CN109075158A - 设有多个互连的电子功能件的电子系统 - Google Patents

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Abstract

设有多个互连的电子功能件的电子系统。电子系统(1)包括连接环(2)，该连接环(2)包括交替地导电和绝缘的多个叠加层，叠加的导电层(C)通过形成互连网络的电链接件(5)进行相互链接，所述连接环(2)包括内腔(3)，所述电子系统(1)还包括多个电子功能件(4A、4B)，其被布置在多个水平面(N1、N2)上方的所述连接环(2)的内腔(3)内，每个水平面(N1、N2)具有至少一个电子功能件(4A、4B)，所述电子功能件(4A、4B)的每个在连接环(2)的内表面(2A)的水平面处链接到连接环(2)。

Description

设有多个互连的电子功能件的电子系统
本发明涉及一种设有多个互连的电子功能件的电子系统。
作为本发明的部分，术语电子功能件是指电子制造的和以单个部件(单一壳体中的或由硅制成的部件(裸露的芯片或集成电路))的形式的和/或使用单个电子元件的电子子功能的形式的任何元件(或功能)。
目前，对集成电子功能件的需求需要找到用来将最大量的电子部件集中在越来越受限制的体积中的技术解决方案。
为此目的所提出的解决方案一定不是限制性的，换句话说，它们必须能够响应单一组件和由若干部件构成的电子功能件两者的集成。
在大多数情况下，针对此需求提供特定响应。实际上，电子部件的制造商提出了放在标准的商业壳体中的预堆叠(prestacked)部件或放在可堆叠壳体中的部件的解决方案。在这两个示例中，部件的制造商可以仅提供仅用于制造商的特定系列部件(例如存储器)的空间增益解决方案，但它不提供制造商已经生产的与来自另一制造商的部件相关联的堆叠部件的可能性。
此外，通常不提出用于堆叠功能的更复杂的解决方案。必须采用“所有者”壳体实施解决方案。
通常的“所有者”解决方案的概念一般基于能够由用户安装到支撑板上的大型部件的生产。
发明内容
本发明旨在通过提供一种尤其能够将最大量的互连电子功能件集中在受限制的体积中的电子系统来克服这些缺点。
根据本发明，电子系统包括：
-连接环，其包括交替导电和绝缘的多个叠加层，所叠加的导电层通过电链接件相互链接并形成互连网络，所述连接环包括内腔；和
-多个电子功能件，其被布置在多个水平面上的所述连接环的内腔内，每个水平面具有至少一个电子功能件，所述电子功能件中的每个在所述连接环的内表面的水平面处被链接到所述连接环水平面水平面水平面。
因此，连接环构成了三维互连系统，其可用于在不同水平面的堆叠电子功能件之间产生电连接。
由于所提出的特定架构包括如上提到的该连接环和被布置的电子功能件，因此最大量的互连电子功能件可以被集中在受限制的体积中。
该架构与通常的上述解决方案不同，这是因为其基于包括引入不是大型部件但实现三维互连网络的概念。水平面之间的电连接件被组织在围绕不同功能件的环中以彼此链接。
有利地，连接环尤其具有以下形状中的一个：
-圆柱体形状；
-平行六面体形状。
此外，有利地，在连接环中，两个相继水平面之间的电链接件通过导电孔(优选地，金属)制成。
此外，有利地，电子功能件通过电连接件链接到连接环，一方面所述电连接件连接到电子功能件的输入端/输出端，并且另一方面所述电连接件连接到位于连接环内的金属板。优选地，电连接件包括以下元件中的至少一个：
-金属线；
-柔性印刷电路。
此外，有利地，电子系统包括：
-至少在连接环的下部上的表面连接件；和/或
-两个水平面的直接相继的电子功能件之间的至少一个间隔件(spacer)。优选地，间隔件包括至少一个互连电路。
此外，有利地，被布置在所述多个水平面上的电子功能件形成竖直堆叠，并且电子系统包括被布置在电子功能件的竖直堆叠的两个竖直极端面上的两个散热器。优选地，电子系统也包括与散热器相关联的热密封件(seal)。
此外，有利地，电子系统包括分别布置在电子功能件的竖直堆叠的两个极端竖直面上的两个散热器。
此外，有利地，电子系统包括至少一个树脂涂层，其被布置在连接环的内腔的至少一部分中。
本发明还涉及一种用于装配如上定义的电子系统的方法。
根据本发明，所述装配方法包括至少以下步骤：
-在连接环上提供输出连接件，所述连接环包括交替地导电和绝缘的多个叠加层，所叠加的导电层通过形成互连网络的电链接件相互链接，所述连接环包括内腔；
-将连接环布置在基板上；
-在所述连接环的内腔内，相继提供不同水平的电子功能件，其与所述连接环的下部一起开始，逐水平面地进行输入端/输出端与所述连接环的连接。
此外，在特定实施例中，装配方法另外包括：
-在连接环的内腔的至少一个空部分中填充涂层树脂的随后步骤；和/或
-在两个水平面的电子功能件之间提供至少一个间隔件的至少一个步骤，在所述两个水平面的电子功能件的两个相继实现之间实施该步骤。
此外，有利地，装配方法另外包括提供散热器的至少一个步骤：
-在不同水平面的电子功能件的相继实施之前，针对被称为下部散热器的散热器来实施该步骤；
-在不同水平面的电子功能件的相继实施之后，针对被称为上部散热器的散热器来实施该步骤。
利用附图将理解可以实现本发明的方式。在这些图中，相同的参考标记意为相似的元件。更具体地：
-图1是具有两个水平面的功能件或互连件的电子系统的特定实施例的示意图；
-图2是连接环的示意图；
-图3是被安装在使用基板上之后的连接环的示意图；
-图4是具有两个水平面的互连件(其具有被称为中性件的间隔件)的电子系统的示意图；
-图5是具有两个水平面的互连件的电子系统的示意图，较低水平面是轴承；
-图6是具有四个水平面的互连件(其具有间隔件)的电子系统的示意图，较低水平面是轴承；
-图7和8是设有两个水平面的功能件(或互连件)的电子系统的示意图，分别具有位于下部的一个散热器，并且具有分别位于下部和上部部分的两个散热器；以及
-图9A至9G示出了用于装配符合本发明优选实施例的设有散热器的电子系统的方法的不同相继步骤。
示出了本发明并且在图1中被示意性地表示的电子系统1包括：
-诸如图2中表示的连接环2。该连接环2包括通过绝缘层彼此分开的多个叠加的导电层。叠加的导电层C通过上面指定的电链接件进行相互链接，以便形成互连网络。连接环2包括内腔3；和
-多个电子功能件4，其被布置在多个叠加水平面N1、N2等上的连接环2的内腔3内，每个水平面具有至少一个电子功能件，也就是在图1的示例中的水平面N1上的功能件4A和水平面N2上的功能件4B。
所述电子功能件4中的每个在连接环2的环形内表面2A的水平面处链接到连接环2。
连接环2还包括形成电互连件的三维系统(或网络)的绝缘和导电层的堆叠，该三维系统(或网络)可用于在被堆叠的电子功能件4的不同水平面N1、N2等之间产生电连接。
连接环2中的层堆叠和功能件的水平面N1、N2(例如，多达十五个水平面)的堆叠沿着被称为竖直的方向Z产生，该方向Z与被称为水平的平面P正交，堆叠被定位在其中或与其平行。
由于包括如上提到的连接环2和被布置的功能件4的这种特定结构，因此电子系统1能够将最大量的互连的电子功能件4集中在受限制的体积中。
连接环2尤其可以是适合于设想的应用的圆柱体形状、或平行六面体形状、或任何其它封闭的弯曲形状。因此，连接环2在其环境中被挖空，以便创建旨在接收必须彼此互连的基本电子功能件的内圆柱形空间3。
因此，电子系统1的架构包括三维互连网络，其中水平面之间的电连接件被组织在围绕不同功能件的环中以彼此链接。
在连接环2中，特别是在图1和2中表示的两个相继水平面之间的电连接件5通过导电孔(优选地，金属)制成。因此，连接环2的不同水平面(内部电链接件)之间的互连件通过金属孔在竖直平面Z(连接环2的侧壁内)中制成。这些结合可以是不同类型(铜、银、钯、金、碳等)。
此外，电子功能件4通过(特别是在图2和3中表示的)电链接件6链接到连接环2，电链接件6一方面连接到电子功能件4的输入端/输出端，并且另一方面，连接到位于连接环2的内腔3内的金属板并根据需要进行布置。
因此，电子功能件4的连接在连接环2的内表面2A上通过电链接件6形成，电链接件6可以以电连接件的形式(诸如不同类型的金属线、柔性印刷电路)或以可能确保所考虑的功能件4与连接环2之间的电连接的任何其它形式提供。
因此，电子系统1内部的电链接件在平行于平面P的平面中通过金属型导电链接件(链接件6)制成，并且在平面之间通过导电孔(链接件5)(例如金属孔)确保在竖直方向Z上的水平面之间的连接。
如果必要的话，连接环2还可以接收特别是如图1和4至8所表示的无源型电子部件7(电阻、电容器、线圈)。这些无源部件7可以是去耦部件(电容器)或适配部件(匹配电阻：“上拉”、“下拉”)。
这些无源部件7可以返回到表面(如图1和4至8所表示的)，或者被集成在连接环2内。
此外，如图2所表示的，表面连接件8被设置在下部2B(沿Z方向)处，换句话说，被设置在连接环2的底部。它们旨在在连接环2和使用的基板9(或基板)(诸如板)之间产生电链接，如图3所示，在基板9上安装有电气系统1。
此外，在特定实施例中，如图4所示，电子系统1包括至少一个间隔件10(或隔板)，其被布置在两个水平面N1和N2的直接相继的电子功能件4A和4B之间。电子功能件4A和4B通过胶密封件11固定。这种间隔件10旨在使水平面N2的功能件4B沿着方向Z达到和与该水平面的连接环2相关联的导电层相同的高度，以能够在平行于平面P的平面中所考虑的连接环2和水平面N2的功能件4B之间产生连接。
作为说明，图4和6示出了在两个水平面之间(也就是图4中的水平面N1和N2之间)以及图6中的水平面N3和N4(包括电子功能件4C和4D)之间的间隔件10。在图6中，内部电连接件6A、6B、6C以及6D也已被表示出。
在简化的实施例中，该间隔件10仅仅是机械间隔件(中性间隔件)，其目的仅在于产生对竖直位置的调节，以便能够产生电子功能件的输出连接。
然而，在特定实施例中，间隔件10还可以包括两个相邻水平面之间的互连电路。在这种情况下，间隔件被称为有源的。
此外，在优选实施例中，如图7和8所示，电子系统1包括至少一个散热器12A和12B，其被布置在(沿Z轴)竖直于来自电子功能件4A和4B的竖直堆叠13的远端的面上。
该散热器12A、12B产生散热(heat sinkage)，其将由被集成在连接环2的中部中(内腔3中)的电子功能件4A、4B所发射的热量带到表面。
优选地，产生最多热量的电子功能件被布置为最靠近该散热器12A、12B。
添加该散热器功能件还允许使用任何类型(有源或中性的)间隔件。
优选地，如图7和8中所示，电子系统1还包括与散热器12A相关联的热密封件14。
图7和8示出了需要散热器的电子系统1的示例。该散热器可以在与电子功能件4A和4B的竖直叠层13极度竖直的一个单面13A(图7)上或者在两个面13A和13B上产生。
此外，电子功能件1可以包括至少一个树脂涂层(未示出)，该树脂涂层被引入到连接环2的内腔3的空部分内。特别地，该涂层使电子系统1更可靠。
诸如上面定义的电子系统1可以通过参考图9A至9G的下面指定的装配方法进行装配。
该装配方法至少包括以下步骤：
-如图9B中所示，提供诸如图9A中所表示的连接环2、连接环2的无源部件7和输入端/输出端8的步骤。如上所指示的，连接环2包括交替地导电和绝缘的多个叠加层。叠加的导电层C通过形成互连网络的电链接件进行相互链接。连接环2还包括内腔3；
-如图9C中所表示的，将连接环2布置在基板9上的步骤；
-如图9D中所表示的，在基板9上提供通过热密封件14的被称为下部热排放件的热量排放件13A的步骤；
-在连接环2的内腔3内，实现不同水平面N1、N2的电子功能件的相继步骤。为此，如图所示，连接环2的下部2B与图9E中的第一水平面N1的电子功能件4A一起开始，并且逐水平面地进行电子功能件的输入端/输出端与连接环2的连接；
-实现在电子功能件4A和4B的两个相继水平面N1和N2之间的至少一个间隔件10的至少一个步骤。在所述两个水平面N1和N2的两个相继实现之间实现这样的步骤。如图9F中所示，随后是在第二水平面N2处提供电子功能件4B的步骤；以及
-如图9G中所示，通过装配密封件(胶水)实现被称为上部散热器的散热器12B的步骤。
此外，在特定实施例中，装配方法另外可以包括用涂层树脂(未示出)填充连接环2的内腔3的至少一个空部分的步骤。
因此，特别地，诸如上面定义的系统1具有以下优点：
-其使能够用于封装或不封装的所有可能类型的部件(并且特别是无源部件7和/或有源部件4A至4D，其可以由不同的制造商提供)的电子功能件；
-其(通过连接环2)产生被堆叠并定位在不同水平面N1至N4的电子功能件4A至4D的电互连；
-其可以与用于生产电子功能件(有机或矿物材料)的主要的通常基板9一起使用；
-如果必要的话，其具有集成一个或多个散热器12A、12B的容量；
-其保护水平面之间的电链接件，防止寄生读取尝试。实际上，不像暴露外围水平面(构成所提供功能的潜在间谍源)之间的连接的某些技术解决方案，这些链接件是不可访问的；以及
-通过用涂层树脂填充，可以保护连接环2的中心腔3。

Claims (15)

1.一种设有多个互连的电子功能件的电子系统，其特征在于，所述电子系统包括：
-连接环(2)，其包括交替导电和绝缘的多个叠加层，所叠加的导电层(C)通过电链接件(5)相互链接并形成互连网络，所述连接环(2)包括内腔(3)；和
-多个电子功能件(4)，其被布置在多个水平面(N1、N2、N3、N4)上的所述连接环(2)的内腔(3)内，每个水平面具有至少一个电子功能件(4)，所述电子功能件(4)中的每个在所述连接环(2)的内表面(2A)处被链接到所述连接环(2)。
2.根据权利要求1所述的电子系统，其特征在于，所述连接环(2)具有以下形状中的一个：
-圆柱体形状；
-平行六面体形状。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的电子系统，其特征在于，在所述连接环(2)中，两个相继水平面(N1、N2、N3、N4)之间的所述电链接件(5)通过导电孔制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子系统，其特征在于，所述电子功能件(4)通过电连接件(6)被链接到所述连接环(2)，一方面所述电连接件(6)连接到所述电子功能件(4)的输入端/输出端，并且另一方面，所述电连接件(6)连接到位于所述连接环(2)内的金属板。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电子系统，其特征在于，其包括至少在所述连接环(2)的下部(2B)上的表面连接件(8)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子系统，其特征在于，其包括在两个水平面(N1、N2)的直接相继的电子功能件(4A、4B)之间的至少一个间隔件(10)。
7.根据权利要求6所述的电子系统，其特征在于，所述间隔件(10)包括至少一个互连电路。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电子系统，其特征在于，被布置在所述多个水平面上的电子功能件(4)形成竖直堆叠(13)，并且其特征在于，所述电子系统(1)包括至少一个散热器(12A、12B)，所述至少一个散热器(12A、12B)被布置在电子功能件(4)的竖直堆叠(13)的竖直方向的端面上。
9.根据权利要求8所述的电子系统，其特征在于，其包括与所述散热器(12A)相关联的热密封件(14)。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的电子系统，其特征在于，其包括两个散热器(12A、12B)，所述两个散热器(12A、12B)分别被布置在电子功能件(4)的竖直堆叠(13)的竖直方向的两个端面(13A、13B)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电子系统，其特征在于，其包括至少一个树脂涂层，所述树脂涂层被布置在所述连接环(2)的内腔(3)的至少一部分中。
12.一种用于装配根据权利要求1至11中任一项所述的电子系统的方法，其特征在于，其包括至少以下步骤：
-在连接环(2)上提供输出连接件，所述连接环(2)包括交替导电和绝缘的多个叠加层，所叠加的导电层(C)通过电链接件(5)相互链接并形成互连网络，所述连接环(2)包括内腔(3)；
-将所述连接环(2)布置在基板(9)上；
-在所述连接环(2)的内腔(3)内，相继提供不同水平面(N1、N2、N3、N4)的电子功能件(4)，其从所述连接环(2)的下部开始，逐水平面地进行输入端/输出端与所述连接环(2)的连接。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其另外包括用涂层树脂填充所述连接环(2)的内腔(3)的至少一个空部分的随后步骤。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其特征在于，其另外包括提供散热器(12A、12B)的至少一个步骤：
-在不同水平面(N1、N2)的电子功能件(4)的相继提供之前，针对被称为下部散热器的散热器(12A)来实施所述步骤；
-在不同水平面(N1、N2)的电子功能件(4)的相继提供之后，针对被称为上部散热器的散热器(12B)来实施所述步骤。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，其另外包括在两个水平面(N1、N2)的电子功能件(4)之间提供至少一个间隔件(10)的至少一个步骤，所述步骤在所述两个水平面(N1、N2)的电子功能件(4)的两个相继提供之间被实施。
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