专利名称：可用于多芯片模块中的用于热应力释放的集成电路安装的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将集成电路芯片安装到多芯片模块(MCM)中的 基板，更具体地，涉及具有散热器的结构，该散热器具有用于将芯片 连接到MCM的中间接合焊盘。
背景技术：
电子学领域中的技术演进导致了对更快速和更紧凑的系统的需 要。更高级的应用也导致需要更多数目的元件，其需要相互通信。对 于满足不同元件之间的快速接入的要求的新的系统，系统的不同元件 之间的路径长度必须保持在特定的限制内。然而，当系统的复杂度增 加时，元件之间的路径长度也增加。为了不超过该元件之间的所允许 的最大距离，这些元件被构建为较小的并且封装密度更大。
该限制导致了MCM。如公知的，MCM包括封装，其包含多个互 连的集成电路("IC"、"管芯"或"芯片")。MCM的封装支撑引 线框，其具有位于封装内部的用于耦合到IC的多个连接器点(引线指)， 并且具有封装外部的可连接到例如印刷电路板的多个引脚。
在MCM内部，IC由基板支撑。典型地，基板是绝缘的，但是包 含传导电气走线，以允许沿两个或多个IC之间的基板路由信号。最终， 通过将IC的接合焊盘连接到走线，或者通过将IC的接合焊盘直接连 接在一起，电气耦合MCM中的IC。在任一情况中，该连接通常通过 使用接合导线出现，尽管也可以使用"倒装芯片"技术，其中在MCM 封装中翻转IC，以使IC接合焊盘凸点与基板上的走线接触。在任何情 况中， 一旦将IC互连，并且一旦连接到封装的引线框，则通过使用灌 封材料填充封装，并且/或将盖帽固定到封装，保护电路和多种连接(例如，接合导线)。
图1说明了 MCM 1的封装的内部空腔的自上而下的视图。如所示 处的，多个IC2 (a-c)被安装到基板3的表面3a。在本领域中，可用 于MCM中的多种基板是公知的，诸如低温共烧陶瓷(LTCC)，其由 一个或多个陶瓷材料层制成，并且典型地接合到用于支撑的金属材料 (未示出)。如所示处的，每个IC2包括接合焊盘4并且允许IC电气 连接到MCM的其他元件。基板3的表面3a还包含接合焊盘6，其连 接到用于在MCM 1内部路由信号的走线30，为了清楚起见仅示出了数 个走线30。如上文提及的，接合导线5是实现所需连接的一种方式， 并且该连接可以将IC接合焊盘4连接到走线30 (5a)的接合焊盘6， 或者直接连接两个IC接合焊盘4，不需要使用中间走线30 (5b)。接 合导线5c还可以用于将走线接合焊盘6或者IC接合焊盘4最终连接 到封装内部的引线框7，其如所提及的，作为引脚暴露在封装外部。
由于IC被密集封装在一起，因此当IC 2操作时其生成热量，并 且这可能引起MCM中的特定的问题。如公知的，过多的热量可能危及 IC的操作，并且从而可能危及MCM 1的性能。防止热量生成的一种方 法是，在生成过多的热量的IC2a和基板表面3a之间提供散热器9，如 图2中示出的。散热器9是热传导材料层，例如诸如铜的金属。散热 器9使IC 2a生成的热量散布在扩大的面积上，因此有助于热发散并且 减轻可能由IC 2上的隔离"热斑"引起的问题，该"热斑"可能引起 IC故障。
尽管解决了热量积累的问题，然而，散热器9的实现危及了MCM 1的可靠性，这是因为，由于散热器9的空间广度，基本上增加了IC 接合焊盘4和走线接合焊盘6之间的距离6a。结果，连接这两种类型 的接合焊盘的接合导线5也被延长，这使得MCM1易于发生故障。因 此略长而且相对重的接合导线5易于发生断裂，特别是在经受机械振 动时。而且，横越散热器的接合导线的长度和童量可能使该接合导线"低垂"，这使其处于接触传导的散热器9并同其短路的风险中。因
此，简单地引入散热器9不是针对MCM1中的热量积累的问题的可靠 的解决方案，并且需要改进的解决方案。而且，尽管可以使散热器9 的空间广度是非常小的，但是这也降低了其热发散属性，并且因此不 能提供可靠的解决方案。
尺寸、温度、复杂度或者成本限制通常妨碍了在MCM中利用现 有的热发散技术。参看例如，美国专利6,445,930、美国专利6,483,705 和国际专利公开No. WO 01/43167，其均在此处并入作为参考。因此， 理想的是，提供可替换的技术，用于通过如下方式将IC安装在MCM 中的基板上，即有效地使IC生成的热量发散，而且是成本有效的，简 单的，基于制造的，并且不易发生故障。
图1说明了现有技术的MCM，其具有安装在基板上的三个IC。 图2说明了现有技术的MCM,其中IC安装在置于基板上的热传 导散热层上。
图3说明了用于将IC安装到基板的结构，其中该结构包括热传导 散热层和中间接合焊盘。
图4说明了多芯片模块，其具有使用如图3中说明的安装结构安 装在基板上的IC。
图5说明了使用图3中示出的安装结构安装在基板上的IC的截面 视图。
具体实施例方式
在本发明的实施例中，公开了一种用于将IC安装在基板上的安装 结构，其特别用于MCM的背景下。该安装结构插入在IC和MCM基 板之间，并且促进来自IC的热发散。然而，该安装结构是绝缘的，并 且在一个实施例中，包括直接接合到铜(DBC)的板。在DBC板的一 个传导面上，在中心处形成散热区，在DBC的外周处具有围绕散热区的接合焊盘。IC被安装到散热区，以协助来自IC的热发散。安装结构
的另一面被安装到基板，该基板也具有接合焊盘。在本发明的实施例
中，IC上的接合焊盘连接到安装结构上的接合焊盘区域，并且安装结
构上的接合焊盘区域进一步耦合到基板上的接合焊盘。在本发明的实 施例中，每个该连接由导线接合实现，尽管也可以使用倒装芯片技术
将IC接合焊盘耦合到安装结构接合焊盘。在安装结构和/或基板中可以 使用热过孔，以进一步促进热发散。通过使用所公开的技术，IC的热 可被发散，同时ic也可以在不使用长的接合导线的情况下电气耦合到基板。
因此，本发明提供了一种用于将IC安装在MCM中的基板上的结 构，其中该结构有助热发散，但是不会引入与图2中说明的散热器相 关联的弱点。
现在参考图3，本发明的结构IO包括热传导散热层11，其安置在 板13的表面12上。散热层11由热传导材料制成，诸如金属，例如铜。 板13可以是提供用于支撑散热层11和IC (图3中未示出)的适当表 面的任何材料。用于板13的材料的示例是直接接合到铜(DBC)的板。 DBC在本领域中是公知的，并且典型地由夹在诸如铜箔的两个金属层 之间的诸如氧化铝或者氮化铝的陶瓷层制成。安装结构IO还包括中间 接合焊盘14，其如下文所将描述的，允许使用较短的接合导线，用于 将安装在结构10上的IC连接到MCM基板上的其他器件。当板13由 诸如DBC的材料制成时，可以从DBC的一个表面上刻蚀铜，以提供 散热层11和中间接合焊盘14。
图4说明了安装在结构10上的IC 2a，该结构IO又安装在MCM 的基板3的表面3a上。具体地，IC2a安装在传导散热层11上，并且 因此结构10在层11的协助下用作散热器。IC上的接合焊盘4经由接 合导线5x导线接合到中间接合焊盘14，中间接合焊盘14又经由接合 导线5y导线接合到基板3上的接合焊盘6。因此，结构10通过在结构IO上提供中间接触点(例如，中间接合焊盘14)将长的距离分为两半， 克服了上文讨论的在使用散热器时与长距离接合导线相关联的缺陷。 由于现在接合导线5x和5y的长度较短，因此它们不易于发生断裂和 低垂，导致了更加可靠的MCM器件。
尽管中间接合焊盘14主要被示出为单个区域，但是实际上其可被 延长以形成两个不同的中间接合焊盘14a、 14b之间的中间走线35，中 间接合焊盘14a、 14b分别经由接合导线5x和5y连接到IC接合焊盘4 和基板接合焊盘6，如图4中的结构10的左上角中的示例示出的。中 间走线35的使用提供了额外的路由灵活性，并且促进了散热，同时提 供了较短的接合导线。可以认识到信号中间接合焊盘14和由走线耦合 的两个接合焊盘(14a、 14B;节点)之间的功能相似性，因此这两个 配置通常可被称为接触点或接触。
在某些应用中，理想的是将IC上的一个或多个接合焊盘4a导线 接合到散热层11，如由接合导线5c说明的。例如，接地接合焊盘4a 可以通过该方式短接到散热层，并且因此短接到IC 2a的基板。
图4说明了如下实施例，其中IC 2a上的接合焊盘4经由接合导线 5x电气接触中间接合焊盘14。本领域的技术人员应认识到，其他的配 置可以提供相同的结果。例如，IC2a可以在倒装芯片配置中实现，由 此接合焊盘4经由接合焊盘凸点直接接触中间接合焊盘14，并且不使 用接合导线5x。
图5说明了使用如此处公开的结构10安装在MCM基板3上的IC 2a的截面。如上文提及的，结构10包括板13，板13可由安置在传导 材料16上的一个或多个陶瓷材料层15制成。根据一个实施例，板13 是DBC板，并且陶瓷层15的厚度为约0.01 约0.03英寸。适当的陶瓷 材料的示例包括，但不限于，氧化铝、氮化铝、碳化铝、氧化铍等。 如果板13是DBC，则传导材料16典型地是铜。根据一个实施例，传导材料16的厚度为约0.001英寸~约0.025英寸。中间接合焊盘14和 散热层11被安置在结构10的表面12上。根据本发明的一个实施例， 中间接合焊盘14和散热层11的厚度为约0.001英寸 约0.025英寸。 如上文描述的，当板13由DBC制成时，散热层ll和中间接合焊盘14 由相同的层形成，并且可从DBC的一个铜层刻蚀。
仍然参考图5，通过本领域中公知的用于将IC接合到传导层板的 任何技术，将lC2a接合到散热层11。例如，IC2a可以通过焊料或电 传导粘合剂的接合层17接合到散热层11。电传导粘合剂的示例包括， 但不限于，Emerson和Cumming的CE3104电传导粘合剂，其可获得 自Emerson和Cumming (Billerica， MA)。根据一个实施例，接合层 17的厚度为约0.001英寸 0.007英寸。如前面提及的，IC2a上的接合 焊盘4经由接合导线5x导线接合到结构10的表面12上的中间接合焊 盘14/中间走线35，同时中间接合焊盘14/中间走线35又经由接合导线 5y导线接合到基板3上的接合焊盘4。
结构10例如，通过粘合剂21 ，诸如Emerson和Cumming的CE3104 电传导粘合剂，其可获得自Emerson和Cumming (Billerica， MA)， 粘附到基板3的表面3a上的传导安装区域18。焊料也可用于附连。安 装区18可以包括与前面讨论的相同的接合焊盘6/走线30层。基板3 可以是本领域中公知的用于支撑电子器件的任何基板，并且如前面提 及的，可以包括LTCC，其包括陶瓷层19，陶瓷层19安置在层传导材 料20上，例如诸如铜的金属。其他适当材料的示例包括碳化硅、高温 共烧陶瓷(HTCC) 、 FR4或者其他的有机板、ALN、绝缘金属基板或 者聚酰胺板。基板3可以经由热传导粘合剂23粘附到基底板22，基底 板22可以是诸如铝的金属。
仍然参考图5，板13和/或LTCC层19中可选地可以包括热过孔 24以进一步协助热发散，例如从IC2a到金属基底板22的热发散。热 过孔24可以是例如热传导材料的歹!j，例如诸如铜、金或银的金属。根据一个实施例，热过孔24的直径约为0.004英寸或更大。此外，对于 某些应用理想的是，热过孔24也提供电传导路径，其将提供使IC 2a 的基板接地到基底板22等的机制。
仍然参考图5， MCM 1包含在壳体25中，壳体25是典型的并且 可在许多不同类型的材料上形成。如所提及的，包含IC2a、结构IO、 基板3等的壳体中的空腔可以填充有灌封化合物以保护接合导线，并 且/或者可以将盖帽固定到封装的顶部。还应当理解，该封装可以包含 引线框或连接器，尽管没有示出，但是多种电路节点可以接合到该引 线框或连接器。
应当理解，尽管本公开内容公开了一种用于将IC安装在MCM中 的基板上的结构，但是该结构不限于在MCM中使用。该结构可以在任 何如下应用中使用，其中IC必须被安装在任何类型的基板上。
应当理解，此处公开的本发明的概念能够具有许多修改方案。该
修改方案应涵盖于所附权利要求及其等效物的范围内，由本专利所涵
生 皿。
权利要求
1.一种用于安装集成电路的系统，包括基板，其具有表面并且具有安置在所述表面上的多个基板接触；安装结构，其被安装到所述基板，所述安装结构包括电绝缘表面，多个安装结构接触和一散热区安置在所述电绝缘表面上，其中至少一个安装结构接触电气连接到一个基板接触；和集成电路，其安装到所述安装结构的散热区，所述集成电路包括多个集成电路接合焊盘，其中至少一个集成电路接合焊盘电气连接到一个安装结构接触。
2. 如权利要求l所述的系统，其中至少一个所述集成电路接合焊 盘通过接合导线或集成电路接合焊盘凸点中的至少一个电气连接到一 个安装结构接触。
3. 如权利要求2所述的系统，其中所述集成电路安装到倒装芯片 配置中的安装结构。
4. 如权利要求l所述的系统，其中至少一个所述集成电路接合焊 盘通过接合导线电气连接到一个安装结构接触，并且其中至少一个所 述安装结构接触通过接合导线电气连接到一个基板接触。
5. —种多芯片模块，包括-基板，其具有表面并且具有安置在所述表面上的多个基板接触； 第一集成电路，其粘附到基板表面，所述第一集成电路包括多个第一集成电路接合焊盘，其中至少一个第一集成电路接合焊盘电气连接到一个基板接触；安装结构，其被安装到所述基板，所述安装结构包括电绝缘表面，多个安装结构接触和一散热区安置在所述电绝缘表面上，其中至少一 个安装结构接触电气连接到一个基板接触；和第二集成电路，其安装到所述安装结构的散热区，所述第二集成 电路包括多个第二集成电路接合焊盘，其中至少一个第二集成电路接 合焊盘电气连接到一个安装结构接触。
6. 如权利要求5所述的多芯片模块，其中至少一个所述第二集成电路接合焊盘通过接合导线或集成电路接合焊盘凸点中的至少一个电 气连接到一个安装结构接触。
7. 如权利要求6所述的多芯片模块，其中所述第二集成电路安装 到倒装芯片配置中的安装结构。
8. 如权利要求5所述的多芯片模块或者如权利要求1所述的系 统，其中所述基板包括低温共烧陶瓷(LTCC)。
9. 如权利要求5所述的多芯片模块或者如权利要求1所述的系 统，其中所述安装结构进一步包括一个或多个热过孔，其延伸通过接 近散热区的安装结构。
10. 如权利要求5所述的多芯片模块或者如权利要求1所述的系 统，其中所述基板进一步包括一个或多个热过孔，其延伸通过接近安装结构的基板。
11. 如权利要求5所述的多芯片模块或者如权利要求1所述的系 统，其中至少一个所述安装结构接触通过接合导线电气连接到一个基 板接触。
12. 如权利要求5所述的多芯片模块或者如权利要求1所述的系 统，其中至少一个所述第二集成电路接合焊盘通过接合导线电气连接到一个安装结构接触，并且其中至少一个所述安装结构接触通过接合 导线电气连接到一个基板接触。
全文摘要
一种安装结构插入在IC和多芯片模块(MCM)基板之间，并且促进来自IC的热发散。该安装结构是绝缘的，并且优选地包括直接接合到铜(DBC)的板。在安装结构的表面上形成散热区，IC固定到该散热区，接合焊盘区域围绕该散热区。安装结构的另一面被安装到基板，该基板也具有接合焊盘。IC上的接合焊盘连接到安装结构上的接合焊盘区域，并且安装结构上的接合焊盘区域进一步耦合到基板上的接合焊盘。每个该连接优选地由导线接合实现。在安装结构和/或基板中可以使用热过孔，以进一步促进热发散。
文档编号H01L29/73GK101292360SQ200680035433
公开日2008年10月22日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年9月26日
发明者乔治·索蒂罗普洛斯, 于尔根·布罗斯蔡特, 伊亚德·阿拉耶克, 伊尔科·施马德拉克, 格里·比安科, 格雷戈里·R·加约夫斯基 申请人:北美泰密克汽车公司