非接觸互連繫統的製作方法
2023-06-08 14:29:41
專利名稱：非接觸互連繫統的製作方法
背景技術：
本發明一般涉及不使用接觸而在計算機晶片封裝與電路板之間獲得的互連。隨著半導體設備變得更複雜，由於機械互連的困難性，矽晶片或「管芯」和相稱的電路硬體之間的互連持續發展並變得更複雜。這部分是由於電子電路的小型化以及高密度。對於高頻應用，電子部件中的信號以較快速度傳輸，並且半導體封裝正在變薄和更緊湊。在某些高頻應用中，很難使用依靠金屬接觸或端子的傳統互連。
已知的機械互連使用傳統的端子引線和插座或其他陽的與陰的結構或互相嚙合的彈簧連接。使用這些金屬到金屬的互連，主要是在端子之間提供了擦抹作用以去掉汙染與氧化劑。在小型的半導體互連中，端子是如此的小以至於很難提供必要的擦抹並在相對的端子或接觸之間獲得可靠的接觸力。即使可能的話，傳統的焊接連接很困難，這是因為半導體互連繫統的小型或緊密分隔的部件需要與非常複雜困難的工具一起使用。
因此，本發明涉及一種連接器，它不依賴於機械接觸，而是在兩個端子或接觸之間使用電或磁場耦合來傳輸信號。
本發明的另一個目的是提供一種互連結構，這種結構不使用金屬到金屬的接觸來提供連接，而在絕緣材料分隔的第一與第二端子陣列之間使用電容耦合。
本發明的一個實施例中，提供了安裝到平面支撐上的計算機晶片封裝。該支撐在其上面具有多個接觸焊盤或是線路，還提供了導線或其他連接以把晶片輸出連接到接觸焊盤。接觸焊盤安裝在支撐的一個面上，然後，該支撐被定位在電路板上，以使支撐的接觸焊盤與相應的電路板上的相對的接觸焊盤或線路對準並與之相對。電容耦合用來傳輸兩個相對的接觸焊盤之間的信號。
在另一個實施例中，計算機晶片封裝安裝到平面支撐上，該支撐還具有多個接觸焊盤，它們在支撐兩邊成圖案排列。這些接觸由通路(vias)彼此互連以使封裝在其下表面具有一系列不連續端子接合區。電路板也具有上表面，其上帶有與計算機晶片封裝下表面上的端子接合區對準的不連續電路焊盤的圖案。在晶片封裝的端子接合區與電路板上的電路焊盤之間，提供了一個或多個不連續的絕緣插入構件。這些插入構件排列成一個圖案，該圖案對應於端子接合區和電路焊盤的圖案，並且該插入構件還與端子接合區和電路焊盤對準，並位於端子接合區和電路焊盤之間。插入構件材料是一種具有相當高的介電常數的材料，該介電常數最好大於200。
插入構件可以粘附到端子接合區或電路焊盤上，或者，如在另一個實施例中描述的，插入構件可以由配置在晶片封裝下表面與電路板上表面之間的平面載體支撐。該平面載體可以由絕緣的合成橡膠材料製造，而且該插入構件可以在平面載體構件中被過量模製。
從下面結合附圖進行的詳細描述中，本發明的其他目的、特徵、優點將會很明顯。
優選實施例的詳細說明
圖1示出了非接觸互連繫統的第一實施例，該系統一般用10表示，它與計算機晶片封裝12一起示出，並提供了計算機晶片封裝12與下面的基片14(例如印刷電路板)之間的連接。圖2示出了非接觸互連繫統的第二實施例，該系統一般用10A表示，它也位於晶片封裝12和電路板14之間。
在兩個實施例10和10A中，計算機晶片封裝12可能包括矽晶片16，該矽晶片安裝在殼體22的壁20的上表面18上，矽晶片配置在殼體22內。不連續的、導電的端子接合區24的圖案被澱積在壁20的上表面18上。矽晶片16通過多個導線26連接到這些導電接合區24上。在這個實施例中，端子接合區24通過下支撐壁18經由單獨的各自的通路28連接到不連續的導電端子接合區或接觸焊盤30的匹配圖案上，接觸焊盤30配置在晶片封裝12的支撐壁18的下表面32上。
任何一個互連繫統10或10A的電路板14具有大體上平的上表面34，上表面34平行於晶片封裝12的下表面32排列。不連續的電路焊盤36的圖案可以以下面的圖案配置在上表面34上使得每一個焊盤36對準在晶片封裝支撐壁的下表面上的單獨的一個端子接合區30。電路焊盤28按常規方式電連接到電路板14上各自的電路。
多個不連續的插入構件38位於支撐壁20底部上的端子接合區30與配置在電路板14的頂部相對表面的電路焊盤36之間。實施例中的插入構件38，38』分別由插入間隙40，40』彼此隔開，如圖1和圖2中所示，插入構件38，38』被水平隔開，並具有與端子接合區30和電路片36兩者的圖案相應的圖案，而且一般與該圖案對準。插入構件最好由高介電常數的材料製造，以防對角線的或鄰近的端子接合區30與電路片36之間的耦合，其中高介電常數是相對於間隙40的材料的介電常數而言的。插入構件38，38』的介電常數至少比間隙40，40』(通常是空氣)的材料的介電常數高一個數量級，並且，插入構件38，38』的介電常數最好至少為200。然而，隨著信號頻率的增加，插入構件所需介電常數的數值可能減小。在這些實施例中，端子接合區最好與電路板片36有類似或同樣的尺寸並且與其對準，以便確保所需的一對接合區與焊盤之間的耦合，而確保沒有不想要的成角度的鄰近的接合區與焊盤之間的耦合。
在圖1中，插入構件38由載體構件42支撐，該載體構件42最好是平面的，並且配置在晶片封裝的下表面32與電路的上表面34之間。該載體構件42(如圖所示)延伸到計算機晶片封裝12的整個長度和寬度，並且最好由絕緣材料(例如塑料)製造，或者由絕緣和柔性材料(例如橡膠或合成橡膠)形成。插入構件可以被過量模製到載體構件42，並且載體構件42可以包括形成在其中的一系列的孔，這些孔適應於過量模製過程。插入構件38的介電常數最好比載體構件42的介電常數高一個數量級，以防止不需要的和非選擇的對角線耦合。
圖2示出了非接觸互連繫統10A的第二個實施例，其中，在圖1的第一實施例中所用的載體構件42已經被取消了。在這個實施例中，插入構件38』被粘附到端子接合區30和電路片36的一邊或兩邊。例如，插入構件可以通過適當的印製方法被澱積到端子接合區30或電路焊盤36上。然而，仍然在插入構件之間提供了間隙40』。而且，插入構件38』的介電常數應該比填充間隙40』的任何材料(例如空氣)高一個數量級以防止對角線耦合。
在圖1和圖2所示的互連繫統10和10A的兩個實施例中，插入構件38，38』是不連續構件，並如上所述，在間隙40，40』處隔開。優選地，插入構件尺寸基本上與對準的端子接合區30和電路焊盤36的尺寸相同。電信號被電容性地從端子接合區30通過插入構件38，38』傳輸到電路焊盤36。插入構件之間的間隙40，40』具有比插入構件低的介電常數，它們提供了對角線端子接合區30與電路焊盤36之間的絕緣擊穿(break)。由於電信號最好通過高介電常數的材料被耦合，則信號將趨向於不穿過間隙40，40』，其中間隙40，40』位於相對高介電常數材料的插入構件之間。因此，不連續的或隔開的插入構件大大地減少了端子接合區30與電路焊盤36對角線組之間的交叉耦合和串擾。
應該了解，那些術語的應用，例如在此處和權利要求中的「上」、「下」、「頂」、「底」、「垂直的」以及類似的術語，在任何方面都不是要加以限制，這樣的術語僅僅提供了對本發明的清楚與簡明的敘述和了解，就如同在附圖中所見到的那樣。很明顯，互連繫統10和10A在使用或應用中是全方位的。
本發明的第三個實施例在圖3中示出，其中，非接觸互連繫統110在計算機晶片封裝112和基片114(例如電路板)之間示出。
晶片封裝112包括具有底支撐壁116的殼體115和安裝在支撐壁116的基本平的上表面120上的矽片118。支撐壁116支撐不連續的端子接合區122圖案，端子接合區122位於壁116的上表面120上，並且由各自的導線124互連到矽晶片118。端子接合區122的圖案限定了其間的多個間隙123。本實施例中的支撐壁116提供了與如圖1和圖2實施例中使用的插入構件的功能同樣的功能。
這個系統110的電路板114一般成平行關係配置在晶片封裝112的支撐壁116的下面。該電路板114具有平的上表面126，該上表面126帶有與端子接合區122對準的不連續電路焊盤128的圖案。類似於不連續端子接合區122的圖案所限定的空隙123，不連續電路焊盤128的該圖案也限定了在其間的空隙129。電路焊盤128電連接到在電路板114上的各自的電路。
在本發明中該計算機晶片封裝112的支撐壁116直接被配置在晶片封裝的端子接合區122與電路板114的電路焊盤128之間。在這個實施例中，壁116的下表面121直接安裝在電路焊盤128上。在另一個實施例中，該壁可以由高介電常數(比充填在間隙123與空隙129中的材料(即空氣)的介電常數高)的材料製造，以防止相鄰端子接合區122之間的交叉耦合以及防止相鄰電路片128之間的交叉耦合。在再一個實施例中，該壁由具有至少為200的介電常數的材料製造。當然，許多材料或複合材料能提供這樣所需的介電常數，然而，隨著信號頻率的增加，壁116的所需的介電常數的數值會減少。在附加的實施例中，相對於端子接合區122之間的間隙123以及電路焊盤128之間的空隙129的寬度，壁116的厚度應當薄一些，以增加對準的端子接合區122與電路焊盤128之間的耦合，並防止鄰近的端子接合區122或鄰近的電路焊盤128之間的交叉耦合。
從以上可以看出，計算機晶片封裝的一部分(即壁116)有效地用於提供矽晶片118與電路板114之間的電磁耦合。本質上，壁116既提供了支撐結構又在多個電容器中提供了插入絕緣介質，其中，端子接合區122和電路焊盤128在由壁116提供的插入絕緣介質的相對邊上分別起到半個電容器的作用。信號在晶片封裝的端子接合區122和電路板114的電路焊盤128之間電容性傳輸。因此，所有其他的附加互連部件被除去，並且，電路板114與電路焊盤128一起能夠互連地被安裝到直接鄰近晶片封裝的支撐壁116的底表面。
應該理解，本發明在不脫離其精神與重要特性下，可以使用其他形式來實施。因此，當前的舉例和實施例在各方面認為是作為舉例說明而非限制，並且本發明不限於這裡所給出的細節。
權利要求
1.一種計算機晶片封裝和電路板之間的非接觸互連繫統，該非接觸互連繫統包括具有平的下表面的計算機晶片封裝，該下表面上帶有不連續的端子接合區圖案；具有平的上表面的電路板，該上表面與晶片封裝的下表面隔開並且與之大致平行，該電路板包括位於其上並對準所述端子接合區的不連續的電路焊盤圖案；以及在端子接合區和電路焊盤之間的多個不連續的插入構件，插入構件的圖案與端子接合區與電路焊盤的互相對準的圖案相對應並與之對準。
2.如權利要求1中所述的非接觸互連繫統，其中所述的端子接合區位於計算機晶片封裝的壁的下表面，該端子接合區通過壁由通路連接到來自封裝的矽晶片的導線。
3.如權利要求1中所述的非接觸互連繫統，其中所述插入構件由位於晶片封裝下表面和電路板上表面之間的絕緣載體構件所支撐。
4.如權利要求3中所述的非接觸互連繫統，其中所述插入構件在載體構件中被過量模製。
5.如權利要求3中所述的非接觸互連繫統，其中所述平面載體構件由合成橡膠材料製造。
6.如權利要求1中所述的非接觸互連繫統，其中所述插入構件被粘附到所述端子接合區或電路焊盤中的一個。
7.如權利要求1中所述的非接觸互連繫統，其中所述不連續的插入構件限定了的它們之間的間隙，所述插入構件材料的介電常數比充填間隙的材料的介電常數高。
8.一種計算機晶片封裝和電路板之間的非接觸互連繫統，該非接觸互連繫統包括具有平的下表面的計算機晶片封裝，該下表面上帶有不連續的端子接合區圖案；具有上表面並且包括與所述的端子接合區對準的不連續的電路焊盤的圖案的電路板，其中該上表面與晶片封裝的下表面隔開並且與之大致平行；以及多個不連續的插入構件，它們由位於晶片封裝的下表面和電路板的上表面之間的載體構件支撐，該載體構件在所述晶片封裝下表面和所述電路板上表面之間橫向延伸，該插入構件排列成一種圖案，該圖案與所述的端子接合區和電路焊盤圖案相應並與之對準，並且所述插入構件具有比所述的載體構件的介電常數高的介電常數。
9.如權利要求8中所述的非接觸互連繫統，其中所述端子接合區位於計算機晶片封裝的壁的下表面，該端子接合區通過壁由通路連接到來自封裝的矽晶片的導線。
10.如權利要求8中所述的非接觸互連繫統，其中所述插入構件在平的載體構件中被過量模製。
11.如權利要求8中所述的非接觸互連繫統，其中所述平面載體構件由絕緣合成橡膠材料製造。
12.一種計算機晶片封裝和電路板之間的非接觸互連繫統，該非接觸互連繫統包括位於封裝中的計算機晶片，該計算機晶片具有從其延伸的多根導線，用於把所述計算機晶片的電路連接到其他電路；該封裝包括支撐壁，用於支撐晶片並將該封裝安裝到電路板上，該支撐壁由具有給定介電常數的材料構成，所述封裝還包括位於所述支撐壁的上表面上並連接到所述晶片導線的多個不連續的導電端子接合區；以及位於所述封裝支撐壁下面的電路板，該電路板包括基本上平的上表面，該上表面具有在其上配置的不連續的電路焊盤的圖案，其圖案是將單獨的電路焊盤與所述封裝的單獨的端子接合區對準放置。
13.如權利要求12中所述的非接觸互連繫統，其中所述支撐壁構成了所述封裝的外壁。
14.如權利要求12中所述的非接觸互連繫統，其中所述支撐壁具有至少為200的介電常數。
15.一種計算機晶片封裝和電路板之間的非接觸互連繫統，該非接觸互連繫統包括計算機晶片封裝，其包括具有外壁的殼體，該壁包括平的內表面，並且該壁具有預定的介電材料；安裝在殼體內的矽晶片；不連續的端子接合區的圖案，其位於所述壁的內表面並電耦合到矽晶片；以及電路板，其相對於所述壁的外表面並置並且包括基本上平的表面，該表面具有不連續的電路焊盤圖案，該電路焊盤通過該壁與所述端子接合區對準。
16.如權利要求15中所述的非接觸互連繫統，其中所述壁由介電常數至少為200的材料製造。
全文摘要
在計算機晶片封裝與電路板之間提供了一種非接觸互連繫統。晶片封裝具有帶不連續的端子接合區圖案的基本平的下表面。電路板具有基本平的上表面，該上表面與晶片封裝的下表面隔開並且與之平行。該上表面上的不連續電路焊盤圖案與端子接合區對準。多個不連續插入構件配置在端子接合區與電路焊盤之間，並且具有的圖案相應於已對準的端子接合區和電路焊盤的圖案並與之對準。插入構件具有優選的介電常數的材料，該介電常數高於填充在插入構件之間的材料的介電常數。
文檔編號H01L23/12GK1422440SQ01807908
公開日2003年6月4日 申請日期2001年4月12日 優先權日2000年4月13日
發明者奧古斯託P·帕內拉 申請人:莫萊克斯公司