用于将嵌入的芯片连接到印刷电路板中的方法和设备技术

本发明专利技术描述了用于将微芯片（3）安装到印刷电路板（PCB）1内的方法和设备。PCB1具有腔（2），其中在该腔（2）内安装微芯片（3）。建立到PCB1中的信号线的连接（28），并且用模塑混合物（30）填充腔（2）。在一些实施例中，将一个（4）或两个（5）嵌入金属层热连接到微芯片（3），以提高热导率。根据实施例将热面板（8）和（9）或者热沉（18）和（19）附接到嵌入金属层（4）和（5），以进一步增加热导率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术描述了用于将微芯片（3）安装到印刷电路板（PCB）1内的方法和设备。PCB1具有腔（2），其中在该腔（2）内安装微芯片（3）。建立到PCB1中的信号线的连接（28），并且用模塑混合物（30）填充腔（2）。在一些实施例中，将一个（4）或两个（5）嵌入金属层热连接到微芯片（3），以提高热导率。根据实施例将热面板（8）和（9）或者热沉（18）和（19）附接到嵌入金属层（4）和（5），以进一步增加热导率。【专利说明】用于将嵌入的芯片连接到印刷电路板中的方法和设备相关申请的交叉引用本申请要求在2011年9月21日提交的、名称为“METHOD AND APPARATUS FORCONNECTING INLAID CHIP INTO PRINTED CIRCUIT BOARD”、申请号为 61/537206 的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请通过引用被全部包含于此。
本专利技术涉及将半导体集成电路安装到印刷电路板，本专利技术更具体涉及将存储装置安装到印刷电路板，并且本专利技术尤其涉及用于将存储装置安装到PCB并同时提供充分散热的方法和设备。
技术介绍
移动消费电子产品(仅举几例，例如蜂窝电话、便携式计算机、个人数字助理(PDA)和MP3播放器)的出现，已经增加了对紧凑的高性能存储装置的需求。在很多方面，半导体存储装置的现代发展可被看作是使用尽可能小的装置以规定的运行速度提供最大数量的数据位的过程。在此背景下，术语“最小”通常表示在“横向”X/Y平面中由存储装置占用的最小面积，该“横向” Χ/Υ平面例如是图1所示的由印刷电路板(PCB)或者模块板传统结构的主表面所限定的平面。毫不意外地，对由半导体装置占用的可容忍的横向面积的限制已激发微芯片设计者垂直集成他们的装置的数据存储容量。因此，多年来，本来可能在横向平面中彼此相邻排列的多个存储装置已经变成在相对于横向Χ/Υ平面的Z平面中，由一个存储装置垂直堆叠在另一个之上。所谓的“硅通孔(TSV)”制造的最新发展已经促使趋势朝向垂直堆叠的半导体存储装置。迄今为止，大部分3D堆叠技术仅关注垂直方向的芯片级集成。在PCB (印刷电路板)上，每个单独的芯片需要空间来将信号引脚电连接以及物理连接到PCB节点。此外，由于高容量微芯片的增加的功耗，由微芯片产生的热量问题已变得更加糟糕。因此，除了一些逻辑微芯片之外，包括CPU (中央处理单元)、GPU (图形处理单元)和高性能存储器(DDR3、DDR4、⑶DR5等)的大部分主要的半导体芯片，需要高效的热沉(heat sink)结构。热沉被物理地设计为增加与围绕它的冷却流体(例如空气)接触的表面面积。逼近气流速度(approach airvelocity)、材料选择、散热片(或其他突出物)设计以及表面处理是影响热沉的热阻(即热性能)的一些设计因素。由于热沉的这种表面面积需求，因此CPU或GPU具有体积较大的热沉，并且需要足够的空间在PCB上安装微芯片和关联的热沉这两者。近来，移动革新已经骤增为半导体工业的主趋势，这使得电气元件的紧凑设计是强制性的。移动产品尤其需要PCB的紧凑设计以及每个单独元件的小形状因子，以便缩小移动产品的总的大小。消费者市场仍然要求移动产品至少有主流便携式电脑级别的性能。因此，简单地采用具有大的热沉的便携式CPU和GPU不是一种可行的解决方案。系统设计者努力寻找在系统速度确定元件(例如CPU、GPU和诸如DRAM的主存储器)的功耗和性能之间的最佳权衡。热沉效率由热沉的总面积以及热沉本身和芯片封装材料的热特征来确定。主芯片元件(CPU、GPU和主存储器)应该具有热沉散热片或者面板，以从它们扩散热量，这使得PCB的总面积不能被缩小到如系统设计者所期望的那样。此外，封装本身需要一些空间，以具有如图1中所示的焊球连接。真实芯片的大小通常小于封装本身。当然在实际应用中，如图2所示，存在安装到PCB的数个芯片。用于提供更好的芯片安装和热沉布置的一种建议的解决方案是如图3所示的Ruwel技术的铜嵌入技术。铜嵌入技术对于从电路板直接迁移热量的现有概念提供了一种可选方式。在热关键元件下将热通孔排成阵列，其目标是通过内层上的铜区域或者通过板将热量从该元件传递到热沉。与普通的镀通孔不同，热通孔不需要彼此电绝缘，并且因此允许较高的孔密度。由于孔中的铜是高传导性的，因此最大数量的小孔将产生最低的热阻。热通孔的典型阵列具有约30W/mK的平均热导率(thermal conductivity)。热通孔是用于散热的一种有效方法，这是因为孔是在标准钻孔过程中钻好的。该技术的逻辑后续发展是由铜嵌入技术取代热通孔阵列，其中将一块固体铜按压并锚定到电路板的整个厚度内。铜嵌体首先充当功率半导体的焊料表面，并且其次充当通过电路板的高效热导路径(从热量的来源到热沉)。从那一侧，可使用导热胶粘剂将热量直接迁移到合适的热沉。铜嵌体的热导率的典型值为370W/mK，这意味着效率比热通孔多10倍。除了绝佳的热导率，元件插入工艺也存在优点，这是因为如果使用热通孔，焊膏不能流入孔，并且在其整个接触表面上焊接该元件。此外，该技术非常有效并且能够完全自动化。然而，甚至这种具有高热导率的紧凑PCB设计的新方法也不能解决封装本身的形状因子的根本问题。并且如图3所示，仅允许一侧的热扩散。通常由如最终元件产品的封装元件来覆盖微芯片。该附加处理步骤要求芯片制作者更多的测试时间和成本。此外，每个芯片的封装大小严重影响最终电子产品的总形状因子。尽管采用新类型的通风方法，以及为每个发热微芯片使用小风扇提高了热导率，但损失是付出复杂度大小和功率使用。最近，晶片自身作为最终元件被出售给系统制造者，该晶片不由芯片制造者封装。在这种情况下，系统使用者可以基于他们的系统需求和PCB大小很容易地确定他们自己的形状因子。需要一种用于保持有效热传递的微芯片安装的改进方法和设备。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于保持有效热传递的微芯片安装的改进方法和设备。本专利技术允许在PCB板的内部安装微芯片，其具有将热量从微芯片传递到该板和外部环境的能力。本专利技术不需要在芯片制造阶段的封装过程。与其中所有需要的微芯片被安装到具有大体为平面的顶部和底部表面的PCB上的现有封装技术相比，占据较大的PCB区域并且产生运转热量的所有或者一些微芯片被嵌入到PCB内。比起当前在PCB上安装芯片，其结果是消耗了较少的区域。此外，可在PCB的两侧提供热面板或者热沉，以增加空气流动。与用于当前PCB的单个热面板或热沉相比。从系统的观点，本专利技术提供了紧凑和多用途的系统设计，以实现在移动产品中作为关键因素的小形状因子。本专利技术还使用在PCB上的两侧的热面板布置，来提供具有竞争力的热扩散。PCB上不是所有的芯片都必须使用该方法。该方法可以仅应用于关键的以及产生热量的一个或多个芯片，该一个或多个芯片需要较大的PCB区域用于进行安装。无需进行芯片封装，包含在PCB内的微芯片和信号线要好于半导体工业中可用的封装方法。另一个实施例允许将热沉附接到微芯片，以进一步增加热量传递。本实施例的进一步改进允许将热沉附接到微芯片的两侧。然而，其他实施例用具有高热导率的热面板代替一个或数个热沉。本专利技术的进一步的实施例允许信号线在嵌入到PC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种印刷电路板（PCB），包括：大体为平面的顶部表面；以及大体为平面的底部表面；以及在所述顶部和所述底部表面之间延伸的电绝缘材料；被配置为容纳微芯片的、在所述电绝缘材料中的腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘弘柏，
申请(专利权)人：莫塞德技术公司，
类型：
国别省市：