CN117836937A - 在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关方法 - Google Patents

在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117836937A
CN117836937A CN202280056728.9A CN202280056728A CN117836937A CN 117836937 A CN117836937 A CN 117836937A CN 202280056728 A CN202280056728 A CN 202280056728A CN 117836937 A CN117836937 A CN 117836937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
void
die
metal structure
voids
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.)
Pending
Application number
CN202280056728.9A
Other languages
English (en)
Inventor
A·德特勒夫森
J·比伦
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.)
Qualcomm Inc
Original Assignee
Qualcomm 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 Qualcomm Inc filed Critical Qualcomm Inc
Publication of CN117836937A publication Critical patent/CN117836937A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • 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
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4857—Multilayer substrates
    • 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
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49568—Lead-frames or other flat leads specifically adapted to facilitate heat dissipation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49822—Multilayer substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838—Geometry or layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49866—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers characterised by the materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5383—Multilayer substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
    • H01L23/5386—Geometry or layout of the interconnection structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/562—Protection against mechanical damage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯‑衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关制造方法。为了减小该封装衬底与该管芯模块封装件的管芯之间的管芯‑衬底机械应力，在该封装衬底的金属化层中的金属结构中形成空隙限定区段。该空隙限定区段由该金属结构的金属材料在限定区域中的一个或多个切口形成以降低刚度，这也具有减小该封装衬底的有效热膨胀系数(CTE)的效果。保留在空隙限定区段中的金属切口之间的该金属材料形成金属互连件。管芯互连件可以将管芯直接耦合到该金属结构中的该空隙限定区段中的该金属互连件，以减小该管芯与管芯互连件到该封装衬底之间的机械应力。

Description

在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯- 衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关方法
优先权申请
本申请要求2021年9月9日提交的名称为“SEMICONDUCTOR DIE MODULE PACKAGESWITH VOID-DEFINED SECTIONS IN A METAL STRUCTURE(S)IN A PACKAGE SUBSTRATE TOREDUCE DIE-SUBSTRATE MECHANICAL STRESS,AND RELATED METHODS”的美国专利申请序列号17/470,961的优先权，该美国专利申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
I.技术领域
本公开的领域涉及半导体管芯模块封装件，诸如射频(RF)前端模块封装件，其可以包括安装在封装衬底上的各种管芯部件，比如功率放大器(PA)和滤波器、以及其他集成电路(IC)芯片。
II.背景技术
半导体器件是电子设备的基础。半导体器件形成在半导体管芯(“管芯”)中。一个或多个半导体管芯可以作为子部件封装在模块封装件(也称为“管芯模块封装件”)中。一种类型的管芯模块封装件是射频(RF)管芯模块封装件。管芯模块封装件包括耦合到封装衬底的一个或多个半导体管芯，该一个或多个半导体管芯或者是裸露的，或者在它们自己的芯片封装件中。封装衬底为管芯提供支撑结构。封装衬底包括一个或多个金属化层，该一个或多个金属化层包括用于提供至半导体管芯的信号路由路径的金属互连件(例如，金属迹线、金属线、垂直互连通路(过孔))。这些信号路由路径可包括耦合到管芯模块封装件外部的封装互连件的外部信号路由路径、以及管芯到管芯(D2D)信号路由路径。提供管芯互连件(例如，焊料凸块)以将管芯耦合到封装衬底的上部金属化层中的金属互连件，从而将半导体管芯电耦合到封装衬底中的金属互连件以进行信号路由。
管芯模块封装件的不同部件由具有不同热膨胀系数(CTE)的不同材料(CTE表征它们响应于温度变化的热膨胀和收缩)制成。例如，由电介质材料和嵌入式金属(例如，铜)迹线形成的封装衬底可以具有与用于将管芯电耦合到并且安装到封装衬底的管芯互连件不同的CTE。封装衬底还可具有与子部件管芯或芯片本身不同的CTE。因此，当管芯模块封装件经受环境温度的变化时，管芯模块封装件的不同材料将经受因热收缩和膨胀而导致的机械应力。然而，管芯模块封装件的不同材料的不同CTE(即，CTE失配)将由于重复的热膨胀和收缩而导致重复地施加机械应力。例如，由于管芯互连件、管芯和/或封装衬底之间的CTE差异，这些应力尤其可能导致损坏将管芯耦合到封装衬底的管芯互连件(凸块)和/或管芯本身。管芯互连件最终将由于重复的热应力而经受机械降级(被称为“焊料疲劳”)。此外，如果管芯模块封装件是其中在安装到封装衬底的管芯和该封装衬底之间存在气腔的裸管芯模块封装件，则气腔的存在可能不允许在子部件管芯和封装衬底之间布置应力吸收材料以缓解机械应力。例如，如果管芯模块封装件包括声学滤波器，则布置在该声学滤波器和衬底之间的滤波器下方的模底材料会干扰声学滤波器的声学功能。
发明内容
本文中所公开的各方面包括在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件。还公开了相关制造方法。管芯模块封装件包括耦合到封装衬底的一个或多个管芯以用于支撑以及提供到管芯的电连通性。例如，半导体管芯(“管芯”)模块封装件可以是射频(RF)管芯模块封装件，其包括作为一个示例安装到封装衬底的一个或多个RF管芯子部件，诸如声学滤波器。封装衬底包括至少一个金属化层，该至少一个金属化层包括一个或多个金属结构以提供信号路由路径，该信号路由路径包括用于在安装在封装衬底上并且电耦合到金属结构的管芯之间提供地电位连接的地平面。管芯互连件(例如，焊料凸块)将管芯电耦合到封装衬底中的金属结构。因为封装衬底可具有与管芯互连件和管芯不同的热膨胀系数(CTE)，所以封装衬底可由于管芯模块封装件的环境温度的变化而对管芯互连件施加机械应力，并进而对管芯施加机械应力。这可能存在损坏管芯互连件以及管芯到封装衬底的可靠电连接的风险。因此，在示例性方面，为了减小封装衬底、管芯互连件和/或管芯模块封装件的管芯之间的管芯-衬底机械应力，在封装衬底中的金属化层中的金属结构中形成空隙限定区段以减小在空隙限定区段内的金属结构的刚度。空隙限定区段由金属结构的金属材料在限定区域中的一个或多个切口形成以减小刚度，这也具有减小封装衬底的有效CTE的效果。保留在空隙限定区段中的金属切口之间的该金属材料形成金属互连件。可以在封装衬底的一个、多个和/或所有金属化层中提供包括空隙限定区段的金属结构。例如，可以在彼此平行的多个金属化层中提供多个金属结构，使得这些金属结构在水平方向上也彼此平行并且共享共同的垂直平面以在封装衬底中在垂直方向上至少部分地彼此重叠，从而减小封装衬底的刚度。管芯模块封装件中的管芯可以在封装衬底上定向，使得该管芯位于上方，并且空隙限定区段位于管芯的下方。管芯互连件将管芯(直接地或通过居间金属化层中的金属互连件间接地)耦合到金属结构中刚度减小的空隙限定区段中的金属互连件，以缓冲并且因此减小管芯和管芯互连件到封装衬底的耦合之间的机械应力。
在其他示例性方面，金属结构中限定金属结构中的空隙限定区段的切口可以进一步任选地填充有CTE比地平面的金属材料的CTE低的材料，以进一步减小空隙限定区段的刚度和封装衬底的有效CTE。进一步减小其中管芯互连件和管芯进行连接的空隙限定区段的刚度和有效CTE可以进一步减小封装衬底与管芯互连件和/或管芯之间的机械应力。
在一个示例性方面，图案化空隙可在封装衬底的金属结构中被布置为在所有方向轴上均匀，以在所有方向轴上均等地提供柔性。在另一示例性方面，封装衬底的金属结构中的图案化空隙可被偏置成在某些方向轴上伸长，以在某些方向轴上提供增强的柔性。在另一示例性方面，封装衬底的金属结构中的图案化空隙可被设计成使得垂直互连通路(过孔)延伸穿过这些空隙中的一个或多个空隙以支撑延伸穿过并且连接到金属结构的过孔。在另一示例性方面，封装衬底的金属结构中的空隙可被图案化以相邻于封装衬底中的金属迹线和/或其他电气部件来选择性地提供，从而为此类金属迹线和/或其他电气部件提供选择性的机械应力缓解。
就此而言，在一个示例性方面，提供了一种管芯模块封装衬底。该管芯模块封装件包括封装衬底。该封装衬底包括在水平方向上彼此平行并且共享共同的垂直平面的多个金属结构。该多个金属结构之中的每个金属结构包括具有第一CTE的金属材料。该多个金属结构之中的每个金属结构还包括空隙限定区段，该空隙限定区段包括布置在该金属结构中的多个空隙。该多个金属结构之中的每个金属结构还包括一个或多个金属互连件，每个金属互连件由该金属结构中布置在该多个空隙之中的相邻空隙之间的金属材料形成。该多个金属结构之中的每个金属结构还包括具有第二CTE的电介质材料，该电介质材料布置在空隙限定区段中的多个空隙之中的至少一个空隙中。电介质材料的第二CTE小于金属材料的第一CTE。管芯模块封装件还包括相邻于封装衬底布置的管芯。管芯模块封装件还包括至少一个管芯互连件，每个管芯互连件耦合到该管芯并且每个管芯互连件耦合到该多个金属结构之中的至少一个金属结构的空隙限定区段中的一个或多个金属互连件之中的金属互连件。
在另一示例性方面，提供了一种制造管芯模块封装件的方法。该方法包括形成封装衬底。形成该封装衬底包括形成在水平方向上彼此平行并且共享共同的垂直平面的多个金属结构。该多个金属结构之中的每个金属结构包括：具有第一CTE的金属材料；包括布置在金属结构中的多个空隙的空隙限定区段；一个或多个金属互连件，每个金属互连件由金属结构中布置在多个空隙之中的相邻空隙之间的金属材料形成；和具有第二CTE的电介质材料，该电介质材料布置在空隙限定区段中的多个空隙之中的至少一个空隙中，该电介质材料的第二CTE小于金属材料的第一CTE。该方法还包括形成至少一个管芯互连件，该至少一个管芯互连件耦合到该多个金属结构之中的至少一个金属结构的空隙限定区段中的一个或多个金属互连件之中的至少一个金属互连件。该方法还包括将管芯耦合到该至少一个管芯互连件。
附图说明
图1是示例性半导体管芯(“管芯”)模块封装件的侧视图，其具有将管芯耦合到金属结构中的空隙限定区段的管芯互连件，其中空隙限定区段由金属结构的金属材料中的空隙形成以减小金属结构的金属刚度，从而减小封装衬底与管芯互连件和管芯之间的管芯-衬底机械应力；
图2是封装衬底(诸如图1中的封装衬底)中的示例性衬底层的俯视图，其中衬底层包括具有空隙限定区段的地平面，该空隙限定区段被配置成耦合到与管芯耦合的管芯互连件，从而减小封装衬底与管芯互连件和管芯之间的管芯-衬底机械应力；
图3是封装衬底中的金属化层中的示例性金属结构的俯视图，其具有在地平面中提供空隙限定区段的图案化空隙，以减小地平面的空隙限定区段中的刚度并且减小地平面的整体热膨胀系数(CTE)；
图4A是示出图3中的金属结构的CTE的示例性模拟结果的图；
图4B是示出类似于图3中但不具有图案化空隙的金属结构的CTE的示例性模拟结果的图；
图5是示出图3中的金属结构的有效CTE作为用于形成金属结构的各种金属材料的体积的函数的曲线图；
图6是另一示例性地平面的俯视图，其具有在方向轴上偏置的图案化空隙，从而减小在该方向轴上垂直偏置的金属结构的金属刚度；
图7是另一示例性地平面的俯视图，其具有在金属结构中形成空隙限定区段的图案化空隙以减小空隙限定区段中的刚度，其中垂直互连通路(过孔)选择性地布置在空隙中；
图8是另一示例性金属结构的俯视图，其具有在方向轴上偏置的细长图案化空隙并且在金属结构中形成空隙限定区段，从而减小垂直于该方向轴偏置的地平面的刚度；
图9A至图9H是其他示例性金属结构的俯视图，其具有在封装衬底中相邻于金属迹线和/或其他电气部件来选择性地提供的空隙，以在金属结构中形成空隙限定区段，从而为此类金属迹线和/或其他电气部件提供选择性的机械应力缓解；
图10是示出制造包括封装衬底的管芯模块封装件的示例性制造过程的流程图，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙所形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构以减小金属结构的金属刚度，从而减小封装衬底与管芯互连件和管芯之间的管芯-衬底机械应力；
图11是包括射频(RF)部件的示例性无线通信设备的框图，该RF部件可以提供在包括封装衬底的相应管芯模块封装件中，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙所形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构以减小金属结构的金属刚度(包括但不限于图1至图3和图6至图9H中的封装衬底并且根据图10中的示例性制造过程)；并且
图12是基于处理器的示例性系统的框图，其可以提供在包括封装衬底的相应管芯模块封装件中，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙所形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构以减小金属结构的金属刚度(包括但不限于图1至图3和图6至图9H中的封装衬底并且根据图10中的示例性制造过程)。
具体实施方式
现在参照附图，描述本公开的若干示例性方面。词语“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例或例示”。本文中被描述为“示例性”的任何方面未必被解释为比其他方面优选或具有优势。
本文中所公开的各方面包括在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件。还公开了相关制造方法。管芯模块封装件包括耦合到封装衬底的一个或多个管芯以用于支撑以及提供到管芯的电连通性。例如，半导体管芯(“管芯”)模块封装件可以是射频(RF)管芯模块封装件，其包括作为一个示例安装到封装衬底的一个或多个RF管芯子部件，诸如声学滤波器。封装衬底包括至少一个金属化层，该至少一个金属化层包括一个或多个金属结构以提供信号路由路径，该信号路由路径包括用于在安装在封装衬底上并且电耦合到金属结构的管芯之间提供地电位连接的地平面。管芯互连件(例如，焊料凸块)将管芯电耦合到封装衬底中的金属结构。因为封装衬底可具有与管芯互连件和管芯不同的热膨胀系数(CTE)，所以封装衬底可由于管芯模块封装件的环境温度的变化而对管芯互连件施加机械应力，并进而对管芯施加机械应力。这可能存在损坏管芯互连件以及管芯到封装衬底的可靠电连接的风险。因此，在示例性方面，为了减小封装衬底、管芯互连件和/或管芯模块封装件的管芯之间的管芯-衬底机械应力，在封装衬底中的金属化层中的金属结构中形成空隙限定区段以减小在空隙限定区段内的金属结构的刚度。空隙限定区段由金属结构的金属材料在限定区域中的一个或多个切口形成以减小刚度，这也具有减小封装衬底的有效CTE的效果。保留在空隙限定区段中的金属切口之间的该金属材料形成金属互连件。可以在封装衬底的一个、多个和/或所有金属化层中提供包括空隙限定区段的金属结构。例如，可以在彼此平行的多个金属化层中提供多个金属结构，使得这些金属结构在水平方向上也彼此平行并且共享共同的垂直平面以在封装衬底中在垂直方向上至少部分地彼此重叠，从而减小封装衬底的刚度。管芯模块封装件中的管芯可以在封装衬底上定向，使得该管芯位于上方，并且空隙限定区段位于管芯的下方。管芯互连件将管芯(直接地或通过居间金属化层中的金属互连件间接地)耦合到金属结构中刚度减小的空隙限定区段中的金属互连件，以缓冲并且因此减小管芯和管芯互连件到封装衬底的耦合之间的机械应力。
在其他示例性方面，金属结构中限定金属结构中的空隙限定区段的切口可以进一步任选地填充有CTE比地平面的金属材料的CTE低的材料，以进一步减小空隙限定区段的刚度和封装衬底的有效CTE。进一步减小其中管芯互连件和管芯进行连接的空隙限定区段的刚度和有效CTE可以进一步减小封装衬底与管芯互连件和/或管芯之间的机械应力。
就此而言，图1是示例性半导体管芯(“管芯”)模块封装件100的侧视图，其包括相邻于并耦合到封装衬底104的两个半导体管芯(“管芯”)102(1)、102(2)。例如，管芯模块封装件100可以是RF管芯模块封装件，其中管芯102(1)、102(2)是RF部件，诸如声学滤波器或RF放大器。封装衬底104可以是无芯或有芯衬底。封装衬底104包括金属化层106(1)-106(4)，每个金属化层包括用于在管芯模块封装件100的管芯102(1)、102(2)与外部互连件凸块110之间提供信号路由路径的金属结构108(1)-108(4)。例如，金属结构108(1)-108(4)可以由金属材料的再分布形成或者在层压工艺中形成在层压金属化层106(1)-106(4)中。金属结构108(1)-108(4)提供金属互连件(例如，金属线、金属迹线)。金属结构108(1)-108(4)还可充当管芯102(1)、102(2)的地平面。金属结构108(1)-108(4)可提供管芯102(1)、102(2)之间的管芯到管芯互连件(D2D)。垂直互连通路(过孔)112在封装衬底104中耦合在相应金属化层106(1)-106(4)中的金属结构108(1)-108(4)之间，以提供不同的金属化层106(1)-106(4)之间的信号路由。管芯互连件114(例如，焊料凸块)耦合到管芯102(1)、102(2)以及封装衬底104中的上部金属化层106(1)中的金属结构108(1)，以将管芯102(1)、102(2)电耦合到封装衬底104。管芯互连件114也可由于此类金属结构108(2)-108(4)之间通过过孔112的互连性而被间接地耦合到下层金属化层106(2)-106(4)中的其他金属结构108(2)-108(4)。一些金属结构108(1)-108(4)可以用作用于通过管芯互连件114到管芯102(1)、102(4)的地电位耦合的地平面。管芯102(1)、102(2)由封装衬底104上的包塑材料116包封。
封装衬底104可以由于管芯模块封装件100的环境温度的变化而将机械应力施加到管芯互连件114，并且进而施加到管芯102(1)、102(2)。这是因为封装衬底104可以具有与管芯互连件114和/或管芯102(1)、102(2)不同的CTE。这可能存在损坏管芯互连件114以及管芯102(1)、102(2)到封装衬底104的可靠电连接的风险。封装衬底104的聚合物材料118一般是较软的材料，其与用于在封装衬底104和管芯互连件114中形成金属结构108(1)-108(4)的金属材料相比具有较低的CTE。当在封装衬底104上施加机械力时，这些机械力可以被传递到封装衬底104的金属结构108(1)-108(4)，其进而被传递到管芯互连件114和管芯102(1)、102(2)。如果这些力太大，则管芯102(1)、102(2)和金属结构108(1)-108(4)之间的连通性可能被损坏，从而使管芯模块封装件100的电连通性降级。例如，这些机械力可能是由于管芯模块封装件100所经历的环境温度的变化所致。由于CTE的差异，封装衬底104中的管芯102(1)、102(2)、管芯互连件114和金属结构108(1)-108(4)可以基于给定的温度变化按不同的量和距离(诸如在图1中的X轴、Y轴和Z轴方向上)来不同地热收缩和膨胀。这些应力尤其会导致管芯102(1)、102(2)和/或管芯互连件114的拐角处的损坏。尽管封装衬底104的聚合物材料118可以缓冲施加到封装衬底102的一些机械应力，但通过重复的热膨胀和收缩而产生的重复机械应力随时间推移可能仍然很大，从而损坏管芯102(1)、102(2)和封装衬底104之间的电连接。
因此，在示例性方面，为了减小封装衬底104、管芯互连件114和/或管芯模块封装件的管芯102(1)、102(2)之间的管芯-衬底机械应力，在该示例中在金属结构108(1)中形成空隙限定区段120，如图1中所示。这减小了这些金属结构108(1)中管芯互连件114被耦合到的区域的刚度，进而减小从封装衬底104传递到管芯互连件114和管芯102(1)、102(2)的机械应力。如下文将更详细地讨论的，空隙限定区段120由金属结构108(1)的金属材料在限定区域中的一个或多个切口形成以减小刚度，这也具有减小封装衬底104的有效CTE的效果。在该示例中，封装衬底104的总有效CTE小于金属结构108(1)-108(4)的金属材料的CTE。保留在空隙限定区段120中的金属切口之间的金属材料形成金属互连件。可以在封装衬底104的一个、多个和/或所有金属化层106(1)-106(4)中的某些金属结构108(1)-108(4)中提供空隙限定区段120。管芯模块封装件100中的管芯102(1)、102(2)可以在封装衬底104上定向，使得管芯102(1)、102(2)位于上方，并且金属结构108(1)中的空隙限定区段120位于管芯102(1)、102(2)下方。这允许管芯互连件114将管芯102(1)、102(2)(直接地或通过居间金属化层106(2)-106(4)中的金属结构108(2)-108(4)间接地)耦合到金属结构108(1)中刚度减小的空隙限定区段120中的金属互连件，以缓冲并且因此减小管芯102(1)、102(2)和管芯互连件114到封装衬底104的耦合之间的机械应力。
注意，如果期望进一步减小封装衬底104的刚度，则还可以提供附加金属结构108(2)-108(4)中的一者或多者，其包括由相应金属结构108(2)-108(4)的金属材料的一个或多个切口形成的空隙区段。例如，在图1中，此类金属结构108(2)-108(4)可被对齐成在水平方向上(例如，在X轴方向上)彼此平行并且共享共同的垂直平面PL1(在Z轴和Y轴方向上)以在垂直方向(Z轴方向)上至少部分地彼此重叠。因此，将管芯耦合到金属结构108(1)中的金属互连件的管芯互连件114将受益于来自封装衬底104的源于金属结构108(1)下方的其他金属结构108(2)-108(4)的减小的刚度和应力。例如，这些其他金属结构108(2)-108(4)可以允许金属结构108(1)更容易弯曲，从而减小管芯互连件114和管芯102(1)、102(2)上的应力。
图2是示例性金属化层106的俯视图，其作为示例可以提供在图1中的管芯模块封装件100中的封装衬底104中。如图2中所示，金属化层106包括金属结构108(例如，金属平面)，其可以包括充当地平面的金属结构。注意，金属结构108可以作为图1中的封装衬底104中的金属结构108(1)-108(4)中的任一者来提供。金属化层106还包括不是像金属结构108那样的平面结构的金属迹线200。图2中的金属化层106可以是图1中的封装衬底104中的上部金属化层106(1)，其直接耦合到并相邻于管芯模块封装件100中的管芯互连件114。例如，如果图2中的金属化层106中的金属结构108用作地平面，则充当地平面的此类金属结构108可以直接位于管芯互连件114下方，以用于地电位到管芯102(1)、102(2)的电连通性。如图2中所示，该示例中的金属结构108各自包括按图案布置以形成空隙限定区段120的空隙202。在该示例中，空隙202是金属结构108中的金属材料204的切口区段。“图案化”空隙意味着空隙202按预期位置和设计布置在金属结构108中，使得空隙202并非随机地布置在金属结构108中。在该示例中，空隙202形成金属结构108中的空隙限定区段120的周界208。
保留在金属结构108中的相邻空隙202之间的金属材料204形成金属互连件206(例如，金属线、迹线)，其可被耦合到管芯互连件114(直接地或间接地)或过孔112以电耦合到金属结构108。以此方式，布置在金属结构108的空隙限定区段120中的空隙202减小了金属结构108在可以与金属互连件206进行电连接的区域中的刚度，从而减小从金属结构108施加到此类连接的应力。然而，金属结构108仍保留其金属材料结构并且提供用于连通性的金属互连件206。例如，给定空隙限定区段120中的空隙202的面积可以是金属结构108中其周界208的面积的至少百分之八十五(85％)。
参考图1和图2，注意，管芯102(1)、102(2)的一部分可被定向到封装衬底104以在垂直方向(其在该示例中是Z轴方向)上至少部分地与封装衬底104中的金属结构108中的空隙限定区段120重叠。这允许管芯互连件114更容易地将管芯102(1)、102(2)耦合到金属结构108的空隙限定区段120中的金属互连件206以提供电连通性。还要注意，尽管在图2中过孔112被示为与金属化层106中的金属结构108中的空隙202隔开且分开，但可以用金属材料填充一些空隙202以形成延伸穿过空隙202的过孔112。而且，如下文还将更详地细讨论的，空隙202可被整形并且被布置在金属结构108中以限定金属结构108中的空隙限定区段120以实现空隙限定区段120中在所有方向上赋予或在X轴和Y轴方向上偏置的刚度的均匀减小。另选地，空隙202可被整形并且被布置在金属结构108中以限定金属结构108中的空隙限定区段120以实现在非特定方向或仅在某些方向上赋予的刚度的经偏置或非均匀的减小。
在该示例中，金属结构108中的空隙202也可以任选地填充有电介质材料210(诸如聚合物或层压材料)，以进一步减小金属结构108的刚度。电介质材料210可以被选择为具有比形成金属结构108的金属材料204的CTE低的CTE。例如，形成金属结构108的金属材料204的CTE可以在每开尔文百万分之(ppm)13(ppm/K)和24ppm/K之间。金属材料204可以是例如铝镍(AlNi)或其合金。作为另一示例，如果形成金属结构108的金属材料204例如是铜，则作为另一示例，金属结构108的金属材料204的CTE可以是18ppm/K。作为示例，布置在金属结构108的空隙202中的电介质材料210的CTE可介于4ppm/K和18ppm/K之间。如果填充在空隙202中的电介质材料210例如是低CTE玻璃纤维聚合物，则作为另一示例，电介质材料210的CTE可以是约6ppm/K。用于增强电介质材料210的纤维的示例包括碳纤维和氧化铝(Al203)球体。作为另一示例，空隙202可布置在金属结构108中，使得金属结构108中的空隙限定区段120中的空隙202的杨氏模量(即，刚度)可以在100兆帕(MPa)和50吉帕(GPa)之间。注意，虽然图2仅示出了图1中的封装衬底104的一个金属化层106的视图，但是空隙限定区段120可以形成在封装衬底104的任何金属化层106(1)-106(4)中的任何金属结构108(1)-108(4)中。例如，如果管芯互连件114通过直接连接到上部金属化层106(1)中的金属结构108(1)并且通过过孔112连接到其他金属化层106(2)-106(4)来耦合到多个金属化层106(1)-106(4)中的多个金属结构108(1)-108(4)，则此类其他金属化层106(2)-106(4)中的此类过孔112的后续连接可以是此类其他金属化层106(2)-106(4)中的此类金属结构108(2)-108(4)中的空隙限定区段120。这可以进一步减小由封装衬底104施加到管芯互连件114并进而施加到它们耦合的管芯102(1)、102(2)的应力。并且如上所讨论的，具有空隙区段120的金属结构108(1)-108(4)中的一者或多者可被对齐为在封装衬底104中在水平方向上(例如，在X轴方向上)彼此平行并且共享共同的垂直平面PL1(在Z轴和Y轴方向上)以在垂直方向(Z轴方向)上至少部分地彼此重叠以支持减小的刚度。
可以按任何期望的设计和图案来提供图1中布置在封装衬底104中的金属化层106(1)-106(4)的金属结构108中的空隙202以形成用于减小金属结构108中的金属刚度的空隙限定区段120。例如，图3是示例性金属结构308的俯视图，其具有蜂窝图案形状的图案化空隙302(即，六边形形状的空隙)以在金属结构308中形成空隙限定区段300以减小金属结构308的金属刚度。金属互连件306由金属结构308的保留在相邻空隙302之间的金属材料304形成。金属结构308可以用作管芯模块封装件的封装衬底中的金属化层(诸如作为示例，图1中的管芯模块封装件100的封装衬底104中的金属化层106(1)-106(4))中的地平面。金属结构308由金属材料304(诸如铜)形成。电介质材料310可布置在图案化空隙302中。在该示例中，图案化空隙302在金属结构308中是均匀的，这意味着它们具有与图3中所示的相同的形状和取向。多个图案化空隙302的面积与金属结构308中的金属材料304的面积之比可以是百分之五(5％)或更大，以实现金属结构308的金属刚度的期望的减小。
如图3所示，图案化空隙302还以重复图案布置在金属结构308中，这意味着图案化空隙302以重复方式被定向并放置在金属结构308中。例如，如图3中所示，图案化空隙302的图案在虚线框309中示出。在图3中的示例中，图案化空隙302被金属结构308中的金属材料304完全包围。还在该示例中，布置在金属结构308中的图案化空隙302可被设计成具有为金属结构308的总面积的至少百分之三十(30％)的组合面积。一行(例如，行R1)中的每个图案化空隙302沿相邻行(例如，行R2)中的两个相邻图案化空隙302之间的中心线CTR1偏移。另外，一列(例如，行C1)中的每个图案化空隙302沿相邻列(例如，列C2)中的两个相邻图案化空隙302之间的中心线CTR2偏移。图案化空隙302各自在X轴方向上具有相同的第一节距P1。图案化空隙302还各自在Y轴方向上具有相同的第二节距P2。第一节距P1和第二节距P2可以是相同的节距或不同的节距。图案化空隙302在X轴方向上是相同的形状和取向并且具有相同的节距P1，这意味着金属结构308在X轴方向上是均匀柔性的。图案化空隙302在Y轴方向上是相同的形状并且具有相同的节距P2，这意味着金属结构308在Y轴方向上是均匀柔性的。如果期望使金属结构308在X轴方向和Y轴方向两者上具有相同的柔性，则可以在金属结构308中形成具有相同节距P1、P2的图案化空隙302。
为了进一步示出在图3中的金属结构308中布置图案化空隙302的示例性效果，提供了图4A。图4A是示出其中提供图3中的金属结构308的封装衬底404在给定温度下在给定在金属结构308中形成空隙限定区段320的图案化空隙302的效果的情况下的机械膨胀的示例性模拟结果的示图。在图4A的示例中，封装衬底404包括多个金属化层406(1)-406(X)，每个金属化层包括具有由布置在过孔412之间的空隙302形成的空隙限定区段320的金属结构308。多个金属化层406(1)-406(X)中的金属结构308可被对齐成在水平方向上(例如，在X轴方向上)彼此平行并且共享共同的垂直平面PL2(在Z轴和Y轴方向上)以在垂直方向(Z轴方向)上至少部分地(即，完全地或部分地)彼此重叠。图4B是示出封装衬底424在给定温度下的机械膨胀的示例性模拟结果的示图，该封装衬底包括为全铜并且类似于图3中的金属结构308的金属结构408，但不包括空隙限定区段320中的空隙302。参考图4A，金属结构308的不同区域通过金属结构308在X轴、Y轴和Z轴方向上的颜色变化来示出。颜色变化的距离示出了机械位移。参考图4B，金属结构408的不同区域也通过金属结构408在X轴、Y轴和Z轴方向上的颜色变化来示出。颜色变化的距离示出了机械位移。发现图4A中的金属结构308的总有效CTE比图4B中不具有提供空隙限定区段的空隙的金属结构408的有效CTE低约20％。
图5是示出可包括图3中的金属结构308的封装衬底的有效CTE的曲线图500，但该有效CTE是各种金属材料的体积与封装衬底的总体积的函数。这进一步示出了在封装衬底中的金属结构(包括地平面)中存在图案化空隙可如何减小地平面的总CTE。图5中的曲线图500示出了Y轴上封装衬底的有效CTE随X轴上封装衬底中铜含量的百分比体积的变化以及地平面中铜的百分比体积随图案化空隙的变化。如图5中所示，第一曲线502示出了当采用不包括空隙图案的地平面时，对于封装衬底中铜含量的给定百分比体积，封装衬底的有效CTE。第二曲线504示出了当采用包括空隙图案的地平面(其中金属材料是地平面体积的60％)时，对于封装衬底中铜含量的给定百分比体积，封装衬底的有效CTE。如图5中所示，对于封装衬底中铜含量的给定百分比体积，第二曲线504中的有效CTE小于第一曲线502中的有效CTE。
图6是可以在金属化层601中提供的另一示例性金属结构608的俯视图，其具有在Y轴方向上伸长的图案化空隙602以基于所施加的机械力来对金属结构608的金属刚度的减小进行偏置。与图3中的金属结构308类似，图6中的金属结构608具有蜂窝图案形状的图案化空隙602(即，六边形形状的空隙)，以在金属结构608中产生空隙限定区域620，从而减小金属结构608的金属刚度。金属互连件606形成在金属结构608的在相邻空隙602之间的金属材料604中。金属结构608可以用作封装衬底(诸如图1中的管芯模块封装件100中的封装衬底104)中的地平面。金属结构608由金属材料604(诸如铜)制成。电介质材料612可布置在图案化空隙602中。图案化空隙602具有与图6中所示的相同的形状和取向。如图6所示，图案化空隙602也以重复图案布置在金属结构608中，这意味着图案化空隙602以重复方式被定向并放置在该金属结构中。例如，如图6中所示，图案化空隙602的图案在虚线框610中示出。一行(例如，行R1)中的每个图案化空隙602沿相邻行(例如，行R2)中的两个相邻图案化空隙602之间的中心线CTR1偏移。另外，一列(例如，行C1)中的每个图案化空隙602沿相邻列(例如，列C2)中的两个相邻图案化空隙602之间的中心线CTR2偏移。图案化空隙602各自在X轴方向上具有相同的第一节距P3。图案化空隙602还各自在Y轴方向上具有相同的第二节距P4，
在该示例中，第一节距P3小于第二节距P4，因为图案化空隙602在Y轴方向上的长度L1长于在X轴方向上的长度L2。因此，图案化空隙602在Y轴方向上伸长。这具有图案化空隙602在X轴方向上比在Y轴方向上更多地减小刚度的效果。这可能期望使金属结构608中刚度减小的方向偏置。在图6中的示例中，图案化空隙602被金属结构608中的金属材料604完全包围。同样，在图6中的该示例中，布置在金属结构608中的图案化空隙602可被设计成具有为金属结构608的总面积的至少百分之三十(30％)的组合面积。
还可期望提供分布并延伸穿过在其图案化空隙的子集中具有空隙限定区段720的金属结构(诸如图3中的金属结构308)的过孔，以提供与该金属结构的互连。就此而言，图7是另一示例性金属结构708的俯视图，其可以提供在封装衬底(类似于图1中的封装衬底104)的金属化层中。图7中的金属结构708类似于图3中的金属结构308。金属互连件706形成在金属结构708的在相邻图案化空隙702之间的金属材料704中。然而在图7中，形成在金属结构708的金属材料704中的某些图案化空隙702未填充有电介质材料，而是将过孔712布置在这些图案化空隙702中，以提供到与其中布置有金属结构708的金属化层相邻的相邻金属化层的互连。这将改变金属结构708中带有电介质材料714的图案化空隙702的总体积，这将影响金属结构708的金属刚度和有效CTE的总体减小。然而，可能期望金属刚度的较小减小作为通过放置过孔712来实现互连件路由效率的折衷。图7中的金属结构708的与图3中的金属结构308中的元件相同的其他元件在图3与图7之间以相同的元件编号和标记示出。同样，在图7中的示例中，图案化空隙702被金属结构708中的金属材料704完全包围。同样，在该示例中，布置在金属结构708中的图案化空隙702可被设计成具有为金属结构708的总面积的至少百分之三十(30％)的组合面积。
图8是金属材料804的另一示例性金属结构808的俯视图，金属材料804可提供在封装衬底的金属化层(诸如图1中的封装衬底104中的金属化层106(1)-106(4))中，并且包括具有图案化空隙802的空隙限定区段820。金属互连件806形成在金属结构808的在相邻空隙802之间的金属材料804中。形成在图8中的金属结构808中的空隙802与图6中的金属结构608相比在Y轴方向上甚至进一步伸长，以基于所施加的机械力来对金属结构808的金属刚度的减小进行偏置。图8中的金属结构808具有在Y轴方向上呈细长狭槽形状的图案化空隙802，以减小金属结构808在X轴方向上的金属刚度。金属结构808可以用作管芯模块封装件(诸如作为示例的图1中的管芯模块封装件100)的封装衬底104中的地平面。金属结构808由金属材料804(诸如铜)制成。电介质材料814可布置在图案化空隙802中以进一步减小空隙限定区段820和金属结构808的有效CTE。图案化空隙802具有相同的形状和取向。如图8所示，图案化空隙802也以重复图案布置在金属结构808中，这意味着图案化空隙802以重复方式被定向并布置在该金属结构中。例如，如图8中所示，图案化空隙802的图案在虚线框810中示出。图案化空隙802各自在X轴方向上具有相同的第一节距P5。图案化空隙802还各自在Y轴方向上具有相同的第二节距P6。在该示例中，第一节距P5小于第二节距P6，因为图案化空隙802在Y轴方向上的长度L3长于在X轴方向上的长度L4。因此，图案化空隙802在Y轴方向上伸长。这具有图案化空隙802在X轴方向上比在Y轴方向上更多地减小刚度的效果。这可能期望对地平面800中刚度减小的方向进行偏置。在该示例中，在Y轴方向上的长度L3比在X轴方向上的长度L4大得多的图案化空隙802实质上在金属结构808中产生弹簧，以在X轴方向上提供柔性金属结构808。
同样，如图8中所示，一些或所有空隙802可以促成穿通过孔812以促进空隙限定区段820中的金属互连件806与相邻金属化层之间的互连。过孔812也可以按如下的交替方式布置在空隙802中：在Z轴方向上延伸到上部相邻金属化层(在图8中由空隙802内的点“.”表示)，或者在Z轴方向上延伸到下部相邻金属化层(在图8中由空隙802内的“X”表示)，以提供空隙限定区段820的刚度和弯曲的对称性。同样，在图8中的示例中，空隙802被金属结构808中的金属材料804完全包围。同样，在该示例中，布置在金属结构808中的空隙802可被设计成具有为金属结构808的总面积的至少百分之三十(30％)的组合面积。
在封装衬底中的金属化层中的金属结构中提供非图案化空隙以在金属结构中形成空隙限定区段也是可能的。例如，空隙可以布置在金属结构中，该金属结构在封装衬底中提供地平面。例如，可在封装衬底的相邻于封装衬底中的金属线或迹线和/或其他电气部件的金属结构(诸如地平面)中选择性地布置空隙，以向此类金属线或迹线和/或其他电气部件提供选择性的机械应力缓解。
就此而言，图9A至图9H是金属化层中的其他示例性金属结构的俯视图，其具有相邻于封装衬底中的金属迹线和/或其他电气部件来选择性地提供的图案化空隙或切口，以在封装衬底中提供空隙限定区段。空隙限定区段可被耦合到封装衬底中的过孔或其他互连件，从而为此类互连件和耦合到此类互连件的电气部件提供选择性的机械应力缓解。
图9A是具有由金属结构900的金属材料901中的空隙形成的空隙限定区段903的金属结构900的俯视图，该金属结构可以提供在封装衬底902(诸如图1中的封装衬底104)中。第一空隙904(1)布置在金属结构900中。第二空隙904(2)也相邻于第一空隙904(1)布置在金属结构900中，使得在第一空隙904(1)和第二空隙904(2)之间的金属结构900中形成金属互连件906。第二空隙904(2)沿第一空隙904(1)的相同轴A1对齐。电介质材料908可布置在第一空隙904(1)和/或第二空隙904(2)中，使得电介质材料908的CTE比金属结构900的金属材料901的CTE低。以此方式，与金属互连件906相邻的金属结构900的刚度被减小，这可以减小或避免响应于所施加的应力而对与空隙904(1)、904(2)相邻的金属互连件906和金属材料901的损坏。
图9B是具有由金属结构910的金属材料912中的空隙形成的空隙限定区段913的金属结构910的俯视图，该金属结构可以提供在封装衬底914(诸如图1中的封装衬底104)中。第一空隙916(1)布置在金属结构910中。第一空隙916(1)包括在其长方向上与第一轴A2对齐的第一细长空隙部分918(1)和在其长方向上与平行于第一轴A2的第二轴A3对齐的第二细长空隙部分918(2)。第三空隙部分918(3)将第一细长空隙部分918(1)和第二细长空隙部分918(2)耦合。第三空隙部分918(3)在其长方向上与正交于第一轴A2和第二轴A3的第三轴A4对齐。第二空隙916(2)包括在其长方向上与第一轴A2对齐的第四细长部分920(1)和在其长方向上与第二轴A3对齐的第五细长空隙部分920(2)。第六空隙部分920(3)将第四细长空隙部分920(1)和第五细长空隙部分920(2)耦合。第六空隙部分920(3)在其长方向上与正交于第一轴A2和第二轴A3的第四轴A5对齐。金属互连件922形成在相应第一细长空隙部分918(1)与第四细长空隙部分920(1)、相应第二细长空隙部分918(2)与第五细长空隙部分920(2)以及相应第三空隙部分918(3)与第六空隙部分920(3)之间的空间中。电介质材料924可布置在空隙部分918(1)-918(3)、920(1)-920(3)中，使得电介质材料924的CTE比金属结构910的金属材料912的CTE低。以此方式，与金属互连件922相邻的金属结构910的刚度被减小，这可以减小或避免响应于所施加的应力而对与空隙916(1)、916(2)相邻的金属互连件922和金属材料912的损坏。
图9C是具有由金属结构930的金属材料932中的空隙形成的空隙限定区段933的另一金属结构930的俯视图，该金属结构可以提供在封装衬底934(诸如图1中的封装衬底104)中。第一空隙936(1)布置在金属结构930中。第一空隙936(1)在其长方向上与第一轴A6对齐。第二空隙936(2)布置在金属结构930中并且在其长方向上与正交于第一轴A6的第二轴A7对齐。第三空隙936(3)布置在第一空隙936(1)与第二空隙936(2)之间的金属结构930中，并且包括在其长方向上沿着相应的第一轴A6和第二轴A7对齐的细长空隙部分938(1)、938(2)。以此方式，空隙936(1)-936(3)在金属结构930中形成L形，其中在相应的空隙936(1)-936(3)之间形成两个金属互连件940(1)、940(2)。电介质材料942可布置在空隙936(1)-936(3)中，使得电介质材料942的CTE比金属结构930的金属材料932的CTE低。以此方式，与金属互连件940(1)、940(2)相邻的金属结构930的刚度被减小，这可以减小或避免响应于所施加的应力而对与空隙936(1)-936(3)相邻的金属互连件940(1)、940(2)和金属材料932的损坏。
图9D是具有由金属结构950的金属材料952中的空隙形成的空隙限定区段953的另一金属结构950的俯视图，该金属结构可以提供在封装衬底954(诸如图1中的封装衬底104)中。半径为R1的弯曲空隙956布置在金属结构950中。电介质材料958可布置在空隙956中，使得电介质材料958的CTE比金属结构950的金属材料952的CTE低。以此方式，与空隙956相邻的金属结构950的刚度被减小，这可避免响应于所施加的应力而导致的损坏。金属互连件959相邻于空隙956形成。
图9E至图9H是具有由金属结构960、970、980、990的金属材料962中的空隙形成的相应空隙限定区段963、973、983、993的其他相应金属结构960、970、980、990的俯视图，这些金属结构可以提供在封装衬底(诸如图1中的封装衬底104)中。图9E包括围绕过孔966的四个空隙964(1)-964(4)以形成金属互连件967。电介质材料968可布置在空隙964(1)-964(4)中，使得电介质材料968的CTE比金属结构960的金属材料962的CTE低。图9F是金属结构970，其包括围绕过孔966的四个空隙974(1)-974(4)以提供呈与图9E中不同布置的互连件。电介质材料968可布置在空隙974(1)-974(4)中，使得电介质材料968的CTE比金属结构970的金属材料962的CTE低。图9G是金属结构980，其包括围绕过孔966的四个空隙984(1)-984(4)以提供呈与图9F中不同布置的互连件。电介质材料968可布置在空隙984(1)-984(4)中，使得电介质材料968的CTE比金属结构980的金属材料962的CTE低。图9H是又一金属结构990，其包括围绕过孔966的两个空隙994(1)、994(2)以提供呈与图9G中不同布置的互连件。电介质材料968可布置在空隙994(1)、994(2)中，使得电介质材料968的CTE比金属结构990的金属材料962的CTE低。
图10是示出制造管芯模块封装件(诸如图1中的管芯模块封装件100)的示例性制造过程1000的流程图，该管芯模块封装件包括封装衬底，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构。空隙限定区段可以减小金属结构的金属刚度，从而减小封装衬底与管芯互连件和管芯之间的管芯-衬底机械应力。将参考图1和图2中的管芯模块封装件100来讨论示例性制造过程1000。然而，注意，制造过程1000也可被用于制造分别在图3、图4和图6至图9H中的金属结构308、408、608、708、808、908、910、930、950、960、970、980、990。
就此而言，参考图10，过程1000中的第一步骤是形成封装衬底104(图10中的框1002)。过程1000中的下一步骤是形成多个金属结构108，该多个金属结构彼此平行并且共享共同的垂直平面以各自在垂直方向上部分地彼此重叠并且各自包括具有第一CTE的金属材料204(图10中的框1004)。然后，对于该多个金属结构108之中的每个金属结构108(图10中的框1006)，该过程中的下一步骤是在金属结构108中形成空隙限定区段120(图10中的框1008)。过程1000还包括，对于多个金属结构108之中的每个金属结构108，形成布置在金属结构108中的多个空隙202，使得在多个空隙202之中相应的相邻空隙202之间形成一个或多个金属互连件206(图10中的框1010)。过程1000还包括，对于多个金属结构108之中的每个金属结构108，在空隙限定区段120中的多个空隙202之中的至少一个空隙202中布置具有第二CTE的电介质材料210，电介质材料210的第二CTE小于金属结构108的第一CTE(图10中的框1012)。过程1000还包括形成耦合到空隙限定区段120中的一个或多个金属互连件206之中的至少一个金属互连件206的至少一个管芯互连件114(图10中的框1014)。过程1000还包括将管芯102(1)、102(2)耦合到至少一个管芯互连件114(图10中的框1016)。
应当理解，本文使用的术语“顶部”、“上方”、“底部”、“下方”是相对术语，并不意味着限制或暗示严格取向。引用“顶部”的元件并不始终被定向在相对于地面引用“底部”的元件的上方，反之亦然。引用为“顶部”或“底部”的元件可以仅相对于该示例和所示出的特定示例在顶部或底部。引用为在另一元件“上方”或“下方”的元件不一定相对于地面，反之亦然。引用为“上方”或“下方”的元件可以仅相对于该示例和所示出的特定示例在所引用的另一元件的上方或下方。
可以在任何基于处理器的设备中提供包括封装衬底的管芯模块封装件或将该管芯模块封装件集成到任何基于处理器的设备中，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构以减小金属结构的金属刚度(包括但不限于图1至图3和图6至图9H中的封装衬底，并且根据图10中的示例性制造过程并且根据本文中所公开的任何方面)。不作为限制的示例包括：机顶盒、娱乐单元、导航设备、通信设备、固定位置数据单元、移动位置数据单元、全球定位系统(GPS)设备、移动电话、蜂窝电话、智能电话、会话发起协议(SIP)电话、平板电脑、平板手机、服务器、计算机、便携式计算机、移动计算设备、可穿戴计算设备(例如，智能手表、健康或健身跟踪器、眼镜等)、台式计算机、个人数字助理(PDA)、监视器、计算机监视器、电视机、调谐器、收音机、卫星无线电、音乐播放器、数字音乐播放器、便携式音乐播放器、数字视频播放器、视频播放器、数字视频光盘(DVD)播放器、便携式数字视频播放器、汽车、交通工具部件、航空电子系统、无人机以及多旋翼飞行器。
就此而言，图11示出了示例性无线通信设备1100，其包括由一个或多个IC 1102形成的RF部件，其中IC 1102中的任一者可被包括在IC封装件1103中。IC封装件1103可以包括管芯模块封装件，该管芯模块封装件包括封装衬底，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构以减小金属结构的金属刚度(包括但不限于图1至图3和图6至图9H中的封装衬底，并且根据图10中的示例性制造过程)。
作为示例，无线通信设备1100可以包括或设置在任何上述设备中。如图11所示，无线通信设备1100包括收发器1104和数据处理器1106。数据处理器1106可包括存储器以存储数据和程序代码。收发器1104包括支持双向通信的发射器1108和接收器1110。一般而言，无线通信设备1100可包括用于任何数量的通信系统和频带的任何数量的发射器1108和/或接收器1110。收发器1104的全部或一部分可被实现在一个或多个模拟IC、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。
可利用超外差架构或直接变频架构来实现发射器1108或接收器1110。在超外差架构中，信号在RF与基带之间多级变频，例如对于接收器1110而言，在一级中从RF到中频(IF)，然后在另一级中从IF到基带。在直接变频架构中，信号在一级中在RF和基带之间变频。超外差架构以及直接变频架构可以使用不同的电路块并且/或者具有不同的要求。在图11中的无线通信设备1100中，发射器1108和接收器1110是利用直接变频架构来实现的。
在发射路径中，数据处理器1106处理要被发射的数据并且向发射器1108提供I和Q模拟输出信号。在示例性无线通信设备1100中，数据处理器1106包括数模转换器(DAC)1112(1)、1112(2)以将由数据处理器1106生成的数字信号转换成I和Q模拟输出信号(例如，I和Q输出电流)以供进一步处理。
在发射器1108内，低通滤波器1114(1)、1114(2)分别对I和Q模拟输出信号进行滤波以移除由先前的数模转换引起的不期望信号。放大器(AMP)1116(1)、1116(2)分别放大来自低通滤波器1114(1)、1114(2)的信号并且提供I和Q基带信号。上变频器1118通过混频器1120(1)、1120(2)利用来自发射(TX)本地振荡器(LO)信号发生器1122的I和Q TX LO信号来对I和Q基带信号进行上变频，以提供上变频信号1124。滤波器1126对上变频信号1124进行滤波以移除由上变频引起的不期望信号以及接收频带中的噪声。功率放大器(PA)1128放大来自滤波器1126的上变频信号1124，以获得期望输出功率电平并且提供发射RF信号。发射RF信号被路由经过双工器或开关1130并且经由天线1132发射。
在接收路径中，天线1132接收由基站发射的信号并且提供接收RF信号，该接收RF信号被路由经过双工器或开关1130并且被提供到低噪声放大器(LNA)1134。双工器或开关1130被设计成利用特定的接收(RX)到TX双工器频率分隔来操作，使得RX信号与TX信号隔离。接收RF信号由LNA 1134放大并且由滤波器1136滤波，以获得期望RF输入信号。下变频混频器1138(1)、1138(2)将滤波器1136的输出与来自RX LO信号发生器1140的I和Q RX LO信号(即，LO_I和LO_Q)进行混频以生成I和Q基带信号。I和Q基带信号由AMP 1142(1)、1142(2)放大并且进一步由低通滤波器1144(1)、1144(2)滤波以获得I和Q模拟输入信号，该I和Q模拟输入信号被提供到数据处理器1106。在该示例中，数据处理器1106包括模数转换器(ADC)1146(1)、1146(2)以将模拟输入信号转换成要由数据处理器1106进一步处理的数字信号。
在图11的无线通信设备1100中，TX LO信号发生器1122生成用于上变频的I和Q TXLO信号，而RX LO信号发生器1140生成用于下变频的I和Q RX LO信号。每个LO信号是具有特定基频的周期性信号。TX锁相环路(PLL)电路1148从数据处理器1106接收定时信息，并且生成用于调整来自TX LO信号发生器1122的TX LO信号的频率和/或相位的控制信号。类似地，RX PLL电路1150从数据处理器1106接收定时信息，并且生成用于调整来自RX LO信号发生器1140的RX LO信号的频率和/或相位的控制信号。
图12示出了作为基于处理器的系统1200的无线通信设备的示例，其可包括管芯模块封装件，该管芯模块封装件包括封装衬底，该封装衬底包括具有由金属结构的金属材料中的空隙形成的空隙限定区段的一个或多个金属结构以减小金属结构的金属刚度(包括但不限于图1至图3和图6至图9H中的封装衬底，并且根据图10中的示例性制造过程并且根据本文中所公开的任何方面)。在该示例中，基于处理器的系统1200可被形成为IC封装件1202中的IC 1204并且被形成为片上系统(SoC)1206。基于处理器的系统1200包括中央处理单元(CPU)1208，该中央处理单元包括一个或多个处理器1210，该一个或多个处理器还可被称为CPU核心或处理器核心。CPU 1208可具有耦合到CPU 1208以用于对临时存储的数据进行快速访问的高速缓存存储器1212。CPU 1208耦合到系统总线1214，并且可将包括在基于处理器的系统1200中的主设备和从设备相互耦合。如众所周知的，CPU 1208通过在系统总线1214上交换地址、控制和数据信息来与这些其他设备通信。例如，CPU 1208可向作为从设备的示例的存储器控制器1216传达总线事务请求。尽管在图12中未示出，但可提供多个系统总线1214，其中每个系统总线1214构成不同的结构。
其他主设备和从设备可连接到系统总线1214。如图12中所示出的，作为示例，这些设备可包括包含存储器控制器1216和存储器阵列1218的存储器系统1220、一个或多个输入设备1222、一个或多个输出设备1224、一个或多个网络接口设备1226、以及一个或多个显示控制器1228。存储器系统1220、一个或多个输入设备1222、一个或多个输出设备1224、一个或多个网络接口设备1226、以及一个或多个显示控制器1228中的每一者可以在相同或不同的管芯模块封装件1202中提供。输入设备1222可包括任何类型的输入设备，包括但不限于输入键、开关、语音处理器等。输出设备1224可包括任何类型的输出设备，包括但不限于音频、视频、其他视觉指示器等。网络接口设备1226可以是被配置为允许去往以及来自网络1230的数据交换的任何设备。网络1230可以是任何类型的网络，包括但不限于有线或无线网络、私有或公共网络、局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN)、BLUETOOTHTM网络、以及互联网。网络接口设备1226可被配置为支持所期望的任何类型的通信协议。
CPU 1208还可被配置为通过系统总线1214访问显示控制器1228以控制发送给一个或多个显示器1232的信息。显示控制器1228经由一个或多个视频处理器1234向显示器1232发送要显示的信息，该视频处理器将要显示的信息处理成适于显示器1232的格式。作为示例，显示控制器1228和视频处理器1234可以作为IC被包括在相同或不同管芯模块封装件1202中、以及包含CPU 1208的相同或不同管芯模块封装件1202中。显示器1232可包括任何类型的显示器，包括但不限于阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器等。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文所公开的各方面描述的各种例示性逻辑框、模块、电路和算法可被实现为电子硬件、存储在存储器中或另一计算机可读介质中并由处理器或其他处理设备执行的指令、或这两者的组合。作为示例，本文中所描述的主设备和从设备可被用在任何电路、硬件部件、IC、或IC芯片中。本文中所公开的存储器可以是任何类型和大小的存储器，并且可被配置为存储所期望的任何类型的信息。为了清楚地示出这种互换性，上文已经围绕各种例示性部件、框、模块、电路和步骤的功能对它们进行了一般性描述。此类功能性如何被实现取决于具体应用、设计选择和/或加诸于整个系统上的设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实施所描述的功能性，但是此类实施决策不应被解释为导致背离本公开的范围。
结合本文中所公开的各方面描述的各种例示性逻辑框、模块以及电路可通过被设计成执行本文所描述的功能的处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或它们的任何组合来实现或执行。处理器可以是微处理器，但在另选方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合(例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置)。
本文中所公开的各方面可被实施在硬件和存储在硬件中的指令中，并且可驻留在例如随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的计算机可读介质中。示例性存储介质耦合到处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息以及向该存储介质写入信息。在另选方案中，存储介质可与处理器成一整体。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可驻留在远程站中。在另选方案中，处理器和存储介质可作为分立部件驻留在远程站、基站或服务器中。
还注意到，本文任何示例性方面中所描述的操作步骤是为了提供示例和讨论而被描述的。所描述的操作可按除了所示出的顺序之外的众多不同顺序来执行。此外，在单个操作步骤中描述的操作实际上可在多个不同步骤中执行。另外，可组合示例性方面中讨论的一个或多个操作步骤。将理解，如对本领域技术人员将显而易见的，可对在流程图中示出的操作步骤进行众多不同的修改。本领域技术人员将同样理解，可使用多种不同的技术和工艺中的任何一种来表示信息和信号。例如，可在贯穿上文的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或者它们的任何组合来表示。
提供本公开的先前描述以使本领域的任何技术人员能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中所定义的普适原理可被应用于其他变形。因此，本公开不旨在受限于本文描述的示例和设计，而是要符合与本文所公开的原则和新颖性特征相一致的最宽的范围。
在以下带编号条款中描述了具体实施的示例：
1.一种管芯模块封装件，包括：
封装衬底，所述封装衬底包括：
多个金属结构，所述多个金属结构在水平方向上彼此平行并且共享共同的垂直平面，
所述多个金属结构之中的每个金属结构包括：
具有第一热膨胀系数(CTE)的金属材料；
包括布置在所述金属结构中的多个空隙的空隙限定区段；
一个或多个金属互连件，每个金属互连件由所述金属结构中布置在所述多个空隙之中的相邻空隙之间的所述金属材料形成；和
具有第二CTE的电介质材料，所述电介质材料布置在所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的至少一个空隙中，所述电介质材料的所述第二CTE小于所述金属材料的所述第一CTE；
相邻于所述封装衬底布置的管芯；和
至少一个管芯互连件，每个管芯互连件耦合到所述管芯并且每个管芯互连件耦合到所述多个金属结构之中的至少一个金属结构的所述空隙限定区段中的所述一个或多个金属互连件之中的金属互连件。
2.根据条款1所述的管芯模块封装件，其中所述管芯的区域的至少一部分被定向到所述封装衬底以在垂直平面中至少部分地与所述封装衬底中的空隙限定区段重叠。
3.根据条款1-2中任一项所述的管芯模块封装件，其中：
所述封装衬底包括彼此平行的多个金属化层；并且
所述多个金属结构之中的每个金属结构布置在所述多个金属化层之中的不同金属化层中。
4.根据条款1-3中任一项所述的管芯模块封装件，其中：
所述多个金属结构之中的第一金属结构布置在所述多个金属化层之中的第一金属化层中；
所述多个金属结构之中的第二金属结构布置在所述多个金属化层之中不同于所述第一金属化层的第二金属化层中；并且
所述管芯模块封装件还包括：
穿过所述第一金属结构的所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的相应空隙布置的垂直互连通路(过孔)；
所述至少一个过孔中的每个过孔耦合到所述第二金属结构的空隙限定区段中的所述多个金属互连件之中的金属互连件。
5.根据条款1-4中任一项所述的管芯模块封装件，其中布置在所述金属结构中的所述多个空隙各自被所述金属结构中的所述金属材料完全包围并且耦合到所述金属材料。
6.根据条款1-5中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构中的每个金属结构包括地平面。
7.根据条款1-6中任一项所述的管芯模块封装件，其中每个金属结构中的所述多个空隙具有为所述金属结构的面积的至少百分之三十(30％)的面积。
8.根据条款1-7中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个空隙形成所述金属结构中的所述空隙限定区段的周界。
9.根据条款8所述的管芯模块封装件，其中所述多个空隙具有为所述周界的第二面积的至少百分之八十五(85％)的第一面积。
10.根据条款1-9中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述金属结构的所述空隙限定区段具有介于100兆帕(MPa)和50吉帕(GPa)之间的杨氏模量。
11.根据条款1-10中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述金属结构的所述金属材料的所述第一CTE介于每开尔文(K)百万分之(ppm)13(ppm/K)和24ppm/K之间。
12.根据条款11所述的管芯模块封装件，其中所述电介质材料的所述第二CTE介于4ppm/K和18ppm/K之间。
13.根据条款1-12中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙以重复图案形成在所述金属结构中。
14.根据条款1-13中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙中的每个空隙在第一轴的第一方向上具有相同的第一节距并且在与所述第一轴正交的第二轴的第二方向上具有相同的第二节距。
15.根据条款1-14中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙中的每个空隙包括在第一轴的第一方向上具有第一长度并且在与所述第一轴正交的第二轴的第二方向上具有第二长度的细长空隙，其中所述第二长度等于所述第一长度。
16.根据条款1-15中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙中的每个空隙包括在第一轴的第一方向上具有第一长度并且在与所述第一轴正交的第二轴的第二方向上具有第二长度的细长空隙，其中所述第二长度小于所述第一长度。
17.根据条款1-16中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构能够沿至少两个正交轴均匀变形。
18.根据条款17所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙具有相同的节距。
19.根据条款1-18中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙之中的空隙子集沿相同的轴伸长。
20.根据条款1-19中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述空隙限定区段是方形空隙限定区段，所述方形空隙限定区段包括沿形成所述空隙限定区段的周界的方形周界布置的多个直空隙。
21.根据条款1-20中任一项所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述空隙限定区段是圆形空隙限定区段，所述圆形空隙限定区段包括沿形成所述空隙限定区段的周界的圆形周界布置的多个凸空隙。
22.根据条款1-21中任一项所述的管芯模块封装件，其中对于所述多个金属结构之中的至少一个金属结构：
所述多个空隙之中的第一空隙包括：
与第一轴对齐的第一细长空隙部分；
与平行于所述第一轴的第二轴对齐的第二细长空隙部分；和
将所述第一细长空隙部分和所述第二细长空隙部分耦合的第三空隙部分；并且
所述多个空隙之中的第二空隙包括：
与所述第一轴对齐并且通过所述至少一个金属结构中的第一金属空隙部分与所述第一细长空隙部分隔开的第四细长空隙部分；
与所述第二轴对齐并且通过所述至少一个金属结构中的第二金属空隙部分与所述第一细长空隙部分隔开的第五细长空隙部分；和
将通过所述至少一个金属结构中的第三金属空隙部分隔开的所述第四细长空隙部分和所述第五细长空隙部分耦合的第六空隙部分；
所述第一金属空隙部分、所述第二金属空隙部分和所述第三金属空隙部分耦合在一起，形成所述金属互连件。
23.根据条款1-22中任一项所述的管芯模块封装件，所述管芯模块封装件集成到选自由以下项组成的组的设备中：机顶盒；娱乐单元；导航设备；通信设备；固定位置数据单元；移动位置数据单元；全球定位系统(GPS)设备；移动电话；蜂窝电话；智能电话；会话发起协议(SIP)电话；平板电脑；平板手机；服务器；计算机；便携式计算机；移动计算设备；可穿戴计算设备；台式计算机；个人数字助理(PDA)；监视器；计算机监视器；电视机；调谐器；收音机；卫星无线电；音乐播放器；数字音乐播放器；便携式音乐播放器；数字视频播放器；视频播放器；数字视频光盘(DVD)播放器；便携式数字视频播放器；汽车；交通工具部件；航空电子系统；无人机；以及多旋翼飞行器。
24.一种制造管芯模块封装件的方法，包括：
形成封装衬底，包括：
形成在水平方向上彼此平行并且共享共同的垂直平面的多个金属结构，所述多个金属结构之中的每个金属结构包括：
具有第一热膨胀系数(CTE)的金属材料；
包括布置在所述金属结构中的多个空隙的空隙限定区段；
一个或多个金属互连件，每个金属互连件由所述金属结构中布置在所述多个空隙之中的相邻空隙之间的所述金属材料形成；和
具有第二CTE的电介质材料，所述电介质材料布置在所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的至少一个空隙中，所述电介质材料的所述第二CTE小于所述金属材料的所述第一CTE；
形成至少一个管芯互连件，所述至少一个管芯互连件耦合到所述多个金属结构之中的至少一个金属结构的所述空隙限定区段中的所述一个或多个金属互连件之中的至少一个金属互连件；以及
将管芯耦合到所述至少一个管芯互连件。
25.根据条款24所述的方法，其中将所述管芯耦合到所述至少一个管芯互连件还包括将所述管芯的区域的至少一部分布置成被定向到所述封装衬底以在垂直平面中至少部分地与所述封装衬底中的所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的空隙限定区段重叠。
26.根据条款24-25中任一项所述的方法，还包括：
布置至少一个垂直互连通路(过孔)，每个垂直互连通路(过孔)穿过所述多个金属结构之中的第一金属结构的所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的相应空隙；以及
将所述至少一个过孔中的每个过孔耦合到所述多个金属结构之中的金属结构的第二空隙限定区段中的所述多个金属互连件之中的金属互连件。
27.根据条款24-26中任一项所述的方法，其中形成所述多个金属结构还包括在所述封装衬底中彼此平行的多个金属化层之中的不同金属化层中形成所述多个金属结构之中的每个金属结构。
28.根据条款24-27中任一项所述的方法，其中在所述金属结构中形成所述多个空隙还包括在所述金属结构中形成所述多个空隙，使得所述多个空隙各自被所述金属结构中的所述金属材料完全包围并且耦合到所述金属材料。
29.根据条款24-28中任一项所述的方法，其中在所述金属结构中形成所述多个空隙还包括在每个金属结构中形成所述多个空隙以消耗所述金属结构中为所述金属结构的面积的至少百分之三十(30％)的面积。
30.根据条款24-29中任一项所述的方法，其中所述金属结构的所述空隙限定区段具有介于100兆帕(MPa)和50吉帕(GPa)之间的杨氏模量。
31.根据条款24-30中任一项所述的方法，其中所述金属材料的所述第一CTE介于每开尔文(K)百万分之(ppm)13(ppm/K)和24ppm/K之间。
32.根据条款24-31中任一项所述的方法，其中所述电介质材料的所述第二CTE介于4ppm/K和18ppm/K之间。

Claims (32)

1.一种管芯模块封装件，包括：
封装衬底，所述封装衬底包括：
多个金属结构，所述多个金属结构在水平方向上彼此平行并且共享共同的垂直平面，
所述多个金属结构之中的每个金属结构包括：
具有第一热膨胀系数(CTE)的金属材料；
包括布置在所述金属结构中的多个空隙的空隙限定区段；
一个或多个金属互连件，每个金属互连件由所述金属结构中布置在所述多个空隙之中的相邻空隙之间的所述金属材料形成；和
具有第二CTE的电介质材料，所述电介质材料布置在所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的至少一个空隙中，所述电介质材料的所述第二CTE小于所述金属材料的所述第一CTE；
相邻于所述封装衬底布置的管芯；和
至少一个管芯互连件，每个管芯互连件耦合到所述管芯并且每个管芯互连件耦合到所述多个金属结构之中的至少一个金属结构的所述空隙限定区段中的所述一个或多个金属互连件之中的金属互连件。
2.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述管芯的区域的至少一部分被定向到所述封装衬底以在垂直平面中至少部分地与所述封装衬底中的空隙限定区段重叠。
3.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中：
所述封装衬底包括彼此平行的多个金属化层；并且
所述多个金属结构之中的每个金属结构布置在所述多个金属化层之中的不同金属化层中。
4.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中：
所述多个金属结构之中的第一金属结构布置在所述多个金属化层之中的第一金属化层中；
所述多个金属结构之中的第二金属结构布置在所述多个金属化层之中不同于所述第一金属化层的第二金属化层中；并且
所述管芯模块封装件还包括：
穿过所述第一金属结构的所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的相应空隙布置的垂直互连通路(过孔)；
所述至少一个过孔中的每个过孔耦合到所述第二金属结构的空隙限定区段中的所述多个金属互连件之中的金属互连件。
5.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中布置在所述金属结构中的所述多个空隙各自被所述金属结构中的所述金属材料完全包围并且耦合到所述金属材料。
6.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构中的每个金属结构包括地平面。
7.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中每个金属结构中的所述多个空隙具有为所述金属结构的面积的至少百分之三十(30％)的面积。
8.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个空隙形成所述金属结构中的所述空隙限定区段的周界。
9.根据权利要求8所述的管芯模块封装件，其中所述多个空隙具有为所述周界的第二面积的至少百分之八十五(85％)的第一面积。
10.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述金属结构的所述空隙限定区段具有介于100兆帕(MPa)和50吉帕(GPa)之间的杨氏模量。
11.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述金属结构的所述金属材料的所述第一CTE介于每开尔文(K)百万分之(ppm)13(ppm/K)和24ppm/K之间。
12.根据权利要求11所述的管芯模块封装件，其中所述电介质材料的所述第二CTE介于4ppm/K和18ppm/K之间。
13.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙以重复图案形成在所述金属结构中。
14.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙中的每个空隙在第一轴的第一方向上具有相同的第一节距并且在与所述第一轴正交的第二轴的第二方向上具有相同的第二节距。
15.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙中的每个空隙包括在第一轴的第一方向上具有第一长度并且在与所述第一轴正交的第二轴的第二方向上具有第二长度的细长空隙，其中所述第二长度等于所述第一长度。
16.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙中的每个空隙包括在第一轴的第一方向上具有第一长度并且在与所述第一轴正交的第二轴的第二方向上具有第二长度的细长空隙，其中所述第二长度小于所述第一长度。
17.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构能够沿至少两个正交轴均匀变形。
18.根据权利要求17所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙具有相同的节距。
19.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述多个空隙之中的空隙子集沿相同的轴伸长。
20.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述空隙限定区段是方形空隙限定区段，所述方形空隙限定区段包括沿形成所述空隙限定区段的周界的方形周界布置的多个直空隙。
21.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的所述空隙限定区段是圆形空隙限定区段，所述圆形空隙限定区段包括沿形成所述空隙限定区段的周界的圆形周界布置的多个凸空隙。
22.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，其中对于所述多个金属结构之中的至少一个金属结构：
所述多个空隙之中的第一空隙包括：
与第一轴对齐的第一细长空隙部分；
与平行于所述第一轴的第二轴对齐的第二细长空隙部分；和
将所述第一细长空隙部分和所述第二细长空隙部分耦合的第三空隙部分；并且
所述多个空隙之中的第二空隙包括：
与所述第一轴对齐并且通过所述至少一个金属结构中的第一金属空隙部分与所述第一细长空隙部分隔开的第四细长空隙部分；
与所述第二轴对齐并且通过所述至少一个金属结构中的第二金属空隙部分与所述第一细长空隙部分隔开的第五细长空隙部分；和
将通过所述至少一个金属结构中的第三金属空隙部分隔开的所述第四细长空隙部分和所述第五细长空隙部分耦合的第六空隙部分；
所述第一金属空隙部分、所述第二金属空隙部分和所述第三金属空隙部分耦合在一起，形成所述金属互连件。
23.根据权利要求1所述的管芯模块封装件，所述管芯模块封装件集成到选自由以下项组成的组的设备中：机顶盒；娱乐单元；导航设备；通信设备；固定位置数据单元；移动位置数据单元；全球定位系统(GPS)设备；移动电话；蜂窝电话；智能电话；会话发起协议(SIP)电话；平板电脑；平板手机；服务器；计算机；便携式计算机；移动计算设备；可穿戴计算设备；台式计算机；个人数字助理(PDA)；监视器；计算机监视器；电视机；调谐器；收音机；卫星无线电；音乐播放器；数字音乐播放器；便携式音乐播放器；数字视频播放器；视频播放器；数字视频光盘(DVD)播放器；便携式数字视频播放器；汽车；交通工具部件；航空电子系统；无人机；
以及多旋翼飞行器。
24.一种制造管芯模块封装件的方法，包括：
形成封装衬底，包括：
形成在水平方向上彼此平行并且共享共同的垂直平面的多个金属结构，所述多个金属结构之中的每个金属结构包括：
具有第一热膨胀系数(CTE)的金属材料；
包括布置在所述金属结构中的多个空隙的空隙限定区段；
一个或多个金属互连件，每个金属互连件由所述金属结构中布置在所述多个空隙之中的相邻空隙之间的所述金属材料形成；和
具有第二CTE的电介质材料，所述电介质材料布置在所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的至少一个空隙中，所述电介质材料的所述第二CTE小于所述金属材料的所述第一CTE；
形成至少一个管芯互连件，所述至少一个管芯互连件耦合到所述多个金属结构之中的至少一个金属结构的所述空隙限定区段中的所述一个或多个金属互连件之中的至少一个金属互连件；以及
将管芯耦合到所述至少一个管芯互连件。
25.根据权利要求24所述的方法，其中将所述管芯耦合到所述至少一个管芯互连件还包括将所述管芯的区域的至少一部分布置成被定向到所述封装衬底以在垂直平面中至少部分地与所述封装衬底中的所述多个金属结构之中的至少一个金属结构中的空隙限定区段重叠。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：
布置至少一个垂直互连通路(过孔)，每个垂直互连通路(过孔)穿过所述多个金属结构之中的第一金属结构的所述空隙限定区段中的所述多个空隙之中的相应空隙；以及
将所述至少一个过孔中的每个过孔耦合到所述多个金属结构之中的金属结构的第二空隙限定区段中的所述多个金属互连件之中的金属互连件。
27.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述多个金属结构还包括在所述封装衬底中彼此平行的多个金属化层之中的不同金属化层中形成所述多个金属结构之中的每个金属结构。
28.根据权利要求24所述的方法，其中在所述金属结构中形成所述多个空隙还包括在所述金属结构中形成所述多个空隙，使得所述多个空隙各自被所述金属结构中的所述金属材料完全包围并且耦合到所述金属材料。
29.根据权利要求24所述的方法，其中在所述金属结构中形成所述多个空隙还包括在每个金属结构中形成所述多个空隙以消耗所述金属结构中为所述金属结构的面积的至少百分之三十(30％)的面积。
30.根据权利要求24所述的方法，其中所述金属结构的所述空隙限定区段具有介于100兆帕(MPa)和50吉帕(GPa)之间的杨氏模量。
31.根据权利要求24所述的方法，其中所述金属材料的所述第一CTE介于每开尔文(K)百万分之(ppm)13(ppm/K)和24ppm/K之间。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述电介质材料的所述第二CTE介于4ppm/K和18ppm/K之间。
CN202280056728.9A 2021-09-09 2022-07-01 在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关方法 Pending CN117836937A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/470,961 2021-09-09
US17/470,961 US20230076844A1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 Semiconductor die module packages with void-defined sections in a metal structure(s) in a package substrate to reduce die-substrate mechanical stress, and related methods
PCT/US2022/073351 WO2023039312A1 (en) 2021-09-09 2022-07-01 Semiconductor die module packages with void-defined sections in a metal structure(s) in a package substrate to reduce die-substrate mechanical stress, and related methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117836937A true CN117836937A (zh) 2024-04-05

Family

ID=83050029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280056728.9A Pending CN117836937A (zh) 2021-09-09 2022-07-01 在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230076844A1 (zh)
EP (1) EP4399744A1 (zh)
JP (1) JP2024533137A (zh)
KR (1) KR20240057407A (zh)
CN (1) CN117836937A (zh)
TW (1) TW202312416A (zh)
WO (1) WO2023039312A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003168848A (ja) * 2001-11-30 2003-06-13 Nec Kansai Ltd 配線基板
EP1905080A1 (en) * 2005-06-30 2008-04-02 SanDisk Corporation Method of reducing warpage in an over-molded ic package
US20100263914A1 (en) * 2009-04-16 2010-10-21 Qualcomm Incorporated Floating Metal Elements in a Package Substrate
US9659884B2 (en) * 2015-08-14 2017-05-23 Powertech Technology Inc. Carrier substrate
US9978699B1 (en) * 2017-04-07 2018-05-22 Dr Technology Consulting Company, Ltd. Three-dimensional complementary-conducting-strip structure
JP7357436B2 (ja) * 2017-04-10 2023-10-06 日東電工株式会社 撮像素子実装基板、その製造方法、および、実装基板集合体
JP7407498B2 (ja) * 2017-09-15 2024-01-04 日東電工株式会社 配線回路基板およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4399744A1 (en) 2024-07-17
TW202312416A (zh) 2023-03-16
KR20240057407A (ko) 2024-05-02
US20230076844A1 (en) 2023-03-09
WO2023039312A1 (en) 2023-03-16
JP2024533137A (ja) 2024-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116457924A (zh) 采用正面后段（fs-beol）到背面后段（bs-beol）堆叠以进行三维（3d）裸片堆叠的集成电路（ic）封装和相关制造方法
CN116802800A (zh) 具有将无源组件耦合至封装衬底的导电迹线的导电柱的芯片模块
TW202306094A (zh) 在晶粒－基板支起腔中採用晶粒到晶粒（ｄ２ｄ）連接的拆分式晶粒積體電路（ｉｃ）封裝及相關製造方法
KR20240008851A (ko) 집적 회로 다이의 상호연결 층 상의 층간 매체 내 딥 트렌치 커패시터들 및 관련 방법들
US20230114404A1 (en) Embedded trace substrate (ets) with embedded metal traces having multiple thickness for integrated circuit (ic) package height control
CN118056277A (zh) 采用耦合到管芯侧嵌入式迹线基板（ets）层中的嵌入式金属迹线的补充金属层的集成电路（ic）封装以及相关的制造方法
TW202329347A (zh) 採用具有雙面嵌入式跡線基板（ｅｔｓ）的封裝基板的積體電路（ｉｃ）封裝以及相關製造方法
CN117957654A (zh) 用于支持较高连接密度的多管芯集成电路封装及相关制造方法
CN117836937A (zh) 在封装衬底中的金属结构中具有空隙限定区段以减小管芯-衬底机械应力的半导体管芯模块封装件及相关方法
TW202335240A (zh) 採用轉用晶種層形成至後端製程（ｂｅｏｌ）結構的額外信號路徑的半導體晶粒、以及相關積體電路（ｉｃ）封裝和製造方法
KR20230053604A (ko) 기판 상에 내장형 트레이스 기판(ets) 층을 갖는 집적 회로(ic) 패키지 기판, 및 관련 제조 방법들
US20240203938A1 (en) Integrated bare die package, and related fabrication methods
US20240250009A1 (en) EMBEDDED TRACE SUBSTRATES (ETSs) WITH T-SHAPED INTERCONNECTS WITH REDUCED-WIDTH EMBEDDED METAL TRACES, AND RELATED INTEGRATED CIRCUIT (IC) PACKAGES AND FABRICATION METHODS
US20240206066A1 (en) Hybrid circuit board device to support circuit reuse and method of manufacture
US11769732B2 (en) Integrated circuit (IC) with reconstituted die interposer for improved connectivity, and related methods of fabrication
US20240355712A1 (en) Substrate(s) for an integrated circuit (ic) package employing a metal core for improved electrical shielding and structural strength, and related ic packages and fabrication methods
TW202406042A (zh) 在封裝基板之上採用引線接合通道的積體電路（ｉｃ）封裝及相關製造方法
US20230059431A1 (en) Stacked die integrated circuit (ic) package employing interposer for coupling an upper stacked die(s) to a package substrate for package height reduction, and related fabrication methods
CN117999649A (zh) 具有用于集成电路（ic）封装高度控制的具有多种厚度的嵌入式金属迹线的嵌入式迹线基板（ets）
WO2024220253A1 (en) A substrate(s) for an integrated circuit (ic) package employing a metal core for improved electrical shielding and structural strength, and related ic packages and fabrication methods
KR20230153373A (ko) 고밀도 다이 간(d2d) 상호연결들을 포함하는 ic 패키지들 및 다중-행 열 다이 상호연결들을 갖는 집적 회로(ic)들
CN118284965A (zh) 具有管芯侧嵌入、面朝上的深沟槽电容器（dtc）的封装基板及相关集成电路（ic）封装件和制造方法
TW202412247A (zh) 採用具有對準的外部互連的電容器中介層基板的積體電路（ｉｃ）封裝以及相關製造方法
KR20240057415A (ko) 감소된 신호 경로 임피던스를 위해 ETS 기반 기판의 매립 금속 트레이스들에 대해 추가 금속을 이용하는 IC(integrated circuit) 패키지 및 관련 제조 방법들

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