CN103855496B

CN103855496B - 用于电互连结构的促动机构

Info

Publication number: CN103855496B
Application number: CN201310656348.1A
Authority: CN
Inventors: Y·吴; J·瓦尔奇克
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: US20140158416A1; US9674943B2; KR101602023B1; KR20140073443A; SG2013086624A; CN103855496A; US20170273176A1

Abstract

本发明涉及一种用于电互连结构的促动机构。在说明书中描述的一些实施例包括设备和形成这些设备的方法。在一个这样的实施例中，所述设备可包括电子装置，第一晶片和第二晶片，其中所述第二晶片联接到所述第一晶片和电子装置。所述电子装置可包括开口。所述晶片的至少一部分可占用所述电子装置中的开口的至少一部分。描述了包括附加的设备和方法的其它实施例。

Description

用于电互连结构的促动机构

技术领域

这里所描述的实施例关于电子器件。一些实施例有关涉及集成电路封装件和电路板的电互连结构。

背景技术

许多电子物品，包括台式计算机、笔记本计算机和平板计算机、蜂窝电话和其它电子物品，通常具有一个或多个电子器件，例如用于存储信息的存储器，用于处理信息的处理器，或者存储器和处理器。所述器件可以是集成电路（IC）封装件的一部分。在IC封装件的器件和其它器件之间的信息交换可以以电信号的形式进行传导，所述电信号流经过IC封装件和其它器件之间的电连接结构。所述电连接结构可以部分地由位于IC封装件上的导电连接结构（例如焊球）和位于电路板上的互连结构形成。在一些情况下，这种电连接可临时形成，用于在测试过程中测试所述器件。例如封装翘曲和制造公差的因素可能使电连接结构的品质变差。在设计电互连结构时考虑这些因素有时会使得构成一种挑战。

附图说明

图1示出根据这里描述的一些实施例的电子装置的框图，所述电子装置包括用于提供在电子组件和基部之间的电连接的互连结构。

图2A、图2B、图2C和图2D示出根据这里描述的一些实施例的、包括曲柄形弹簧的互连结构的不同视图。

图3A、图3B、图3C和图3D示出根据这里描述的一些实施例的、包括杆和弹簧的互连结构的不同视图。

图4A、图4B、图4C和图4D示出根据这里描述的一些实施例的、包括涡卷弹簧的互连结构的不同视图。

具体实施方式

图1示出根据这里描述的一些实施例的电子装置100的框图，电子装置100包括互连结构110，互连结构110用于提供电子组件120和基部130之间的电连接。基部130可包括电路板（例如，诸如母板的印刷电路板）。电子组件120可包括集成电路（IC）封装件或其它电子器件。电子组件120可包括被联接到各个互连结构110的导电触点（例如焊球）121。

电子组件120可包括器件122，其通过导电触点（例如焊球）124附接到衬底（例如，封装衬底）123。衬底123可包括联接到导电触点121和124的导电线路（未示出）。器件122可包括半导体（例如，硅）晶片。所述晶片可包括用于执行一个或多个功能的电路，例如执行处理信息、存储信息或其它功能的电路。例如，器件122中的所述晶片可包括处理器（例如，包括晶体管、算术逻辑运算单元和其它部件），其可包括中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）或二者。所述处理器还可包括专用集成电路（ASIC）。

电子组件120中IC封装件的实例可包括球栅阵列（BGA）封装类型，触点陈列（LGA）封装类型，针栅阵列（PGA）封装类型或者其它封装类型。电子组件120可包括在电子物品中，例如台式计算机、笔记本计算机和平板计算机、电子阅读器（例如，电子书阅读器）、个人数字助理（PDAs）、蜂窝电话、智能手机、服务器、网络设备、机顶盒（STBs）、网络路由器、网络开关、网桥或其它类型的电子物品。

如图1所示，基部130可通过接口150联接到分析仪140。接口150可包括联接到互连结构110的导电线路（例如，导电体）以允许通过互连结构110和接口150在分析仪140和电子组件120之间通信（例如以信号的形式）。分析仪140可包括测试仪（例如计算机）以测试电子组件120（例如，对器件122进行测试）、基部130或者二者。因而，在电子装置100中，器件122可以是被测器件（DUT）。

作为实例，图1只示出5个互连结构。互连结构110的数量可以改变。例如，电子装置100可包括成排和成列布置的许多互连结构110。为了简单起见，图1只示出位于基部130的一部分（例如上部部分）中的互连结构110。然而，互连结构110可包括位于基部130的其它部分（例如中部和底部部分）中的部件。例如，互连结构110可包括具有下面参考图2A至4D详细描述的部件的互连结构。

图2A、图2B、图2C和图2D示出根据这里描述的一些实施例的互连结构210和基部230的不同视图。图2A示出互连结构210和基部230的侧视图。图2B示出图2A的其中一个互连结构210的一部分的透视图（相对于x、y和z方向）。图2C示出图2A的互连结构210和基部230的一部分的横截面。图2D示出图2C的基部230的通路（via）234。

图2A至图2D中的互连结构210和基部230可分别对应图1的互连结构110和基部130。作为实例，图2A只示出三个互连结构210。互连结构210的数量可以改变。

如图2A所示，基部230可包括表面（例如顶表面和底表面）231和232，以及在每个互连结构210处在表面231和232之间延伸的开口233。基部230可包括与开口233相关联的通路234（图2C和图2D）。通路234可包括导电通路（例如，金属通路）。通路234的至少一部分可位于开口233内侧（例如，接近所述表面231）。通路234可包括侧壁235，侧壁235具有圆柱形的形状（例如圆柱形侧壁235）。基部230可包括联接到通路234的导电线路（未示出）以提供通过通路234到达和来自于一个或多个互连结构210的电气通信（例如以信号的形式）。这种电气通信可包括传送电力供应、数据信息、控制信息或其它种类的信息的信号。

每个互连结构210（图2A、图2B和图2C）可包括电气构件和机械构件。所述电气构件可包括由导电材料（例如，诸如铜的金属）形成的套环211和插脚215。所述机械构件可包括弹簧260。

如图2B和2C所示，套环211可包括部分212和213。部分212（图2B）具有圆柱形的形状，其可形成细长圆柱体。部分212（图2C）可位于基部230的开口233内侧并且联接到通路234。部分212可直接接触通路234的侧壁235并且随从于侧壁235。部分212可插入到通路234中，从而部分212可通过压配合联接而联接到通路234。部分213（图2B）可具有环形形状，其尺寸（例如外直径）大于开口233的直径。这可允许部分213形成止挡（例如，机械阻止器）以防止套环211（例如，整个套环211）滑动到通路234中。因而，如图2C所示，部分213可位于通路234外侧以及开口233外侧。

如图2B所示，套环211可包括沿着套环211的长度（例如，在z方向上）延伸的狭缝214。狭缝214可将部分212分开，从而部分212可以不是连续的部分（例如部分212的至少一部分在狭缝214处不具有材料）。狭缝214还可将部分213分开，从而部分213可以不是连续的部分（例如，部分213的至少一部分在狭缝214处不具有材料）。在备选结构中，套环211在部分212和213中的一个或二者内都不包括狭缝（例如，狭缝214）。因而，在备选结构中，部分212可以是连续的部分，部分213可以是连续的部分，或者部分212和213可以都是连续的部分。

插脚215（图2B和图2C）包括端部（例如，插脚头）216和217。端部216（图2C）可位于基部230外侧（例如，基部230的开口233外侧）。端部217可位于基部230内侧（例如，基部230的开口233内侧）。插脚215可电联接（例如，直接接触）套环211。例如，如图2C所示，插脚215的端部216和217之间的部分（例如本体）可直接接触套环211的部分212。插脚215可布置成在端部216和217之间在一方向（例如z方向）上移动，同时维持与套环211电接触。

套环211、插脚215和通路234可建立电连接（例如，在测试过程中建立临时电连接），以允许监测到达和来自于被联接到每个互连结构210的插脚215上的器件（例如，DUT，如图1的器件122）的电气通信。

弹簧260（图2A）可包括曲柄形弹簧。例如，弹簧260可包括基本上直的多个区段（例如，如图2A所示，三个区段）。所述多个区段可在弹簧260中形成不同的角度（例如不同的弯头）。弹簧260包括端部261和262。端部261可联接（例如，直接接触）插脚215的端部217（图2C）。端部262可联接（例如固定）到一固定装置239。弹簧260可包括导电材料（例如，金属）。备选地，弹簧260可包括不导电材料（例如，非金属材料），从而弹簧260可不电联接到插脚215。

弹簧260可形成机械促动器，以便当力施加到端部216和217中的至少一个上时，能够使插脚215在端部216和217之间的一方向上移动（例如，滑动）。例如，当电子组件（例如，图1的电子组件120）附接到每个互连结构210的插脚215（例如在z方向上压靠着插脚215）时，弹簧260可被压缩（例如，在z方向上）。因而，弹簧260和插脚215的布置可与所分布的顺应性机构相关联，以提供弹簧和载荷传递的功能。

弹簧260、套环211和插脚215的布置可使弹簧260绝缘于由插脚215、套环211和通路234形成的电线路。因而，与传统互连结构相比，每个互连结构210可具有比由插脚215、套环211和通路234形成的电线路更短的电线路，其中所述传统互连结构具有被包括在两个插脚头（例如，弹簧顶针（pogo-pin））之间的电线路中的弹簧。这可导致较低的轮廓（例如，在z方向上更小的互连结构尺寸）用于基部230和其它电子器件之间（例如，在基部230和图1的电子组件120之间）的互连结构210。较低的轮廓可提高器件的电气性能，例如信号完整性和功率输出。

每个互连结构210可具有相对大的插脚行程，同时具有足够的力以与另一器件（例如与图1的电子组件120）形成电接触。插脚行程是指插脚215可从基准点移动（例如滑动）到另一点（例如在z方向上移动）的距离。在一些情况下，更薄和更小的器件形成因素（例如在图1中更薄的器件120，衬底122或二者）可对半导体封装件（例如图1的电子组件120）的平面度产生负面影响。在一些这样的情况下，可能需要相对大的插脚行程，以提高在存在封装翘曲和制造公差的因素时可能被危及的电连接（例如基部230和图1的电子组件120之间的连接）的品质。在传统互连结构（例如弹簧顶针）中，在不减小插脚力或者增加插脚长度的前提下可能难以（或者在一些情况下无法实现）增加插脚行程。然而，如果减小这种插脚力（例如在弹簧顶针中）以增加插脚行程，插脚和器件的触点之间的电接触（联接到所述插脚）可能品质变差（例如电阻增加）。

然而，在互连结构210中，通过将因位移和载荷引起的应力分布到分布的弹簧机构中，弹簧260和插脚215的布置能够实现大的插脚行程（例如与弹簧顶针相比较）。因而，在互连结构210中，在不增加插脚215的长度或者不减小插脚力的前提下，可增加插脚215的插脚行程。这在存在封装件翘曲、制造公差或其它不理想的因素时可提高基部230和其他器件（例如图1的电子组件120）之间的电连接的品质。

图3A、图3B、图3C和图3D示出根据这些所描述的一些实施例的互连结构310和基部330的不同视图，其中互连结构310具有位于插脚215和弹簧360之间的杆370。图3A至图3D中的互连结构310和基部330可分别对应图1的互连结构110和基部130。作为实例，图3A只示出了三个互连结构310。互连结构310的数量可以改变。

互连结构310和基部330所包括的元件可分别与互连结构210和基部230（图2A至图2D）的元件类似或相同。因而，为了简单起见，互连结构210和310之间的类似或相同元件与基部230和330之间的类似或相同元件给予了相同的附图标记。这些类似或相同元件的描述不在图3A至图3D的描述中重复。

如图3B和图3C所示，每个互连结构310可包括由套环211和插脚215形成的电气构件以及由弹簧360和杆370形成的机械构件。弹簧360、杆370和插脚215的布置可与集总的顺应性机构相关联。弹簧360可通过杆370联接到插脚215的端部217，杆370可将弹簧载荷传递到插脚215。杆370可包括导电材料（例如金属）。备选地，杆370可包括不导电材料（例如，非金属材料），从而弹簧360可不电联接到插脚215。

弹簧360（图3C）可包括具有端部361和362的螺旋弹簧。端部361可联接（例如直接接触）到杆370的端部372。端部362可联接（例如固定）到基部330（例如定位在基部330的底部上）。备选地，弹簧360可包括平面弹簧。

作为实例，图3A和图3C只示出一个弹簧360。可使用多个弹簧。例如，不是具有仅一个弹簧360，而是与弹簧360类似或相同的两个或多个弹簧可彼此叠置地布置（堆叠）在开口233内侧。

与传统互连结构（例如弹簧顶针）相比，弹簧360、杆370和插脚215的布置可允许互连结构310具有比较低的轮廓和更大的插脚行程，它们与弹簧260和插脚215的轮廓和插脚行程类似，如同上面参考图2A至图2D所描述的。

图4A、图4B、图4C和图4D示出根据这里描述的一些实施例的互连结构410和基部430的不同视图。图4A示出互连结构410和基部430的侧视图。图4B示出图4A的其中一个互连结构410的一部分的透视图（相对于x、y和z方向）。图4C示出图4A的互连结构410和基部430的一部分的横截面。图4D示出图4C的基部430的通路434的俯视图。

图4A至图4D的互连结构410和基部430可分别对应图1的互连结构110和基部130。作为实例，图4A只示出三个互连结构410。互连结构410的数量可以改变。

基部430所包括的元件可与基部230的元件（图2A、图2C和图2D）类似或相同。例如，基部430可包括在每个互连结构410处的表面431和432、开口433和通路434（具有侧壁435）。基部430可包括联接到通路434的导电线路（未示出），以提供通过通路434到达和来自于一个或多个互连结构410的电气通信。

如图4A、图4B和图4C所示，每个互连结构410可包括电气构件和机械构件。所述电气构件可包括具有导电材料（例如，诸如铜的金属）的套环411（图4B）和插脚415（图4B和图4c）。所述机械构件可包括具有导电材料的涡卷弹簧460（图4B和4C）。涡卷弹簧460可提供接触套环411和插脚415的相对大接触面积并且提供插脚横向稳定性。

套环411（图4B）可包括部分412和413（图4B和图4C）。部分412可具有圆柱形的形状，可形成环绕涡卷弹簧460的至少一部分的直筒体。部分412（图4C）可位于基部430的开口433内侧并且联接到通路434。部分412可直接接触通路434的侧壁435（图4D）并且随从于侧壁435。部分412可插入到通路434中，从而部分412可通过压配合联接而联接到通路434。套环411的部分413可位于开口433外侧。部分413（图4B）可具有环形形状，其尺寸（例如外直径）大于开口433的直径。这可允许部分413形成止挡件（例如机械阻止器），以防止套环411（例如，整个套环411）滑动到通路434中。所述止挡件还可在基部430的顶部（例如接近表面431）处设置基准z向高度，这可消除关于基部430厚度的制造公差。

如图4B所示，套环411可包括沿着套环411的长度（例如在z方向上）延伸的狭缝414。狭缝414可将部分412分开，从而使得部分412可以不是连续的部分（例如，部分412的至少一部分在狭缝414处没有材料）。狭缝414还可分开部分413，从而部分413可以不是连续的部分（例如，至少部分部分413在狭缝414处没有材料）。在备选结构中，套环411可不包括在部分412和413中的一个或二者中的狭缝（例如狭缝414）。因而，在备选结构中，部分412是连续的部分，部分413是连续的部分，或者部分412和413二者可以都是连续的部分。

插脚415（图4B和图4C）包括端部（例如插脚头）416和417。端部416可位于基部430外侧（例如基部430的开口433外侧）。端部417可位于基部430内侧（例如基部430的开口433内侧）。端部417可包括允许插脚415插入到（例如卡合）到涡卷弹簧460和套环411中的结构（例如卡扣结构）。插脚415（图4A和图4C）可电联接（例如直接接触）套环411。例如，如图4C所示，插脚415的端部41和417之间的部分（例如本体）可直接接触套环411的部分412。插脚415可布置成在端部416和端部417之间的某一方向（例如z方向）上移动（例如滑动），同时维持与涡卷弹簧460和套环411电接触。

如图4B和4C所示，涡卷弹簧460的至少一部分可环绕在端部416和417之间的插脚415的至少一部分。部分412可保持和环绕至少涡卷弹簧460的一部分和插脚415的一部分，从而涡卷弹簧460的至少一部分可位于套环411的部分412和插脚415的一部分之间。

套环411、插脚415、涡卷弹簧460和通路434可建立电连接（例如临时电连接），以允许监测到达和来自于联接到每个互连结构410的插脚415的器件（例如，DUT，如图1的器件122）的电气通信（例如以电信号的形式）。

涡卷弹簧460可形成机械促动器，以便当力施加到端部416和417中的至少一个上时能够使插脚415在端部416和417之间的某一方向移动（例如滑动）。例如，当电子组件（例如图1的电子组件120）附接到每个互连结构410的插脚415（例如在z方向上压靠着插脚415）时，涡卷弹簧460可被压缩（例如在z方向上）。

与传统互连结构（例如弹簧顶针）相比，每个互连结构410可具有更短的电线路（例如由插脚415、弹簧460、套环411和通路434形成）。这可导致用于在基部430和其它电子器件之间（例如在基部430和图1的电子组件120之间）的互连结构410的更低轮廓。与传统互连结构（例如弹簧顶针）相比，每个互连结构410还可具有相对大的插脚行程。

如上所述，本发明公开了一种电子装置，包括：电联接到基部的套环；电联接到所述套环的插脚，所述插脚包括位于所述基部外侧的第一端部和位于所述基部内侧的第二端部；和使所述插脚能够沿位于其第一端部和第二端部之间的某一方向进行移动的一构件。

优选的，所述基部包括通路，并且所述套环至少包括位于所述通路内侧的一部分。优选的，所述构件包括弹簧，所述弹簧具有第一端部和第二端部，所述弹簧的第一端部接触所述插脚的第二端部，且所述弹簧的第二端部联接到一固定装置。优选的，所述构件包括弹簧，且所述弹簧与所述插脚未电联接。优选的，所述构件包括弹簧，且所述弹簧至少环绕位于所述插脚的第一和第二端部之间的所述插脚的一部分。优选的，所述电子装置还包括：电联接到所述基部的附加套环；电联接到所述附加套环的附加插脚，所述附加插脚包括位于所述基部外侧的第一端部和位于所述基部内侧的第二端部；以及使所述附加插脚能够沿所述附加插脚的第一和第二端部之间的某一方向进行移动的附加构件。优选的，所述基部包括印刷电路板。优选的，所述基部包括一接口，其被布置成在测试中联接到分析仪。优选的，所述插脚被布置成在所述测试中联接到一电子组件。

此外，本发明还公开了一种电子装置，包括：套环，其至少具有位于基部中的开口内侧的一部分；插脚，其电联接到所述套环，所述插脚包括位于所述基部外侧的第一端部和位于基部内侧的第二端部；和弹簧，其被布置成以便如果力施加到所述第一和第二端部中的至少一个上、则使所述插脚能够沿位于其第一端部和第二端部之间的某一方向进行移动，其中所述弹簧间接联接到所述套环。

优选的，所述套环包括圆柱形部分，所述基部的开口包括通路，并且所述圆柱形部分的至少一部分随从于所述通路的侧壁。优选的，所述套环包括位于所述基部的开口外侧的附加部分，所述附加部分的尺寸大于所述基部的开口的直径。优选的，所述弹簧表现为曲柄形弹簧的形式，其中所述曲柄形弹簧的第一端部接触所述插脚的第二端部，并且所述曲柄形弹簧的第二端部联接到一固定装置。优选的，所述弹簧表现为螺旋弹簧的形式。所述弹簧表现为平面弹簧的形式。所述弹簧经位于所述插脚的第二端部和所述弹簧之间的杆而联接到所述插脚的第二端部。所述弹簧与所述插脚未电联接。

本发明还公开了一种电子装置，包括：联接到基部的套环；电联接到所述套环的插脚；和涡卷弹簧，其环绕所述插脚的一部分。优选的，所述基部包括通路，并且所述套环包括位于所述通路内侧的一部分。优选的，所述套环至少环绕所述涡卷弹簧的一部分。优选的，所述涡卷弹簧的至少一部分位于所述套环的一部分和所述插脚的所述一部分之间。优选的，所述涡卷弹簧被布置成使所述插脚能够沿所述插脚的第一端部和第二端部之间的某一方向进行移动。

以上描述和附图充分地例示说明了具体实施例，以使本领域技术人员能够实施它们。其它实施例可包含结构的、逻辑的、电气的、方法和其它改变。一些实施例的部分和特征可包括在其它实施例的部分和特征中或者被代替它们。在权利要求中所阐明的实施例包括这些权利要求的所有可用的等同。

本申请还提供了摘要，以遵照37C.F.R.Section1.72(b)提出的、使读者获得技术公开的性质和要点的摘要的要求。提请注意的是，摘要应被理解成不用于限制或解释权利要求的范围和意义。下述权利要求特此合并到详细描述中，其中每个权利要求本身都作为一个单独的实施例。

Claims

1.一种电子装置，包括：

电联接到基部的套环；

电联接到所述套环的插脚，所述插脚包括位于所述基部外侧的第一端部和位于所述基部内侧的第二端部；和

使所述插脚能够沿位于其第一端部和第二端部之间的某一方向进行移动的一构件，其特征在于，所述构件包括弹簧，所述弹簧包括第一端部、第二端部、以及多个直的区段，所述多个直的区段相对于彼此处于不同的角度，所述弹簧的第一端部接触所述插脚的第二端部，并且所述弹簧的第二端部联接到所述基部的开口外侧的固定装置。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括通路，并且所述套环包括位于所述通路内侧的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述套环包括位于所述基部外侧的第一部分和位于所述基部内侧的第二部分。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述弹簧与所述插脚未电联接。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置还包括：

电联接到所述基部的附加套环；

电联接到所述附加套环的附加插脚，所述附加插脚包括位于所述基部外侧的第一端部和位于所述基部内侧的第二端部；以及

使所述附加插脚能够沿所述附加插脚的第一端部和第二端部之间的某一方向进行移动的附加构件。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括印刷电路板。

7.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括一接口，其被布置成在测试中联接到分析仪。

8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述插脚被布置成在所述测试中联接到一电子组件。

9.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括开口，并且所述套环包括位于所述开口外侧的部分和位于所述开口内侧的另一部分。

10.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括导电通路，并且所述套环包括电联接到所述导电通路并且位于所述导电通路内侧的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的电子装置，其特征在于，所述套环包括位于所述导电通路外侧的另一部分。

12.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括开口，所述套环包括位于所述基部的开口外侧的套环部分，并且所述套环部分的尺寸大于所述基部的开口的直径。

13.一种电子装置，包括：

电联接到基部的套环；

使所述插脚能够沿位于其第一端部和第二端部之间的某一方向进行移动的一构件，其特征在于，所述基部包括开口，并且所述构件包括弹簧，所述弹簧包括多个直的区段，所述多个直的区段相对于彼此处于不同的角度，并且所述多个直的区段中的一直的区段的端部联接到所述基部的开口外侧的固定装置。

14.根据权利要求13所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括导电线路，以便提供到达和来自于所述套环的电气通信。

15.根据权利要求13所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括导电线路，以便提供到达和来自于所述插脚的电气通信。

16.根据权利要求13所述的电子装置，其特征在于，所述基部包括导电线路，以便提供到达和来自于与分析仪联接的接口的电气通信。