CN102171814A - 具有其中有间隙的双密封环的集成电路 - Google Patents

具有其中有间隙的双密封环的集成电路 Download PDF

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Abstract

可通过制造具有非邻近间隙的两个密封环而减少信号传播及水分渗透的量及因IC中的水分渗透降级所致的对应的可靠性问题。在一个实施例中，可通过制造具有带有偏移的入口部分及出口部分的沟道的宽密封环而达到相同效果。所述实施例中的任一者还可具有进一步减少信号传播的接地密封环区段。

Description

具有其中有间隙的双密封环的集成电路
技术领域
本发明大体上涉及集成电路(IC)。更明确地说，本发明涉及用以减少信号传播及用以减少水分渗透的密封环配置。
背景技术
在IC的周边周围制造密封环(其为由例如铜、铝或金的金属构成的环)以防止IC在切割过程期间破裂。使用密封环的额外益处为密封环充当对水分的屏障。即，随着时间逝去，由于IC暴露于水分，因此IC性能在不使用密封环的情况下可能降级。
然而，使用这些密封环也具有缺点，包括不期望的噪声/信号传播。位于IC上的噪声源(例如，数字信号输入/输出衬垫、时钟输入衬垫、功率放大器等)常常使噪声沿密封环传播，噪声随后可干扰IC上的其它装置的操作。这会带来问题，因为IC上的装置则不如可以其它方式所预期及设计那样而彼此隔离。
常规来说，密封环已采取两种形式。首先，已使用由一个固体金属片构成的单一密封环。通常掺杂在密封环之下的衬底，且接着使所述衬底与通孔一起连接到金属的底部以形成到金属密封环的最佳衬底连接。此有助于减少IC的水分污染，但然而，此类型的环允许噪声信号从噪声源沿密封环传播到IC上的其它装置。
为减轻此噪声传播问题，已使用并入有若干“断裂”或间歇中断的单一密封环。此有助于减少噪声传播问题，但对可靠性存在一定风险，因为水分可经由密封环中的这些断裂进入IC且使装置性能随着时间逝去而降级。
发明内容
本发明是针对于一种制造将通过使密封环传导路径断裂而减少噪声传播同时还最小化渗透IC的水分的量的断裂密封环的方法。
明确地说，本发明是针对于一种用于集成电路的密封系统，其中第一密封环限定(circumscribe)所述集成电路，且具有至少一个间隙。第二密封环限定所述第一密封环且具有从所述第一密封环的所述间隙偏移的至少一个间隙。
本发明进一步针对于一种用于集成电路的密封系统，所述密封系统含有具有至少一个沟道的限定所述集成电路的密封环。所述沟道包括入口部分及出口部分。所述入口部分从所述出口部分偏移。
本发明进一步针对于一种具有密封系统的集成电路，其中第一密封环限定所述集成电路，且具有至少一个间隙。第二密封环限定所述第一密封环。
本发明进一步针对于一种用于通过形成限定集成电路的第一密封环而形成用于所述集成电路的密封系统的方法。所述第一密封环包括至少一个间隙。所述方法还包括形成限定所述第一密封环的第二密封环，其中所述第二密封环包括从所述第一密封环的所述间隙偏移的至少一个间隙。
前述内容已相当广泛地概述了本发明的特征及技术优点以便可更好地理解以下本发明的详细描述。下文将描述本发明的额外特征及优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所揭示的概念及特定实施例可易于用作修改或设计其它结构以执行本发明的相同目的的基础。所属领域的技术人员还应认识到，所述等效构造并不脱离如在所附权利要求书中阐述的本发明的精神及范围。当结合附图考虑时，将从以下描述更好地理解据信为本发明所特有的新颖特征(关于其组织及操作方法两者)连同其它目标及优点。然而，应清楚理解，仅出于说明及描述的目的而提供附图中的每一者，且并不希望其作为本发明的限制的定义。
附图说明
图1A及图1B为具有常规密封环的IC装置的示意图。
图2为示范性双断裂密封环的示意图。
图3A及图3B为双断裂密封环的替代配置的示意图。
图4为双断裂密封环的替代实施例的示意图。
图5为展示可有利地使用本发明的实施例的无线通信系统的示意图。
具体实施方式
图1A为具有常规密封环51的IC 100(例如，射频(RF)IC)的示意图。密封环51不具有断裂或中断。如上文所论述，由噪声源15产生的信号可沿密封环51传播且干扰IC上的其它装置的性能。举例来说，IC 100包括低噪声放大器(LNA)16，其为易受噪声效应影响的装置。因为LNA 16易受噪声影响，所以已使其位于IC 100上的尽可能远离噪声源15处。然而，所属领域的技术人员将理解，归因于噪声经由密封环51的传播，LNA 16将仍然经受由噪声源15产生的噪声的不利效应。
图1B为具有不同的常规密封环61的IC 101的示意图。如上文所论述，密封环61在密封环61中并入有断裂或开口62。可在制造过程期间产生所述开口62以减少由噪声源15产生的噪声经由密封环61传播到LNA 16。然而，尽管密封环61与密封环51相比已改进噪声传播特性，但IC 101经由开口62更易受水分(如由图1B中的H2O说明)渗透影响。
图2为包括双断裂密封环的IC 10的示意图。IC 10包括两个密封环：外部环11限定内部环12。可以若干方式减少内部密封环12与外部密封环11之间的噪声耦合。举例来说，有可能阻碍这两个密封环11、12之间的衬底的掺杂，从而产生经由衬底的高电阻路径。另一选项为阻碍每一密封断裂内的衬底的掺杂，从而产生经由衬底的高电阻路径。或者或另外，有可能在每一密封环的区段上放置接地连接(ground connection)以减少噪声电流或信号。如果接地连接的数目是有限的，则一个实施例将接地连接到内部密封环12的所有区段。
在一个实施例中，衬底为例如硅的半导体。在另一实施例中，衬底为陶瓷。为方便起见，尽管涵盖其它衬底(例如，砷化镓(Galium-Arsinide))，但衬底将称为硅。
注意，外部密封环11通过与内部密封环12的若干部分重叠来限定内部密封环12以减少水分渗透。如图2中可见，外部环11具有开口13，且内部环12具有开口14。开口13及14并不彼此对准，且事实上彼此偏移。此偏移由图3A更好地说明。开口13与14之间的偏移减小来自大气的水分渗透到IC 10中的可能性。如图2中所示，尽管水分(由H2O说明)可能能够经由开口13渗透，但水分不会立即渗透到IC 10中，水分渗透到IC 10中可损坏IC 10中的组件(例如，晶体管17)。水分由内部密封环12阻挡。
可在沿外部环11及内部环12的周边的任何地方制造开口13及14。在一个实施例中，开口13及14包括交错约100um  (或更多)的间隔，以减小水分渗透到IC 10中的可能性。开口13及14的一个目的是停止沿周边的噪声传导。在一个实施例中，开口被切割穿过每一密封环11及12的金属层以及衬底层。开口13、14的示范性宽度为20um到50um。
尽管图2说明外部密封环11上的三个开口及内部密封环12上的三个开口，但可对每一环添加额外开口。此外，每一密封环11及12可仅具有单一开口。在一个实施例中，外部密封环11不具有开口，而内部密封环12具有开口。另外，内部环12可包括比外部环11多的开口以减少IC 10中的噪声传播同时仍增加防潮性。此外，可将多个开口添加到IC 10上的尤其易受噪声影响的装置(例如，LNA 16)的大致附近的内部环12。当内部环12包括多个开口时，优选定位外部环11使得开口13从内部环12上的最近开口偏移。
在一个实施例中，在噪声产生元件15或噪声敏感组件(例如，LNA 16)的附近(或每一侧上)的内部密封环中提供开口14。接着向密封环区段提供专用接地(图4)。尽管未展示于图式中，但可将LNA 16提供于左下侧(如与如图2中所描绘的右下侧相对)。在此状况下，L形密封环区段将具有专用接地。
在另一实施例中，仅在噪声产生/敏感组件的附近的密封环上提供单一开口。在此状况下，所述开口中断噪声产生元件与噪声敏感元件之间的最短路径。
使间隙交错增加水分行进以渗透到IC中的平均路径，且使大百分比的水分停留在双密封环之间。具有单一切口的单一密封环将允许毛发状裂纹(hair line crack)产生直接从IC的外部到IC的内部的水分路径。双密封环上的经交错的切口使得难以从外部到内部形成连续的毛发状裂纹。
在一个实施例中，可重掺杂在开口13、14之下的衬底(例如，硅)。为使开口13、14尽可能抵抗噪声，通常阻碍硅掺杂。因此，通过改变在间隙13、14下的衬底内的掺杂分布或完全阻碍掺杂使得跨越间隙13、14的信号传播得以减少而增加每一间隙13、14内对噪声的抵抗力。
在另一实施例中，在开口13、14内部的衬底的上提供电介质。在又一实施例中，含有电路的区域还填充有达到内部密封环12的顶部金属的高度的电介质。外部区域还可具备电介质。当外部金属环11与衬底边缘之间的衬底上存在某空间时出现此外部区域。
图3B说明一替代实施例。如可见，有可能通过制造单一宽密封环20且接着制造通过宽密封环20的沟道23而达到水分减少及噪声传播减少。此沟道23的入口部分及出口部分彼此偏移。优选地，沟道23的入口部分及出口部分分离开至少100um到约200um。更一般来说，偏移小于电路块大小。图3B中所说明的配置使得水分难以渗透到IC中，类似于图3A中所示的配置。
因为宽密封环20断裂为两部分21及22，所以形成沟道23还减少噪声传播。密封环之间的间隙比密封环20的金属对噪声电流/信号更具抵抗力。在一个实施例中，将沟道下的硅掺杂到与密封环下的硅相同的抵抗力。举例来说，可将p+掺杂物添加到沟道，p+掺杂物是与密封环下的掺杂物相同的掺杂物。沟道可为大约200um到300um以避免水分问题。沟道23越长，对水分越具抵抗力；然而，较长尺寸导致较少噪声阻碍。为使开口尽可能抵抗噪声信号传输，可减少或完全阻碍硅掺杂。
图4说明可与图3A中所说明的平行密封环实施例或图3B中所说明的宽密封环实施例一起使用的另一实施例。图4展示具有非邻近开口的两个平行密封环11、12。然而，图4的装置还并入有连接到断裂内部密封环12的每一部分的衬垫41及42。衬垫41及42可在封装外部、在配电板上或经由源自IC 401的引脚连接到接地。衬垫41、42允许密封环12的若干部分接地，且因此进一步减少噪声传播。或者，可将衬垫添加到断裂密封环的仅单一部分，或在两环实施例中，可将衬垫添加到环中的仅一者。尽可能多地利用接地为有益的。在一个实施例中，接地衬垫位于非常接近密封环的地方。在另一实施例中，接地衬垫位于断裂密封环区段的两侧上。举例来说，通过形成接近LNA 16(LNA16的两侧上具有断裂)的区段，可将接地衬垫添加到此LNA 16的两侧上的密封环。然而，当接地非常有限时，可将一个接地仅应用于关键区段。
图5展示可有利地使用本发明的实施例的示范性无线通信系统500。出于说明的目的，图5展示三个远程单元120、130及150以及两个基站140。应认识到，典型无线通信系统可具有更多远程单元及基站。远程单元120、130及150包括分别具有双断裂密封环125A、125B及125C的IC，其是如下文进一步论述的本发明的实施例。图1展示从基站140到远程单元120、130及150的前向链路信号180，及从远程单元120、130及150到基站140的反向链路信号190。
在图5中，远程单元120被展示为移动电话，远程单元130被展示为便携式计算机，且远程单元150被展示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。举例来说，远程单元可为手机、手持式个人通信系统(PCS)单元、例如个人数据助理等便携式数据单元或例如仪表读取设备等固定位置数据单元。尽管图5说明根据本发明的教示的远程单元，但本发明不限于这些示范性说明单元。本发明可适当地用于包括具有双断裂密封环的IC的任何装置中。
因此，可见，所揭示的密封环配置减少衬底噪声耦合，从而改进IC装置与衬底噪声的隔离。电路性能得以改进，例如，改进低噪声放大器敏感度及噪声指数，实现更好的无线电接收器系统敏感度。
尽管已详细描述本发明及其优点，但应理解，可在不脱离如由所附权利要求书所界定的本发明的精神及范围的情况下对本文进行各种改变、取代及更改。举例来说，尽管已描述两个密封环，但涵盖两个以上密封环。类似地，尽管前述描述是关于包括模拟组件的裸片，但全数字裸片(例如，微处理器)可包括所揭示的密封环以隔离数字信号。此外，并不希望将本申请案的范围限于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法及步骤的特定实施例。如所属领域的技术人员将易于从本发明的揭示内容了解，可根据本发明利用当前存在或稍后将开发的执行与本文中所描述的对应实施例大体上相同的功能或实现大体上相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，希望所附权利要求书在其范围内包括所述过程、机器、制造、物质组成、方法、方法或步骤。

Claims (19)

1.一种用于集成电路的密封系统，其包含：
第一密封环，其限定所述集成电路，所述第一密封环包括至少一个间隙；以及
第二密封环，其限定所述第一密封环，所述第二密封环包括从所述第一密封环的所述至少一个间隙偏移的至少一个间隙。
2.根据权利要求1所述的密封系统，其进一步包含每一间隙下的掺杂较不重的区域，从而增加对跨越所述间隙的信号传播的抵抗力。
3.根据权利要求1所述的密封系统，其进一步包含连接到所述第一密封环的至少一个接地衬垫。
4.根据权利要求1所述的密封系统，其中所述第一密封环包含至少两个间隙，且所述第二密封环包含至少两个间隙。
5.根据权利要求1所述的密封系统，其进一步包含连接到所述第二密封环的至少一个接地衬垫。
6.一种用于集成电路(IC)的密封系统，其包含：
第一密封装置，其限定所述集成电路，所述第一密封装置包括至少一个间隙；以及
第二密封装置，其限定所述第一密封装置，所述第二密封装置包括从所述第一密封装置的所述至少一个间隙偏移的至少一个间隙。
7.根据权利要求6所述的密封系统，其进一步包含每一间隙下的掺杂较不重的区域，从而增加对跨越所述间隙的信号传播的抵抗力。
8.根据权利要求6所述的密封系统，其进一步包含连接到所述第一密封装置的接地装置。
9.根据权利要求6所述的密封系统，其中所述第一密封装置包含至少两个间隙，且所述第二密封装置包含至少两个间隙。
10.根据权利要求6所述的密封系统，其进一步包含连接到所述第二密封装置的接地装置。
11.根据权利要求10所述的密封系统，其中所述接地装置经由所述IC上的引脚而接地。
12.一种用于集成电路的密封系统，其包含：
密封环，其限定所述集成电路，所述密封环包括具有入口部分及出口部分的至少一个沟道，所述入口部分从所述出口部分偏移。
13.根据权利要求12所述的密封系统，其进一步包含所述沟道内的掺杂较不重的区域，借此对跨越所述沟道的信号传播的抵抗力得以增加。
14.根据权利要求12所述的密封系统，其中所述入口与所述出口分离开至少100um。
15.一种用于集成电路的密封系统，其包含：
密封装置，其限定所述集成电路，所述密封装置包括具有入口部分及出口部分的至少一个分离装置，所述入口部分从所述出口部分偏移。
16.根据权利要求15所述的密封系统，其进一步包含所述分离装置内的掺杂较不重的区域，借此对跨越所述分离装置的信号传播的抵抗力得以增加。
17.一种具有密封系统的集成电路，其包含：
第一密封环，其限定所述集成电路，所述第一密封环包括至少一个间隙；以及
第二密封环，其限定所述第一密封环。
18.一种用于形成用于集成电路的密封系统的方法，其包含：
形成限定所述集成电路的第一密封环，所述第一密封环包括至少一个间隙；以及
形成限定所述第一密封环的第二密封环，所述第二密封环包括从所述第一密封环的所述至少一个间隙偏移的至少一个间隙。
19.根据权利要求18所述的用于形成密封系统的方法，其进一步包含在每一间隙下形成掺杂较不重的区域，借此增加对跨越所述间隙的信号传播的抵抗力。
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