使用超材料的增强型衬底制造技术

在增强通过封装的信号质量时，可以使用超材料。将超材料设计用于使信号以这种方式动作，使信号的形状的行为好像介电常数和磁导率不同于使用的绝缘体的实介电常数和磁导率。在示例实施例中，衬底（１０）配置为超材料。超材料为置于超材料之上具有预定长度的信号线（１５）提供噪声保护。导电材料（３０）设置为具有总长度的预定的形状（３５）。介电材料包围在导电材料周围，导电材料按照距离顶侧表面的第一预定距离（５５）和距离底侧表面的第二预定距离设置。导电材料（３０）的总长度与信号线（１５）的预定长度相当。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及集成电路(IC)封装。更特别地本专利技术涉及在封装衬底中 使用超材料(meta-material)，以减少可能在信号线上存在的噪声。
技术介绍
电子工业继续依赖在半导体技术中的进展，以在更紧凑的面积上实现 更高功能的器件。对于许多实现更高功能的器件的应用，要求在单个硅晶 片中集成大量的电子器件。当硅晶片的每给定面积上电子器件的数量增加 时，制作工艺变得更为困难。各种半导体器件针对各种应用以多种规则而制作。这样的硅基半导体 器件通常包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)，例如p沟道 MOS (PMOS)、 n沟道MOS (NMOS)和互补MOS (CMOS)晶体管、 双极型晶体管、BiCMOS晶体管。这样的MOSFET器件包括在导电栅极 与类似硅的衬底之间的绝缘材料；因此，这些器件通常称作IGFET (绝缘 栅极FET)。这些半导体器件中的每个通常包括其上形成多个有源器件的半导体衬底。给定有源器件的特殊结构可以在器件类型之间变化。例如，在MOS 晶体管中，有源器件通常包括源极和漏极区以及调制源极和漏极区之间电 流的栅极电极。而且，这些器件可以是在多个晶片制作工艺中产生的数字或模拟器 件，例如CMOS、BiCMOS、双极型等等。所述衬底可以是硅、砷化镓(GaAs)或其上适合于建立微电子电路的其它衬底。在进行制作工艺后，硅晶片具有预定数量的器件。这些器件被测试。 收集和封装好的器件。当将更高性能和更多功能嵌入到IC器件中时，向IC内部和向IC外 围的其它部件发送信号成为一种挑战。当从一个芯片向另一个发送信号时，信号通常必须通过各种各样的互连，例如封装、印刷板电路板和插座。 通常，通过这些实体的信号线的阻抗互不相同。由于在阻抗边界处的能量 反射，阻抗的不匹配一起线路上的噪声。在互连处这种能量导致了共振响 应。典型地，这种共振处于不同于信号的频率和时间，因此被认为是电路 中的噪声。A. F. Starr等在他们的题目为"Fabrication and Characterization of a Negative-Refractive-Index Composite Meta-materail "， 美国物理学会的 Physical Review B 70， 113102 (2004)的论文中描写到"当没有许多设 计折射系数为负的材料的可行方法时， 一种严格的方法是设计介电常数 (s)和磁导率(U)同时为负的材料，…当没有已知的e和y同时为负的 自然存在的材料或化合物时，可以设计人造结构材料，根据有效介质论点 得出在有限的频带内它的有效的s和u都是负的。"这种其中封装衬底的介电常数和磁导率能够在负方向被影响的超材 料在高性能的IC器件中可能发挥作用。因此，需要以经济有效的方式使 在IC器件的阻抗边界处的噪声最小化。
技术实现思路
本专利技术通过使用超材料作为衬底的绝缘体，可以有效地提高通过封装 的信号质量。超材料是这样的材料，设计用于使得信号以这样的方式动作， 使信号形状的行为好像介电常数和磁导率不同于所使用的绝缘体的实部 介电常数和磁导率。应当注意，相对介电常数和相对磁导率包括实部和虚部，也就是^-SK+jSK和m^^+Jm。可以设计材料，以便使信号的 响应好像介电常数和磁导率具有负值。在本专利技术中，绝缘体材料设计用于 减小由于信号线共振模式而出现的噪声。超材料是在绝缘体中的导体的一 种安排形式，它减小了在信号上的线路的共振响应。在一个示例实施例中，衬底配置为超材料。所述超材料为在所述超材 料上设置的具有预定长度的信号线提供噪声保护。所述衬底包括具有顶侧表面和底侧表面的介电材料(dielectric material)。导电材料设置为具有总 长度(collective length)的预定形状。介电材料包封导电材料，并且在距 离顶侧表面的第一预定距离和距离底侧表面的第二预定距离处设置导电材料。导电材料的总长度与信号线的预定长度相当。在另一个示例实施例中，存在具有顶侧表面和底侧表面的衬底，所述 衬底配置为超材料，所述超材料为在顶侧表面上限定的预定尺寸的信号线 提供噪声保护。所述衬底包括限定衬底的底侧表面的导电电压基准平面。 将导电线层配置为预定的形状。在位于金属接地平面之上的第一预定距离 处设置导电线层，在位于在衬底的顶侧表面上限定的信号线下面的第二预 定距离处设置导电线层。介电材料包封导电线层；将介电材料限制在衬底 的顶侧表面和底侧表面之间。导线的总尺寸与信号线的预定尺寸相当。在又一示例实施例中，存在具有顶侧表面和底侧表面的衬底，将所述 衬底配置为超材料。所述超材料为在顶侧表面上限定的预定尺寸的信号线 提供噪声保护。所述衬底包括限定衬底的底侧表面的导电接地平面。存在 配置为多个预定形状的导电材料层，在所述预定形状中缺少一些导电材 料。在导电接地平面之上的第一预定距离处设置导电材料层，并且在位于 在衬底的顶侧表面上限定的信号线下的第二预定距离处设置所述导电材 料层。介电材料包围导电材料层，并且将所述介电材料限定在衬底的顶侧 表面和底侧表面之间。所述多个预定形状的总尺寸与信号线的预定尺寸相 当。在再一示例实施例中，存在具有顶侧表面和底侧表面的衬底，所述衬 底配置为超材料，所述超材料为在顶侧表面上限制的信号线提供噪声保 护。所述衬底包括限定衬底的底侧表面的导电接地平面。导电材料层配置 为两个同心的矩形；每个矩形具有在边上大约中点位置处限定的凹口，第 一矩形中的所述凹口与第二矩形中的所述凹口相对；所述第一矩形具有比 第二矩形更小的周长。在导电接地平面之上的第一预定距离处设置所述导 电材料层，并且在在衬底顶侧表面上限定的信号线之下的第二预定距离处 设置所述导电材料层。介电材料包围导电材料层；将介电材料限定在衬底 的顶侧表面和底侧表面之间。两个同心矩形的总尺寸与信号线的预定尺寸 相当。本实施例的特点包括导电材料层具有额外的比第一矩形更小周长 的内部矩形，以及额外的四个外部的矩形，每个外部矩形都具有比第二矩 形的周长增量更大的周长。在另一实施例中，存在使用来自二维电磁超材料(EM)模型的电阻电感电容(RLC)数据来设计超材料的方法，所述超材料是具有类似矩形形状的结构。所述方法包括限定所述结构所需的应用参数以及构建储能电路。选择储能电路中的RLC值以获得所需的信号响应，并确定相应几 何形状的结构。为寻找所需RLC电路值，对所述结构的二维截面进行仿 真。计算结构长度和二维截面之一的等效RLC值。在另外一个示例实施例中，对于超材料，釆用二维EM模型计算导电 材料层之间距离的方法，所述导电材料层包括第一平面上的信号传输线、 第二平面中的三个矩形导电段的层以及在第三平面上的接地层。所述方法 包括限定导电材料层的宽度、长度和厚度的尺寸；限定尺寸包括限定从 信号传输线到三个矩形导电段的第一距离，限定从三个矩形导电段的层到 接地层的第二距离，以及限定所述三个矩形导电段每个之间的第三距离。 在改变第一、第二和第三距离时，对LC参数进行仿真。在改变信号线与 三个矩形导电段之间的距离、三个矩形导电段的每个之间的距离以及三个 矩形导电段和接地层之间的距离时，产生超材料的单位电容和单位电感的 LC曲线。本专利技术的上述总结并不意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配置为超材料的衬底（１０），所述超材料为设置于超材料上的具有预定长度的信号线（１５）提供噪声保护，所述衬底包括：　具有顶侧表面和底侧表面的介电材料（２、４、６）；以及　导电材料（３０），设置为具有总长度的预定形状（３５），所述导电材料由介电材料（２、４、６）包封，并且在距离顶侧表面第一预定距离（５５）和距离底侧表面的第二预定距离（５５）处设置所述导电材料（３０），　其中导电材料（３０）的总长度与信号线（１５）的预定长度相当。

【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：克里斯怀兰德，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]