CN108292636A - 包括鳍式过孔的电子封装 - Google Patents
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Abstract
电子封装包括：衬底，其包括多个电介质层和位于多个电介质层之间的导电布线；其中衬底还包括将衬底内的导电布线相互电连接的多个热鳍式过孔；以及安装到衬底的电子部件，其中热鳍式过孔将热从电子部件转移到衬底，并且将衬底内的导电布线电连接到电子部件。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2015年12月15日提交的美国申请序列号14/969,514的优先权利益，其通过引用被全部并入本文。
背景技术
电子封装的性能和可靠性常常被电子封装内的局部热点的存在限制。这些局部热点通常由电子封装内的不均匀功率耗散产生。
常常存在引起电子封装的一个或多个区域内的局部热点的电路元件(例如电感器)。电子封装内的不均匀地耗散的功率一般对电子封装设计者造成热管理挑战。
常规电子封装利用有源和/或无源热设备(例如，分别为热同步设备和散热器)。这些热设备通常从电子封装中的局部热点移动得太远。此外，当热设备离局部热点太远时，热设备的热耗散能力常常被(ⅰ)热界面材料的性能；(ⅱ)热设备的有限表面积；和/或(ⅲ)电子封装的各个区段的不同接触部分的热电阻限制。
附图说明
图1是包括热鳍式过孔的电子封装的透视图。
图2是包括多个热鳍式过孔的电子封装的透视图。
图3A-3D是用于制造包括示例性热鳍式过孔的电子封装的示例性技术。
图4是示出包括不同的示例性热鳍式过孔的示例性电子封装的类似于图3D的侧部示意性侧视图。
图5是示例性热鳍式过孔的透视图。
图6是另一示例性热鳍式过孔的透视图。
图7是另一示例性热鳍式过孔的透视图。
图8是图7中所示的示例性热鳍式过孔的顶视图。
图9是包括本文所述的电互连和/或电子封装的电子装置的方框图。
具体实施方式
下面的描述和附图充分示出了特定的实施例以使本领域中的技术人员能够实践它们。其它实施例可以并入结构、逻辑、电气、过程和其它变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在其它实施例的那些部分和特征中或代替其它实施例的那些部分和特征。在权利要求中阐述的实施例包含那些权利要求的所有可得到的等效形式。
针对与晶圆或衬底的常规平面或表面平行的平面来限定如本申请中使用的定向术语(例如“水平”)，而不考虑晶圆或衬底的定向。术语“竖直”指的是垂直于如上面所限定的水平的方向。针对位于晶圆或衬底的顶表面上的常规平面或表面来限定介词，例如“在……上”、“侧”(如在“侧壁”中的)、“较高”、“较低”、“在……之上”和“在……之下”，而不考虑电互连或电子封装的定向。
本文所述的电子封装可以提高电子封装内的功率耗散。作为示例，电子封装可以包括放置在电子封装内的特定位置处的热鳍式过孔，以便减轻电子封装内的局部热点的影响。热鳍式过孔提供增加的表面积以用于将热从局部热点转移到电子封装的围绕热鳍式过孔的其它部分上。
热鳍式过孔可以产生电子封装内的具有较高导热率的局部区域。当这些热鳍式过孔策略性地放置在电子封装内的局部热点上时，可以提高电子封装的可靠性和性能。
本文所述的电子封装包括具有电介质层的衬底，该电介质层具有可以(或可以不)在各种电路元件当中提供电连接的热鳍式过孔。在一些形式中，热鳍式过孔可以不电连接到电子封装中的其它导电部件，使得鳍式过孔只执行热从电子封装内的一个区域到另一区域的热传导。
与常规过孔相比较，热鳍式过孔具有较大的表面积，使得热鳍式过孔将提高的热转移提供到过孔电子封装中。热鳍式过孔可以增加电子封装内的围绕热鳍式过孔的区域中的导热率，从而促进局部热耗散。在一些形式中，鳍状物的数量可以被优化以通过热鳍式过孔提供最大程度的局部热扩散。
热鳍式过孔可以遍及电子封装内的衬底的多个电介质层实施。当热鳍式过孔遍及多个层实施时，热鳍式过孔可以增强热鳍式过孔的热扩散效应。
在一些形式中，可以在有机衬底内利用热鳍式过孔。作为另一示例，可以在母板、穿模(through-mold)互连和管芯到管芯互连(在其它配置当中)中利用热鳍式过孔。
图1是电子封装10的透视图。电子封装10包括衬底11和安装到衬底11的电子部件12。衬底11包括至少一个电介质层13和位于电介质层13的两侧(和每个电介质层13的两侧)上的导电布线。
衬底11还包括热鳍式过孔14。热鳍式过孔14被配置为将热从电子部件12转移到衬底11。
在一些形式中，热鳍式过孔14电连接电子封装10内的导电布线。应注意，热鳍式过孔14可以不电连接导电布线，使得热鳍式过孔只提供电子封装10内的热传导。
热鳍式过孔14相对于电子封装10中的导电布线的布置将部分地取决于应用，其中电子封装10被使用以及用于创建电子封装10的制造过程(连同其它因素)被使用。
应注意，现在已知或在未来发现的任何类型的电子部件12可以被包括在电子封装10中。作为示例，电子部件12可以是有源部件(例如管芯)或无源电子部件(例如电感器)。
在图1和图2中所示的电子封装10中，电子封装12被示为比衬底11更大。在其它形式中，电子部件12可以比衬底11小得多(或相同的尺寸)。此外，多于一个电子部件12可以安装到衬底11。
在一些形式中，电子部件12可以使用焊料、导电环氧树脂或各向异性导电膜(连同其它材料)附接到衬底。此外，电子部件12可以使用某种形式的连接器(未示出)附接到衬底11。电子部件12附接到衬底11的方式将部分地取决于与制造电子封装10相关联的制造考虑因素(连同其它因素)。
现在还参考图5-8，热鳍式过孔14包括核心15和从核心15的外表面向外延伸的多个鳍状物16。在一些形式中，多个鳍状物16中的每个可以是线性的。
应注意，鳍状物16可以具有其它形状(例如弯曲的)。应注意，一些或所有鳍状物16可以具有相同(或不同)的形状、类型和/或尺寸。此外，每个鳍状物16可以以相等(或不等)的间隔分布在核心15的外表面17周围。被包括在热鳍式过孔14中的鳍状物16的尺寸、数量和类型将部分地取决于由热鳍式过孔14冷却的电子部件12所需的冷却的程度。
在附图所示的示例中，核心15具有圆柱形形状。应注意，在其它形式中，核心15可以具有非圆柱形形状(例如正方形或矩形)。
如图7和8中所示，核心15可以包括每个电介质层中的圆柱形区段18A、18B、18C。在一些形式中，圆柱形区段18A、18B、18C中的至少一个具有与其它圆柱形区段18A、18B、18C不同的直径。形成核心15的圆柱形区段18A、18B、18C的相对尺寸将部分地取决于电子封装10内的热鳍式过孔14所需的冷却的程度(连同其它因素)。
如上面讨论的，衬底11可以由多个电介质层13形成。应注意，鳍状物16可以在一个、一些或所有电介质层13中。如图14中所示，电介质层18A、18C中的鳍状物是相同的，而电介质层18B中的鳍状物16不同于电介质层18A、18C中的鳍状物。图4示出了一个示例性形式，其中鳍状物16在每个电介质层13中。
在一些形式中，热鳍式过孔14在衬底11的每个电介质层13中具有相同的形状，热鳍式过孔14位于每个电介质层13中。在其它形式中，热鳍式过孔可以在衬底11的一些(或所有)电介质层13中具有不同的形状。在衬底11的每个电介质层13中的热鳍式过孔14的布置将部分地取决于电子封装10中的热鳍式过孔14所需的冷却的程度(连同其它因素)。
应注意，热鳍式过孔14可以是各种不同的材料(例如铜)。此外，热鳍式过孔14可以由多于一种材料(例如在不同电介质层中的不同材料)形成。
图2是包括多个热鳍式过孔14的电子封装10的透视图。在一些形式中，一个或多个热鳍式过孔14可以位于电子封装12的一部分附近，该部分被配置为比电子封装12的其它部分产生更多的热。
作为示例，热鳍式过孔14中的每个可以位于电子部件12内的热点附近，热点被配置为比电子封装12的其它部分产生更多的热。这些热点的位置将部分地取决于电子部件12的配置和操作特性(连同其它因素)。将热鳍式过孔14定位在电子部件12上的热点附近可以提高电子封装10的性能和可靠性。
应注意，一个、一些或所有热鳍式过孔14可以是相同(或不同)类型的热鳍式过孔14，这取决于电子封装中所需的冷却的程度(连同其它因素)。作为示例，一种类型的热鳍式过孔14可以放置在热点附近，并且另一类型的热鳍式过孔14(或根本没有热鳍式过孔)可以在更远离热点的区域处被使用。
被包括在本文所述的电子封装10中的热鳍式过孔14可以缓解电子封装10内的热点。缓解电子封装10内的热点的存在可以提高电子封装10的性能和可靠性。此外，因为电子封装10可以提供电子封装10内的更均匀的热耗散，更多的特征可以被添加到电子封装10，而在电子封装10的操作期间不增加电子封装10的温度。
图3A-3D示出了用于制造包括示例性热鳍式过孔14的电子封装10的示例性技术。图3A-3D示出了在衬底的连续层13(在图3D中最终被示为3层)中建立热鳍式过孔14的光刻过程的进展。应注意，光刻步骤的进展可以重复，直到热鳍式过孔14达到期望尺寸和/或配置为止。
图4是示出包括不同的示例性热鳍式过孔14的示例性电子封装10的类似于图3D的侧部示意性侧视图。图4与图3D的比较表明热鳍式过孔14具有中间层(图4)中的不同配置，与每层中的相同配置(图3D)相反。
图9是并入本文所述的至少一个电子封装和/或衬底的电子装置900的方框图。电子装置900仅仅是电子封装的一个示例，其中本文所述的电子封装和/或衬底的形式可以被使用。
电子装置900的示例包括但不限于个人计算机、平板计算机、穿戴式设备、移动电话、游戏设备、MP3或其它数字音乐播放器等。在这个示例中，电子装置900包括数据处理系统，其包括系统总线902以耦合电子装置900的各种部件。系统总线902提供在电子装置900的各种部件当中的通信链路，并且可以作为单个总线、作为总线的组合或以任何其它适当的方式被实施。
包括如本文所述的任何电子封装和/或衬底的电子组件910可以耦合到系统总线902。电子组件910可以包括任何电路或电路的组合。在一个实施例中，电子组件910包括处理器912，其可以具有任何类型。如本文使用的，“处理器”意指任何类型的计算电路，例如但不限于微处理器、微控制器、复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、图形处理器、数字信号处理器(DSP)、多核处理器或任何其它类型的处理器或处理电路。
可以被包括在电子组件910中的其它类型的电路是定制电路、专用集成电路(ASIC)等，例如用于在如移动电话之类的无线设备、平板计算机、膝上型计算机、双向无线电装置和类似的电子系统中使用的一个或多个电路(例如通信电路914)。IC可以执行任何其它类型的功能。
电子装置900还可以包括外部存储器920，其进而可以包括适合于特定应用的一个或多个存储器元件，例如以随机存取存储器(RAM)的形式的主存储器922、一个或多个硬盘驱动器924和/或用于操纵可移动介质926的一个或多个驱动器，例如光盘(CD)、闪存卡、数字视频盘(DVD)等。
电子装置900还可以包括显示设备916、一个或多个扬声器918和键盘和/或控制器930，其可以包括鼠标、轨迹球、触摸屏、语音识别设备或允许系统用户将信息输入到电子装置900中并从电子装置900接收信息的任何其它设备。
为了更好地示出本文公开的电子封装和衬底，本文提供了实施例的非限制性列表：
示例1包括衬底。衬底包括电介质层；在电介质层的两侧上的导电布线；以及在电介质层内的热鳍式过孔。
示例2包括示例1的衬底，其中热鳍式过孔电连接导电布线。
示例3包括示例1-2中的任一项的衬底，并且还包括额外的电介质层，其中热鳍式过孔在多于一个的电介质层内。
示例4包括示例1-3中的任一项的衬底，其中导电布线在电介质层的至少两个之间。
示例5包括示例1-4中的任一项的衬底，其中热鳍式过孔包括核心和从核心的外表面向外延伸的多个鳍状物。
示例6包括示例5的衬底，其中多个鳍状物中的每个是线性的。
示例7包括示例5的衬底，其中每个鳍状物以相等的间隔分布在核心的外表面周围。
示例8包括示例5的衬底，其中核心具有圆柱形形状。
示例9包括示例5的衬底，其中核心包括在每个电介质层中的圆柱形区段，其中圆柱形区段中的至少一个具有与其它圆柱形区段不同的直径。
示例10包括示例5的衬底，其中鳍状物在一些电介质层中。
示例11包括示例1-10中的任一项的衬底，其中热鳍式过孔在衬底的热鳍式过孔所位于的每个电介质层中具有相同的形状。
示例12包括电子封装。电子封装包括：衬底，其包括多个电介质层和在多个电介质层之间的导电布线；其中衬底还包括热鳍式过孔；以及安装到衬底的电子部件，其中热鳍式过孔被配置为将热从电子部件转移到衬底。
示例13包括示例12的电子封装，其中热鳍式过孔电连接到电子部件。
示例14包括示例12-13中的任一项的电子封装，其中热鳍式过孔电连接不同电介质层中的导电布线。
示例15包括示例12-14中的任一项的电子封装，其中热鳍式过孔位于电子部件的一部分附近，该部分被配置为比电子部件的其它部分产生更多的热。
示例16包括示例12-15中的任一项的电子封装，其中衬底还包括在衬底内的至少一个额外的热鳍式过孔。
示例17包括示例16的电子封装，其中每个热鳍式过孔位于电子部件的单独部分附近，该单独部分被配置为比电子部件的其它部分产生更多的热。
示例18包括电子封装。电子封装包括：衬底，其包括多个电介质层和在多个电介质层之间的导电布线；其中衬底还包括将衬底内的导电布线相互电连接的多个热鳍式过孔；以及安装到衬底的电子部件，其中热鳍式过孔被配置为将热从电子部件转移到衬底，并将衬底内的导电布线电连接到电子部件。
示例19包括示例18的电子封装，其中每个热鳍式过孔位于电子部件的单独部分附近，该单独部分被配置为比电子部件的其它部分产生更多的热。
示例20包括示例18-19中的任一项的电子封装，其中每个热鳍式过孔包括核心和从核心的外表面向外延伸的多个鳍状物，其中每个核心具有圆柱形形状。
这个概述旨在提供当前主题的非限制性示例。并不旨在提供排他性或穷举性解释。具体实施方式被包括以提供关于方法的另外的信息
以上具体实施方式包括对形成具体实施方式的一部分的附图的引用。附图通过说明的方式显示可以实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示或所述的那些元件以外的元件。然而，当前的发明人还设想只提供所示或所述的那些元件的示例。而且，当前的发明人还针对特定的示例(或其一个或多个方面)或针对本文所示或所述的其它示例(或其一个或多个方面)设想使用所示或所述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例。
在这个文档中，如在专利文档中常见的，使用术语“一”或“一个”以包括一个或多于一个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其它实例或使用。在这个文档中，除非另有指示，否则术语“或”用于指代非排他性的或，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在这个文档中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应的术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的浅近英语等效形式。此外，在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”是开放的，也就是说，在权利要求中包括除了在这样的术语之后列出的那些以外的元件的系统、设备、物品、组成、配制或过程仍然被认为落在那个权利要求的范围内。而且，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用作标记，并且并不旨在将数字要求强加在它们的对象上。
以上描述旨在为说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合地使用。此外，本文所述的方法的顺序可以按允许制造电子互连和/或包括电子互连的封装的任何顺序。其它实施例可以例如由本领域中的普通技术人员在审阅上面的描述时使用。
提供摘要以符合37C.F.R.1.72(b)，以允许读者快速确定技术公开的本质。其以将不用于解释或限制权利要求的范围或含义的理解来提交。
此外，在以上具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以精简本公开内容。这不应被解释为意欲未要求保护的所公开的特征对任何权利要求是必不可少的。更确切地，创造性主题可以在于特定的所公开的实施例的少于全部的特征。因此，所附权利要求由此并入具体实施方式，每个权利要求本身独立地作为单独的实施例，并且设想这样的实施例可以在各种组合或排列中相互组合。应参考所附权利要求确定本发明的范围连同这样的权利要求被给予权利的等效形式的范围。
Claims (20)
1.一种衬底，包括：
电介质层；
位于所述电介质层的两侧上的导电布线；以及
位于所述电介质层内的热鳍式过孔。
2.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述热鳍式过孔电连接所述导电布线。
3.根据权利要求1所述的衬底，还包括额外的电介质层，其中，所述热鳍式过孔位于多于一个的电介质层内。
4.根据权利要求3所述的衬底，其中，所述导电布线位于所述电介质层中的至少两个电介质层之间。
5.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述热鳍式过孔包括核心和从所述核心的外表面向外延伸的多个鳍状物。
6.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述多个鳍状物中的每个鳍状物是线性的。
7.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述鳍状物中的每个鳍状物以相等的间隔分布在所述核心的所述外表面周围。
8.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述核心具有圆柱形形状。
9.根据权利要求8所述的衬底，其中，所述核心包括每个电介质层中的圆柱形区段，其中，所述圆柱形区段中的至少一个圆柱形区段具有与其它圆柱形区段不同的直径。
10.根据权利要求4所述的衬底，其中，所述鳍状物位于所述电介质层中的一些电介质层中。
11.根据权利要求10所述的衬底，其中，所述热鳍式过孔在所述衬底的所述热鳍式过孔所位于的每个电介质层中具有相同的形状。
12.一种电子封装，包括：
衬底，其包括多个电介质层和位于所述多个电介质层之间的导电布线；其中，所述衬底还包括热鳍式过孔；以及
电子部件，其安装到所述衬底，其中，所述热鳍式过孔被配置为将热从所述电子部件转移到所述衬底。
13.根据权利要求12所述的电子封装，其中，所述热鳍式过孔电连接到所述电子部件。
14.根据权利要求13所述的电子封装，其中，所述热鳍式过孔电连接不同电介质层中的所述导电布线。
15.根据权利要求12所述的电子封装，其中，所述热鳍式过孔位于所述电子部件的部分附近，所述电子部件的所述部分被配置为比所述电子部件的其它部分产生更多的热。
16.根据权利要求12所述的电子封装，其中，所述衬底还包括位于所述衬底内的至少一个额外的热鳍式过孔。
17.根据权利要求16所述的电子封装，其中，所述热鳍式过孔中的每个热鳍式过孔位于所述电子部件的单独部分附近，所述电子部件的所述单独部分被配置为比所述电子部件的其它部分产生更多的热。
18.一种电子封装，包括：
衬底，其包括多个电介质层和位于所述多个电介质层之间的导电布线；其中，所述衬底还包括将所述衬底内的所述导电布线相互电连接的多个热鳍式过孔；以及
电子部件，其安装到所述衬底，其中，所述热鳍式过孔被配置为将热从所述电子部件转移到所述衬底，并且将所述衬底内的所述导电布线电连接到所述电子部件。
19.根据权利要求18所述的电子封装，其中，所述热鳍式过孔中的每个热鳍式过孔位于所述电子部件的单独部分附近，所述电子部件的所述单独部分被配置为比所述电子部件的其它部分产生更多的热。
20.根据权利要求18所述的电子封装，其中，所述热鳍式过孔中的每个热鳍式过孔包括核心和从所述核心的外表面向外延伸的多个鳍状物，其中，所述核心中的每个核心具有圆柱形形状。
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