专利名称：纳米管基的定向传导粘合剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路器件和方法，更具体地，涉及包含粘合剂产品的应用。
背景技术：
集成电路工业已经经历允许电路密度和复杂度的显著增加、并且同样地允许电路部件和电路布置尺寸的显著减小的技术进步。这些技术进步已经同样传播了工业和对采用高密度、复杂度和紧凑集成电路器件的产品的相应需求中的显著增长。
为了满足这种高密度和高功能性的需要，在芯片的外部以及在容纳芯片并且用于将已封装的器件连接在一起的半导体封装的外部，电路芯片实现了增加的数目的外部电连接。因为对速度和效率的更高的需求随着许多应用而传播，与电路芯片的连接的导电性(以及任何相关联的损耗和延迟)已经变得日益重要。已经将外部实现的连接器用于电连接不同的电路部件，例如结合的芯片、倒装芯片、封装衬底、球栅阵列(BGA)衬底和针栅阵列(PGA)衬底。这些电连接有利于用于多种目的电路部件之间的信号传送。然而，在满足这些其他因素的同时，实现所需电路连接特性已经变得具有挑战性。
此外，常常需要更多的功率消耗，以便向这些增加数目的电路供电。增加的密度和/或功率消耗通常导致增加的热产生，这可能对电路部件造成潜在的问题。此外，随着电路布置(并且相应地，与电路布置相关联的部件)的尺寸减小，这些电路布置通常处于增加的热相关应力下。
发明内容
这些和其他困难对实现用于多种应用的电路衬底提出了挑战。
本发明的不同方面包括在集成电路和其它器件中实现的电路连接方法。将本发明在许多实现和应用中进行示范，其中的一些总结如下。
根据一个示例实施例，可以将碳纳米管用于将集成电路管芯(die)电连接到诸如封装衬底之类的外部电路。
在本发明的另一个示例实施例中，在带状粘合剂类型的材料中实现碳纳米管，其中相对于带状粘合剂类型材料的长度，碳纳米管沿大体垂直的方向排列。
在一个实现中，将上面讨论的带状粘合剂类型的材料设置在集成电路器件之间，其中碳纳米管电连接所述集成电路器件。例如，该方法可应用于垂直设置的集成电路器件，其中将带状粘合剂类型的材料设置在集成电路器件的相对表面之间，并且沿其表面延伸，并且碳纳米管沿垂直方向延伸。在一些应用中，将带状粘合剂类型的材料设置在所述集成电路器件(例如，管芯和衬底)的相对表面处的互连线之间，其中碳纳米管与所述互连线电连接。
在其他示例实施例中，利用倒装芯片器件、传统器件、引线框和其他以及不同的连接方法，制造和/或实现了各种器件和方法，所述连接方法包括与器件表面接触的直接连接以及经由诸如采用引线框实现的连接器的间接连接。
本发明的以上总结并非意欲描述本发明的每一个示出的实施例或每一个实现。以下的附图和详细描述将更加具体地解释这些实施例。
结合附图考虑对本发明的不同实施例的以下详细描述，将更加全面地理解本发明，其中图1示出了根据本发明的示例实施例、定向传导带状类型材料的剖面图；图2示出了根据本发明的另一个示例实施例、与碳纳米基带状材料相连的集成电路封装布置的剖面图；图3示出了根据本发明的另一个示例实施例的、具有分别与碳纳米基带状材料相连的精细间距连接器的集成电路封装布置的剖面图；以及图4是根据本发明的另一个示例实施例、用于制造集成电路器件的方法的流程图。
具体实施例方式
尽管本发明可接受不同的修改和替代形式，在图中已经通过示例方式示出了其特定形式，并且将详细地描述。然而，应该理解的是，本发明不局限于所述具体的实施例。相反，本发明意欲覆盖落在如所附权利要求所限的本发明范围之内的全部修改、等价物和替代物。
相信本发明可以应用于包括和/或受益于集成电路部件的电连接的各种电路和方法。尽管本发明没有必要局限于这些应用，通过对这种情况中的示例的讨论，可以最佳地获得本发明的不同方面的评价。
根据本发明的示例实施例，将碳纳米管沿设置在定向传导的带状类型材料中，用于带状类型材料表面之间的电和热传导。带状类型的材料具有长度、宽度和厚度，并且将碳纳米管沿大体与长度和宽度垂直的方向、沿厚度的方向进行设置。在一些例子中，例如粘合剂、塑料和/或带状支架中的绝缘材料的基体材料将设置中的碳纳米管隔开。
根据本发明的另一个示例实施例，碳纳米管增强型导电带适合于电连接集成电路部件。所述带具有长度、宽度和厚度，粘合剂材料相对于厚度位于所述带的相对表面处(即，当长度和宽度侧面取向时，带的上表面和下表面包括粘合剂材料)。当被放置在集成电路部件之间时，如管芯之间、倒装芯片应用中的管芯和衬底之间、或互连之间，粘合剂材料将带粘合到集成电路部件中，因此所述带将集成电路部件粘合到一起。
碳纳米管(即，细丝(filaments))沿所述带的大体厚度的方向延伸，其中单个的碳纳米管在所述带的相对表面每一个之间延伸。在将所述带放置在诸如互连之类的导体上时，碳纳米管与其形成电接触。在每一个集成电路上的相对的互连彼此对齐时，所述带中的碳纳米管电连接相对的互连。
在另一个示例实施例中，具有横跨厚度延伸的垂直设置的碳纳米管的粘合剂带具有侧向的碳纳米管，设置成连接横跨粘合剂带的厚度延伸的碳纳米管。利用这种方法，形成电连接以偏移跨越所述带的位置。在这方面，例如，当将带状粘合剂类型材料连接到相对的集成电路部件时，可以使用纳米管之间的连接来电连接集成电路部件上的偏移连接器(offsetconnectors)。
在一些示例实施例中，将碳纳米管以相对精细的间距(碳纳米管之间较小的距离)横跨粘合剂带的厚度而设置。采用这些实施例实现的碳纳米管比他们的宽度长得多。在这方面，当将所述带用于将集成电路部件连接在一起时，碳纳米管有利于紧密的设置以及相应地紧密设置的连接器之间的连接。在一些应用中，如用于将集成电路管芯与BGA衬底相连，将碳纳米管按照小于约150微米的侧向间隔(间距)进行设置，并且在其他例子中，按照小于100微米的侧向间隔进行设置。在其他相对较小规模的应用中，如用于连接具有使用光刻技术形成的导体的衬底，将碳纳米管按照小于10微米的间距进行设置。在相对较小的其他应用中，实现了小于约1微米的碳纳米管间距，以及仍然在其他应用中，实现了小于10纳米的碳纳米管间距。利用这些方法，有利于多种不同类型电路连接器之间的连接。
如本文所述的用于粘合剂带状类型材料的碳纳米管可以使用各种方法设置为带状。在一些实现中，将碳纳米管从在所述带中使用的材料沿大体垂直方向生长。将催化剂材料设置在需要生长的地方，并且将含碳气体引入到催化剂材料。碳纳米管通常远离催化材料延伸生长。在生长之后，将碳纳米管周围的区域用基体材料填充，例如所述基体材料包括粘合剂、柔顺塑料(compliant plastics)和绝缘材料中的一种或更多种。例如，使用粘合剂基体材料和/或在表面添加粘合剂材料，所述带的表面设置有粘合剂。
在其他实现中，将碳纳米管生长并且隔开用于粘合剂带。将已隔开的碳纳米管相对于所述带的长度垂直设置，并且将已分离的碳纳米管周围的区域如上所述进行填充。
关于碳纳米管的一般信息和关于可以结合本发明示例实施例实现的碳纳米管生长方法的特定信息，可以参考M.S.Dresselhaus，G.Dresselhaus和P.C.Eklund的“Science of Fullerenes and CarbonNanotubes”(Academic Press，San Diego，1996)，通过引用将其全文结合在本文中。
现在转至图1，图1示出了根据本发明示例实施例、定向传导带状类型材料100的剖面图。带状类型材料100分别具有上表面和下表面102和104，几个碳纳米管在上表面和下表面之间延伸。碳纳米管110、112、114和116如剖面图所示，其中附加的碳纳米管111、113、115和117示出上部暴露的部分，全部均由基体材料120绝缘。碳纳米管沿带状类型材料100的厚度方向延伸，由维度“t”表示并且相对所述带的侧向“L”和宽度方向“W”沿大体垂直的方向延伸。
碳纳米管从带状类型材料100的上表面102到下表面104延伸，并且横跨厚度“t”传热和导电。基体材料120使碳纳米管绝缘，因此减轻了(例如，减小、阻止或防止)带状类型材料100的侧向和宽度方向(“L”和“W”)的传导。
在一些实现中，上表面102和/或下表面104(分别)包括粘合剂材料，用于粘合集成电路部件，例如芯片或衬底。在一些应用中，在表面102和104的一侧或两侧形成独立的粘合剂材料。在一些应用中，基体材料120是粘合剂。
取决于应用、可用材料和所需特性，基体材料20包括多种材料的一种或更多。如上所述，基体材料120可以包括粘合剂材料以便于连接到集成电路部件。在这方面，可以使用多种粘合剂。在应用理想地包括柔性带状类型材料的情况下，基体材料120通常是柔性材料。在对集成电路部件的不均匀表面实现带状类型材料100的情况下，或者在柔软材料不另外要求时，基体材料120是适应性材料，适合于推或挤压在集成电路部件的表面结构中和/或周围。利用这些和其他方法，用于基体材料120的材料可以包括以下的一种或更多塑料、粘合剂、胶水、环氧树脂、热塑性塑料、硅树脂、油脂、油或树脂。另外，在基体材料120中选择性地使用填充材料用于多种目的，如稳定性或热传导性，并且填充材料可以包括诸如硅石(silica)和碳纳米管粉末之类的材料。
在另一个示例实施例中，在带状类型材料100的碳纳米管之间形成侧向导电连接。作为示例(并且因此如虚线所示)，侧向导电连接器130在碳纳米管110和112之间延伸。可以使用碳纳米管或其他导电材料实现侧向导电连接器130。另外，侧向导电连接器可以延伸以连接三个或更多的碳纳米管、沿宽度“W”方向连接碳纳米管、或者连接非相邻的碳纳米管(例如，连接碳纳米管110和114而无需连接碳纳米管112)。
图2示出了根据本发明的另一个示例实施例、与碳纳米基带状材料210相连的集成电路封装布置200的剖面图。可以使用结合图1中的带状类型材料100所讨论的类似方法来实现所述带210。采用导体(即，互连)222和232，将相对的集成电路部件220和230分别设置成彼此面对并且由带210隔开。
当将各个集成电路部件220和230与其间的带210压在一起时，带210中的碳纳米管电连接导体222和232。有代表性的碳纳米管212、214、216和218示出为沿大体垂直方向延伸，并且相应地在集成电路部件220和230之间沿垂直方向传导(电和/或热)。将碳纳米管隔开间距(即距离)“p”，所述间距“p”由于碳纳米管的相对纳米级尺寸而是有利的。可以选择间距“p”以适合具体的需要，如用于提供与相对紧密的侧向连接器的连接，而不必电连接连接器。以下参考图3进一步讨论相对于其间距“p”包括碳纳米管的选择和设置的另外示例。
可以将集成电路部件220和230设置用于多种应用，如倒装芯片应用、管芯到衬底应用、以及不同部件或芯片上的互连之间的其他一般连接。例如，在采用倒转芯片应用实现的情况下，集成电路部件220是倒装芯片管芯，而集成电路部件230是封装衬底，其中碳纳米管212、214、216和218将集成电路管芯的电路侧222与封装衬底232电连接。对于引线框方法，集成电路部件220和230可以分别用集成电路管芯和引线框来实现。
在另一个示例实施例中，将导电焊盘240设置在导体232处。导电焊盘包括具有延性金属，具有有利于将碳纳米管212、214、216和218末端嵌入导电焊盘中的特性。碳纳米管的这种嵌入有利于碳纳米管和导体232之间的导电连接，另外，还可以实现加强带210和集成电路部件230之间的物理连接。关于碳纳米管导体的一般信息以及关于将碳纳米管嵌入到导体中的具体信息，可以参考同时递交的美国临时专利申请No.US779265/US 779253，并且通过引用将其全文结合在本文中。
图3示出了根据本发明的另一个示例实施例、具有独立地与碳纳米基带状材料相连的精细间距连接器的集成电路封装布置300的剖面图。集成电路封装布置300分别具有上集成电路部件320和下集成电路部件330，其中电路连接器彼此面对。碳纳米管基带310位于上集成电路部件320和下集成电路部件330之间，在选定位置处将集成电路部件电连接在一起。这种带310可以使用与结合图1在上文讨论的方法类似的方法来实现。
上集成电路部件320具有互连322和324，并且下集成电路部件330具有相应的互连332和334。碳纳米管基带310具有垂直设置的碳纳米管312和314，分别设置用于将互连322和332连接在一起以及将互连324和334连接在一起。碳纳米管312和314(以及带中的其他碳纳米管，所示为一部分剖面)按照间距“p”间隔，所述间距“p”有利于每一个集成电路部件上的相邻互连的独立连接。即，带310的性质促进垂直传导，并且减轻或阻止侧向传导，使得可以在分别在互连322和332之间以及互连324和334之间按照相对较小的间距实现独立的连接。在一些应用中，间距“p”小于约100微米(例如，用于集成电路芯片到BGA衬底的连接)。在其他应用中，间距“p”小于约1微米，并且另外在诸如集成电路管芯到管芯连接之类的其他应用中，间距“p”小于约10纳米。
图4是根据本发明的另一个示例实施例、用于制造集成电路器件的方法的流程图。在块410中，将催化剂生长位置设置在下部带状材料上，如外带表面类型材料。催化剂生长位置按照为与集成电路部件相连而选定的间距或距离间隔开(例如，所述间距与特定集成电路芯片上的集成电路连接器之间的距离相对应)。在块420中，在促进碳纳米管生长的情况下，将含碳气体引入到催化剂材料(例如，经由化学气相沉积CVD)。在块430中，从每一个生长位置生长碳纳米管，并且在块440时，在已生长的碳纳米管周围形成绝缘带基材料。例如，可以使用以上讨论材料的一种或更多实现所述绝缘带基材料，在减少或阻止沿大体侧向(即，碳纳米管之间)的导电的同时，有利于带基材料与集成电路部件的连接。
在生长碳纳米管并且将带基材料填充在碳纳米管周围之后，所述带准备用于实现集成电路部件。在这方面，在块450时，将所述带设置在集成电路部件之间，其中已生长的碳纳米管与集成电路部件上面对的连接器对齐(例如，如图2和图3所示)。在块460时，将集成电路部件压在一起，其中已对齐的碳纳米管与已对齐的面对的连接器电接触。在一些应用中，在块460时的施压包括按照与结合图2的材料240所讨论的类似方法，将碳纳米管的一端或两端嵌入到延性材料中。一旦压到一起，所述带有利于集成电路部件之间的方向特定的传导，促进集成电路部件上的已对齐连接器之间的热和电传导。
上述和图示的不同实施例仅通过举例说明的方式提供，并且不应该将其解释为限制本发明。基于以上讨论和说明，本领域的普通技术人员应该易于理解，在没有严格地遵循这里所示和所述电学实施例和应用的情况下，可以做出不同的修改和变化。例如，可以用与碳不同或除了碳之外的材料实现碳纳米管，例如硼。此外，通过示例方式讨论的界面布置可以由多种不同类型的材料、设置和取向来实现。这些修改和变化没有脱离本发明的真实精神和范围。
权利要求
1.一种定向传导的粘合剂带状布置(100)，包括带基材料(120)，侧向延伸并且具有相对的上表面(102)和下表面(104)；多个大致平行的碳纳米管(110-117)，位于带基材料中，并且在相对的表面之间延伸；以及其中，将带基材料和碳纳米管设置成在相对表面之间导电，以及用于阻止带基材料中的侧向导电。
2.根据权利要求1所述的布置，还包括位于相对的上表面和下表面处的粘合剂层。
3.根据权利要求2所述的布置，其中，所述带基材料包括粘合剂层。
4.根据权利要求1所述的布置，其中，所述带基材料是电绝缘的。
5.根据权利要求4所述的布置，所述带基材料的电绝缘特征阻止带基材料中的侧向导电。
6.根据权利要求1所述的布置，其中，所述带基材料具有长度、宽度和厚度，所述长度和宽度在大致的公共平面中侧向延伸，并且所述厚度大致与公共平面垂直地延伸，并且其中，所述碳纳米管沿厚度的方向延伸。
7.根据权利要求1所述的布置，其中，将至少一些碳纳米管按照小于约1微米的间距间隔开。
8.根据权利要求1所述的布置，其中，将至少一些碳纳米管按照小于约10纳米的间距间隔开。
9.一种集成电路布置(200)，包括上集成电路部件(220)和下集成电路部件(230)，每一个部件在面向另一个集成电路部件的外表面处均具有导电连接器(222、232)；以及定向传导带(210)，连接在所述上集成电路部件和所述下集成部件之间，并且侧向延伸，所述定向传导带包括上表面和下表面；多个碳纳米管(212、214、216、218)，在所述上表面和所述下表面之间垂直地延伸，并且适合于在所述上集成电路部件和所述下集成电路部件上的导电连接器之间导电；以及绝缘基体材料，位于所述碳纳米管的侧向周围，并且适合于使所述碳纳米管电绝缘。
10.根据权利要求9所述的布置，其中，所述绝缘基体材料阻止所述带中的侧向导电。
11.根据权利要求9所述的布置，其中，所述绝缘基体材料包括至少以下一种塑料、硅树脂、环氧树脂、热塑性塑料和胶水。
12.根据权利要求9所述的布置，其中，至少一些碳纳米管按照小于约1微米的间距间隔开。
13.根据权利要求9所述的布置，其中，至少一些碳纳米管按照小于约10纳米的间距间隔开。
14.根据权利要求9所述的布置，其中，所述定向传导带的上表面和下表面的至少一个是粘合剂材料，被配置和设置成用于粘合到集成电路部件之一。
15.根据权利要求9所述的布置，其中，位于至少一个集成电路部件的外表面处的导电连接器是互连。
16.根据权利要求9所述的布置，其中，位于至少一个集成电路部件的外表面处的导电连接器是与所述至少一个集成电路部件中的电路电连接的导电焊盘。
17.根据权利要求16所述的布置，其中，将至少一个碳纳米管的一端嵌入到导电连接器中。
18.根据权利要求17所述的布置，其中，通过所述至少一个碳纳米管的端部的嵌入，将所述定向传导带粘合到所述至少一个集成电路部件上。
19.根据权利要求17所述的布置，其中，将多个碳纳米管嵌入到上集成电路部件和下集成电路部件处的各自导电连接器中。
20.根据权利要求17所述的布置，其中，将所述碳纳米管嵌入到导电连接器的延性金属中。
21.根据权利要求9所述的布置，其中，所述上电路部件是集成电路管芯，以及所述下电路部件是衬底。
22.根据权利要求21所述的布置，其中，所述上电路部件是具有电路侧、相对的背面侧和位于所述电路侧的外表面处的多个连接器的倒装芯片管芯，并且，其中所述下电路部件是适合于与倒转芯片管芯电连接的封装衬底，所述倒装芯片管芯的电路面朝下位于所述带上。
23.根据权利要求9所述的布置，其中，碳纳米管的相邻碳纳米管将上集成电路部件的外表面处的不同导电连接器与下集成电路部件的不同导电连接器相连。
24.一种用于制造集成电路布置的方法，所述方法包括提供多个大致平行的碳纳米管(410、420、430)；在所述碳纳米管周围形成带基材料(440)，并且带基材料(440)使所述碳纳米管绝缘，所述带基材料具有相对的上表面和下表面，并且沿大致侧面的方向延伸，所述碳纳米管在所述上表面和所述下表面之间延伸；将所述带基材料布置在所述上集成电路部件和所述下集成电路部件之间(450)，并且采用带基材料中的碳纳米管，将所述上集成电路部件上的外部连接器与下集成电路布置上的外部导体相连(460)。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述带基材料和所述碳纳米管被配置和设置成沿基本垂直的方向导电，并且阻止沿侧向的导电。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，提供多个大致平行的碳纳米管包括在下部带基材料上设置催化剂材料；以及从催化剂材料沿大致平行的方向生长碳纳米管。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，形成所述带基材料包括在生长碳纳米管之后，在所述下部带基材料上形成带基材料。
28.根据权利要求24所述的方法，还包括在所述带基材料的表面处形成粘合剂材料；以及采用所述粘合剂将所述带基材料与上集成电路部件和下集成电路部件之一相连。
29.根据权利要求24所述的方法，还包括通过将至少一个碳纳米管的一端嵌入到上集成电路部件和下集成电路部件至少之一处的导体中，将所述带基材料与上集成电路部件和下集成电路部件的至少之一相连。
全文摘要
一种带状粘合剂类型材料定向传导。根据本发明的示例实施例，将碳纳米管(212、214、216、218)按照大体平行的布置配置在带基类型材料(210)中。所述碳纳米管沿其大体平行方向传导(例如导电和/或导热)，并且所述带基类型材料阻止沿大体侧向的传导。在一些实现中，将所述带基材料设置在所述集成电路部件(220、230)之间，采用所述碳纳米管形成其间的传导连接。该方法可应用于将多种部件连接在一起，如将集成电路管芯(倒装芯片和传统管芯)连接到封装衬底、彼此连接、和/或连接到引线框。
文档编号C09J7/00GK101094901SQ200580045674
公开日2007年12月26日 申请日期2005年11月4日 优先权日2004年11月4日
发明者克里斯·怀兰德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司