在衬底上的平坦表面的制作方法

文档序号:33648582发布日期:2023-03-29 06:11阅读:26来源:国知局
在衬底上的平坦表面的制作方法
在衬底上的平坦表面
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求美国临时专利申请号63/248,278的优先权,该专利申请于2021年9月24日提交,标题为“method for creating planar surfaces on routed ceramic substrates and pcbs”,并且其全部内容通过引用并入本文。


背景技术:

3.陶瓷衬底是用于电子设备中的集成电路的衬底类型。陶瓷衬底是经过处理的电气设备载体,其中导电材料(诸如铜或钨)在一定的高温下键合至陶瓷衬底(诸如氧化铝或氮化铝衬底)的表面。与其他材料相比,陶瓷衬底可为薄的,提供高电绝缘性、高强度和刚度以及高导热性,并且具有软可焊性和高粘合强度。陶瓷衬底适用于具有高发热的电子设备,诸如高亮度灯或发光设备(led)、激光磷光体、基于激光的投影设备和太阳能电池,并且还可用于户外环境的耐候性设备。


技术实现要素:

4.根据本公开的至少一个示例,一种电子设备包括具有表面的衬底;在表面的第一部分上的功能金属迹线,其被电连接以在电子设备中载运电流并具有第一密度;以及在表面的第二部分上的虚拟金属迹线,其与功能金属迹线电隔离并具有在第一密度的至少50%内的第二密度。
5.根据本公开的至少一个示例,一种方法包括在陶瓷片上形成金属迹线的图案,根据陶瓷片上的图案印刷金属以形成包括功能金属迹线和虚拟金属迹线的金属迹线,形成穿过陶瓷片的通孔,以及堆叠并对准陶瓷片以形成陶瓷衬底。
6.根据本公开的至少一个示例,一种设备包括具有表面的陶瓷衬底;在表面的第一部分上的功能金属迹线,其电连接以在设备中载运电流并具有第一密度;在表面的第二部分上的虚拟金属迹线,其与功能金属迹线电隔离并具有在第一密度的至少50%内的第二密度;以及管芯,其附接至表面并电连接至功能金属迹线,并且与虚拟金属迹线电隔离。
附图说明
7.图1是根据各种示例的显示系统的示意图。
8.图2是根据各种示例的示出陶瓷衬底内的布线层的堆叠的示意图。
9.图3是根据各种示例的示出遍布图2的陶瓷衬底的布线层的表面变化的示意图。
10.图4a和图4b是根据各种示例的分别示出具有虚拟金属迹线的陶瓷衬底内的布线层的堆叠的示意图的俯视图和横截面图。
11.图5是根据各种示例的示出具有虚拟金属迹线的印刷电路板(pcb)中的布线层的示意图。
12.图6是根据各种示例的示出具有虚拟金属迹线的硅基电路板(sicb)中的布线层的示意图。
13.图7是根据各种示例的用于在集成电路的一个或多个布线层中形成平坦表面的方法的流程图。
具体实施方式
14.在集成电路中,电路迹线可布线到陶瓷衬底内的层上,以提供电绝缘、散热和结构支撑。包括布线金属迹线的层在本文中也称为布线层。管芯是含有电路和电子组件的硅芯片,可通过环氧树脂或焊料材料附接至陶瓷衬底上。电路设备可包括一层或多层陶瓷衬底,这些衬底可堆叠在彼此的顶部上。陶瓷衬底也可附接至电路板,在本文中也称为pcb。
15.由于陶瓷材料的强度和散热性能,陶瓷衬底是可用于电子设备的衬底的示例。例如,与其他电子设备相比,陶瓷衬底可用于具有相对高的发热的电子设备,诸如高强度灯或发光二极管(led)、激光磷光体和/或基于直接激光的投影设备和光伏电池。与其他设备相比,包括陶瓷衬底的电路板在具有高散热要求的电子设备中是有用的。具有陶瓷衬底的设备的示例包括显示设备,诸如空间光调制器(slm)显示器。slm显示器可包括基于微机电系统(mems)的显示设备,诸如数字微镜设备(dmd),其包括用于投影图像或视频以供显示的可调节倾斜微镜。其他示例的slm显示器包括硅基液晶(lcos)设备和液晶显示器(lcd)。这类显示器还可包括具有陶瓷衬底的设备。具有陶瓷衬底的mems设备的示例还包括mems传感器设备,诸如用于气体传感器和射频(rf)mems设备,诸如用于rf和微波收发器。每个微镜投影要显示的图像的一个像素。通过向微镜施加电压来倾斜微镜,以投射每个像素的暗、亮或阴影光。基于dmd投影的显示系统还可包括提供图像的颜色模式的不同波长的光源,诸如激光光源。操作光源以将光的颜色模式投射到dmd上以形成图像。具有陶瓷衬底的设备的其他示例包括冷却和加热设备、功率控制设备、汽车电子器件、航空航天和军用电子组件、太阳能电池板组件、电信开关和激光器。
16.陶瓷基材可为陶瓷和粘合剂材料的混合物。陶瓷材料的示例包括(但不限于)氧化铝(al2o3)、氮化铝(aln)、氧化铍(beo)和碳化硅(sic)。粘合剂材料的示例包括(但不限于)环氧树脂和玻璃材料、有机粘合剂诸如丁基树脂或丙烯酸酯、水溶性聚乙烯醇缩醛和/或丙烯酸酯以及其他粘合剂。导电材料(诸如铜或钨)的电路迹线可在陶瓷衬底上布线以用于载运电流。电路迹线可通过集成电路制造的金属图案化工艺形成,诸如用于pcb。金属图案化工艺可包括金属沉积、金属去除和光刻的组合。例如,首先在衬底上的金属层的顶部上(诸如通过光刻工艺)图案化抗蚀剂层。然后用化学蚀刻工艺蚀刻图案化抗蚀剂层下方的暴露金属。然后通过化学溶液去除图案化抗蚀剂层,这在表面上提供剩余的图案化金属层。在另一金属图案化工艺中,将金属沉积在图案化抗蚀剂层上方。然后,诸如通过剥离化学工艺去除金属下方的抗蚀剂层,以提供图案化金属层。在其他示例中,电路迹线可通过在陶瓷衬底表面上的导电材料的丝网印刷工艺形成。装载有导电铜或钨颗粒的液态或糊状导电材料通过图案化丝网转移到陶瓷衬底的表面。在陶瓷衬底处理阶段期间,衬底然后在加热工艺中被加热,以蒸发液体,在形成衬底的层的表面上留下呈电路迹线形式的导电材料作为导体。导电材料的电路迹线在本文中也称为金属迹线。
17.用一个或多个陶瓷衬底封装电路的制造工艺包括多个步骤。例如,这些步骤包括用于生产作为陶瓷和粘合剂材料的混合物的陶瓷片的流延成型步骤。陶瓷片可被切割,诸如切割成矩形或方形片,用于进一步加工。这些步骤包括在一个或多个陶瓷片中冲孔,以提
供穿过陶瓷片的腔体和/或通孔。这些步骤还包括通过电路图案化工艺在陶瓷片的表面上形成和布线金属迹线。对陶瓷衬底上的金属迹线有用的导电材料的示例包括铜和钨。陶瓷片中的通孔可填充或镀有与金属迹线相同的导电材料,以在陶瓷衬底的一层或多层之间提供电互连。多个陶瓷片可适当地对准并堆叠在彼此的顶部上。层材料的稠度和表面使得这些层(诸如通过机械压制)彼此粘附。在其他示例中,堆叠的陶瓷片可被层压,这是通过键合材料将堆叠的陶瓷片键合在一起的工艺。这些步骤还包括将陶瓷片的堆叠和键合层分割并成形为独立的陶瓷衬底,每个衬底由多层陶瓷片组成,陶瓷片具有布线的金属迹线。陶瓷衬底可被共烧,这是一种将陶瓷衬底暴露于一定温度下并镀上金属诸如镍、金和/或钯以防止任何暴露的金属迹线被腐蚀的工艺。然后,管芯可通过环氧树脂材料附接在陶瓷衬底的表面上,或者附接在陶瓷衬底中形成插座的腔体中。将陶瓷衬底与管芯附接的环氧树脂可通过热能或紫外光能量固化,以将组件粘合在一起。
18.用陶瓷衬底印刷和封装电路的步骤可使得一层或多层陶瓷衬底中产生非平坦表面。例如,布线的金属迹线的分布可提供没有金属迹线或在层中包括较低密度的金属迹线的区域。表面或层的区域中的金属迹线的密度表示该区域中填充有金属迹线的部分与间隙部分或未填充有金属迹线的部分的比率。该比率可取决于金属迹线的线宽和间距。一些区域中金属迹线的缺乏或金属密度的降低会导致层中的表面变化,从而在陶瓷衬底中或陶瓷衬底内的叠层中产生不平坦的表面。例如,陶瓷衬底内的叠层可包括金属迹线的密度相对于周围表面相对较高的区域上方的凸起表面。金属迹线的布线相对稀疏或不存在的区域上方或下方的表面也可相对于周围表面出现凹陷。
19.非平坦表面会在环氧树脂中产生应力区域,这有助于将管芯附接至陶瓷衬底上。这种应力可转移至管芯和附接至衬底的其他组件。例如,管芯上的应力可由制造工艺的固化和衬底成形步骤期间的环氧树脂收缩引起。由于陶瓷衬底材料在结构上可比管芯材料强,因此应力可导致附接至陶瓷衬底的管芯与陶瓷衬底的形状一致,这可能损坏管芯。如果管芯的大小增加,如果管芯下方的环氧树脂的厚度增加,或者如果管芯键合工艺变得更脆,则管芯上的应力会增加。
20.本说明包括在包括一层或多层导电和/或绝缘材料的陶瓷衬底中提供平坦表面或减少非平坦表面的各种示例。为了提供平坦表面或减少非平坦表面,在陶瓷衬底内的层上布线虚拟金属迹线,该陶瓷衬底还包括根据电路的设计布线以提供电连接的功能金属迹线。被布线以提供电连接的电流载运金属迹线在本文中也称为功能金属迹线。被布线以提供平坦表面或减少非平坦表面的金属迹线在本文中也称为虚拟金属迹线。虚拟金属迹线与电流载运金属迹线一起布线,以增加金属迹线的密度,在一层或多层上提供更均匀密度的金属迹线或材料,和/或减少遍布陶瓷衬底内的各层的表面的间隙。金属迹线的均匀密度表示遍布表面的金属密度的相似性。布线的虚拟金属迹线可在一个或多个独立的区域中(诸如在表面上的间隙区域中)或遍布整个表面提供均匀的金属迹线密度。为了提供这种均匀的密度,虚拟金属迹线可在一个或多个独立的区域中等距隔开。形成虚拟金属迹线的金属迹线的线宽也可确定虚拟金属迹线的密度。在表面上的区域中,虚拟金属迹线的线宽和间距确定了填充有虚拟金属迹线的区域部分与未被填充的间隙部分的比率,并且因此确定了该区域中的金属密度。将虚拟金属迹线与层的表面上的功能金属迹线一起布线还减少了金属迹线的密度的变化和遍布表面的层厚度的变化。虚拟金属迹线可与每层中的电流载运金
属迹线一起布线,其中遍布表面存在金属迹线或其他材料的间隙或降低的密度。因此,虚拟金属迹线可减少非平坦表面或增加遍布陶瓷衬底的层的表面平坦度。在层中的金属迹线的密度在本文中也称为金属密度。
21.虚拟金属迹线的密度是基于层的表面上的虚拟金属迹线周围或相同区域中的功能金属迹线的密度而确定的。在示例中,虚拟金属迹线的密度与虚拟金属迹线周围或相同区域中的功能金属迹线密度相匹配,诸如通过百分比匹配。在这种情况下,表面的不同区域可具有虚拟和功能金属迹线的不同的平均密度。例如,虚拟金属迹线的密度可在功能金属迹线的密度的至少50%内。在这种情况下,虚拟金属迹线的密度至少是表面上的功能金属迹线密度的一半。在其他示例中,金属迹线的平均密度遍布整个表面匹配。为了匹配遍布整个表面的平均金属密度,确定表面上的填充区域中的功能迹线的密度。因此,虚拟金属迹线在间隙区域中布线,以基于填充区域中的功能金属迹线的密度提供遍布表面的平均密度。在陶瓷衬底内的叠层中,平均密度可基于逐层的功能金属迹线的密度来匹配。
22.例如,在陶瓷衬底内的叠层中,如果陶瓷衬底的第一层中的功能金属迹线的密度低于其他层的密度,则第一层中的布线的虚拟金属迹线的密度与该较低密度相匹配,也可低于其他层中的虚拟金属迹线的密度。如果陶瓷衬底的第二层中的功能金属迹线的密度高于其他层的密度,则第二层中的布线的虚拟金属迹线的密度与该较高密度相匹配,并且也可高于其他层中的虚拟金属迹线的密度。具有相对较低金属密度的第一层中的金属迹线的线间距也可大于具有相对较高金属密度的第二层中的金属迹线的线间距。虚拟金属迹线也可与功能金属迹线在层中的同一区域进行布线。例如,如果相同区域中的功能金属迹线的密度小于相同层中其他区域中的金属密度,则虚拟金属迹线可在该区域中的功能金属迹线之间的空间中布线。虚拟金属迹线与功能金属迹线一起布线,以增加该区域中的平均金属密度或匹配其他填充区域的平均金属密度。
23.平均金属密度可因不同的设备和电路设计而异。例如,与具有更高像素分辨率的其他显示设备相比,具有单数据速率(sdr)或双数据速率(ddr)接口的扩展图形阵列(xga)或宽xga(wxga)设备可具有更少的功能金属迹线。在相对较低像素分辨率的显示设备中,与其他较高像素分辨率的显示器设备相比,较少的虚拟金属迹线可被布线以填充相对较大的间隙区域,并且提供相对较低的平均金属密度。具有较高像素分辨率的显示设备(诸如具有高速串行接口(hssi)的4k或8k显示设备)可具有比较低像素分辨率显示设备更多的功能金属迹线。因此,与较低像素分辨率的显示设备相比,更多的虚拟金属迹线可在较高像素分辨率的显示设备中布线,以填充相对较小的间隙区域,并且提供相对较高的平均金属密度。
24.虚拟金属迹线不用于载运电流,因此不接地,也不连接至电流载运金属迹线、电子组件或通孔。在层中的虚拟金属迹线的布线可取决于通孔的位置。例如,为了避免与通孔接触,虚拟金属迹线被排除在通孔延伸穿过层的区域之外。在通孔所在区域之外布线的虚拟金属迹线可与通孔分开一定距离,该距离减轻或避免与通孔中可载运的电流的电干扰。通孔的位置可基于电路设计,并且随后确定虚拟金属迹线的布线以排除通孔的位置。在其他示例中,虚拟金属迹线可通过与通孔的直接接触连接至接地平面,通孔可延伸穿过一层或多层,诸如以减少噪声或减少功能金属迹线的接地回路。
25.虚拟金属迹线可按图案或图案组合的形式布线,诸如以交叉阴影线迹线、线迹线、正方形贴片、菱形贴片、矩形贴片或可通过制造工艺形成的其他形状布线。虚拟金属迹线也
可由与电流载运金属迹线相同的导电材料和相同的印刷步骤形成。在其他示例中,虚拟金属迹线可由一种或多种其他导电或非导电材料以及通过一种或多种其他工艺形成。
26.本文中的示例描述了在陶瓷衬底上的一层或多层中用功能金属迹线布线虚拟金属迹线。在其他示例中,虚拟金属迹线也可在其他类型的衬底上的一层或多层中与功能金属迹线一起布线。例如,虚拟金属迹线可在pcb中的一层或多层中与功能金属迹线一起布线,pcb具有由介电或非导电材料制成的衬底,诸如玻璃和环氧树脂的组合。pcb衬底的示例包括阻燃(fr型)衬底、复合环氧材料(cem)衬底、高压玻璃纤维层压(g型)衬底、铝或绝缘金属(ims)衬底、聚四氟乙烯(ptfe)衬底、聚酰亚胺衬底和有机衬底。在示例中,虚拟金属迹线可在具有硅衬底的sicb中的一层或多层中与功能金属迹线一起布线。在这类衬底上的叠层中的一层或多层中布线虚拟金属迹线可增加遍布层的整体平坦度。
27.图1是根据各种示例的包括具有电路板112的显示设备110的显示系统100的框图。电路板112包括陶瓷衬底114,其具有形成平坦表面的一层或多层导电和/或绝缘材料。陶瓷衬底114对于显示设备110中的散热是有用的。显示设备110还可包括安装在陶瓷衬底114上的管芯115(例如,芯片)。这些材料包括陶瓷衬底114的一层或多层的表面上的功能或电流载运金属迹线116。一层或多层还包括虚拟金属迹线118。虚拟金属迹线是在与功能金属迹线相同的层中布线的迹线,以在衬底上提供平坦表面,这减少了应力并因此减少了对管芯115的缺陷或损坏。
28.显示系统100可为用于投影图像或视频的基于投影的显示系统。显示系统100包括基于投影的显示设备110,其被配置为将调制光束120投影至图像投影表面130上。图像投影表面130的示例包括墙壁或显示屏。例如,显示屏幕可为增强现实(ar)或虚拟现实(vr)显示器的屏幕、三维(3d)显示器、用于头灯显示器的地面或道路、车辆中的投影表面(例如用于挡风玻璃投影显示器)或用于显示设备的其他显示表面。调制光束120可由显示设备110调制以将静止图像或运动图像(诸如视频)投影至图像投影表面130上。调制光束120可形成为对应于显示设备110提供的多种颜色模式的光束的组合。显示设备110可包括用于提供不同波长的光束的光源(未示出)。不同波长处的光束提供图像的相应颜色分量,并且可被空间调制以在图像投影表面130上形成图像。显示设备110可包括安装至陶瓷衬底114的slm 140,并且具有用于调制来自光源的光束以在图像投影表面130上提供图像或视频的光学组件(未示出)。
29.slm 140包括附接至陶瓷衬底114上的管芯115,陶瓷衬底114耦接至电路板112。陶瓷衬底114具有包括功能金属迹线116和虚拟金属迹线118的平坦表面。显示设备110还可包括耦接至slm 140的控制器150,用于控制显示设备110的组件来显示图像或视频。slm 140和控制器150可集成在电路板112上,电路板112可为pcb。例如,slm 140和控制器150可为嵌入在电路板112上的片上系统(soc)。在其他示例中,slm 40和控制器150可嵌入在独立的电路板上。在其他示例中,控制器150或其他芯片(未示出)也可附接至一个或多个陶瓷衬底114并耦接至电路板112。
30.图2示出了根据各种示例的在陶瓷衬底201内无虚拟金属迹线的布线层200的堆叠。例如,陶瓷衬底201的布线层200的堆叠可为集成电路或电子设备的一部分。布线层200被描述为遍布布线层200的金属迹线或其他材料的密度的变化与陶瓷衬底201中的布线层200堆叠内的表面的变化之间的关系的示例。布线层200可为陶瓷片,并且包括布线金属迹
线。布线层200包括第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204。在其他示例中,在布线层200的堆叠中可有少至一个布线层或多至容纳电路设计所需的所有布线金属迹线所需的布线层。第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204分别显示在图2的左侧上。在示例中,第一布线层202包括第一功能金属迹线205、第二布线层203包括第二功能金属迹线207,并且第三布线层204包括第三功能金属迹线209。第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204还包括将一个布线层互连至另一个布线的通孔210。第一功能金属迹线205、第二功能金属迹线207和第三功能金属迹线209在陶瓷衬底201内形成一个或多个电路,第一功能金属迹线205、第二功能金属迹线207和第三功能金属迹线209是导电材料的线迹线,用于在陶瓷衬底201内的布线层200的堆叠中载运电流,并且可连接至电子组件(未示出)。
31.第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204堆叠在彼此顶部上,以形成陶瓷衬底201,如图2右侧所示。第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204也被对准,以将通孔210延伸穿过陶瓷衬底201。通孔210可填充有用于印刷导电金属迹线的相同导电材料,并且电耦接至第一功能金属迹线205、第二功能金属迹线207和第三功能金属迹线209。例如,多个通孔210可向第一功能金属迹线205、第二功能金属迹线207和第三功能金属迹线209提供电源、接地或离散信号。
32.相对于通过组合的第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204的剩余区域,布线层200的堆叠还包括低金属密度的组合区域213。低金属密度的组合区域213包括第一功能金属迹线205、第二功能金属迹线207和第三功能金属迹线209相对于剩余区域的较低密度区域。组合区域213是相对于第一布线层202中的剩余区域的第一较低金属密度区域214、相对于第二布线层203中的剩余区域的第二较低金属密度区域215、以及相对于第三布线层204中的剩余区域的第三较低金属密度区域216之间的重叠。相对于第一布线层202的剩余区域,第一较低金属密度区域214包括较低密度的第一功能金属迹线205。相对于第二布线层203的剩余区域,第二较低金属密度区域215包括较低密度的第二功能金属迹线207。相对于第三布线层204的剩余区域,第三较低金属密度区域216包括较低密度的第三功能金属迹线209。
33.图3示出了根据各种示例的无虚拟金属迹线的陶瓷衬底201的遍布布线层200的表面变化。图3中所示的遍布陶瓷衬底201的布线层200的表面变化证明了间隙或金属迹线或其他材料的密度减小的变化对形成陶瓷衬底201的遍布布线层200的平坦度的影响。示出了第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204中的每一个的表面变化。如图所示,第一布线层202被分成五个不同层厚度的区段。这些区段被标记为a1、b1、c1、d1和e1,并且具有按该顺序增加的层厚度。例如,区段a1具有最低的层厚度,并且区段e1具有最高的层厚度。类似地,第二布线层203被分成具有不同层厚度的五个区段,这些区段被标记为a2、b2、c2、d2和e2,并且具有按该顺序增加的层厚度。第三布线层204也被分成具有不同层厚度的五个区段,这些区段被标记为a3、b3、c3、d3和e3,并且具有按该顺序增加的层厚度。
34.例如,由于第一布线层202上的第一较低金属密度区域214的较低金属密度,因此与区段a1、b1、c1和d1的部分重叠的第一布线层202的表面区域302可相对于第一布线层202的剩余区域凹陷。由于第二布线层203上的第二较低金属密度区域215的较低金属密度,因此主要与区段b2的部分重叠的第二布线层203的表面区域303可相对于第二布线层203的剩余区域凹陷。由于第三布线层204上的第三较低金属密度区域216的较低金属密度,因此主
要与区段a3、b3、c3和d3的部分重叠的第三布线层204的表面区域304可相对于第三布线层204的剩余区域凹陷。因此,相对于形成陶瓷衬底201的布线层200的剩余区域,图2中的组合区域213也可为凹陷区域。第一布线层202、第二布线层203和第三布线层204的相应区域的层厚度之间的差异会在布线层200中并因此在陶瓷衬底201中产生非平坦表面。
35.图4a和图4b分别示出了根据各种示例的具有虚拟金属迹线的陶瓷衬底401内的布线层400的堆叠的俯视图和横截面图。陶瓷衬底401的布线层400可用于具有高散热和/或高强度或刚度要求的集成电路或电子设备,诸如显示设备。例如,陶瓷衬底401可对应于显示设备110中的陶瓷衬底114。陶瓷衬底401的布线层400包括第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404。在其他示例中,在布线层400的堆叠中可有少至一个布线层或多至容纳电路设计所需的所有布线金属迹线所需的布线层。例如,陶瓷衬底401可包括四个或八个布线层400。布线层400的数目也可达到几十层,诸如高达大约100层。第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404分别显示在图4a的左侧上。图4b示出了陶瓷衬底401和第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404的横截面图。在示例中,第一布线层402包括第一功能金属迹线405,第二布线图层403包括第二功能金属迹线407,并且第三布线层404包括第三功能金属迹线409。第一布线层402、第二布线层403和第三布线板404还包括在布线层400之间互连的通孔410。第一功能金属迹线405、第二功能金属迹线407和第三功能金属迹线409在形成陶瓷衬底401的布线层400的堆叠内形成一个或多个电路。例如,第一功能金属迹线405、第二功能金属迹线407和第三功能金属迹线409是导电材料的线迹线,用于在陶瓷衬底401的布线层400的堆叠中载运电流,并且可连接至电子组件(未示出)。
36.第一布线层402还包括在第一功能金属迹线405区域之外的第一布线层402上布线的第一虚拟金属迹线414。第一虚拟金属迹线414可在不包括第一功能金属迹线405的区域中布线。与第一布线层402的表面上具有较高材料密度的区域相比,第一虚拟金属迹线414也可在与第一功能金属迹线405或其他结构稀疏布线的区域中布线。例如,第一虚拟金属迹线414可包括第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c,它们中的每一个均可为布线在第一布线层402的表面上的三个相应的独立区域中的第一虚拟金属迹线414的独立部件。第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中的第一虚拟金属迹线414可具有相同的图案。例如,第一虚拟金属迹线414的图案可为第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中的每一个中的交叉阴影线迹线、线迹线或金属贴片。在其他示例中,第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中的第一虚拟金属迹线414可具有不同的图案。在其他示例中,根据布线设计的要求,第一虚拟金属迹线414可分布在第一布线层402的表面上的少于或多于三个部件中。
37.第一虚拟金属迹线414的图案的其他示例包括任何几何形状的线、交叉线、贴片或网格,诸如呈正方形、矩形、圆形、三角形或其他形状。第一虚拟金属迹线414的图案可类似于或不同于第一功能金属迹线405的图案。例如,第一功能金属迹线405可被图案化为金属迹线的线,并且第一虚拟金属迹线414可被类似地图案化为线迹线、交叉影线迹线或金属贴片。
38.虚拟金属迹线414的部件数目可取决于功能金属迹线405之间的间隙区域的数目。例如,虚拟金属迹线414的部件的数目可与功能金属迹线405之间的间隙区域的数目相匹配。如图4所示,第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c在功能金属迹线405之间的三
个相应间隙区域中布线。在其他示例中,虚拟金属迹线414的部件的数目可与填充有功能金属迹线405的区域的数目相匹配。虚拟金属迹线414可在填充有功能金属迹线405的每个区域周围布线。
39.在示例中,第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中的第一虚拟金属迹线414的密度可不同。第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中的第一虚拟金属迹线414的密度分别取决于并匹配第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c周围的第一功能金属迹线405的密度。因此,如果第一功能金属迹线405的密度在第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c周围的相应区域中不同,则相应区域周围的第一虚拟金属迹线414的密度也不同。例如,如果第一部件414a周围的第一区域具有比第三部件414c周围的第二区域更高的第一功能金属迹线405的密度,则第一部件414a中的第一虚拟金属迹线414的匹配密度相对于第三部件414c也更高。表面上的区域中的第一虚拟迹线414的线宽和间距确定了第一虚拟金属迹线414的密度。例如,如果第一虚拟金属迹线是线迹线或交叉阴影线迹线,则线宽和间距确定了区域中的金属迹线与间隙的比率,并且相应地确定了区域中的金属密度。
40.在其他示例中,第一功能金属迹线405和第一虚拟金属迹线414的平均密度遍布第一布线层402的整个表面类似,包括第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c周围的相应区域。在这种情况下,第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中的第一虚拟金属迹线414的密度可根据相应区域周围的第一功能金属迹线405的相应密度来确定,以提供遍布第一布线层402的整个表面的金属迹线的平均密度。
41.第一虚拟金属迹线414与第一功能金属迹线405一起设置在第一布线层402的表面上,以提供表面上的金属迹线或材料的更均匀的密度和分布,增加金属迹线的密度,和/或减小遍布第一布线层402的表面的间隙。为了提供这种均匀的金属迹线密度,第一虚拟金属迹线414在第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c的相应区域中等距隔开。第一虚拟金属迹线414也可具有相等的线宽。例如,第一虚拟金属迹线414由线迹线或交叉线迹线(例如,交叉阴影线迹线)组成,这些线迹线或交叉线迹线是由相同制造工艺形成的大致相同宽度的金属线。第一虚拟金属迹线414的高度(厚度)也等于第一布线层402的表面上的第一功能金属迹线405的高度。例如,第一虚拟金属迹线414和第一功能金属迹线405包括由相同的制造工艺形成的大致相同高度的金属线。金属线的大致相等的宽度和间距之间的变化可基于制造工艺中的限制和不确定性。例如,大致相等的宽度或间距可在金属线之间变化高达10%或15%。根据制造和设备设计的质量要求,由制造工艺引起的金属线的宽度或间距中的变化的阈值是可容忍的。第一虚拟金属迹线414的线宽和间距在不同区域中可相等或不同。这也减少了金属迹线的密度的变化和遍布表面的层厚度的变化。因此,具有第一功能金属迹线405的第一虚拟金属迹线414可增加遍布第一布线层402的表面平坦度。第一虚拟金属迹线414在第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c中电隔离,并且不连接至第一功能金属迹线405、通孔(未示出)中的任何一个,或者不连接至形成陶瓷衬底401的布线层400之上或之中的电子组件(未示出)。
42.第二布线层403还包括在第二功能金属迹线407区域之外的第二布线层403上布线的第二虚拟金属迹线415。第二虚拟金属迹线415可在不包括第二功能金属迹线407的区域中布线,或者与第二布线层403的表面上具有较高材料密度的区域相比,稀疏地布线有金属
迹线或者填充有其他结构。例如,第二虚拟金属迹线415可包括第二虚拟金属迹线415的第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c,它们在第二功能金属迹线407之外布线。第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c可为在第二布线层403的表面上的三个相应的独立区域中布线的第二虚拟金属迹线415的独立部件。第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c中的第二虚拟金属迹线415可具有相同的图案。例如,类似于第一布线层402中的第一虚拟金属迹线414的图案,第二布线层403中的第二虚拟金属迹线415的图案可为第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c中的每一个中的交叉阴影线迹线、线迹线或金属贴片。在其他示例中,第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c中的第二虚拟金属迹线415可具有不同的图案。第二布线层403中的第二虚拟金属迹线415也可具有与第一布线层402中的第一虚拟金属迹线414不同的图案。在其他示例中,第二虚拟金属迹线415可分布在第二布线图层403的表面上的少于或多于三个部件中。
43.第二虚拟金属迹线415与第二功能金属迹线407一起设置在第二布线层403的表面上,以提供金属表面或表面上的材料的更均匀密度和分布,增加金属迹线的密度,和/或减小遍布第二布线层403的表面的间隙。第二虚拟金属迹线415在第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c的相应区域中等距隔开。第二虚拟金属迹线415也可具有相等的线宽。第二虚拟金属迹线415的高度(厚度)也等于第二布线层403的表面上的第二功能金属迹线407的高度。第二虚拟金属迹线415的线宽和间距在不同区域中可相等或不同。因此,具有第二功能金属迹线407的第二虚拟金属迹线415可减少第二布线层403上的表面变化。第二虚拟金属迹线415在第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c中电隔离,并且不连接至第二功能金属迹线407、通孔410中的任何一个,或者不连接至陶瓷衬底401的布线层400之上或之中的电子组件(未示出)。第二虚拟金属迹线415也不连接至陶瓷衬底401的其他布线层中的任何其他金属迹线或电子组件。
44.第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c中的第二虚拟金属迹线415的密度也可与相应区域周围的第二功能金属迹线407的密度相匹配。在其他示例中,第二功能金属迹线405和第一虚拟金属迹线414的平均密度可遍布第二布线层403的整个表面相等,包括第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c的区域。
45.陶瓷衬底401的布线层400还可包括任意数目的布线层,该布线层包括虚拟金属迹线(未示出)。根据布线设计要求,第三布线层404和陶瓷衬底401内的任何虚拟布线层可被配置为类似于第一布线层402和第二布线层403的相同设计特征。
46.第三布线层404包括第三虚拟金属迹线416。第三虚拟金属迹线416与第三功能金属迹线409一起设置在第三布线板404上,以提供表面上金属迹线或材料的更均匀密度和分布,增加金属迹线的密度,和/或减小第三布线层404上的间隙。因此,具有第三功能金属迹线409的第三虚拟金属迹线416可增加遍布第三布线层404的表面平坦度。第三虚拟金属迹线416的线宽和间距在不同区域中可相等或不同。第三虚拟金属迹线416在第一部件416a、第二部件416b和第三部件416c的相应区域中等距隔开。第三虚拟金属迹线416也可具有相等的线宽。第三虚拟金属迹线416的高度(厚度)也等于第三布线层404的表面上的第三功能金属迹线409的高度。第三虚拟金属迹线416可在多个部件(诸如第一部件416a、第二部件416b和第三部件416c)中电隔离,并且不连接至第三功能金属迹线409、通孔410中的任何一个,或者不连接至布线层400之上或之中的电子组件(未示出)。第三虚拟金属迹线416也不
连接至陶瓷衬底401中的布线层堆叠400的其他布线层中的任何其他金属迹线或电子组件。
47.第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404中的每一个,以及布线层400的类似任何其他层,可通过在陶瓷片上形成金属迹线来形成。例如,金属迹线可通过包括金属沉积的金属图案化工艺形成,诸如对于pcb,或者通过使用导电材料浆料的丝网印刷工艺形成。如图4的右侧所示,第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404堆叠在彼此的顶部上以形成陶瓷衬底401。第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404以及布线层400的任何其他层被对准、堆叠并机械压合在一起。这使得布线层400彼此粘附并形成作为均匀结构的陶瓷衬底401。在其他示例中,布线层400可被堆叠和层压以形成陶瓷衬底401。
48.例如,如图4b的横截面图所示,布线层400的表面上的金属迹线可由堆叠在金属迹线的顶部的另一布线层400覆盖。例如,堆叠在第二布线层403的顶部上的第三布线层404覆盖第二布线图层403的表面上的第二功能金属迹线407和第二虚拟金属迹线415,包括第一部件415a、第二部件415b和第三部件415c。类似地,堆叠在第一布线层402的顶部上的第二布线层403覆盖第一布线层402的表面上的第一功能金属迹线405和第一虚拟金属迹线414,包括第一部件414a、第二部件414b和第三部件414c。在其他示例中,布线层400可通过放置在布线层400之间的环氧树脂层层压和键合。例如,将第二布线层403键合至第一布线层402的相应环氧树脂层覆盖第一布线层402的表面上的第一功能金属迹线405和第一虚拟金属迹线414。类似地,将第三布线层404键合至第二布线层403的相应环氧树脂层覆盖第二布线材料层403的表面上的第二功能金属迹线407和第二虚拟金属迹线415。第一布线材料层402、第二布线材料层403和第三布线材料层404是陶瓷材料层408。
49.第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404也对准,以使通孔410延伸穿过第一层402、第二层403和第三层404。通孔410可电耦接至第一功能金属迹线405、第二功能金属迹线407和第三功能金属迹线409,并且填充或镀有相同的导电材料。例如,通孔410可向第一功能金属迹线405、第二功能金属迹线407和第三功能金属迹线409提供电源、接地或离散信号。
50.增加遍布分别具有第一虚拟金属迹线414、第二虚拟金属迹线415和第三虚拟金属迹线416的第一布线层402、第二布线层403和第三布线层404的表面平坦度,还减少了层厚度变化,并且增加了贯穿和遍布陶瓷衬底401内的布线层400的堆叠的表面平坦度。这减小了在区域中由于将管芯420附接至陶瓷衬底401上的环氧树脂的不均匀厚度而产生的应力,该区域是可附接管芯的区域,在本文中也称为管芯附接区域。管芯附接区域是管芯420附接至布线层400之一的表面的位置。例如,管芯420可为slm管芯,诸如附接至第三布线层404的表面上的陶瓷衬底401的dmd芯片,如图4的横截面图所示。在这种情况下,附接的组件和附接该组件的键合线中的应力减小。减小遍布管芯附接区域上引起的应力也减小了陶瓷衬底401的背侧区域上的应力,其中可为电触点提供焊盘栅格阵列(lga)。在这种情况下,lga的电气接口接触距离也减小,这增加了通过lga的信号连接的可靠性。
51.图5示出了包括多层介电和导电材料的pcb 500。pcb 500包括位于衬底501的相对侧上的第一导电层502和第二导电层503之间的衬底501。例如,第一导电层502和第二导电层503可为铜层,铜层可载运电流并由衬底501隔开。衬底501可由编织玻璃和环氧树脂组成,并且是第一导电层502和第二导体层503之间的电隔离层。pcb 500还包括在第一导电层502的与衬底501相对的表面上的第一布线层504,以及在第二导电层503的与衬底501相对
的表面上的第二布线层505。第一布线层504和类似的第二布线层505可为介电层,在其各自的表面上包括金属迹线,该金属迹线在pcb 500中形成一个或多个电路。
52.pcb 500还包括通孔511,通孔511延伸穿过pcb 500的各层,并且可连接pcb 500相对侧上的一个或多个电路。第一布线层504包括功能金属迹线512和虚拟金属迹线514。如图5所示,功能金属迹线512和虚拟金属迹线514在第一布线层504的表面上的相应独立区域中布线。功能金属迹线512被配置为在pcb 500的两侧的一个或多个电路中载运电流。在示例中,虚拟金属迹线514在功能金属迹线512的区域之外的第一布线层504上布线。虚拟金属迹线514也可在与功能金属迹线512稀疏布线的区域中布线。在不同区域中布线的虚拟金属迹线514可具有相同的图案或可具有不同的图案。第二布线层505还可在表面上包括功能金属迹线和虚拟金属迹线(未示出)。第一布线层504的表面上的功能金属迹线512和第二布线层505上的功能金属迹线(未示出)可连接至通孔511,通孔511可向pcb 500中的电路提供电源、接地或离散信号。图5中的pcb 500是双侧pcb,其在两侧上具有一个或多个电路。在其他示例中,pcb可在堆叠在pcb衬底的一侧上的一个或多个布线层中具有一个或更多个电路。一个或多个布线层可包括分别类似于功能金属迹线512和虚拟金属迹线514配置的功能金属迹线和虚拟金属迹线。
53.虚拟金属迹线514的图案可与功能金属迹线512的图案类似或不同。例如,功能金属迹线512可被图案化为金属迹线的线,并且虚拟金属迹线514可被图案化为类似于线迹线,或者可为交叉影线迹线、线迹线或金属贴片。
54.虚拟金属迹线514与功能金属迹线512一起设置在第一布线层504的表面上,以提供表面上的金属迹线或材料的更均匀的密度和分布,增加金属迹线的密度,和/或减少遍布第一布线层504的表面的间隙。为了提供金属迹线的这种均匀的密度,虚拟金属迹线514在相应区域中的每一个中等距隔开。虚拟金属迹线514也可具有相等的线宽。虚拟金属迹线514的高度(厚度)也等于第一布线层504的表面上的功能金属迹线512的高度。虚拟金属迹线514的线间距在不同区域中可相等或不同。
55.虚拟金属迹线514的密度可与功能金属迹线512的密度相匹配。因此,如果功能金属迹线512的密度在第一布线层504上的相应区域中不同,则虚拟金属迹线514的密度在相应区域周围也不同。例如,如果功能金属迹线512在表面上的第一区域中具有比表面上的第二区域中更高的金属密度,则第一区域周围的虚拟金属迹线514的密度也高于第二区域周围的虚拟金属迹线514的密度。
56.在其他示例中,功能金属迹线512和虚拟金属迹线514的平均密度可遍布第一布线层504的整个表面相等。在这种情况下,独立区域中的虚拟金属迹线514的密度可根据相应独立区域周围的功能金属迹线512的相应密度来确定,以提供遍布第一布线层504的整个表面的金属迹线的平均密度。
57.图6是根据各种示例的示出具有虚拟金属迹线的硅基电路板(sicb)中的布线层的示意图。图6示出了包括硅衬底601和硅衬底601上的布线层602的sicb 600。布线层602可为包括功能金属迹线612的介电层,功能金属迹线612在sicb 600中形成一个或多个电路。布线层602还包括在功能金属迹线612周围的表面上布线的虚拟金属迹线614。虚拟金属迹线614可在不由功能金属迹线612布线的区域中布线,或者稀疏地布线有功能金属迹线612。在其他示例中,sicb可具有在硅衬底上堆叠在彼此的顶部上的多个布线层。布线层可包括分
别类似于功能金属迹线612和虚拟金属迹线614配置的功能金属迹线和虚拟金属迹线。
58.虚拟金属迹线614在布线层602的表面的不同区域上可具有相同的图案或者可具有不同的图案。虚拟金属迹线路614的图案可类似于或不同于功能金属迹线612的图案。例如,功能金属迹线612可为线迹线,并且虚拟金属迹线614也可为线迹线,可为交叉阴影线迹线、线迹线或金属贴片。
59.虚拟金属迹线614与功能金属迹线612一起设置在布线层602的表面上,以提供表面上的金属迹线或材料的更均匀的密度和分布,增加金属迹线的密度,和/或减少遍布布线层602的表面的间隙。为了提供这种均匀的金属迹线密度,虚拟金属迹线614在相应区域中的每一个中等距隔开。虚拟金属迹线614也可具有相等的线宽。虚拟金属迹线614的高度(厚度)也类似于布线层602的表面上的功能金属迹线612的高度。虚拟金属迹线614的线宽和间距在不同区域中可相等或不同。
60.sicb 600中的虚拟金属迹线614的密度可与功能金属迹线的密度匹配。根据相应区域周围的功能金属迹线612的密度,虚拟金属迹线614在表面上的不同区域中的密度可不同。在其他示例中,功能金属迹线612和虚拟金属迹线614的平均密度可遍布布线层602的整个表面相等。
61.图7是根据各种示例的用于在电子设备的集成电路的一个或多个布线层中形成平坦表面的方法700的流程图。例如,方法700可用于在包括金属迹线的陶瓷衬底的布线层中产生平坦表面,诸如陶瓷衬底401的布线层400。布线层是陶瓷片,其可作为陶瓷和粘合剂材料的混合物,诸如通过流延成型工艺来生产。
62.在步骤701,在陶瓷片上形成金属迹线的图案。每个陶瓷片的图案确定了陶瓷片的表面上的功能金属迹线和虚拟金属迹线的布线。例如,抗蚀剂层沉积在陶瓷片的表面上并图案化,诸如通过光刻工艺。抗蚀剂层是用于确定金属迹线的图案的掩模层。在其他示例中,可根据电路设计对丝网进行图案化。丝网是用于在表面上丝网印刷金属迹线的掩模。根据该图案,虚拟金属迹线与功能金属迹线分离。可确定虚拟金属迹线的图案化以提供虚拟金属迹线的密度,诸如在功能金属迹线的密度的至少50%内。在这种情况下,虚拟金属迹线的密度至少是表面上的功能金属迹线的密度的一半。在其他示例中,虚拟金属迹线的密度可为功能金属迹线的密度的75%或50%和100%之间的任何百分比。在100%匹配的情况下,功能金属迹线和虚拟金属迹线具有相等的金属密度。功能金属迹线和虚拟金属迹线的金属线可具有大致相同的宽度和间距,并且因此通过相同的制造工艺具有相同的金属密度。在图案中,虚拟金属迹线可具有相等的线宽和间距,这确定了虚拟金属迹线的金属填充部分与金属迹线之间的间距中的间隙部分的比率。例如,虚拟金属迹线由线迹线或交叉影线迹线组成,线迹线或交叉影线迹线由通过相同制造工艺形成的大致相同的宽度和间隔的金属线组成。该比率表示虚拟金属迹线的密度。在示例中,可确定虚拟金属迹线的密度,以提供遍布陶瓷片的表面的金属迹线的平均密度。在这种情况下,虚拟金属迹线的密度可基于表面上的不同区域中的功能金属迹线的密度而变化。
63.在步骤702,根据陶瓷片上的图案印刷金属,以形成金属迹线,金属迹线包括功能金属迹线和虚拟金属迹线。例如,金属可沉积在表面上的图案化抗蚀剂层上方。然后去除抗蚀剂层以提供图案化金属层。在其他示例中,金属可通过图案化丝网进行丝网印刷,以在陶瓷片的表面上转移和图案化金属层。根据图案,印刷的虚拟金属迹线与表面上的功能金属
迹线电隔离,并且可不电耦接以在电路中载运电流。在另一示例中,抗蚀剂层沉积在陶瓷片的表面上的金属层的顶部上。然后图案化抗蚀剂层,蚀刻暴露的金属,并且去除剩余的抗蚀剂,以在表面上形成金属迹线。
64.在步骤703,穿过陶瓷片形成通孔。例如,通孔可通过在陶瓷片上冲孔形成。通孔将电耦接至功能金属迹线,并且可与虚拟金属迹线电隔离。陶瓷片中的通孔可填充或镀有与金属迹线相同的导电材料,以在一个或多个陶瓷片之间提供电互连。通孔电耦接至功能金属迹线,并且可与虚拟金属迹线分离并电隔离。陶瓷片中的通孔可填充或镀有与金属迹线相同的导电材料,以在一个或多个陶瓷片之间提供电互连。
65.在步骤704,将陶瓷片堆叠并对准以形成陶瓷衬底。例如,将布线层400堆叠、对准并机械压制或层压以形成陶瓷衬底401。在其他示例中,可堆叠陶瓷片,然后可将通孔冲压至陶瓷片的堆叠中。
66.方法700还可用于在具有一个或多个布线层的pcb或sicb(诸如pcb 500或sicb 600)中形成平坦表面。布线层可为堆叠在衬底(诸如pcb或sikb衬底)上的介电层。可形成金属迹线的图案,并且可印刷金属以在介电层上布线金属迹线。多个介电层可堆叠在彼此的顶部上,并且在pcb或sicb衬底上进行处理。衬底上的叠层还可包括除布线层之外的层,诸如介电层之间的均匀金属层。
67.在方法700中,通过添加虚拟金属迹线来增加每个布线层的金属迹线密度,以提供金属迹线或材料遍布整个表面的更均匀分布。对虚拟金属迹线进行布线还减少了遍布布线层的表面的间隙。因此,遍布表面的层厚度的变化也减小了。增加布线层的表面平坦度可降低附接管芯和相关键合线中的应力,并且提高组装时的工艺产量。这可包括减少晶片级封装(wlp)分层、提高管芯放置的精度,以及生产更均匀的管芯附接环氧树脂。增加布线层的表面平坦度并减少所附接的管芯和相关联的键合线中的应力,对于在组装或后续机械或环境测试和部署期间生产对应力敏感的电路设计和设备也是有用的。
68.术语“耦接”出现在整个说明书中。该术语可涵盖实现与本描述一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如,如果设备a向控制设备b提供信号以执行动作,则在第一示例中,设备a耦接至设备b,或者在第二示例中,如果中间组件c基本上不改变设备a和设备b之间的功能关系,使得设备b由设备a经由设备a提供的控制信号来控制,则设备a通过中间组件c耦接至设备b。
69.被“配置为”执行任务或功能的设备可在制造时由制造商配置(例如,编程和/或硬连线)以执行功能,和/或可在制造后由用户配置(或重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代功能。配置可通过设备的固件和/或软件编程,通过设备的硬件组件和互连的构造和/或布局,或者它们的组合。
70.本文中描述为包括某些组件的系统或设备可改为适于耦接至这些组件以形成所描述的系统或设备。
71.尽管某些组件可在本文中描述为特定工艺技术的组件,但这些组件可与其它工艺技术的组件互换。本文所描述的系统和设备可重新配置以包括被替换的组件,从而提供与组件替换之前可用的功能至少部分类似的功能。
72.除非另有说明,数值前的“约”、“大约”或“基本上”是指所述数值的+/-10%。在权利要求的范围内,在所描述的示例中修改是可能的,并且其他示例也是可能的。
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