[发明专利]包括增加的热耗散能力的3D集成电子装置结构

说明书

技术领域

本文所呈现的实施例涉及微电子装置结构，并且更具体来说，涉及包括增加的热耗散能力的三维(3D)微电子集成电路(IC)芯片结构。

背景技术

微机电系统(MEMS)是小型化装置，例如尺寸范围可从小于1微米至大约1mm或以上的微开关。3D集成电路一般包括垂直和水平集成的堆叠配置的两层或更多层的电子部件。这些装置一般要求受控环境以在长的时间段操作。热量的耗散是任何高功率电子或电气应用中的主要问题，并且在高功率微机电系统或MEMS装置中是极为重要的。称作TSV的穿透衬底通孔(through substrate vias)用作芯片(例如存储器芯片)的堆叠中的导体，从而提供芯片之间的热量路径以及其它功能。可集成用于耗散热量的附加设施。

大多数MEMS装置使用引线接合(wirebonding)来互连。然而，在高功率MEMS应用中，引线接合可能引起装置性能中的严重限制。与引线接合关联的限制与下列因素相关，包括但不限于引线的电流处理能力以及可能特别影响短电流浪涌的处理的不充分热路径。在其它情况下，MEMS装置可使用带接合(ribbon bonding)来互连，带接合具有装置的性能中的相似限制。

除了因不充分热耗散引起的性能降级之外，诸如水分、微粒或气体等污染物被引入装置周围的环境也能够引起金属触点的粘附、污染或干扰，从而导致装置故障。

因此，可期望包括增加的热管理(例如改进的热量耗散路径)从而引起具有增加的载流能力的更可靠的高性能装置的改进的微电子芯片结构。另外，它可向有源装置提供免受污染的保护。

发明内容

下面提出范围与最初要求保护的本发明相称的某些方面。应当理解，仅呈现这些方面以便为读者提供本发明可采取的某些形式的简短概要，并且这些方面不意在限制本发明的范围。实际上，本发明可包含下面可能没有提出的各个方面。

根据某些实施例，所公开的是一种包括三维(3D)集成芯片组件和衬底的设备，其中三维(3D)集成芯片组件倒装芯片(flip chip)接合到衬底，并且其中多个热量耗散路径通过三维(3D)集成芯片组件延伸以耗散其中生成的热量。该芯片组件包括：装置衬底；有源装置，包括放置在装置衬底上的一个或多个发热元件；盖层，在物理上接合到装置衬 底；以及在有源装置周围形成的气密密封(hermetic seal)，气密密封至少部分由装置衬底和盖层来限定。

根据其它实施例，所公开的是一种设备，包括三维(3D)集成芯片组件、衬底以及经由热界面材料(thermal interface material，TIM)安置在三维(3D)集成芯片组件附近的散热器(heat spreader)。三维(3D)集成芯片组件倒装芯片接合到衬底。该设备提供通过三维(3D)集成芯片组件的多个热量耗散路径以耗散设备中生成的热量。该芯片组件包括：装置衬底；有源装置，包括放置在装置衬底上的一个或多个集成电路；包含半导体材料的盖层，盖层在物理上接合到装置衬底；以及在有源装置周围形成的气密密封，气密密封至少部分由装置衬底和盖层来限定。

根据其它实施例，所公开的是一种设备，包括：MEMS装置，包括盖层和至少部分由盖层限定的气密密封；以及衬底。MEMS装置配置成倒装芯片接合到衬底。

根据其它实施例，所公开的是一种耗散设备中的热量的方法，其包括提供三维(3D)集成芯片组件。提供芯片组件的方法包括提供具有第一主表面和第二主表面的装置衬底，在装置衬底上放置包括一个或多个集成电路的有源装置，将盖层接合到装置衬底，在有源装置周围形成气密密封，以及提供包括多个输入/输出连接的衬底。装置衬底包括第一主表面和第二主表面的至少一个上的多个输入/输出连接。盖层具有第一主表面和第二主表面，并且包括第一主表面和第二主表面的至少一个上的多个输入/输出连接。气密密封至少部分由装置衬底和盖层来限定。该方法还提供将三维(3D)集成芯片组件倒装芯片接合到衬底以形成设备，其中设备提供通过三维(3D)集成芯片组件的多个热量耗散路径以耗散设备中生成的热量。

上述特征的各种细化与本发明的各个方面相关而存在。其它特征也可并入这些各个方面中。这些细化和附加特征可单独地或者以任何组合而存在。例如，下面与所示实施例的一个或多个相关而论述的各种特征可单独或者以任何组合并入到本发明的上述方面的任一个中。再次，以上呈现的简短概要只是意在使读者熟悉本发明的某些方面和上下文，而不是对要求保护的主题的限制。

附图说明