CN109786259A - 含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法 - Google Patents

含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109786259A
CN109786259A CN201811345133.7A CN201811345133A CN109786259A CN 109786259 A CN109786259 A CN 109786259A CN 201811345133 A CN201811345133 A CN 201811345133A CN 109786259 A CN109786259 A CN 109786259A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
bonded layer
substrate
tunnel
heat pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811345133.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109786259B (zh
Inventor
J·A·莫拉
L·维斯瓦纳坦
G·塔克尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NXP USA Inc
Original Assignee
NXP USA Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NXP USA Inc filed Critical NXP USA Inc
Publication of CN109786259A publication Critical patent/CN109786259A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109786259B publication Critical patent/CN109786259B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02304—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment formation of intermediate layers, e.g. buffer layers, layers to improve adhesion, lattice match or diffusion barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02697—Forming conducting materials on a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/60—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation
    • H01L2021/60007—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process
    • H01L2021/6027—Mounting on semiconductor conductive members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/1515—Shape
    • H01L2924/15151—Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

公开了含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法。在各个实施例中，所述方法包含以下步骤或工艺：获得基板，所述基板具有穿过所述基板形成的隧道；在覆盖所述隧道的位置处将微电子部件附接到所述基板的正面；以及在将所述微电子部件附接到所述基板之后，至少部分地在所述隧道内产生嵌入式散热结构。所述生产步骤可以包含：将键合层前体材料从所述基板的背面应用到所述隧道中并且到所述微电子部件上。然后，可以使所述键合层前体材料经受烧结工艺或者以其它方式使其固化以形成与所述微电子部件接触的导热部件键合层。

Description

含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法
技术领域
本发明的实施例总体上涉及微电子系统以及，并且更具体地说涉及含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法。
背景技术
微电子系统通常含有在操作期间，特别是在较高功率电平下操作时以及可能地在较高RF频率下操作时易于产生过多热量的功率装置。在不存在用于从系统中移除过多热量的适当散热装置的情况下，微电子系统以及容纳于其中的一个或多个功率装置内的局部区域处可能出现非常高的温度或者“热点”。这种非常高的局部温度可能降低装置性能和可靠性，并且通过加速如焊点疲劳等常见故障模式降低微电子系统的整体可靠性。为此，常常利用嵌入式硬币状(coined)基板制造含有功率装置的微电子系统、这种封装的或未封装的RF半导体管芯；所述硬币状基板即并入有具有相对高热导率的金属(例如，Cu)基体(slug)或“硬币”。通过将功率装置或者含有一个或多个功率装置的模块附接到嵌入式硬币，可以更有效地消散过多热浓聚物以提增强电子系统的热性能。
虽然利用嵌入式硬币基板制造的微电子系统通常具有提升的散热能力，但是其在多个方面仍有局限性。制造硬币状基板所利用的制造工艺往往非常复杂、成本高并且可能涉及暴露于非常高的加工温度，在所述加工温度下，可能出现基板翘曲和其它有害影响。当利用嵌入式硬币实现电互连目的时，制造成本和复杂性可能进一步增加；所述目的例如将功率装置或如PAM封装等含有装置的部件的接地焊盘耦合电耦合到容纳于基板内的接地层。例如，在一种已知的制造方法中，多层PCB被生产为包含至少一个由高质量介电材料构成的上PCB层，以及一个或多个由如FR4等较低成本介电材料构成的下PCB层。所述PCB另外含有嵌入式硬币和延伸穿过上PCB层以将嵌入式硬币连接到电接地的环形的过孔群或“过孔场(via farm)”。以此方式制造嵌入式硬币基板可以降低PCB制造成本，同时增强上PCB层压件的介电性能；然而，这种类型的嵌入式硬币PCB对于提升所得微电子系统的整体散热能力没有什么作用。
即使不考虑上述与制造有关的限制，利用嵌入式硬币基板制造的微电子系统在其它方面也仍然具有局限性。按照常规设计和制造，这种系统通常依赖于如焊接材料等传统材料将发热微电子部件附接到嵌入特定PCB或基板中的硬币的上表面。虽然适用于许多应用，但是在大功率和高频(例如，RF)应用的背景下，这种材料的热导率和耐温性可能非常受限。因此，将常规的嵌入式硬币状基板集成到含有功率装置的微电子系统中常常提供不完整的或次优的散热解决方案。因此，在较高功率电平和/或在较高频率(例如，RF)下操作时，在热堆叠(即，期望导热流通过其中的各种材料层)内的某些连接处仍然可能以加剧微电子系统的失效模式的方式出现非常高的局部温度。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于制造微电子系统的方法，其包括：
获得具有隧道的基板，所述隧道穿过所述基板；
在封闭所述隧道的位置处将微电子部件附接到所述基板的正面；以及
在将所述微电子部件附接到所述基板之后，产生至少部分容纳于所述隧道内的嵌入式散热结构，其中产生包括：
将键合层前体材料从所述基板的背面应用到所述隧道中并且到所述微电子部件上；以及
使所述键合层前体材料固化以形成与所述微电子部件接触的导热部件键合层。
在一个或多个实施例中，产生进一步包括：将热导管构件定位在所述隧道中，使得在固化之后，所述热导管构件的近端部分定位在所述微电子装置附近并且通过所述导热部件键合层键合到所述微电子装置。
在一个或多个实施例中，附接包括：利用具有第一热导率的焊接材料将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面；并且
其中所述方法进一步包括：将所述键合层前体材料配制成使得在固化之后，所述导热部件键合层具有基本上等于或超过所述第一热导率的第二热导率。
在一个或多个实施例中，附接包括：利用具有第一热导率的材料将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面；并且
其中所述方法进一步包括：将所述键合层前体材料配制成使得在固化之后，所述导热部件键合层具有超过所述第一热导率的第二热导率。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：将所述热导管构件选择为具有基本上等于或超过所述第二热导率的第三热导率，如从所述热导管构件的近端部分到相反的远端部分所考虑的。
在一个或多个实施例中，产生进一步包括：
获得具有近端部分和相反的远端部分的热导管构件；
在附接所述微电子部件之后，将所述热导管构件插入到所述隧道内，使得所述近端部分被定位在所述微电子部件附近；以及
在插入所述热导管构件之后，使所述键合层前体材料固化以形成所述导热部件键合层。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：将所述热导管构件选择成占据所述隧道的大部分体积。
在一个或多个实施例中，产生进一步包括：形成在所述热导管构件的外围延伸的导管键合层，并且将所述热导管构件键合到所述基板的限定所述隧道的内部侧壁。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：在附接所述微电子部件之后，通过烧结应用到所述隧道中的含金属颗粒的键合层前体材料使所述导管键合层与所述导热部件键合层同时形成。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：在所述微电子装置与所述隧道之间形成键合层外壳环，所述键合层外壳环在固化之后在所述导热部件键合层周围延伸。
在一个或多个实施例中，形成所述键合层外壳环包括：
在附接所述微电子部件之前，将焊接掩膜层沉积到所述基板的所述正面上；
使所述焊接掩膜层图案化以限定所述键合层外壳环；以及
在使所述焊接掩膜层图案化之后，在覆盖所述键合层外壳环的位置处将所述微电子部件附接到所述基板，如沿着与所述基板的所述正面正交的轴所考虑的。
在一个或多个实施例中，所述微电子部件具有接地焊盘，其中所述基板含有接地层，并且其中所述方法进一步包括：通过所述嵌入式散热结构将所述接地焊盘与所述接地层电互连。
根据本发明的第二方面，提供一种用于制造微电子系统的方法，其包括：
获得基板，所述基板具有正面、背面以及限定延伸穿过所述基板的隧道的内部侧壁；
在覆盖所述隧道的位置处将微电子部件附接到所述基板的所述正面；以及
在附接所述微电子部件之前或之后形成占据所述隧道的嵌入式散热结构，形成包括：
将含金属颗粒的键合层前体材料应用到所述隧道中；
将热导管构件插入所述隧道中；以及
烧结所述含金属颗粒的键合层前体材料以形成键合到所述热导管构件的导热部件键合层。
在一个或多个实施例中，应用包括：在将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面之后，将含金属颗粒的糊浆分配到所述隧道中并且到所述微电子部件上。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：
在应用所述含金属颗粒的糊浆之后，将所述热导管构件压入所述含金属颗粒的糊浆中以使所述含金属颗粒的糊浆在所述热导管构件的外部外围上方和周围流动；以及
在将所述热导管构件压入所述含金属颗粒的糊浆中之后，烧结所述含金属颗粒的糊浆以形成所述导热部件键合层和所述热导管键合层。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：通过所述嵌入式散热结构将所述微电子部件的端与所述微电子系统的电活性特征电互连。
根据本发明的第三方面，提供一种微电子系统，其包括：
基板，其具有正面、与所述正面相反的背面以及延伸穿过所述基板的隧道；
微电子部件，其在覆盖所述隧道的位置处附接到所述基板的所述正面；以及
嵌入式散热结构，其至少部分地形成于所述隧道内，所述嵌入式散热结构包括：
热导管构件，其具有近端部分和外部外围表面，所述热导管构件的所述近端部分定位在所述隧道内并且定位在所述微电子部件附近；
导热部件键合层，其形成于所述近端部分与所述微电子部件之间；以及
导管键合层，其与所述导热部件键合层整体形成并且与所述热导管构件的所述外部外围表面接触。
在一个或多个实施例中，所述微电子部件包括电耦合到所述嵌入式散热结构的端，其中所述导热部件键合层键合到所述端的中心部分，并且其中所述微电子系统进一步包括键合到所述端的外围部分的焊接触点。
在一个或多个实施例中，基板含有定位在所述基板内的接地层，其中所述微电子模块包括接地焊盘，并且其中所述接地焊盘通过所述嵌入式散热结构电耦合到所述接地层。
在一个或多个实施例中，所述导热部件键合层和所述导管键合层由烧结材料构成。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
下文将结合以下附图描述本发明的至少一个例子，在附图中，相同标号表示相同元件，并且：
图1是如根据本公开的示例性实施例所示的微电子系统的横截面视图，所述微电子系统包含附接到基板的发热微电子部件，在所述基板中形成有嵌入式散热结构；
图2是如示例性实施方式中所示的图1所示发热微电子部件的等距视图，其中所述微电子部件采用无引线PAM封装的形式，所述无引线PAM封装具有电耦合到嵌入式散热结构的接地焊盘；
图3是如付诸实践的图1所示微电子部件与嵌入式散热结构之间的接合区域的扫描电子显微镜图像；
图4到图7是如以各个制造阶段示出且根据示例性微电子系统制造工艺生产的图1所示微电子系统的横截面视图；
图8是如根据本公开的另外示例性实施例所示的微电子系统的横截面视图，所述微电子系统包含安装到基板的发热微电子部件，在所述基板中形成有嵌入式散热结构；并且
图9是如示例性实施方式中所示的图8所示发热微电子部件的等距视图，其中所述微电子部件采用具有有引线形状因子的无引线PAM封装的形式。
为了说明的简单和清晰起见，可以省略众所周知的特征和技术的描述和细节，以避免不必要地模糊在随后的具体实施方式中描述的本发明的示例性和非限制性实施例。应该另外理解，除非另有说明，否则附图中出现的特征或元件不一定按比例绘制。例如，附图中某些元件或区域的尺寸相对于其它元件或区域可能被放大以提高对本发明实施例的理解。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上仅是示例性的并且不旨在限制本发明或者本发明的应用或用途。贯穿本文出现的术语“示例性的”与术语“例子”同义，在下文中反复使用以强调以下描述仅提供本发明的多个非限制性例子并且不应被解释为在任何方面限制如权利要求书中所述的本发明的范围。如本文所出现的，当结构、主体、材料或层的热导率超过5瓦每米开尔文(W/mK)时，则所述结构、主体、材料或层被视为是“导热的”。
通过引用并入的申请
本受让人在向美国专利商标局(United States Patent and Trademark Office，USPTO)提交本文件时所拥有的以下申请总体上在不同程度上涉及本发明主题并且特此通过引用并入：美国专利申请序列号15/223,307，其于2016年7月29日提交USPTO且题为“用于微电子封装的烧结多层散热器及其生产方法(SINTERED MULTILAYER HEATSINKS FORMICROELECTRONIC PACKAGES AND METHODS FOR THE PRODUCTION THEREOF)”；美国专利申请序列号15/269,629，其于2016年9月19日提交USPTO且题为“空气腔封装及其生产方法(AIR CAVITY PACKAGES AND METHODS FOR THE PRODUCTION THEREOF)”；美国专利申请序列号15/363,671，其于2016年11月29日提交USPTO且题为“具有烧结键合散热结构的微电子模块及其制造方法(MICROELECTRONIC MODULES WITH SINTER-BONDED HEAT DISSIPATIONSTRUCTURES AND METHODS FOR THE FABRICATION THEREOF)”；以及美国专利申请序列号15/670,429，其于2017年8月7日提交USPTO且题为“模制空气腔封装及其生产方法(MOLDEDAIR CAVITY PACKAGES AND METHODS FOR THE PRODUCTION THEREOF)”。
概述
公开了具有嵌入式散热结构的微电子系统，以及用于制造这种微电子系统的方法。如术语“嵌入式”所表明的，散热结构占据或者基本上填充穿过如多层PCB等支撑发热微电子部件的基板形成的隧道、孔或通孔。在各种实施方式中，嵌入式散热结构可以全部或至少大部分容纳于穿过PCB或其它基板设置的给定隧道内。然而，这不是绝对必要的，并且嵌入式散热结构延伸或凸出到基板(特别是基板背面)外的实施例是同样可行的并且设想了所述实施例。因此，如本文出现的，术语“嵌入式”表明散热结构的至少一部分形成于延伸穿过基板的隧道内。
至少一个发热微电子部件附接到基板并且被放置成与嵌入式散热结构热连通。发热微电子部件可以是如裸半导体管芯等易于产生过多热量的未封装的微电子装置。可替代地，发热微电子部件可以是含有一个或多个如功率(例如，RF)半导体管芯等容易在某些操作条件下产生过过多热量的微电子装置的微电子装置。在微电子系统的各个实施例中，嵌入式散热结构另外用于实现电互连目的；即，用于将发热微电子部件的一个或多个端电耦合到微电子系统内存在的其它电活性特征、装置或结构。在RF应用的背景下，例如，嵌入式散热结构可以用于在如PAM封装等发热微电子部件的接地焊盘与容纳于微电子部件安装到其上的多层PCB或其它基板内的接地层之间提供相对直接的低电阻电互连。尽管如此，但是嵌入式散热结构无需在所有实施例中都用于实现电互连目的，并且相反可以在微电子系统的其它实施方式中专用于实现散热目的。
嵌入式散热结构有用地含有至少一个导热部件键合层；所述键合层即由导热材料构成的且键合到微电子部件的区域(例如，表面、端或散热器)的层。当拥有超过约30W/mK的热导率或“κ值”时，导热部件键合层在本文中更具体地被称为“高κ部件键合层”或“高热导率部件键合层”。就这一点而言，微电子系统的实施例被有用地制造成包含高κ部件键合层，其由拥有相对高热导率和电导率的烧结材料主体构成。可以通过使含金属颗粒的前体材料经受低温烧结工艺产生这种烧结材料主体；所述低温烧结工艺例如峰值加工温度保持低于相对低阈值的烧结工艺，所述相对低阈值如同样存在于微电子系统内的焊接材料的熔点或软化点。在制造过程期间，可以容易地将这种类型的含金属颗粒的前体材料应用到给定基板的隧道中在期望接合处，无论是在湿态还是干态下。例如，在一种方法中，首先在覆盖穿过基板的隧道的位置处将发热微电子部件焊接或以其它方式附接到基板的正面。然后颠倒基板，并且将含金属颗粒的前体材料应用到隧道中(例如，作为所分配糊浆)并且应用到微电子部件上。随后可能在额外的工艺步骤(例如，插入热导管构件)之后执行烧结工艺以将含金属颗粒的层前体材料转换为烧结的高κ部件键合层。
通过上述工艺，形成了与附接到基板的发热微电子部件紧密或直接接触的导热部件键合层以及或许高κ部件键合层。至少部分地由于部件键合层的高热导率，嵌入式散热结构提供远离微电子系统的发热微电子部件和邻近区域的增强的传导热流。具体地说，与完全依赖于焊接材料将发热微电子部件附接到嵌入式硬币基板的金属基体的类型的常规微电子系统相比，传导热流可以得到大大增强。由此可以降低热堆叠内并且特别是部件-基板接合处出现的峰值局部温度。作为额外的益处，部件键合层可以被配制成具有远超过常规焊接材料的耐热性的耐热性；例如，在根据wt％主要由Ag、Au和/或Cu烧结材料构成时，部件键合层的实施例可以具有接近或超过200℃的耐热性。相对而言，传统焊接材料的耐热性通常小于125℃。因此，提供部件键合层可以使微电子系统能够在较高功率电平和/或较高(例如，RF)频率下操作，同时限制内部系统温度并且防止微电子系统内的接头或层层界面的过早疲劳。
在各个实施例中，嵌入式散热结构可以另外含有至少一个热导管构件；即，提供相对鲁棒的导热路径以供热流通过基板主体并且远离安装到基板主体上的发热微电子部件的预制结构或装置。热导管构件可以实现为整体式主体或单片式零件，如金属硬币或基体；实现为复合金属结构，如层压多层散热器；实现为细长热管；或者实现为其组合。热导管构件的形状也可以变化并且范围可以为相对简单的块状几何结构到较复杂的几何结构，例如，T形、U形和角锥形轮廓。不管其特定形状和构造如何，热导管构件都可以包含近端部分和相反的远端部分，如基于它们与发热微电子部件的相对接近度而限定的。热导管构件的近端部分以非接触或接触关系有用地定位成邻近发热微电子部件或者紧挨发热微电子部件下方。相对而言，热导管构件的远端部分可能相对于基板的背面凹陷，可以与基板的背面基本上齐平或共面，或者相反可以延伸到基板背面之外一定距离。在一些实施方式中，热导管构件的远端部分可以收纳设置于基板安装到其上的较大散热器或底架中的开口内；或者，作为另一种可能性，热导管构件的远端部分可以键合到收纳于这种开口内的导热帽件。
当含有热导管构件时，嵌入式散热结构可以另外包含导管键合层，其接触并键合到热导管构件的外部外围部分。导管键合层可以在热导管构件的外部外围部分周围延伸，并且可能可以基本上填充热导管构件与基板的限定隧道的内部侧壁之间的外围间隙。当包含于散热结构内时，导管键合层可以或者可以不由与(例如，高κ)部件键合层相同的材料形成。例如，在一个实施例中，导管键合层和高κ部件键合层由上述类型的烧结材料整体形成为单一主体；例如，通过在部件附接之后将相对大量的含金属颗粒的前体材料沉积到隧道中，将热导管构件插入隧道中，使得导管构件的近端压入前体材料并且在导管构件周围流动，并且然后烧结前体材料以同时形成部件键合层和导管键合层。在其它实施例中，部件键合层可以由第一材料(例如，烧结材料)构成，而导管键合层由第二材料(例如，焊接材料或环氧树脂)构成，第二材料的热导率小于第一材料的热导率。在仍另外的实施方式中，嵌入式散热结构可以缺少热导管构件和/或导管键合层。当例如利用相对薄的基板，并且穿过基板的隧道基本上或者完全由(例如，高κ)部件键合层填充时，情况可能是这样。
嵌入式散热结构以及更一般地微电子系统的实施例中可以包含有各种其它有用的特性。例如，在(例如，高κ)部件键合层由如根据wt％主要由Ag构成的烧结材料等易于迁移的材料构成的实施例中，微电子系统可以仍另外包含本文中被称为“键合层外壳环”的环状或环形外壳结构。在这种实施例中，键合层外壳环可以形成于高κ部件键合层的至少一部分周围，并且因此充当物理屏障以防止或至少阻止键合层材料随着时间朝着微电子部件的外部外围向外迁移。当设置了这种键合层外壳环时，在对附接到微电子部件之前沉积到基板上的焊接掩膜层进行图案化时，可以方便地(尽管不一定)限定所述键合层外壳环。现在将结合图1到图3阐述对示例性键合层外壳环以及可能容纳于微电子系统内的各种其它特征的额外描述。
具有嵌入式散热结构的微电子系统的非限制性例子
图1是如根据本公开的示例性实施例示出的以嵌入式散热结构22为特征的微电子系统20的简化横截面视图。除嵌入式散热结构22之外，微电子系统20包含至少一个附接到如多层PCB等基板26的发热微电子部件24。虽然图1仅示出了微电子系统20的有限部分，但是微电子系统20的未示出部分可以含有类似于或者不同于系统20的所示出特性的各种其它特征。例如，微电子系统20的未示出区域可以支撑其它微电子部件，如其它微电子(例如，PAM)封装、无源装置或裸半导体管芯，所述部件可以通过基板26的路由特征或布线层与微电子部件24互连。根据需要，还可以在微电子系统20的其它未展示区域中形成与嵌入式散热结构22相似的或完全相同的额外散热结构。
发热微电子部件24可以是在操作期间易于产生过多热的任何微电子装置或者含有装置的封装。在某些实例中，微电子部件24可以是承载一个或多个IC的未封装半导体管芯，所述IC提供信号放大、处理、存储和/或RF功能。可替代性，在至少在一些实例中，微电子部件24可以采用微机电系统(MEMS)装置、功率晶体管管芯或封装装置、放大器、光学装置、无源装置、逆变器开关、RF天线结构或易于产生过多热的其它小型电子装置的形式。作为仍另外的可能性，微电子部件24可以实现为含有一个或多个如承载具有RF功能的IC的功率半导体管芯等RF装置的微电子封装或模块。作为更具体的例子，在实施例中，发热微电子部件24可以采用的PAM封装的形式。在这种情况下，微电子部件24可以含有封装主体30，其容纳至少一个如功率晶体管管芯等承载RF放大电路的半导体管芯。如图1所示并且如另外在图2中等距地示出的，微电子部件24具有无引线形状因子并且包含多个I/O端34，所述I/O端在中心接地焊盘32的相反侧成行地间隔开。本质上，接地焊盘32可以充当电活性凸缘或散热器，其提供接地和从容纳于部件24内的一个或多个功率装置移除热。在某些实施例中，这种PAM封装可以与多个其它PAM封装互连以产生大型MIMO天线架构。
基板26可以采用任何适合于支撑发热微电子部件24的形式，条件是基板26包含至少一个通孔或隧道42，嵌入式散热结构22可以整体或很大一部分形成于所述通孔或隧道中。基板26可以或可以不含有导电路由特征，如布线层或金属液面、层到层电连接(例如，导电过孔或金属插塞)以及用于传导电信号、施加电压等的其它这种特征。在图1所示的实施例中，基板26采用具有正面38和背面40的多层PCB的形式。沿着基板26正面设置有第一图案化金属层46，并且所述第一图案化层限定了与微电子部件24以及或许容纳于系统20内的其它微电子部件通信的迹线、焊盘和类似的导电特征。另外，在这个例子中，基板26中另外含有三个内部布线层或图案化金属层48、50、52，并且所述层穿插有四个介电层54、56、58、60。在其它实施例中，基板26可以具有更大或者更小数目的层；或者可以采用不同的形式，如无芯基板或包含或缺少路由特征的内插件的形式。基板26可以或可以不具有背面金属化；即，沿背面40形成的迹线。
如上所述，穿过基板26提供有孔、通孔或隧道42。可以通过激光钻孔、机械钻孔或者利用另一工艺穿过基板26形成隧道42。基板26的限定隧道42的内部侧壁可以部分或全部镀有金属(例如，金)镀层。隧道42的平面尺寸和形状(即，如沿着图1中通过坐标图例44标识的Y轴或在与X-Z平面平行的平面中观看到的隧道尺寸和形状)可以因实施例而变化。在许多情况下，隧道42的平面尺寸(例如，宽度或直径)将小于微电子部件24的平面尺寸，并且或许基本上等于或小于接地焊盘32的平面尺寸。自上而下或从平面角度观看时，隧道42通常将具有矩形平面几何结构。然而，在其它实施例中，穿过基板的隧道42可以具有卵形形状、跑道形状、圆形形状或者其它平面形状。在微电子系统20的实施例中，嵌入式散热结构22占据隧道42并且可以完全或很大一部分填充隧道42。以此方式并且如下文更全面的讨论的，嵌入式散热结构22可以提供从基板正面38(或者从微电子部件24，如果凹入基板26内)延伸到基板背面40并且或许之外的鲁棒导热路径。
嵌入式散热结构22含有至少一个导热部件键合层64。如图1所示，部件键合层64可以定位在微电子部件24下方并且与其直接接触，具体地说，在所示示例中，与接地焊盘32的中心部分接触。导热部件键合层64可以由具有相对高的热导率且提供必要的键合强度的各种材料构成。当散热结构22另外用于实现电互连目的时，导热部件键合层64可以被另外配制成提供相对高的电导率。导热部件键合层64可以由各种金属填充的环氧树脂、焊料以及具有这种特性的其它材料构成。在许多情况下，导热部件键合层64有利地由热导率超过约30W/mK的烧结材料构成。如前所述，当具有超过此阈值的热导率时，部件键合层64可以被更具体地称为“高κ部件键合层64”。当部件键合层64在实施例中被有益地生产为烧结的高κ部件键合层时，以下描述主要将部件键合层64称为烧结的高κ部件键合层。尽管如此，但是应强调的是，在微电子系统20的所有实施例中，部件键合层64无需具有超过30W/mK的热导率，也无需由烧结材料构成。
高κ部件键合层64的特定构成将因实施例而变化。当通过烧结含金属颗粒的前体材料形成时，高κ部件键合层64的组成将根据烧结前体材料的初始配方和烧结工艺的参数而有所不同。通常，在这种实施例中，根据wt％，高κ部件键合层64将主要由至少一种烧结金属构成。更具体地说，在实施例中，根据wt％，高κ部件键合层64可以主要由Cu、Ag、Au或其混合物构成并且或许基本上由其组成。在这种实施例中，高κ部件键合层64可以或可以不含有有机材料。例如，在某些实施例中，高κ部件键合层64可以基本上不含有机材料；如本文出现的，术语“基本上不含”被定义为含有少于1wt％的有机材料。在其它实施例中，高κ部件键合层64可以含有被选择用于定制高κ部件键合层64的性质以酌情适合特定应用或设计目的的有机材料或填料。作为更具体的例子，高κ部件键合层64可以含有环氧树脂或另一种被添加以增加层强度的有机材料。当主要由本文所述类型的烧结材料构成时，高κ部件键合层64可以拥有超过约35W/mK、更优选地超过约50W/mK、并且仍更优选地超过约70W/mK的热导率。下文结合图6和图7另外描述了适合于在微电子系统20制造期间产生高κ部件键合层64的烧结工艺的例子。
嵌入式散热结构22可以另外含有至少一个热导管构件62和一个热导管键合层66。在图1所示的实施例中，热导管键合层66与热导管构件62的外部外围部分接触以帮助将构件62固定在隧道42内。导管键合层66可以因此在热导管构件62的外部外围周围延伸并且填充或者基本上填充定位在构件62与基板26的限定隧道42的内部侧壁之间的外围空隙或间隙。导管键合层66可以或可以不由与高κ部件键合层64相同的材料形成。例如，在某些实施方式中，高κ部件键合层64可以由烧结材料构成，而导管键合层66由热导率比部件键合层64的热导率小的非烧结材料(例如，焊料或环氧树脂)构成。以此方式，可以在部件-基板接合处或附近设置采用高κ部件键合层64的形式的具有高热导率和电导率的材料，同时利用不同的(例如，较低成本的)材料将热导管构件62的至少近端部分固定在隧道42内。在其它实施例中，导管键合层66和高κ部件键合层64可以均由相同或相似的烧结材料构成并且也许利用如下文结合图4到图7更充分地讨论的共同前体材料应用和烧结工艺整体形成为单一主体。
如图1所示，热导管构件62具有近端部分61和相反的远端部分63。当热导管构件62安装在隧道42内时，近端部分61被定位成邻近发热微电子部件24(例如，紧挨着其下方)，如沿着与基板26的正面38正交的轴(对应于坐标图例44的Y轴)所考虑的。在微电子系统20的实施例中，近端部分61可以与微电子部件24以及具体地说接地焊盘32接触。然而，情况通常是这样，近端部分61与微电子部件24间隔开或轴向偏移由高κ部件键合层64填充的相对小的轴向偏移量或间隙。因此，高κ部件键合层64的至少一部分可以定位在近端部分61与微电子部件24之间，使得接地焊盘32通过部件键合层64热耦合和电耦合到热导管构件62。在某些实施例中，近端部分61和远端部分63将分别定位成基本上邻近基板26的正面38和背面40。可替代性，近端部分61可以定位成邻近基板26的正面38，而热导管构件62的远端部分63可以相对于所述正面凹入或者或许可以延伸超过基板正面38某个距离。下文结合图8和图9提供了这方面的额外描述。
在微电子系统20的实施例中，当在三个维度中观看时，热导管构件62将通常具有相对简单的块状几何结构。在其它实例中，导管构件62可以具有更复杂的几何结构，包含以T形、U形和角锥形轮廓为特征的几何结构，如沿着坐标图例44的Y-X平面和/或Y-Z平面所观看的。通常，热导管构件62被有用地选择为具有与隧道42的平面几何结构基本一致的平面几何结构(形状和尺寸)，同时在导管构件62的外部外围与隧道42的内部外围之间提供相对小的圆周间隙。热导管构件62将经常被尺寸设定或者大小设定成占据隧道42的大部分体积；然而，在所有实施例中，这都不是必须的，要注意的是，在微电子系统20的替代方案中，可以将多个热导管构件定位在单个隧道中。
热导管构件62可以采用任何具有相对高热导率的预制结构或者零件的形式，所述热导率超过基板26从正面38到背面40的热导率。在某些实施例中，导管构件62的热导率还可以基本上等于或超过高κ部件键合层64的热导率。例如，在一组实施例中，热导管构件62是整体式材料主体。在这种实施例中，热导管构件62可以由金属材料、非金属材料或者具有相对高热导率的复合材料构成。适当的金属材料包含Al、Cu和镍(Ni)及其合金。适当的非金属材料和复合材料包含金刚石聚碳酸酯材料、金刚石-金属复合材料(例如，如金刚石Au、金刚石Ag和金刚石Au)、热解石墨以及如石墨烯和碳纳米管填充材料等含有碳的同素异形体的材料。在其它实施例中，热导管构件62可以具有非整体式构造，如分层构造。例如，在此后一种情况下，热导管构件62可以被制造成含有一个或多个穿插有如钼(Mo)或铜-钼(Cu-Mo)合金层等CTE小于一个或多个Cu层的CTE的非金属层的金属(例如，Cu)层。以此方式，热导管构件62的有效CTE可以与基板26、发热微电子部件24和/或微电子系统20的另一部分更接近匹配。
在另外的实施例中，热导管构件62可以采用其它形式。例如，作为另外的可能性，热导管构件62可以采用热管的形式；即，含有工作流体(例如，氨、乙醇和/或水混合物)的密封管，其以高热效率的方式将热量从管的一端(近端部分61)传递到管的相反端(远端部分63)。热管内的流体经历相变并且具体地说可以吸收潜热并且在热管的热界面(例如，第一封闭端)处汽化；汽相流到热管相对冷界面(例如，相反的封闭端)并且冷凝以释放潜热；并且液相然后返回到热界面以完成热传递回路。当采用热管的形式时，热导管构件62可以含有或者内衬有芯吸材料，所述材料通过毛细管作用促进液相从冷界面流到热界面。尽管决不受限于特定的形状或材料，但是热管的壳体可以采用由如Cu或Al等导热金属或合金制造的细长的盲管的形式。通常，在导管构件62相对长的实施例中，热导管构件62被有用地实施为热管，当基板26相对厚和/或导管构件62以下文结合图8和图9全面讨论的方式延伸到基板背面40以外以从基板26凸出一定距离时，情况可能如此。
如上所述，热导管构件62的远端部分63可以相对于基板背面40凹入。在这种情况下，如烧结金属等导热材料可以被放置成与远端部分63接触(例如，作为远端键合层84)以通过期望的热流路径或热堆叠保持相对高的热导率水平。在其它实施例中，热导管构件62的远端部分63可以关于基板背面40基本上齐平或共面或者也许可以在远离微电子部件24的方向上延伸超过基板背面40某个量。另外，呈现了用于定制远端部分63的几何结构和构造以增强从导管构件62进行的导热移除或对流热移除的宽范围选项。例如，在某些实施例中，热导管构件62以及更一般地嵌入式散热结构22的远端部分63可以被放置成与底架28或在微电子系统20的操作期间充当散热器或散热片的另一个导热主体热接触。在所示实施例中，具体地说，热导管构件62的远端部分63通过远端键合层84键合到插塞状散热片帽件88。当存在时，远端键合层84可以是烧结材料、管芯附接材料、导热环氧树脂、焊接材料或者另一种导热键合材料。在一种有用的方法中，利用下文结合图4到图7描述的类型的常见烧结键合工艺使远端键合层84整体形成有导管键合层66和高κ部件键合层64。在仍另外的实施例中，散热片帽件88可以以另一种方式接合到热导管构件62，如通过卷边或利用紧固件；散热片帽件88可以与热导管构件62整体形成；或者可以从微电子系统20中省略散热片帽件88。
发热微电子部件24可以以各种不同的方式附接到基板26。在图1的所示实施例中，具体地说，焊接主体或触点68、70、72、74用于将发热微电子部件24上设置的端附接到存在于PCB正面38上的对应键合焊盘，由此将微电子部件24进一步固定到基板26。具体地说，焊接触点68、74在设置于基板26上的键合焊盘与微电子部件24的I/O端34之间提供机械连接和电连接。相比而言，焊接触点70、72键合到接地焊盘32的外部外围部分。当从三个维度观看时，焊接触点70、72可以接合以在嵌入式散热结构22的近端周围形成完整的环。可替代地，焊接触点70、72可以是在散热结构22的近端周围的所选位置处形成的离散的或者不连续的焊接主体。因此，接地焊盘32通过两个焊接触点70、72、以及通过高κ部件键合层64固定到基板26，所述高κ部件键合层可以或可以不由焊料构成。
在PCB正面38上方、在微电子部件24与基板26之间另外形成了图案化的焊接掩模层76。焊接掩模层76被图案化成在焊接触点68、70、72、74之间提供所需的电气隔离。此外，焊接掩模层76可以被图案化成限定环状或环形的外壳结构或者壳体78，其在下文中被称为“键合层外壳环78”。键合层外壳环78总体上包绕穿透基板26的正面38的隧道42的口或开口。在某些实例中，根据高κ部件键合层64和焊接触点70的相应组成，键合层外壳环78可能在不同的材料之间呈现不期望的化学反应。另外地或可替代地，键合层外壳环78可以防止或者物理地阻止高κ部件键合层64、特别是键合层区域66在横向向外方向上朝着发热微电子部件24和焊接触点68、74的外部外围发生不期望的迁移。因此，当键合层64由如某些烧结(例如，Ag)材料等易于逐渐迁移的材料构成时，有益地提供键合层外壳环78。在其它实施例中，键合层外壳环78可以以另一种方式形成，如通过在装置附接之前沉积环氧树脂环或者通过将微电子部件24制造成包含充当键合层外壳环78的环形凸出部。
微电子系统20可以另外包含底架28、或者可以与其一起使用。基板26可以安装到底架28，其方式为将基板背面40放置成邻近底架28的支撑壁80以及也许所述支撑壁紧密或直接接触。在其它实施例中，可以在基板背面40与底架28之间安置一个或多个中间层或者结构，例导热布。可以使用粘合材料、紧固件(例如，螺栓或螺丝)或者另一种附接技术将基板26固定到底架28。在实施例中，底架28由如Al或其它金属等具有相对高热导率的材料构成。然后，本质上，底架28充当相对大的散热片或充当微电子系统20的主要散热器。如果需要，底架28可以被生产成包含多个延伸部或翅片82(图1仅标注了其中几个)以增加支撑壁80的对流冷却表面积。另外地或可替代地，可以使底架28暴露于主动循环的液体或气体冷却剂以实现增强的热移除。在一种常见的方法中，微型风扇或其它机构可以在系统操作期间底架28的外表面上方引导强迫气流。当设置了散热片帽件88时，其可以通过支撑壁80中的开口86导正或以紧密配合的关系与其配准。在这种实施例中，散热片帽件88还可以由金属或其它具有相对高热导率的材料制成，并且可以包含表面面积增大的凸出部90(例如，翅片或销)，所述凸出部通常可以与底架28的凸出部82对齐。
转到图3，示出了微电子系统20的实际或者“真实世界”实施例中的扫描电子显微镜(SEM)图像，其涵盖微电子部件24与嵌入式散热结构22之间的接合区域。此接合区域在促进热量从微电子部件24流动并且进入热导管构件62方面特别重要。在这方面，高κ部件键合层64支持热从发热微电子部件24高效传导转移并且进入热导管构件62的近端部分61。因此，在本例子中，从接地焊盘32的中心部分移除过多热量，所述中心部分往往比接地焊盘32的焊接触点70、72(图1)接合到的外部外围部分更快达到高温。此外，在某些实例中，例如当键合层64由Ag、Cu或Au基烧结材料构成时，高κ部件键合层64可以具有接近或超过200℃的耐温性。这种耐温性远超过常规焊接材料的耐温性，常规焊接材料往往很快疲劳并且在温度接近或超过大约125℃时失效。因此，嵌入式散热结构22使发热微电子部件24能够在较高功率电平和/或频率下、以降低的热堆内的峰值温度进行操作，并且能够改进保持微电子部件24与散热结构22之间的界面处的接头完整性。
嵌入式散热结构42被有利地尽管非必需地用于将微电子部件24的一个或多个端与包含于微电子系统20内的其它电活性特征或装置电互连。当微电子部件24采用以相对鲁棒且直接的方式按期望接地的PAM封装或另一RF装置的形式时，这可能特别有益。如图1中清楚表明的，散热结构42可以提供从接地焊盘32穿过部件键合层64以及或许穿过导管键合层66到达基板26内用于实现接地目的的内部布线层的导电路径。在一个实施例中，如沿着与正面38正交的轴(对应于坐标图例44的Y轴)所考虑的，被定位成最靠近微电子部件24的内部布线层(即，布线层48)被实现为RF接地层，使得嵌入式散热结构42提供从接地焊盘32到RF接地层48的相对鲁棒(大体积)且直接的电气路径。另外，在高κ部件键合层64和导管键合层66的至少一部分由本文中的类型的烧结材料构成的实施例中，从接地焊盘32到RF接地层48的最直接或者最短的导电路径可以仅延伸穿过一种或多种所选烧结材料。再次，这种烧结材料可以由Cu、Ag、Au或除了相对高热导率之外具有相对高电导率的其它烧结金属构成。因此，在微电子系统20内产生了鲁棒的RF接地方案，其可以以相对直截了当和具有成本效益的方式(例如，不需要形成额外的过孔)制造。现将结合图4到图7描述用于制造微电子系统20的示例性工艺。
微电子系统制造方法的例子
现将结合图4到图7描述用于制造微电子系统20的示例性制造工艺。下述工艺步骤仅通过非限制性例子提供。在另外的实施方式中，可以以交替的顺序执行下述工艺步骤，可以省略某些步骤，并且可以将各种其它工艺步骤引入到所述制造工艺中。另外，如果需要，可以通过在相对大的基板或面板上全局地执行下述工艺步骤并行制造与微电子系统20类似或完全相同的多个微电子系统，所述基板或面板随后被单一化以产生多个离散单元。出于以下描述的目的，将对指定处于未完成状态或者过渡状态的结构元件或项目的参考标记附上撇号(`)。例如，在图4到图7的每个图中，微电子系统20以部分完成状态示出并且因此利用参考标记“20`”进行标识。
初始地参考图4，微电子系统制造工艺始于初始地获取或获得基板26。如本文出现的，术语“获得”涵盖了独立制造，以及从供应商处获取两者。因此，可以通过独立制造获得基板26以开始制造工艺，但是更普遍的是从如PCB制造商等第三方供应商或供货商处采购所述基板。当如此采购时，隧道42通常会被形成穿过基板26，其中任何期望的隧道侧壁镀层已经涂覆。获得基板26之后，接下来在基板26的正面38上面形成图案化的焊接掩模层76。在各个实施例中，可以通过首先在基板26的正面38上方并且具体地说在穿透正面38的隧道42的开口的周界周围沉积空白焊接掩模层来实现这一点。然后，将空白焊接掩模层图案化(例如，以平版印刷的方式)以在焊接掩模层中产生多个焊接掩模开口92。开口92另外还限定键合层外壳环78，其可以在隧道42的开口或口周围延伸，如从基板26的正面38所看到的。如图1、图3和图4所示，在实施例中，键合层外壳环78可以被定位成紧邻隧道42。在其它实施方案中，键合层外壳环78可以在空间上从隧道42偏移，如沿Z轴和/或X轴(图1)所考虑的，使得在隧道42与外壳环78之间存在基板26的正面38的表面积区域。焊接掩模层可以被图案化成为外壳环78提供在穿透正面38的隧道42的开口周围完全延伸或包绕所述开口的360度连续环形几何结构。这种环形几何结构将通常具有多边形的(例如，矩形的)平面几何结构，但在另外的实施例中，可以具有其它环形平面几何结构(例如，圆形或卵形几何结构)。
前进到图5，将发热微电子部件24附接到基板26。可以将各种附接材料用于实现这个目的，其中焊料只是一个适当的例子。在利用焊料将发热微电子部件24附接到基板26的所示例子中，离散的焊料主体或球体(本文中称为“焊接触点”)68、70、72、74可以丝网印刷或者以其它方式沉积到基板26的正面38上进入新限定的焊接掩模开口92中。在沉积焊接触点之后，利用例如贴装工具将发热微电子部件24置于其期望位置中。当如此定位时，发热微电子部件24与焊接触点68、70、72、74和图案化的焊接掩模层76接触或坐于其上。因此，微电子部件24在覆盖键合层外壳环78的位置处附接到基板26，如沿着与基板正面38正交的轴(对应于图1中的坐标图例44的Y轴)所考虑的。此外，微电子部件24还可以被定位成覆盖或封闭隧道42并且具体地说穿透基板26的正面38的隧道42的开口。然后，执行热处理以使焊接触点68、70、72、74回流并且在焊接触点68、70、72、74；微电子部件24的端或焊盘32、34；以及基板26的对应端或焊盘之间形成期望的焊点。因此，接地焊盘32的外部外围键合到焊接触点70、72，而接地焊盘32的中心部分94保持从隧道42的内部暴露以供随后键合到嵌入式散热结构22，如下所述。
接下来在隧道42内形成嵌入式散热结构22。图6和图7描绘了可以实现这一点的一种方式。如图6总体上所示，基板26和微电子部件24可以颠倒，并且可以将含金属颗粒的材料应用到隧道42中。可以在将热导管构件62插入隧道42中之前、之时或之后应用前体材料。然而，情况通常是这样，在插入热导管构件62之前，在湿态或干态下将键合层前体材料应用到隧道42中；或者在插入热导管构件62的同时将前体材料应用到隧道42中。在此后一方面，可以将导管构件62(全部或部分地)定位在隧道42内之前通过例如刷涂或浸渍将键合层前体材料应用到热导管构件62的表面。还可以组合这种方法以产生仍另外的实施例。虽然本公开对所有这种可能性开放，但是在插入热导管构件62之前或之时将键合层前体材料应用到隧道42中，而不是在热导管构件插入之后使用前体材料再填充隧道42，将更好地确保在热导管构件62的近端与微电子部件24之间的接合处不会出现不期望的空洞。
在各个实施例中并且如图6进一步所示，可以在湿态下将预定量的键合层前体材料64`分配到隧道42中并且到发热微电子部件24上；例如，作为下文所述类型的含金属颗粒的糊浆或浆体。在这种情况下，键合层前体材料64`可以与接地焊盘32和/或键合层外壳环78直接接触。在这之后，并且如图7所示，可以将热导管构件62压入前体材料64`的池或主体中，使得前体材料64`在热导管构件62的外部外围部分上方和周围流动。可以沉积足以占据在热导管构件62的外部外围与基板26的限定隧道42的内部侧壁之间设置的所有或基本上所有自由空间或间隙的量的键合层前体材料64`。以此方式，可以在下文所述的烧结工艺期间处理键合层前体材料64`以同时形成部件键合层64和热导管键合层66。如果需要，并且如图7进一步所示，可以分配足以从隧道42中溢出并且表现为覆盖层或过多部分96的量的键合层前体材料64`。然后，可以清除过多部分96，或者相反将其用于将另一结构键合到热导管构件62的远端部分63。例如，在此后一方面中，键合层前体材料64`的过多部分96可以用于形成远端键合层84，其将散热片帽件88附接到热导管构件62的远端部分63。
如前所述，可以利用湿态或干态应用技术将键合层前体材料64`应用到隧道42中。当以湿态应用时，键合层前体材料64`可以分配到隧道42中作为池或液态主体，所述池或液态主体通过微电子部件24和键合层外壳环78保留在隧道42的封闭端部分内，如图6所示。在其它实施例中，键合层前体材料64`可以以湿态应用到热导管构件62的所选表面。根据随后采用的方法，适合于应用键合层前体材料64`的湿态应用技术包含但不限于丝网印刷或者镂空版印刷、刀片刮抹、喷涂、浸渍以及细针分配技术。不管利用的一种或多种具体应用技术如何，在某些实例中，可以有意地使一个或多个热导管构件62的一个或多个表面粗糙化、为其赋予通道或凹槽或以其它方式使其纹理化以促进与导热键合层64、66键合。
当采用湿态应用技术将键合层前体材料64`引入到隧道42中时，初始地通过例如独立生产或从第三方供应商采购而获得可流动的或湿态键合层前体材料。除了下文描述的类型的金属颗粒之外，湿态键合层前体材料(图6所示的前体材料64`)可以含有其它成分(例如，溶剂和/或表面活性剂)，以促进湿凝固应用、调整前体材料的粘度、防止金属颗粒的过早结块或用于其它目的。在一个实施例中，湿态键合层前体材料含有与粘合剂(例如，环氧树脂)、分散剂和稀释剂或液态载体组合的金属颗粒。可以调整键合层前体材料内所含有的溶剂或液态载体的量以根据所选湿态应用技术定制前体材料的粘度。例如，在通过丝网印刷或刀片刮抹以期望方式应用前体材料的实施方式中，键合层前体材料可以含有足以产生糊浆、浆体或涂料的液体。在应用湿态涂层材料之后，如果如此需要，则可以执行干燥工艺从键合层前体材料中移除过多液体。
在另外的实施例中，可以利用干态应用技术应用键合层前体材料64`。在这种情况下，前体材料64`可以作为散粉或填充材料从基板26的背面40应用到隧道42中。类似地，在实施例中，前体材料64`可以被压缩成可以以紧密公差配合插入隧道42中的粉末预制品；例如，在一种方法中，键合层前体材料64`可以作为环形或管状预制品提供，其被尺寸设定成插入在隧道42中，并且其具有热导管构件62可以压入其中的中心通道。作为仍另外的可能性，可以在将构件62插入隧道42中之前利用薄膜转移工艺或其它干态应用技术将前体材料应用到热导管构件62的所选表面上。值得注意的是，当期望由烧结材料形成部件键合层64，同时由非烧结材料形成导管键合层66中的一些或全部时，可以根据烧结应用足够量的或者在所选表面上应用键合层前体材料64`以形成部件键合层64(以及或许导管键合层66的一部分)。这可能会在导管构件62的外围与基板26的限定隧道42的内部侧壁之间留出空隙空间，然后可以用焊料、导电环氧树脂或者类似材料再填充所述孔隙空间。
无论前体材料64`在湿态还是干态下应用，分散在键合层前体材料64`内的金属颗粒都可以具有使颗粒能够按照下述烧结工艺形成基本上一致的粘合层的任何组成、形状和大小。在一个实施例中，键合层前体材料64`含有Au、Ag或Cu颗粒或者其混合物。在另一个实施例中，键合层前体材料64`内含有的金属颗粒基本上由Au或Cu颗粒组成。键合层前体材料64`内含有的金属颗粒可以或可以不涂覆有有机材料。例如，在一些实施方式中，金属颗粒可以涂覆有有机分散剂，所述有机分散剂防止颗粒之间的物理接触以抑制过早结块或颗粒烧结。当存在任何这种有机颗粒涂层时，其可能在下述金属烧结工艺期间被完全或部分烧掉或热分解。在仍另外的实施例中，可以在所述微电子系统制造工艺中使用其它经得起低温烧结的材料系统，无论其是目前已知的还是稍后开发的。
键合层前体材料64`内含有的金属颗粒可以具有任何形状或形状的组合，包含但不限于球形、长方形以及薄片或薄层形状。金属颗粒的平均尺寸将结合颗粒形状和工艺参数的而变化。然而，通常，在实施例中，金属颗粒的平均最大尺寸(例如，在球形的情况下，金属颗粒的直径；或者在长方形的情况下，金属颗粒的长轴)可以处于约100微米(μm)与约10纳米(nm)之间。在其它实施例中，金属颗粒的平均最大尺寸可以大于或小于上述范围。在某些实施方式中，前体材料内可以存在平均最大尺寸处于纳米和微米范围内的金属颗粒的混合物。在其它实施方式中，键合层前体材料64`内仅可以含有纳米颗粒(即，平均最大尺寸在1nm与1000nm之间的颗粒)。作为具体的、尽管非限制性的例子，在实施例中，前体材料64`可以含有Ag、Au或Cu纳米颗粒或微米级颗粒中的至少一者，其中Ag或Cu纳米颗粒是优选的。
在隧道42内应用键合层前体材料64`和定位热导管构件62之后，执行烧结工艺。如本文出现的，烧结工艺被认为是一种类型的“固化”，如涉及应用用于将材料加工成其最终形式或者组成的热量、压力和/或特定波长的光的其它技术(包含焊料回流)一样。在所示例子的情况下，具体地说，可以执行低温烧结工艺以将前体材料64`转化为高κ部件键合层64并且或许转化为导管键合层66。可以执行这种“低温”烧结工艺，在所述工艺期间，峰值加工温度保持低于峰值加工温度T最大。在实施例中，T最大优选地小于300℃；并且更优选地小于用于形成焊接触点68、70、72、74的焊接材料的熔点或软化点。在许多情况下，T最大还将显著小于前体材料64`内含有的金属颗粒的熔点并且或许小于根据绝对温标(以开尔文为单位)考虑的颗粒熔点的一半。在仍另外的实施例中，在烧结工艺期间，T最大可以改变，条件是T最大(结合与其它工艺参数)足以引起金属颗粒烧结，而无需对其进行液化。
可以在适合于将前体材料64`转化为部件键合层64和/或导管键合层66的任何工艺条件下执行上述低温烧结工艺。可以在有压力或者没有压力、加热或者不加热(虽然通常会应用某种程度的高热量)以及在任何适当的大气中(例如，露天或者存在如氮气等惰性气体的情况下)执行烧结工艺。可以采用多阶段加热时间表。此外，在至少一些实施中，在烧结过程期间，跨热导管构件62和微电子部件24施加受控的会聚压力以使键合层前体材料64`的形成高κ部件键合层64的部分受压。当施加时，会聚压力可以作为基本恒定的力传递到热导管构件62的远端63，或者相反根据基于时间或者基于温度的时间表而变化。可以利用任何适当的机构施加期望的会聚压力，包含大型配重、弹性偏置装置(例如，弹簧加载的活塞或销)、夹具、液压机等。所施加的压力可以基于各种因素选择，包含高κ部件键合层64的期望最终层厚度，层64、66的期望孔隙度以及键合层前体材料64`的组成。
因此，烧结键合工艺在键合接头界面，特别是在微电子部件24与嵌入式散热结构22之间的接合界面处有利地形成低应力机械鲁棒的固态冶金扩散键合。当按照上述金属烧结工艺产生高κ部件键合层64以及可能地导管键合层66时，其可以主要由一种或者多种烧结金属构成。再次，一个或多个烧结键合层可以或可以不包含有机材料。在一个实施例中，键合层64和可能地键合层66可以基本上由一种或多种金属(例如，基本上纯Cu或者基本上Ag)组成并且基本上不含有机材料；即，含有少于1wt％的有机材料。在其它实施例中，键合层64、66可以含有树脂或者其它有机填料。例如，在另一实施方式中，键合层64、66可以含有如环氧树脂等增加柔韧性的有机材料以减少裂缝形成和跨热循环传播的可能性。根据键合层64、66的期望的最终组成，烧结工艺的参数可以被控制成从键合层前体材料64`分解全部或者部分有机材料。此外，键合层64、66可以被产生为具有期望的孔隙度，在实施例中，所述孔隙度的范围可以为0体积％到30体积％。在另一实施例中，烧结键合层可以被形成为具有小于1体积％的孔隙度。最后，高κ部件键合层64的厚度(即，热导管构件62与接地焊盘32之间的尺寸)将因实施例而有所不同，但是在示例性和非限制性实施例中，其范围可以为约5μm与约100μm之间，并且优选地，约15μm与约35μm之间。
在各种实施方式中，上述烧结工艺还可以用于形成将远端键合层84(图1)与高κ部件键合层64和导管键合层66同时形成。在这种实施方式中，可以沉积足以在热导管构件62插入隧道42中时从隧道溢出的量的键合层前体材料64`，如图7总体上所示。帽件88可以被放置成与前体材料的溢出部分96接触，并且可以像按之前所述那样执行烧结以同时形成键合层64、66、84作为烧结材料的整体主体。在其它实施例中，可以烧结之后由不同的材料形成远端键合层84，所述材料分配或者以其它方式应用到热导管构件62的远端部分63上。类似地，在仍另外的实施例中，导管键合层66可以不由烧结材料形成，而是由在上述烧结工艺之后回填或以其它方式引入到隧道42中的另一种材料形成。例如并且如前所述，在另外的实施例中，导管键合层66可以由焊接材料形成，可以通过毛细管作用或者使用焊接芯材料促使所述焊接材料流入热导管构件62与隧道42的侧壁之间的外围空间。然后，视情况执行额外的加工步骤以完成制造微电子系统20`(图7)并且产生图1和图2所示系统20的完整版本。
因此，已经描述了一种微电子系统的示例性实施例，可以利用相对直截了当的可重复的低成本制造工艺将所述微电子系统制造成产生大大提高所产生系统的热性能特性的嵌入式散热结构。虽然上述示例性实施例被认为是有用的，但是应强调的是，在微电子系统的另外实施例中，嵌入式散热结构可以在各个方面有所不同。例如，在替代性实施例中，可以通过设计定制热导管构件的构造和/或形状以例如增强热导管的散热功能。此外，虽然在上述实施例中部件键合层(例如，图1和图2所示的高κ部件键合层64)由烧结材料构成，但是在另外的实施例中，部件键合层的所选非关键区域可以由如焊料等不同类型的材料代替。作为仍另外的可能性，微电子系统的替代性实施例可以被产生为含有如裸管芯和/或微电子模块等相比于图1所示的形状因子的具有不同的形状因子的其它类型的发热微电子部件。例如，在又另外的实施例中，微电子系统可以含有具有如有引线形状因子等不同形状因子的微电子模块(例如，PAM)。在这方面，微电子系统的实施例可以结合任何数量和类型的微电子部件和封装，包含但不限于，PAM封装、方形扁平无引线封装以及利用空气腔或包覆模制封装主体实施的鸥翼型封装，仅列出几个例子。为了有助于进一步强调这一点，现在将结合图8和图9描述包含嵌入式散热结构的微电子系统的额外示例性实施例。
微电子系统和嵌入式散热结构的替代性例子
图8是如根据本公开的另外示例性实施例示出的包含嵌入式散热结构102的微电子系统100的横截面视图。在许多方面，微电子系统100类似于上以上结合图1到图7所述的微电子系统20。例如，与微电子系统20一样，微电子系统100包含如多层PCB等具有正面106和相反的背面108的基板104。与之前的情况一样，至少一个发热微电子部件120安装到正面106基板104。基板104再次含有多个内部布线层110、112、114，包含内部接地层110，其可以是定位成最靠近微电子部件120的布线层。孔、通孔或者隧道116穿过基板104形成，并且从基板背面108朝着基板正面106延伸。在这个例子中，在基板104中另外形成凹部或开放腔118，并且可以从基板104的正面106进入所述凹部或开放腔。
在图8的示例性实施例中，发热微电子部件120采用如PAM等具有非表面安装有引线形状因子的微电子封装或模块的形式。具体地说，并且共同参考图8和图9(部件120的等距视图)，微电子部件120可以采用具有盖子或盖片122、多条封装引线124、模制封装主体126以及基础凸缘128的有引线ACM封装的形式。基础凸缘128的底部主表面或背面通过设置于模制封装主体126中的下部中心开口暴露。凸缘128充当部件120的端或者接地焊盘，并且因此在下文中被称为“接地焊盘128”。以此方式，接地焊盘128可以充当微电子部件120的导电端并且或许充当散热器或散热片。因此，在实施例中，基础凸缘128可以采用整体式金属结构、板或者基体的形式。在另外的实施方式中，发热微电子部件120可以采用包覆模制(而不是空气腔)封装的形式和/或可以拥有不同类型的引线，如鸥翼型引线。另外，在另外的实施例中，根据部件构造、材料以及封装类型，接地焊盘128可以或可以不延伸封装主体126的基部的长度。
嵌入式散热结构102包含热导管构件130、热导管键合层132以及高κ部件键合层134。与之前的情况一样，热导管构件130的近端部分被定位在微电子部件120附近。然而，在图8的实施例中，远端部分138从基板104的背面108凸出期望距离，并且如果且当基板104安装到底架142时，所述远端部分可以收纳在提供于所述底架142内的开口140内。这种配置允许通过设计加长热导管构件130，并且因此，在热导管构件130采用之前讨论的类型的热管的形式时，这种构型可能特别有益。在某些实施例中，热导管构件130的凸出远端部分138可以作为翅片或者类似结构用于进一步促进从嵌入式散热结构102并且更一般地从微电子系统100中进行对流热移除。导管键合层132在热导管构件130周围延伸以将键合构件130接合或键合到基板104的限定隧道116的侧壁。导管键合层132可以基本上填充设置于热导管构件130与隧道侧壁之间的外围间隙，如图8总体上所示。
热导管键合层132和高κ部件键合层134可以由相同的材料、类似的材料或者不同的材料构成。在各个实施例中，导管键合层132由如焊料或环氧树脂等第一材料构成；而高κ部件键合层134由具有比第一导热材料更高的热导率的第二导热材料构成。具体地说，在这种实施例中，高κ部件键合层134可以由如之前所述类型的Au、Ag或Cu烧结材料等烧结材料构成。以此方式，可以实现与接地焊盘128的中心部分处的增强热移除和较高耐温性相关的上述益处以支持微电子系统100的增强的热性能。同时，使用第一导热材料形成键合层132可以降低材料成本、有助于简化制造工艺和/或提供其它益处。在这种实施例中，形成键合层132、134的一种或多种材料可以或可以不导电。确实，通过键合层132、134的电传导可能没有必要，特别是当接地焊盘128与接地层110之间的任何期望的电气连接可以利用图8进一步所示的(例如，焊接)触点136完成时。
在微电子系统100的替代性实施例中，热导管构件130可以具有各种其它构造、形状和布置。例如，在另外的实施中，热导管构件130可以主要在水平方向上(即，在基本上平行于基板正面106的方向上)延伸，当导管构件采用热管形式时，这可能是另一种有用的增加导管构件130的长度的设计方法。具体地说，在一种可能的实现中，热导管构件130可以主要在水平方向上延伸，其中导管构件130的近端定位在部件附接位点处或附近、如紧挨着微电子部件120下方，并且通过之前所述的类型的相对薄的中间部件键合层与其分离。从部件附接位点起，热导管构件130然后可以延伸期望距离以将热量传导到基板104上的另一个位置。例如，导管构件130将热量传导到的此位置可以与微电子部件120水平间隔开并且或许可以含有充当散热器或散热片的相对大的(例如，金属)主体。在仍另外的实施例中，可以使多个热导管构件从容纳在例如大型MIMO系统中的任何数量的发热微电子装置延伸。在此后一种情况下，所述多个热管可以共同终止于基板的被放置成与较大的(例如，金属)主体接触的侧表面或外围表面上或附近；或者可以相反终止于安装到基板或者或许定位在基板外部的共同散热器或散热片内。
结论
因此，已经提供了具有嵌入式散热结构的微电子系统，以及用于制造这种微电子系统的方法。嵌入式散热结构的实施例有用地含有如金属主体或热管等至少一个热导管构件以及一个或者多个(例如，高κ)部件键合层。高κ部件键合层可以由各种不同的导热材料构成，但是有利地由专门的烧结材料形成。当利用这种烧结材料时，其可以提供与微电子部件(例如，如PAM等微电子封装的接地焊盘)的区域和/或与热导管构件(当存在时)的外表面的相对鲁棒的冶金键合或接合。另外，所产生的烧结键合层可以在很少或者没有空隙、受控孔隙度和高度受控的厚度的情况下产生以优化微电子系统的性能参数。因此，部件键合层的实施例允许从微电子部件高效地转移热量；例如，在某些实施例中，部件键合层可以提供从包含于所述部件内的接地焊盘或端的中心部分进行增强的散热，相比接地焊盘的焊接触点可以键合到其上的外部外围部分，所述中心部分往往更快达到高温。另外，形成部件键合层的烧结材料可以具有相对高的耐温性，所述耐温性远远超过常用焊接材料提供的耐温性。因此，微电子系统的整体散热能力和耐热性得到增强。
在实施例中，热导管构件可以被尺寸设定成占据隧道的大部分体积，并且可以通过导管键合层键合到基板的内部侧壁。导管键合层可以由上述类型的烧结材料或者如焊料或环氧树脂等其它材料形成。在导管键合层由烧结材料构成的实施例中，导管键合层可以结合上述装置键合层形成单个主体。例如，在一种制造方法中，含金属颗粒的前体材料(例如，湿态糊浆)可以在部件附件之后分配到隧道中并且到微电子部件上；然后，可以将热导管构件压入含金属颗粒的前体材料中，使得前体材料在热导管上方和周围流动；并且然后可以执行低温烧结工艺以同时形成部件键合层和导管键合层。在其它实施方式中，导管键合层可以由如环氧树脂或焊料等非烧结材料形成；或者嵌入式散热结构可以缺少这种热导管构件。
在某些实施例中，一种用于制造微电子系统的方法包含以下步骤或工艺：获得基板，所述基板具有穿过所述基板形成的隧道；在覆盖所述隧道的位置处将微电子部件附接到所述基板的正面；以及在将所述微电子部件附接到所述基板之后，至少部分地在所述隧道内产生嵌入式散热结构。所述生产步骤可以包含：将前体材料从所述基板的背面应用到所述隧道中并且到所述微电子部件上。然后，可以使所述前体材料经受烧结工艺或者以其它方式使其固化以形成与所述微电子部件接触的导热部件键合层。在某些实施例中，可以利用具有第一热导率的焊接材将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面。在这种实施例中，所述前体材料可以被配制成使得在固化之后，所述导热部件键合层具有超过所述第一热导率的第二热导率。最后，在某些实施例中，所述方法可以另外包含以下步骤或工艺：(i)将热导管构件定位在所述隧道中，使得在固化之后，所述热导管构件的近端部分通过所述导热部件键合层键合到所述微电子装置。以及(ii)将所述热导管构件选择为具有基本上等于或超过所述第二热导率的第三热导率，如从所述热导管构件的所述近端部分到相反的远端部分所考虑的。
在另外的实施例中，所述微电子系统制造方法包含以下步骤或工艺：获得基板，所述基板具有正面、背面以及限定延伸穿过所述基板的隧道的内部侧壁。然后，在覆盖所述隧道的位置处将将微电子部件焊接或以其它方式附接到所述基板的所述正面。在附接所述微电子部件之前或之后，另外形成占据或基本上填充所述隧道的嵌入式散热结构。所述嵌入式散热结构的形成可以需要：(i)将含金属颗粒的键合层前体材料应用到所述隧道中；(ii)将热导管构件插入所述隧道中；以及(iii)烧结所述含金属颗粒的键合层前体材料以形成键合到所述热导管构件的导热部件键合层。在某些实施方式中：所述应用步骤可以包括：在将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面之后，将含金属颗粒的糊浆分配到所述隧道中并且到所述微电子部件上。另外地或可替代地，所述方法可以另外包含以下步骤或工艺：通过所述嵌入式散热结构将所述微电子部件的端与所述微电子系统的电活性特征电互连。
另外已经提供了一种微电子系统的实施例。在各个实施例中，所述微电子系统包含基板，其具有正面、与所述正面相反的背面以及延伸穿过所述基板的隧道。微电子部件在覆盖所述隧道的位置处附接到所述基板的所述正面。嵌入式散热结构至少部分地形成于所述隧道内。所述嵌入式散热结构依次包含具有近端部分的热导管构件以及外部外围表面。所述热导管构件的所述近端部分被定位在所述隧道内并且被定位在所述微电子部件附近。在所述近端部分与所述微电子部件之间形成有导热部件键合层，而导管键合层与所述导热部件键合层整体形成，并且与热导管构件的外部外围表面接触。导热部件键合层和导管键合层可以由相同的材料形成，如焊料、导热环氧树脂或烧结材料。在一个实施例中，导热部件键合层和导管键合层由烧结材料构成，如基本上含有一种或多种Au、Ag或Cu烧结材料或由其组成的材料。在另外的实施例中，微电子部件可以包含如接地焊盘等电耦合到嵌入式散热结构的端。在这种实施例中，导热部件键合层可以键合到所述端的中心部分，而微电子系统可以另外包含一个或多个键合到所述端的外围部分的焊接触点。在又另外的实施方式中，微电子系统可以包含键合层外壳环，其被定位在微电子部件与基板的正面之间，并且外围地界定导热部件键合层的至少一部分。
虽然前述具体实施方式已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应理解的是，存在大量的变体。还应理解的是，所述一个或多个示例性实施例只是例子，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述具体实施方式将为所属领域的技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的便捷路线图。应理解的是，可以在不背离所附权利要求书中所述的本发明的范围的情况下对示例性实施例中描述的元件功能和布置做出各种改变。
缩略语
本文中出现频率较低的缩略语在首次使用时定义，而出现频率较高的缩略语定义如下。
Ag—银；
Al—铝；
Au—金；
CTE—热膨胀系数；
Cu—铜；
IC—集成电路；
MIMO—多输入多输出(天线结构)；
PAM—功放模块；
PCB—印刷电路板；
RF—无线电频率；
Wt％—重量百分比；以及
℃—摄氏度。

Claims (10)

1.一种用于制造微电子系统的方法，其特征在于，其包括：
获得具有隧道的基板，所述隧道穿过所述基板；
在封闭所述隧道的位置处将微电子部件附接到所述基板的正面；以及
在将所述微电子部件附接到所述基板之后，产生至少部分容纳于所述隧道内的嵌入式散热结构，其中产生包括：
将键合层前体材料从所述基板的背面应用到所述隧道中并且到所述微电子部件上；以及
使所述键合层前体材料固化以形成与所述微电子部件接触的导热部件键合层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生进一步包括：将热导管构件定位在所述隧道中，使得在固化之后，所述热导管构件的近端部分定位在所述微电子装置附近并且通过所述导热部件键合层键合到所述微电子装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，附接包括：利用具有第一热导率的焊接材料将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面；并且
其中所述方法进一步包括：将所述键合层前体材料配制成使得在固化之后，所述导热部件键合层具有基本上等于或超过所述第一热导率的第二热导率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，附接包括：利用具有第一热导率的材料将所述微电子部件附接到所述基板的所述正面；并且
其中所述方法进一步包括：将所述键合层前体材料配制成使得在固化之后，所述导热部件键合层具有超过所述第一热导率的第二热导率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生进一步包括：
获得具有近端部分和相反的远端部分的热导管构件；
在附接所述微电子部件之后，将所述热导管构件插入到所述隧道内，使得所述近端部分被定位在所述微电子部件附近；以及
在插入所述热导管构件之后，使所述键合层前体材料固化以形成所述导热部件键合层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其进一步包括：在所述微电子装置与所述隧道之间形成键合层外壳环，所述键合层外壳环在固化之后在所述导热部件键合层周围延伸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述键合层外壳环包括：
在附接所述微电子部件之前，将焊接掩膜层沉积到所述基板的所述正面上；
使所述焊接掩膜层图案化以限定所述键合层外壳环；以及
在使所述焊接掩膜层图案化之后，在覆盖所述键合层外壳环的位置处将所述微电子部件附接到所述基板，如沿着与所述基板的所述正面正交的轴所考虑的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微电子部件具有接地焊盘，其中所述基板含有接地层，并且其中所述方法进一步包括：通过所述嵌入式散热结构将所述接地焊盘与所述接地层电互连。
9.一种用于制造微电子系统的方法，其特征在于，其包括：
获得基板，所述基板具有正面、背面以及限定延伸穿过所述基板的隧道的内部侧壁；
在覆盖所述隧道的位置处将微电子部件附接到所述基板的所述正面；以及
在附接所述微电子部件之前或之后形成占据所述隧道的嵌入式散热结构，形成包括：
将含金属颗粒的键合层前体材料应用到所述隧道中；
将热导管构件插入所述隧道中；以及
烧结所述含金属颗粒的键合层前体材料以形成键合到所述热导管构件的导热部件键合层。
10.一种微电子系统，其特征在于，其包括：
基板，其具有正面、与所述正面相反的背面以及延伸穿过所述基板的隧道；
微电子部件，其在覆盖所述隧道的位置处附接到所述基板的所述正面；以及
嵌入式散热结构，其至少部分地形成于所述隧道内，所述嵌入式散热结构包括：
热导管构件，其具有近端部分和外部外围表面，所述热导管构件的所述近端部分定位在所述隧道内并且定位在所述微电子部件附近；
导热部件键合层，其形成于所述近端部分与所述微电子部件之间；以及
导管键合层，其与所述导热部件键合层整体形成并且与所述热导管构件的所述外部外围表面接触。
CN201811345133.7A 2017-11-13 2018-11-13 含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法 Active CN109786259B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/811,298 US10141182B1 (en) 2017-11-13 2017-11-13 Microelectronic systems containing embedded heat dissipation structures and methods for the fabrication thereof
US15/811,298 2017-11-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109786259A true CN109786259A (zh) 2019-05-21
CN109786259B CN109786259B (zh) 2024-10-29

Family

ID=64315581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811345133.7A Active CN109786259B (zh) 2017-11-13 2018-11-13 含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US10141182B1 (zh)
CN (1) CN109786259B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111653534A (zh) * 2019-09-24 2020-09-11 浙江集迈科微电子有限公司 一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法
WO2022183486A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 华为数字能源技术有限公司 一种功率半导体模组及制造方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10504813B2 (en) * 2016-09-30 2019-12-10 Astec International Limited Heat sink assemblies for surface mounted devices
CN108306143B (zh) * 2017-02-16 2020-04-24 番禺得意精密电子工业有限公司 电连接器
US10269678B1 (en) * 2017-12-05 2019-04-23 Nxp Usa, Inc. Microelectronic components having integrated heat dissipation posts, systems including the same, and methods for the fabrication thereof
JP7056364B2 (ja) * 2018-05-11 2022-04-19 株式会社オートネットワーク技術研究所 回路構成体及び電気接続箱
US10566313B1 (en) * 2018-08-21 2020-02-18 International Business Machines Corporation Integrated circuit chip carrier with in-plane thermal conductance layer
US11139223B2 (en) * 2018-11-29 2021-10-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2020126921A (ja) * 2019-02-04 2020-08-20 株式会社村田製作所 高周波モジュールおよび通信装置
EP3716321A1 (en) * 2019-03-29 2020-09-30 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Component carrier with embedded semiconductor component and embedded highly conductive block which are mutually coupled
JP2021052082A (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 キオクシア株式会社 モジュール基板およびプリント基板
US11456227B2 (en) 2019-12-17 2022-09-27 Nxp Usa, Inc. Topside heatsinking antenna launcher for an integrated circuit package
US11621228B2 (en) * 2020-08-31 2023-04-04 Nxp Usa, Inc. Substrate with thermal vias and sinter-bonded thermal dissipation structure
FR3122768B1 (fr) * 2021-05-07 2024-06-28 St Microelectronics Grenoble 2 Boîtier optique
EP4092720A1 (en) * 2021-05-20 2022-11-23 Aptiv Technologies Limited Heat sink
JP2023027861A (ja) * 2021-08-18 2023-03-03 三菱電機株式会社 半導体モジュール
CN216532339U (zh) * 2021-11-12 2022-05-13 深圳市英维克科技股份有限公司 组合式散热装置
DE102023203240A1 (de) 2023-04-06 2024-10-10 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Spulenanordnung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330322A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
US20020167084A1 (en) * 2000-11-15 2002-11-14 Conexant Systems, Inc. Structure and method for fabrication of a leadless chip carrier with embedded antenna
JP2012064676A (ja) * 2010-09-15 2012-03-29 Diamond Electric Mfg Co Ltd 照明装置
US20150206819A1 (en) * 2012-12-21 2015-07-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electronic component package and method for manufacturing the same
CN105283031A (zh) * 2014-07-11 2016-01-27 台达电子工业股份有限公司 散热模块及其结合方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7161239B2 (en) 2000-12-22 2007-01-09 Broadcom Corporation Ball grid array package enhanced with a thermal and electrical connector
US8018723B1 (en) 2008-04-30 2011-09-13 Netlist, Inc. Heat dissipation for electronic modules
US9673162B2 (en) 2012-09-13 2017-06-06 Nxp Usa, Inc. High power semiconductor package subsystems
US9312231B2 (en) 2013-10-31 2016-04-12 Freescale Semiconductor, Inc. Method and apparatus for high temperature semiconductor device packages and structures using a low temperature process
US9589860B2 (en) 2014-10-07 2017-03-07 Nxp Usa, Inc. Electronic devices with semiconductor die coupled to a thermally conductive substrate
US9698116B2 (en) 2014-10-31 2017-07-04 Nxp Usa, Inc. Thick-silver layer interface for a semiconductor die and corresponding thermal layer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330322A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
US20020167084A1 (en) * 2000-11-15 2002-11-14 Conexant Systems, Inc. Structure and method for fabrication of a leadless chip carrier with embedded antenna
JP2012064676A (ja) * 2010-09-15 2012-03-29 Diamond Electric Mfg Co Ltd 照明装置
US20150206819A1 (en) * 2012-12-21 2015-07-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electronic component package and method for manufacturing the same
CN105283031A (zh) * 2014-07-11 2016-01-27 台达电子工业股份有限公司 散热模块及其结合方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111653534A (zh) * 2019-09-24 2020-09-11 浙江集迈科微电子有限公司 一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法
CN111653534B (zh) * 2019-09-24 2021-11-26 浙江集迈科微电子有限公司 一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法
WO2022183486A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 华为数字能源技术有限公司 一种功率半导体模组及制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10431449B2 (en) 2019-10-01
US20190148138A1 (en) 2019-05-16
CN109786259B (zh) 2024-10-29
US10141182B1 (en) 2018-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109786259A (zh) 含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法
CN109841580B (zh) 具有集成散热柱的微电子组件、包括其的系统及制作方法
JP5568289B2 (ja) 放熱部品及びその製造方法
CN104716109B (zh) 具有降低热串扰的热管理部件的封装件及其形成方法
US6837306B2 (en) Carbon-carbon and/or metal-carbon fiber composite heat spreaders
JP2011091106A (ja) 熱伝導部材及びその製造方法、放熱用部品、半導体パッケージ
CN108122786A (zh) 具有烧结接合的热耗散结构的微电子模块和其制造方法
US8159821B2 (en) Diffusion bonding circuit submount directly to vapor chamber
CN109390295A (zh) 模制气腔封装和其产生方法
JP2003193114A (ja) ヒートパイプ及びその製造方法
US7301232B2 (en) Integrated circuit package with carbon nanotube array heat conductor
TW200822323A (en) Semiconductor device
JP2012119725A (ja) 電子部品の熱管理のためのシステムおよび方法
TW201104806A (en) Microelectronic packaging and fabrications thereof
CN110498384A (zh) 包括热延伸层的微电子模块和其制造方法
JP4735446B2 (ja) 半導体装置
CN108807301A (zh) 使用烧结附着的封装微电子组件安装
CN105814683B (zh) 片状结构体、使用了该片状结构体的电子设备、片状结构体的制造方法以及电子设备的制造方法
JP5709719B2 (ja) 電子部品支持装置及び電子デバイス
JP2005347616A (ja) ヒートスプレッダ、電子装置、およびヒートスプレッダ製造方法
KR102088019B1 (ko) 방열 지지기판 및 이를 이용한 방열 패키지
US9613882B2 (en) Nanoparticle thermal interface agents for reducing thermal conductance resistance
JP2007189154A (ja) 熱伝導接合材及び実装方法
JP2004296726A (ja) 放熱部材および半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置
JP2018193604A (ja) 接合構造及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant