電子硬件組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子硬件組件，及關(guān)聯(lián)的方法。具體來說，但不是唯一地，本發(fā)明涉及在電子硬件組件內(nèi)提供保護(hù)層。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些環(huán)境中，需要為電子硬件提供物理安保。例如，需要保護(hù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或處理設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可能包含密碼匙或任何其他敏感信息。因此已知的是將這些硬件封裝在涂層內(nèi)，在一些情況下涂層配置成使得，如果封裝材料被損害，那么數(shù)據(jù)就會(huì)消失，或要不然造成不能使用。
[0003]一種已知技術(shù)，如在圖1A中示出的，是在損害響應(yīng)網(wǎng)(tamper responsive mesh)102(例如W.L.Gore&Associates公司的產(chǎn)品)內(nèi)包覆硬件，損害響應(yīng)網(wǎng)由電氣矩陣組成，電氣矩陣可基于電阻變化探測侵入企圖。在圖1A的例子中，示出了容納有堆疊芯片“芯片上系統(tǒng)”封裝101的安全模塊100，包含安裝在專用集成電路(ASIC) 106頂部上的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)芯片104。堆疊的芯片104、106依次安裝在中間襯底108上，在這個(gè)例子中中間襯底108包含垂直互連通路(通孔)110(為了清楚起見僅標(biāo)注了兩個(gè))，其允許數(shù)據(jù)和電力穿過中間襯底108。然后通過許多焊球結(jié)合112將這些元件安裝在印刷電路板(PCB)114上。就像本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，PCB 114也會(huì)包含連接，其穿過損害響應(yīng)網(wǎng)102。為了附加的安全，還用封裝樹脂116包圍整個(gè)封裝以形成安全模塊100。
[0004]本領(lǐng)域技術(shù)人員也熟悉在芯片級(jí)別上提供這樣保護(hù)的方法，如在圖1B中示意性示出的。就像本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的那樣，芯片或‘裸芯片(die)’150—般以層構(gòu)造在襯底152上，襯底通常(但也不是總是)由硅形成。功能性元件在光刻工藝中或添加到襯底152或由襯底152的材料形成，以形成裸芯片150部分，在此稱為“功能區(qū)域”154，并且其設(shè)計(jì)成允許裸芯片150執(zhí)行其預(yù)期的功能。就像本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的那樣，裸芯片150的功能通過形成處理過的硅的層(其是功能區(qū)域154內(nèi)的一些層)、沉積材料或類似方式來限定。一個(gè)已知的抗損害選擇是在裸芯片150內(nèi)包含上金屬層以提供損害屏蔽156(主動(dòng)和/或被動(dòng))來減弱這些攻擊。例如，損害屏蔽156可包含一個(gè)或多個(gè)設(shè)置成線圈(通常正方形或長方形線圈)的金屬跡線，或作為一系列平行跡線，或類似物。但是，這種方法具有嚴(yán)重的殘余漏洞一一攻擊可穿過襯底152從裸芯片150的基底處發(fā)起。
[0005]為了解決這個(gè)問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)用單獨(dú)的網(wǎng)來包覆裸芯片(和/或包含裸芯片的封裝)，如上面描述的Gore網(wǎng)，但是這會(huì)增加復(fù)雜性和制造工藝成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種電子硬件組件，該組件包含至少第一和第二薄片元件，
[0007]其中第一薄片元件包含裸芯片，裸芯片包含襯底、功能區(qū)域和第一保護(hù)層，
[0008]且第二薄片元件包含第二保護(hù)層，
[0009]其中第一和第二薄片元件堆疊設(shè)置，使得第一薄片元件的功能區(qū)域設(shè)置在組件內(nèi)大體上第一和第二保護(hù)層之間。
[0010]應(yīng)理解的是，術(shù)語“功能區(qū)域”意指允許裸芯片為了預(yù)期目的操作的區(qū)域。因此，通過例子，如果裸芯片設(shè)置成是提供存儲(chǔ)的，那么功能區(qū)域就提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。但是如果裸芯片預(yù)期提供更加復(fù)雜的集成電路(1C)，那么它可包含多個(gè)交疊的功能層或單元。一些功能層/單元可例如擴(kuò)散有雜質(zhì)，而其他可注入有離子，或由多晶硅或金屬形成以提供導(dǎo)電功能層，或作為限定功能層之間的連接或類似物。。作為另一實(shí)施例，電容結(jié)構(gòu)將具有包含平行導(dǎo)電板和這些板之間的絕緣材料層的功能層。其他功能層類型和結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟悉的。
[0011]本文使用的術(shù)語“堆疊”可指緊密堆疊或堆疊層可彼此間隔開。只要薄片元件處于大體上平行的平面，并且一個(gè)元件至少部分與另一個(gè)重疊，這就構(gòu)成了本發(fā)明意義上的“堆疊”。在本文的實(shí)例中，應(yīng)另外注意的是，堆疊是固定的，g卩，在這樣的堆疊中，薄片元件彼此相對(duì)固定在大體平行的平面內(nèi)，并且一個(gè)元件至少部分與另一個(gè)重疊。
[0012]另外，術(shù)語“保護(hù)層”意指抵抗或反抗企圖接近裸芯片功能區(qū)域內(nèi)部的任何結(jié)構(gòu)，包含抗損害層，損害阻止層(其難以物理穿透)，損害證明層，主動(dòng)損害屏蔽層(其作用為使裸芯片功能區(qū)域的內(nèi)容消失或被損壞)，和類似物。就像本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的那樣，已知的主動(dòng)屏蔽可作用來確保敏感數(shù)據(jù)被電擦除或搞亂，也已經(jīng)公開了物理損毀結(jié)構(gòu)的創(chuàng)意，例如在US2012/0068326(轉(zhuǎn)讓給恩迪科特互連技術(shù)(Endicott InterconnectTechnologies)公司)。這種配置是有利的，因?yàn)楣δ軈^(qū)域可大部分被保護(hù)層包圍。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的電子硬件組件的一個(gè)實(shí)例中，提供了一種包含兩個(gè)堆疊裸芯片的組件，每個(gè)裸芯片包含襯底、功能區(qū)域和保護(hù)層，功能區(qū)域(并且優(yōu)選是襯底)設(shè)置在組件內(nèi)，這樣它們就位于兩個(gè)保護(hù)層間。
[0014]裸芯片可因而“背靠背”或“襯底對(duì)襯底”設(shè)置，提供每個(gè)裸芯片的功能，并且每個(gè)裸芯片提供保護(hù)層以屏蔽另一個(gè)裸芯片的襯底的基底受到可能的攻擊。當(dāng)保護(hù)層是金屬層時(shí)，在某些環(huán)境下有另外的好處，因?yàn)槠湟矔?huì)提供離開功能區(qū)域的熱傳導(dǎo)。雖然應(yīng)注意，由金屬形成的任意頂層，例如抗損害金屬結(jié)構(gòu)，會(huì)幫助冷卻化合物裸芯片，但是事實(shí)是，網(wǎng)格在兩個(gè)表面上，提供了好的熱轉(zhuǎn)移界面。但是，就像本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，主要的功率消散是硅表面上的有源元件。硅表面和頂層金屬間的熱阻會(huì)由于金屬間介電而更高，所以這不會(huì)與通過襯底來去除熱同樣有效。因此，可以提供另外的熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(例如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的)。
[0015]裸芯片可具有相同(即普通)的設(shè)計(jì)，這能夠限制制造成本。但是，裸芯片也可配置為不同。在一些例子中，裸芯片中的一個(gè)可僅使得具有最小功能。在包含多個(gè)可重構(gòu)元件(例如微處理器)的情況下，那么每個(gè)裸芯片可具有分配給其的專用功能。這樣的組件會(huì)是高度通用性的。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的電子硬件組件的另一個(gè)實(shí)例中，提供了一種包含兩個(gè)堆疊裸芯片的組件，每個(gè)裸芯片包含襯底和保護(hù)層，其中裸芯片中的一個(gè)還包含功能區(qū)域，而另外一個(gè)裸芯片包含虛設(shè)區(qū)域，并且功能區(qū)域設(shè)置在組件內(nèi)，使其處于兩個(gè)保護(hù)層之間。在一些實(shí)例中，虛設(shè)區(qū)域這樣設(shè)置，使其位于保護(hù)層外面。
[0017]虛設(shè)區(qū)域可是有缺陷的功能區(qū)域，即不能執(zhí)行其預(yù)期功能中的一個(gè)或多個(gè)功能的功能區(qū)域，但是在這些區(qū)域中保護(hù)層能夠提供保護(hù)。這是有利的，因?yàn)槠浞乐褂腥毕莸穆阈酒繌U掉，只要它們能夠提供保護(hù)功能。但是，原則上，虛設(shè)區(qū)域也可是有功能的，但不在電子硬件組件中使用。在這些實(shí)例中，可優(yōu)選將虛設(shè)區(qū)域配置在保護(hù)層之間。
[0018]作為提供具有虛設(shè)區(qū)域的薄片元件的替換例，第二薄片元件可包含已經(jīng)簡單處理以提供保護(hù)層的裸芯片。這樣是有利的，因?yàn)檫@樣的裸芯片可相對(duì)便宜的制造，特別是如果特征尺寸當(dāng)與通常在ASIC或其他裸芯片上見到的那些相比可制造得相當(dāng)大。
[0019]當(dāng)然，可具有多于兩個(gè)的裸芯片，并且在這樣的實(shí)例中，優(yōu)選所有功能區(qū)域位于兩個(gè)保護(hù)層之間。
[0020]在另一個(gè)實(shí)例中，第二薄片元件可是硬件封裝的蓋。蓋可例如是由陶瓷材料、金屬或類似物制成。在這樣的實(shí)例中，保護(hù)層可由一個(gè)或多個(gè)金屬跡線提供，例如絲網(wǎng)印刷到蓋上(在金屬蓋的情況下，可在金屬和跡線之間具有絕緣層)。蓋可包含一個(gè)或多個(gè)印刷有一個(gè)或多個(gè)跡線的印刷電路板(PCBs)。作為另一個(gè)實(shí)施例，屏蔽可簡單印刷到蓋的材料上。在這些實(shí)施例中，在蓋內(nèi)或蓋上的保護(hù)層和裸芯片的功能區(qū)域之間可具有電連接。這個(gè)電連接可用“貫穿封裝通孔”提供。
[0021]在一些實(shí)施例中，薄片元件是互連的，例如包含將它們互連的通孔(例如貫穿硅通孔(TSVs))。通孔例如可填充有導(dǎo)體，如鎢連接體。當(dāng)與可能的替換比較，如“封裝上封裝”硬件組件，在電子硬件組件中使用通孔，特別是TSVs是有利的，因?yàn)樗鼈兡軌虮恢瞥删哂懈芗倪B接并且因?yàn)檫B接長度通常更短。當(dāng)提供小組件時(shí)，這同時(shí)能夠改善連接性。還允許多個(gè)裸芯片(能執(zhí)行多個(gè)功能)設(shè)有小引腳。
[0022]在一些實(shí)例中，通孔也可與一個(gè)或兩個(gè)保護(hù)層互連。在這樣的實(shí)例中，特別是當(dāng)保護(hù)層是抗損害層(例如抗損害格柵或跡線或類似物，其檢測損害事件)時(shí)，通孔可因此是抗損害保護(hù)的功能部件，并提供邊緣損害檢測。
[0023]在