣列內(nèi)插器單元層疊到所述管芯/芯裝配件之前，將所述多個(gè)引腳附接于所述柵格陣列內(nèi)插器單元。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中淀積金屬化層包括在所述管芯上淀積至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)和至少一個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)導(dǎo)電地耦合于所述管芯的多個(gè)電源接合焊盤(pán)，并且所述至少一個(gè)接地落點(diǎn)焊盤(pán)導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的多個(gè)接地接合焊盤(pán)。
25.一種電子系統(tǒng)，包括微電子器件，它具有包含固定于封裝芯內(nèi)的管芯的管芯/芯裝配件，所述管芯/芯裝配件具有第一表面；堆積在所述管芯/芯裝配件的所述第一表面上的金屬化層，所述金屬化層具有在所述管芯上的第一金屬化部分和在所述封裝芯上的第二金屬化部分；和層疊到所述金屬化層上的柵格陣列內(nèi)插器單元，所述柵格陣列內(nèi)插器單元在其表面上具有第一電接觸點(diǎn)陣列；和具有第二電接觸點(diǎn)陣列的電路板，所述柵格陣列內(nèi)插器單元耦合于所述電路板，從而使所述第一電接觸點(diǎn)陣列內(nèi)的接觸點(diǎn)導(dǎo)電地耦合于所述第二電接觸點(diǎn)陣列內(nèi)的相應(yīng)接觸點(diǎn)。
26.如權(quán)利要求25所述的電子系統(tǒng)，其中所述第一電接觸點(diǎn)陣列包括多個(gè)引腳。
27.如權(quán)利要求25所述的電子系統(tǒng)，其中所述第一電接觸點(diǎn)陣列包括多個(gè)焊球。
28.一種微電子器件，包括管芯/芯裝配件，它具有固定在封裝芯內(nèi)的微電子管芯，所述管芯/芯裝配件包括第一表面；堆積到所述管芯/芯裝配件的所述第一表面上方的金屬化層，所述金屬化層具有在所述管芯上的第一金屬化部分和在所述封裝芯上的第二金屬化部分；層疊到所述金屬化層上的柵格陣列內(nèi)插器單元；和至少一個(gè)電容器，它導(dǎo)電地耦合于所述金屬化層的暴露部分，以便為所述微電子管芯內(nèi)的電路提供去耦合。
29.如權(quán)利要求28所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括置于所述微電子管芯上的至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的多個(gè)電源接合焊盤(pán)，并且還耦合于所述柵格陣列內(nèi)插器單元上的相應(yīng)電源接觸點(diǎn)。
30.如權(quán)利要求28所述的微電子器件，其中所述金屬化層包括置于所述封裝芯上的至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)，所述至少一個(gè)電源落點(diǎn)焊盤(pán)導(dǎo)電地耦合于所述管芯上的多個(gè)電源接合焊盤(pán)，并且還耦合于所述柵格陣列內(nèi)插器單元上的相應(yīng)電源接觸點(diǎn)。
全文摘要
一種用于微電子電路芯片的低成本的封裝技術(shù)，將管芯固定在封裝芯中的開(kāi)口內(nèi)。接著，在管芯/芯裝配件上形成至少一層金屬堆積層，并且將柵格陣列內(nèi)插器單元層疊到所述堆積層上。接下來(lái)，可利用多種安裝技術(shù)(如球狀柵格陣列(BGA)、岸面柵格陣列(LGA)、引腳柵格陣列(PGA)、表面安裝技術(shù)(SMT)和/或其它安裝技術(shù))中的任何一種，將柵格陣列內(nèi)插器單元安裝在外部電路內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，在層疊內(nèi)插器前，在管芯/芯裝配件上形成單一的堆積層。
文檔編號(hào)H01L23/64GK1547771SQ02809091
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月30日
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