高帶寬互連所用的隔熱結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 說明在仍允許高帶寬互連的同時減少相對于裸片的熱傳遞的隔熱結構。可以使低 功率裸片與高功率裸片的熱或高功率激光器等所產生的熱隔離。
【背景技術】
[0002] 電子器件和組件正以不斷增加的速度并且在越來越高的頻率范圍內進行工作。普 及的半導體封裝體類型使用可以連接至襯底或引線框架的焊線，而該襯底或引線框架可以 連接至第二級互連件、通孔、襯底或封裝體走線或者焊球等，從而連接至電子器件的印刷電 路板（PCB)。
[0003] 隨著速度增加，功率要求和用以以遠離裸片的方式傳遞廢熱的需求也增加。這對 于堆疊的裸片而言成為特殊問題，其中利用襯底材料或其它發熱裸片使疊層中的內部裸片 的頂部和底部有效地絕緣。
【發明內容】
[0004] 考慮到現有技術的這些問題和不足，本發明的目的是提供有效地去除了如熱有源 裸片那樣的發熱元件所產生的廢熱的具有至少一個裸片的互連系統。
[0005] 在本發明中實現本領域技術人員將明白的上述和其它目的，其中本發明涉及一種 裸片互連系統，包括：裸片，其具有多個連接壓焊點；發熱元件，其與所述裸片熱隔離；一個 或多個引線，其從所述裸片延伸至所述發熱元件，各引線包括具有芯直徑的金屬芯、包圍所 述金屬芯的具有電介質厚度的電介質層和貼裝接地的外金屬層，其中，至少一個引線的沿 長度的至少一部分被暴露至環境條件以及/或者以對流方式或通過接觸冷卻，以使從所述 發熱元件向所述裸片的熱傳遞最少。引線可以是帶狀引線。從屬權利要求涉及本發明的有 利實施例。
[0006] 可選地，可以使敏感的傳感器元件或其它電子組件與高功率裸片所產生的熱隔 離。在這種情況下，至少一個引線從所述高功率裸片延伸至熱敏感的電子組件。
【附圖說明】
[0007] 圖1和2分別是高帶寬裸片向激光模塊互連結構的平面圖和側視圖，其中裸片和 激光模塊彼此熱隔離；
[0008] 圖3示出用于制造具有外接地金屬的電介質涂布引線的方法步驟；
[0009] 圖4示出用于制造具有外接地金屬的電介質涂布引線的減成法；
[0010] 圖5示出包括具有外接地金屬的電介質涂布引線的BGA封裝體；以及
[0011] 圖6示出包括具有外接地金屬的電介質涂布引線的引線框架封裝體的一部分。
【具體實施方式】
[0012] 如從圖1看出，適合高帶寬互連的一個或多個帶狀引線10(或者在其它實施例中 為個體引線）用于使半導體裸片封裝體12和熱有源裸片、激光模塊14或其它發熱元件相 連接。如從圖1看出，能夠進行相干光的高速發射（箭頭）的發熱激光模塊14安裝在散熱 塊上。通過插入導熱系數低的襯底部16,最大限度地使該模塊14熱隔離，其中該襯底部16 可以包括無機材料、聚合物、諸如聚合物所支持的無機粘土等的復合材料、空氣或定向材料 等。利用可選地與薄的外金屬化層耦合的高帶寬信令來進一步使連接引線的數量和帶10 的熱傳導率最小。在其它實施例中，可以通過設置諸如由定向石墨烯或氧化銦錫能夠提供 等的非金屬外導電涂層來進一步減小導熱系數。帶10可以由具有電介質涂布金屬芯22的 引線構成，其中沿著引線的長度，金屬芯22完全熔融、部分熔融或者在特定實施例中未熔 融有電介質涂層24。帶狀引線10延伸到封裝體12外而進入環境空氣內，從而幫助使熱傳 遞得遠離發熱元件。可選地，可以利用適當的包括流動空氣或液體、高熱傳導率金屬或其它 散熱片的主動或被動的熱式散熱片、或者諸如壓電冷卻劑等的活性冷卻劑，來以對流方式 或通過接觸使帶狀引線10冷卻。熱隔離和向環境空氣內的熱傳遞共同可以有助于防止從 在激光模塊的工作期間所產生的極熱條件對裸片造成損壞。
[0013] 在替代實施例中，使用相同的隔熱結構，可以使敏感的傳感器元件或其它電子組 件與高功率裸片所產生的熱隔離。這例如對于連接至熱輻射儀或者敏感的CCD或CMOS光 檢測陣列的裸片而言具有實用性。
[0014] 電介質涂層被外接地金屬覆蓋，其中該外接地金屬提供期望的熱特性和電氣特 性，同時還通過氧化或其它化學效果提高了機械特性和耐聚合物降解性。在另一實施例中， 分別具有連接壓焊點的第一裸片和第二裸片經由包括利用金屬封裝的熔融電介質涂層的 兩個單獨帶而相互連接。用于形成帶狀互連件的工藝從將引線的金屬芯貼裝至裸片和襯底 連接壓焊點而開始。金屬芯被涂布電介質并且被金屬化，其中金屬接地（從而可能要求單 獨的激光燒蝕或其它電介質去除步驟以使得能夠到達接地連接壓焊點）。對于空腔封裝體， 可以向裸片裝配密封蓋或其它罩。在其它情況下，可以利用塑封料、環氧圓頂封裝體或其它 適當的密封材料覆蓋裸片，從而（利用帶狀引線）單獨延伸到封裝材料或根據需要共同延 伸到一個多裸片封裝體中。
[0015] 在另一實施例中，適合使半導體裸片封裝體相互連接或者在封裝體內的裸片之間 延伸的帶狀引線在堆疊的裸片實施例中特別有用。重布所需的裸片襯底通常由熱傳導率也 差的電氣絕緣材料構成。使用由具有接地可連接的最外側金屬層的熔融電介質涂布金屬芯 構成的帶狀引線，可以從內部裸片去除熱、以及從裸片向襯底傳遞熱。
[0016] 在另一實施例中，使用利用諸如以上所論述的帶狀引線的封裝體到封裝體連接以 及共用模具封裝體中的裸片到裸片互連、以及/或者裸片到襯底帶連接。此外，還支持堆疊 的封裝體，其中帶在堆疊的裸片之間延伸。可以將使封裝體相互連接的帶貼裝至"翼狀的" 散熱銅或鋁片或塊以提高熱傳遞和散熱。在期望的情況下，可以使用主動或被動的空氣或 液體冷卻來從翼狀的塊去除熱。
[0017] 在特定實施例中，可以通過使半導體裸片封裝中所使用的電介質涂布引線被形成 為具有變化的電介質厚度來調整帶的熱特性和電氣特性。通過改變電介質涂布次數和制造 步驟可以實現厚的厚度、薄的厚度和中間厚度。可以改變芯直徑和電介質厚度這兩者。在 特定實施例中，還可以改變所沉積的電介質的成分，其中例如，明顯不同的電介質的材料包 圍金屬芯，反過來電介質由可接地的金屬涂層包圍。這樣例如允許高性能的電介質具有優 良的防蒸汽層或抗氧降解性等，以薄薄地沉積在厚的低成本的電介質材料的層上。在其它 實施例中，厚度發生改變的多個層的電介質可以經由薄的金屬層隔開，其中在最外側金屬 層接地。
[0018] 通常，薄的電介質層將提供低阻抗，從而適合功率線，厚的電介質有利于信號完整 性，并且外金屬層連接至相同的接地端。注意，芯直徑和電介質厚度的組合是可以的，并且 可以進行一系列的這些步驟以實現兩個以上的阻抗。在特定實施例中，可以期望在功率線 上具有大的芯以增加功率處理能力、降低功率線溫度、以及/或者進一步降低電源以及將 加劇接地反彈或功率跌落的接地線上的任何電感。由于許多封裝體可以受益于具有三（3) 個以上的不同電介質厚度的引線，因此中間厚度的電介質層也是有用的。例如，具有中間電 介質厚度的引線可用于連接阻抗大大不同的源和負載以使功率傳送最大化。例如，10歐姆 的源可以連接至具有20歐姆的引線的40歐姆的負載。此外，由于電介質的成本可能高，因 此可以使用厚的電介質來使重要的信號路徑相互連接，其中可以利用厚度與功率引線相比 更大但與重要的信號引線相比更小（中間）的電介質層來涂布狀況或重置等不太重要的引 線。有利地，這樣可以減少電介質沉積材料的成本和時間。
[0019] 可以與焊線直徑相組合地選擇電介質涂層的精確厚度，以針對各引線實現特別