CN112512814B - 多芯片模块(mcm)组件 - Google Patents

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Abstract

一种多芯片模块(MCM)组件，其包括：具有正面和背面且包含嵌在所述正面上的多个硅芯片的石墨基材、附接至所述石墨基材且设置有围绕所述硅芯片的外部轮廓的开口的印刷线路板(PWB)，所述石墨基材包括在所述背面上的一个或多个墨通道和穿过所述石墨基材且与相应的一个或多个墨通道为流体连通的一个或多个供墨槽，以使得各个所述硅芯片可以被供给有一种或多种不同种类的墨，所述MCM组件进一步包括构造成覆盖所述石墨基材的一个或多个供墨槽的石墨盖板。

Description

多芯片模块(MCM)组件
技术领域
本发明涉及热敏墨印刷技术的领域，尤其涉及宽页面印刷技术，具体涉及多芯片模块组件。
背景技术
多芯片模块(MCM)的概念已为人熟知已久。技术和经济上的原因阻止制造商增加硅芯片的长度。因此，更长且更有效的印刷刈幅(swath)可以合理地仅通过适当地设置在刚性基材上并由此形成MCM的多个硅芯片而获得。以适当的方式成形单个MCM的外部轮廓允许通过数个MCM的简单并置来构建甚至更长的打印条。
US 5016023公开了一种包括打印头的结构体，该打印头相对于相邻的打印头偏移至少等于打印头的宽度尺寸的量。所公开的结构体涉及使用陶瓷材料作为适于承受一定高温的基材。然而，陶瓷基材的制造过程相当昂贵，因为其需要特定的模具以立即获得所需的形状，或者选择性地，使用一些硬加工设备来机械加工此类硬质材料。此外，US 5016023中公开的巴斯线(buss lines)和IC封装的组合(set)也相当复杂，因此在技术上不是有效的、可靠的和成本有效的。
US 5939206记载了一种装置，其包括嵌在基材上的至少一个半导体芯片，所述基材包括其上电泳沉积有聚合物材料的涂层的多孔导电构件，其中所述多孔导电构件包括石墨或烧结金属。然而，电泳沉积线的构造和维护相当昂贵，这使得装置制造过程复杂且昂贵。
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点并提供一种多芯片模块组件，该多芯片模块组件由于消除了复杂的操作以及使用模塑部件的需求而是简单、坚固、有效、安全、便宜、易于制造的，并且具有总体上改善的可靠性。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及一种多芯片模块(MCM)组件，其包括：
具有正面和背面且包含嵌在所述正面上的多个硅芯片的石墨基材，
其中所述MCM组件进一步包括附接至所述石墨基材且设置有围绕所述硅芯片的外部轮廓的开口的印刷线路板(PWB)，
所述石墨基材包括在所述背面上的一个或多个墨通道和穿过所述石墨基材且与相应的一个或多个墨通道为流体连通的一个或多个供墨槽，以使得各个所述硅芯片可以被供给有一种或多种不同种类的墨，并且
其中所述MCM组件进一步包括构造成覆盖所述石墨基材的一个或多个墨通道的石墨盖板。
设置有围绕MCM组件的硅芯片的开口的简单印刷线路板(PWB)的使用，即使焊盘沿该芯片的相对侧分布，也提供了用于实现电触点的简单方式。由于墨端口与墨通道直接集成在石墨基材上，不需要如现有技术中那样成形为容纳墨通道的模塑墨端口。石墨盖板与石墨基材组合提供了紧凑的模块，易于制造和从主要设备上安装/移除。
根据本发明的进一步方面，MCM组件进一步包括：配置于石墨盖板与石墨基材之间的预浸料复合纤维的中间粘合层。预浸料复合纤维的中间粘合层包括与石墨基材的墨通道共形的孔。
根据本发明的进一步方面，石墨盖板的内表面是平的。选择性地，石墨盖板的内表面可以包括与石墨基材的墨通道共形的墨通道。
根据本发明的进一步方面，PWB借助具有与石墨基材的墨通道共形的孔的预浸料复合纤维的中间粘合层而附接至石墨基材。选择性地，PWB可以包括具有与石墨基材的墨通道共形的孔的预浸料复合纤维层。
优选地，石墨盖板包括具有密封O形环的墨入口和墨出口。这确保提供插入印刷设备后的模块的气密封接。
根据本发明的进一步方面，在石墨盖板与石墨基材之间的预浸料复合纤维和在PWB与石墨基材之间的预浸料复合纤维是相同种类的。选择性地，在石墨盖板与石墨基材之间的预浸料复合纤维和在PWB与石墨基材之间的预浸料复合纤维是不同种类的。
本发明将会参考附图而在以下更全面地描述，其中相同的附图标记在不同的图中表示相同的元件，并且其中示出本发明的突出方面和特征。
附图说明
图1为根据本发明的MCM组件的示意性图示。
图2提供了多芯片模块的概略图。
图3提供了盖板的概略图。
图4A-4B示出了盖板的两个选择性实施方案，其中盖板的内表面是平的(图4A)，并且其中盖板的内表面包含墨通道(图4B)。
图5提供了预浸料复合纤维的中间粘合层的示意性图示。
图6A-6C示出了构成根据本发明的完整的多芯片模块组件的整组部件，在分解图(图6A)和组装图二者中，后者以后视图(图6B)和正视图(图6C)描绘。
具体实施方式
为了增加打印头中的刈幅长度(swath length)，可行的解决方案是将多个硅芯片排列到单个基材上，形成多芯片模块(MCM)，获得有效的更大的打印刈幅。
基材材料应该是坚硬的，以便避免会损坏硅芯片的可能的危险弯曲，其热膨胀系数(CTE)应接近硅的CTE，以便防止组装后产生的大的应力。其应该易于机械加工来提供平坦表面，以用于芯片固定和用于组装的所有细节：用于从背面供墨的墨槽，用于MCM固定至外部支承体的衬套外壳，用于容纳耐湿胶水的沟槽，等。烧结石墨出于以下目的而是适当的材料：其可以满足所有上述要求，此外，其是便宜的。烧结石墨板是从例如TOYO TANSO-大阪(日本)可获得的。烧结石墨的一个可能缺点是其多孔性，这使得材料含浸墨，特别是在使用溶剂墨时。然而，实施适当的密封剂和化学相容的胶水，例如但不限于WO 2017198819 A1或WO 2017198820 A1中公开的那些，能够在用密封剂处理之后将硅芯片附接到石墨基材。
根据本发明，印刷线路板(PWB)固定至MCM的基材上，以提供与多个硅芯片的电连接。硅芯片组装至基材上，其热机械稳定性允许维持喷射元件的各自位置和对准，而PWB提供与外部控制器的电连接。如果将硅芯片直接组装至PWB上，则其差的热机械稳定性会防止喷射元件的稳定的各自的定位，对印刷品质产生不利影响。
如图1中示出，为了将适当的电触点设置至硅芯片，PWB 11具有围绕硅芯片2的外部轮廓的开口8。参考MCM中的右下硅芯片的右侧，包围在虚线圆10中的区域包括：在通过例如引线接合法等适当方法用导线连接的、彼此面对的硅芯片和PWB二者上的焊盘。密封胶可以在引线接合之后施加，以与连接线一起引入芯片和电路板二者的焊盘，以便给出电气保护和机械保护二者。
底下的石墨基材的外部轮廓由虚线9表示。由MCM和附接的PWB组成的结构以及电连接的芯片垫和电路板垫形成MCM组件。
与其中PWB通过双面粘合带附接至MCM的底下的基材的现有技术相对，已经开发了用于将PWB接合至MCM的基材的更有效的方法。其包括使用中间粘合层，该中间粘合层为包括热固性材料的预浸料复合纤维片，或所谓的预浸料(pre-preg)。预浸料是从例如TUC–竹北市(中国台湾)可获得的。热固性材料仅是部分固化的，以有助于操作。通过将高压(约20巴)和高温(约200℃)长时间地(约3小时)施加至由PWB+预浸料+基材构成的“三明治”，在部件之间获得非常可靠的接合。PWB可以包括：预先地沉积至表面上且适当地成形以致与PWB轮廓共形的中间粘合层(或预浸料层)。
为了将电触点从PWB引出至外部控制器，可以使用不同的方法。可以采用安装在PWB上的标准多芯插座，该插座能够容纳连接至挠性电缆的插头，进而连接到控制器。然而，该解决方案在插头和插座之间的电触点上显示对于机械稳定性差的可靠性，并且在MCM运行的过程中经常会发现缺失触点。
使用一系列“弹簧针(pogo pin)”作为印刷设备上的接触阵列以及PWB上相应的接触垫阵列，可以获得更稳定的接触。弹簧针连接器是从例如INGUN–Fino Mornasco(意大利)可获得的。因为各针是加装弹簧的，部件之间的接触的机械强度高得多，并且电气连续性因而是稳定的。另一方面，阵列中的大量的针意味着相当显著的总偏转力，该偏转力继而转移至PWB。鉴于此，用于将PWB接合至石墨基材的预浸料解决方案因而非常有效，从而提供在部件之间的非常牢固的接合，降低了在接触针偏置时分离的风险。作为进一步的选择性方案(未显示)，可以使用挠性电缆包埋在刚性结构中的PWB，其中挠性电缆的延伸外部终止于一系列接触垫，进而插入外部插座中。
图2示出将墨端口和墨通道直接集成至容纳六个芯片的石墨基材中的实施方案。石墨基材21的背面显示分别用于两种墨的独立的墨通道17和18。供墨槽19和20穿过石墨基材21而获得，分别与墨通道17和18为流体连通，以使得嵌在石墨基材21的相对侧的MCM中的每一个硅芯片可以被供给有两种墨。
因为墨通道包埋于石墨基材21中，所以不需要如现有技术中那样成形为容纳墨通道的模塑墨端口。
盖板22施加至基材背面上以封闭基材表面处的通道是充分的。盖板22由轻且易于机械加工的石墨制成，并且包括对应于墨通道17和18的端部的适当的墨入口和墨出口，如图3中所示出。
在所描述的实施方案中，盖板设置有四个墨入口/出口，因为MCM构成为将墨借助两个不同的通道而传输，以例如用两种不同的墨来印刷。事实上，墨入口23和墨出口24对应于图2中的墨通道17的端部，而墨入口25和墨出口26对应于墨通道18。
为了避免像现有技术中那样使用突出的软管配件，各墨端口可以容纳O形环29，以在插入印刷设备(未显示)后提供模块的气密封接。在其操作布置中，将MCM推抵至印刷设备，进而具有适当的支座以与O形环相对。采用该设计，不需要将墨软管插入墨端口中，并且安装MCM或者将其从印刷设备中分离变得容易得多。
如图4中示出，盖板22的内表面32可以是平的或者设置有墨通道。特别地，其中盖板22的内表面32是平的解决方案描绘于图4A中。在此情况下，内表面32简单地用作图2中描绘的石墨基材21的墨通道17和18的顶板。作为选择性方案，如图4B中描绘的，石墨基材21中分别与墨通道17和18共形的墨通道37和38在石墨盖板22中获得，以增加实际的通道截面。例如，当需要宽的通道截面时以及当必须避免由于通道的深度深而导致的材料可能的稀薄(如果通道整个地在基材上形成，则会发生)时，该解决方案是有用的。
为了有效地接合石墨盖板22和石墨基材21，采用另一创新的解决方案，其代表相对于基于粘合胶的传统方法的改进。如图5中示出的，本解决方案包括在两个部件之间放置预浸料复合纤维的中间粘合层30，代替施加粘合胶。
图5中的中间粘合层30为像所谓的预浸料那样的包括热固性材料的预浸料复合纤维片，其可以为与用于将PWB板接合至石墨基材的相同的材料或者可以为具有粘合性的不同的复合纤维材料。
在该实施方案中，石墨盖板(未显示)包括非常平的表面，其完全地与中间粘合层30相匹配。适当的孔27和28在中间粘合层30中获得，并且分别与基材通道17和18(图2上描绘)共形，以延伸通道壁，增加实际的通道深度。用于石墨基材的相同的密封剂可以用于石墨盖，以防止由其多孔性导致的问题。
像墨通道17和18那样成形的中间粘合层30中的孔27和28分别允许墨端口23、24、25和26与墨通道17和18之间的流体连通，并且借助供墨槽19和20，墨可以流向喷射芯片。
对于本领域的技术人员完全清楚的是，在不偏离本发明的范围的情况下，在一些直截了当的调整之后，利用其中使用仅一种墨的MCM或者甚至利用其中使用超过两种墨的MCM，可实现所描述的实施方案。
还清楚的是，中间粘合层30中的孔27和28可以局限于墨端口区域，以保证墨流向墨通道，条件是石墨基材21中的墨通道足够深。在该不同的解决方案(未显示)中，石墨基材中的供墨槽应该仅通过在石墨基材中获得的墨通道而供给有墨。继而，盖板的内表面可以是平的，或者其也可以设置有与墨入口和墨出口连通的墨通道，正好增加墨再循环流量。
在高的温度和压力下接合的、夹持在石墨基材21与石墨盖板22之间的中间粘合层30提供坚固且有效的组件，其中墨通道和喷射芯片包括在紧凑的结构中。
构成根据本发明的完整的多芯片模块组件的整组部件在图6中示出，在分解图(图6A)和组装图二者中，将后者分为后视图(图6B)和正视图(图6C)。预浸料层的最终固化优选地在包括PWB的整组部件的独特阶段中完成。
在一个实施方案中，在石墨盖板与石墨基材之间的预浸料层(预浸料复合纤维)和在PWB与石墨基材之间的预浸料层(预浸料复合纤维)是相同种类的。选择性地，在石墨盖板与石墨基材之间的预浸料层(预浸料复合纤维)和在PWB与石墨基材之间的预浸料(预浸料复合纤维)是不同种类的。
如上所述，可以组成MCM组件的一组部件在图6A中示出。其从上到下包括：具有O形环29的石墨盖板22；预浸料复合纤维(预浸料)的中间粘合层30；在背面具有墨通道的石墨基材21；嵌在石墨基材的相对面的多个硅芯片2；设置有开口8和接触垫阵列31的PWB 11。PWB 11的面对石墨基材21的表面包括用于接合的适当的预浸料层。接触垫阵列31与印刷设备中相应的弹簧偏置的“弹簧针”阵列一致。
如对于本领域技术人员可以容易理解的，一些所记载的实施方案可以根据关于操作条件的便利性而选择性地使用，而一些其它的实施方案可以结合在一起以获得性能极佳的印刷设备。
与其它已知的多芯片模块组件相比，所记载的发明提供了一种多芯片模块组件，该多芯片模块组件由于消除了复杂的操作以及使用模塑部件的需求而是简单、坚固、有效、安全、便宜、易于制造的，并且具有总体上改善的可靠性。
以上公开的主题应被认为是说明性的而非限制性的，并且用于提供对由独立权利要求所限定的发明的更好的理解。

Claims (9)

1.一种多芯片模块组件，即MCM组件，其包括：
具有正面和背面且包含嵌在所述正面上的多个硅芯片(2)的石墨基材(21)，
特征在于，所述MCM组件进一步包括附接至所述石墨基材(21)且设置有围绕所述硅芯片(2)的外部轮廓的开口(8)的印刷线路板PWB(11)，
所述石墨基材(21)包括在所述背面上的一个或多个墨通道(17,18)和穿过所述石墨基材(21)且与相应的一个或多个墨通道(17,18)为流体连通的一个或多个供墨槽(19,20)，以使得各个所述硅芯片(2)可以被供给有一种或多种不同种类的墨，
其中所述PWB(11)借助具有与所述石墨基材的墨通道共形的孔的预浸料复合纤维的中间粘合层(30)而附接至所述石墨基材(21)，并且
其中所述MCM组件进一步包括构造成覆盖所述石墨基材(21)的一个或多个墨通道(17,18)的石墨盖板(22)。
2.根据权利要求1所述的组件，其进一步包括：配置于所述石墨盖板(22)与所述石墨基材(21)之间的预浸料复合纤维的中间粘合层(30)。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述预浸料复合纤维的中间粘合层(30)包括与所述石墨基材(21)的墨通道(17,18)共形的孔(27,28)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中所述石墨盖板(22)的内表面(32)是平的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中所述石墨盖板(22)的内表面(32)包括与所述石墨基材(21)的墨通道(17,18)共形的墨通道(37,38)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中所述PWB包括具有与所述石墨基材的墨通道共形的孔的预浸料复合纤维层。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中所述石墨盖板(22)包括具有密封O形环(29)的墨入口和墨出口(23,24,25,26)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中在所述石墨盖板(22)与所述石墨基材(21)之间的预浸料复合纤维和在所述PWB(11)与所述石墨基材(21)之间的预浸料复合纤维是相同种类的。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中在所述石墨盖板(22)与所述石墨基材(21)之间的预浸料复合纤维和在所述PWB(11)与所述石墨基材(21)之间的预浸料复合纤维是不同种类的。
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