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具有自由形成的自支撑垂直互连件的电子模块的制作专利

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2018-06-12

本发明大体上涉及电子模块,更具体地,涉及具有自由形成的自支撑电互连件的RF模块。



背景技术:

例如射频(RF)模块等电子模块包含诸如高频芯片组之类的电子组件,这些电子组件可能会占据模块内部相当大的空间并且可能会产生大量的热。平面相控阵天线架构中的RF模块通常安装在基底衬底上,并且用于集成此类模块的可用区域常常受到约束。通常,经由热质或受限冷板,通过模块底部来施加冷却,由于冷板或热质位于平面相控阵天线上的电信号的直接路径中,所以热质或冷板可能会干扰RF操作。随着RF模块的电子组件变得越来越复杂,需要改进用于安装此类组件的可用表面区域,并且改进电子模块设计的灵活性,同时还在不干扰RF/DC操作的情况下增强对此类组件的冷却。



技术实现要素:

本发明提供一种电子模块以及用于制造该电子模块的方法,该电子模块具有自由形成的自支撑互连支柱,该互连支柱将电子模块的覆盖衬底上的电子组件与电子模块的基底衬底上的电子组件电连接。

该自由形成的自支撑互连支柱可以通过建立通向覆盖衬底上的电子组件的电路径来提高电子模块的紧凑性,进而有效地增加用于安装此类电子组件的可用区域。更具体地,自由形成的自支撑互连支柱可以在基底电子组件与相对的覆盖电子组件之间垂直地延伸,以提供允许相对电子组件之间具有足够间距的笔直电路径。此类配置可以提高组件之间的热性能和冷却,并且还限制或消除了将衬底区域用于互连路径。另外,通过提供电子组件之间的笔直和/或直接电路径,自由形成的自支撑互连支柱的配置还可以通过减少电信号沿着电路径的传输损耗来提高电子模块的操作效率。此外,覆盖衬底可以提供集成散热器,该散热器可以与热交换器或热质组合以增强对覆盖电子组件的冷却,同时还使得对电子装置的电连接或操作(例如,射频(RF)或直流(DC)操作)的干扰最小化。

所述自由形成的自支撑互连支柱可以由通过逐层添加制造过程所提供的导电细丝形成。通过将导电细丝在原位直接沉积在电子组件上,可以增强模块设计的可修整性和灵活性,并且可以降低互连结构的复杂性。举例来说,自由形成的自支撑互连支柱可以更好地适应设置在衬底上的电子组件之间的非平面性,并且自由形成该自支撑互连支柱可以改善制造此类电子模块的速度和成本。

根据本发明的一个方面,一种用于组装电子模块的方法包含以下步骤:(i)将基底电子组件安装在基底衬底上;(ii)将覆盖电子组件安装在覆盖衬底上;(iii)将导电细丝直接沉积到基底电子组件上或直接沉积到覆盖电子组件上;(iv)使用所沉积的导电细丝自由形成自支撑互连支柱,该自由形成的自支撑互连支柱从基底电子组件或覆盖电子组件竖直延伸;(v)将覆盖衬底布置在相对的基底衬底上方并且使基底电子组件与覆盖电子组件对准;以及(vi)使用自由形成的自支撑互连支柱将基底电子组件电连接到覆盖电子组件。

本发明的实施方案可以单独地或组合地包含以下附加特征中的一个或多个。

举例来说,用于组装电子模块的方法可以进一步包含以下步骤:将可压缩电转接层附接在自由形成的自支撑互连支柱的自由端处;以及将可压缩电转接层电插入在相应的自由形成的自支撑互连支柱与基底电子组件或覆盖电子组件之间的电路径中。

在一些实施方案中,导电细丝可以是导电膏。

可以沉积导电膏以形成长度与宽度的纵横比为至少3:1的自由形成自支撑互连支柱。

覆盖电子组件和基底电子组件可以各自包含具有电接触表面的外部可寻址面,其中覆盖电子组件的外部可寻址面可以与基底电子组件的外部可寻址面对准并且相对面向。

可以将导电膏沉积在基底电子组件的电接触表面上或者可以沉积在覆盖电子组件的电接触表面上,并且导电膏可以在笔直路径中形成自由形成的自支撑互连支柱,以用于与基底电子组件或覆盖电子组件的相对电接触表面电连接。

可以将多个基底电子组件安装在基底衬底上并且可以将多个覆盖电子组件安装在覆盖衬底上,其中多个覆盖电子组件的外部可寻址面中的至少其中之一相对于多个覆盖电子组件的外部可寻址面中的至少另一个是非平面的,和/或多个基底电子组件的外部可寻址面中的至少其中之一相对于多个基底电子组件的外部可寻址面中的至少另一个是非平面的。

可以将导电膏沉积在多个基底电子组件中的一个或多个上和/或多个覆盖电子组件中的一个或多个上,以形成具有不同纵向长度的多个自由形成的自支撑互连支柱,以用于将多个基底电子组件电连接到多个覆盖电子组件,并且适应多个基底电子组件和/或多个覆盖电子组件的相应外部可寻址面的非平面性。

可以沉积导电膏以形成具有基本上为圆柱形形状的自由形成的自支撑互连支柱。

自由形成的自支撑互连支柱的导电性在横向剖面和沿着自由形成的自支撑互连支柱的纵向长度上可以是均匀的。

自由形成的自支撑互连支柱的导电性可以是约1×107西门子/米或更大。

可以通过逐层添加制造过程来沉积导电膏以形成自由形成的自支撑互连支柱。

任选地,可以在单个挤出步骤中沉积导电膏以形成从基底电子组件或覆盖电子组件竖直延伸的至少一个自由形成的自支撑互连支柱。

用于组装电子模块的方法可以进一步包含使导电膏固结的步骤。

安装在覆盖衬底上的覆盖电子组件可以比安装在基底衬底上的基底电子组件产生更多的热。

用于组装电子模块的方法可以进一步包含将冷板附接到覆盖衬底的步骤以及冷却覆盖电子组件的步骤。

电子模块可以是RF模块,并且自由形成的自支撑互连支柱可以配置成传输RF信号或DC信号或输送热。

可以提供多个覆盖电子组件,其可以包含一个或多个单片微波集成电路。

可以提供多个基底电子组件,其可以包含一个或多个专用集成电路。

根据本发明的另一方面,一种电子模块包含:基底衬底;基底电子组件,其设置在基底衬底上;覆盖衬底,其设置在基底衬底上方;覆盖电子组件,其设置在覆盖衬底上,其中覆盖电子组件与基底电子组件相隔,并且自由形成的自支撑互连支柱将基底电子组件与覆盖电子组件电连接。

本发明的实施方案可以单独地或组合地包含以下附加特征中的一个或多个。

举例来说,自由形成的自支撑互连支柱可以由导电膏形成。

覆盖电子组件和基底电子组件可以各自包含具有电接触表面的外部可寻址面,其中覆盖电子组件的外部可寻址面与基底电子组件的外部可寻址面平行并且直接相对面向。

自由形成的自支撑互连支柱可以在覆盖电子组件和基底电子组件的相应电接触表面之间延伸。

自由形成的自支撑互连支柱可以具有至少3:1的长度与宽度纵横比,并且可以相对于覆盖电子组件和基底电子组件的外部可寻址面中的每一个竖直并垂直延伸。

基底衬底可以包含多个基底电子组件,并且覆盖衬底可以包含多个覆盖电子组件。

多个自由形成的自支撑互连支柱可以将多个基底电子组件电连接到相应的多个覆盖电子组件。

在一些实施方案中,多个覆盖电子组件的外部可寻址面中的至少其中之一相对于多个覆盖电子组件的外部可寻址面中的至少另一个是非平面的,和/或多个基底电子组件的外部可寻址面中的至少其中之一相对于多个基底电子组件的外部可寻址面中的至少另一个是非平面的。

自由形成的自支撑互连支柱可以具有不同的纵向长度以适应多个基底电子组件和/或多个覆盖电子组件的相应外部可寻址面的非平面性。

电子模块可以进一步包含附接到覆盖衬底的冷却构件,例如热交换器或热质。

电子模块可以是RF模块,其中多个覆盖电子组件可以包含一个或多个单片微波集成电路,其中多个基底电子组件可以包含一个或多个专用集成电路,并且其中多个自由形成的自支撑互连支柱中的一个或多个可以配置成传输RF信号或DC信号。

以下描述和附图陈述了本发明的某些说明性实施方案。然而,这些实施方案仅指示可以采用本发明的原理的各种方式中的数种方式。结合附图考虑时,通过以下详细描述,根据本发明的各方面的其它目的、优势和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

附图不一定按比例绘制,其示出本发明的各方面。

图1是根据本发明的示例性电子模块的透视图,其中所示覆盖衬底已从基底衬底移除。

图2A至图2F是描绘组装根据本发明的示例性电子模块的示例性过程步骤的剖面图。

图2A描绘了安装到覆盖衬底的覆盖电子组件和安装到基底衬底的基底电子组件。

图2B描绘了通过喷嘴沉积导电细丝以在基底电子组件上形成独立的细丝层。

图2C描绘了沉积导电细丝以在基底电子组件上自由形成自支撑互连支柱。

图2D描绘了将可压缩转接层附接到自由形成的自支撑互连支柱的自由端。

图2E描绘了使覆盖衬底对准并附接到基底衬底,以使用自由形成的自支撑互连支柱将覆盖电子组件电连接到基底电子组件。

图2F描绘了将冷却构件附接到覆盖衬底的外表面。

图3是示出根据本发明的示例性自由形成的自支撑互连支柱的照片。

具体实施方式

电子模块及其制造方法包含自由形成的自支撑互连支柱,该互连支柱将设置在覆盖衬底上的覆盖电子组件与设置在基底衬底上的基底电子组件电连接。自由形成的自支撑互连支柱可以在覆盖电子组件与基底电子组件之间的笔直路径中垂直地延伸。自由形成的自支撑互连支柱可以由通过添加制造过程所提供的导电细丝形成。

本发明的原理可以尤其应用于无线电子装置的射频(RF)电子模块,并且因此在下文中将以此为背景进行描述。还应理解,本发明的原理可以应用于需要使用自由形成的自支撑互连支柱来提供三维架构的其它电子模块,除了其它考虑因素之外,互连支柱提高了紧凑性、热性能和操作性能并增加了设计和制造的灵活性。

图1示出了示例性电子模块10,该电子模块具有基底衬底12或基底以及设置在基底衬底12上方的覆盖衬底14或盖子。基底衬底12包含设置在基底衬底12上的一个或多个基底电子组件16。覆盖衬底14包含设置在覆盖衬底14上的一个或多个覆盖电子组件18,覆盖电子组件可以与基底电子组件16相隔和/或相对面向(例如,如图2F中所示)。一个或多个自由形成的自支撑互连支柱20在基底电子组件16与覆盖电子组件18之间竖直延伸,以在二者之间提供电路径。

图2A至图2F图示了组装和/或形成示例性电子模块110的示例性过程。电子模块110与上文提及的电子模块10基本上相同或相似,因此以100索引的相同附图标记用于表示与电子模块10中的相同或相似结构对应的结构。另外,除了下文所述内容之外,与电子模块10相关的描述同样适用于电子模块110,并且反之亦然。

如图2A中所示,将一个或多个基底电子组件116安装在基底衬底112上。基底衬底112可以包含金属基底、半导体衬底,或者可以包含根据使用常规设备的常规工艺的常规材料,例如氧化铝、氮化铝或类似的陶瓷,这在本领域中是众所周知的。基底衬底112可以包含使用常规工艺和设备形成的单个层或多个层,包含介电层和绝缘层。

可以通过合适的方式(例如,使用导电性或非导电性粘合剂或焊料)将基底电子组件116附接到基底衬底112。基底电子组件116可以包含可以根据常规实践提供的集成电路、半导体芯片、微电子装置和/或各种其它有源和无源电结构,例如电容器、晶体管、电阻器、电感器、二极管、输入/输出接口等。基底衬底112还可以包含通过传统技术以众所周知的方式提供的其它导电性电路,所述技术为例如引线键合或光刻技术等。

图2A中还示出了一个或多个覆盖电子组件118被安装在覆盖衬底114上,进而有效地使用于将此类组件安装在电子模块110内部的可用区域加倍。覆盖衬底114和覆盖电子组件118可以分别与基底衬底112和基底电子组件116相同或基本上相似。与基底衬底112一样,覆盖衬底114可以包含可根据本领域中众所周知的常规实践提供的各种集成电路、半导体芯片、微电子装置和/或其它电路和组件。覆盖衬底114还可以具有足够的刚性以支撑覆盖电子组件而不变形。

一般来说,可将任何类型或数目的电子组件116、118附接到覆盖衬底114和/或基底衬底112。在优选实施方案中,将产生大部分热的电子组件118安装到覆盖衬底114,这使得容易实现从电子组件118到电子模块110外部的有效热传递。可以提供覆盖衬底114作为散热器,该覆盖衬底可以与冷却构件(例如,热交换器)组合以增强对覆盖电子组件118的冷却。覆盖衬底114还可以配置成具有比基底衬底112更高的导热性,以更有效地冷却高发热组件。举例来说,覆盖衬底114可以由具有良好导热性的非导电材料(例如,氮化铝)制成或者包含这样的非导电材料;或者覆盖衬底114可以由具有良好导热性的导电材料(例如,钼-铜合金)制成或者包含这样的导电材料。替代地或附加地,覆盖衬底114可以由导热性相对较差的材料(例如,陶瓷(例如,氧化铝))制成,并且可以并入有由导热材料(例如,金属(例如,铜-钨))制成的热沉。

在图2A中示出的图示实施方案中,电子模块110配置成RF模块110,并且可以包含专用集成电路(ASIC)130、单片微波集成电路(MIMIC)132、其它电子组件(例如,电容器和/或其它集成电路138)和/或其它电子电路(例如,电线134和输入/输出接口136)以产生、传输和接收RF信号。在优选实施方案中,覆盖电子组件118包含安装到覆盖衬底114的下侧的MMIC 132,并且基底电子组件116包含ASIC 130和其它组件138。此配置通过提供覆盖衬底114作为散热器来实现对MMIC组件132的更有效的冷却,覆盖衬底可以任选地包含冷却构件180(在图2F中示出),例如安装到覆盖衬底114的与MMIC组件132相反的外表面的热质或热交换器(例如,冷板)。此配置还可以通过以下方式来减少对RF操作的干扰:限制对与MMIC 132的RF连接的障碍,以及将冷却构件180设置在相控阵天线前方(例如,朝向基底衬底112)传递的RF能量的直接路径外部。

转至图2B和图2C,示出了用于产生一个或多个自由形成的自支撑互连支柱120(在下文也称为“互连支柱”120)的示例性过程。自由形成的自支撑互连支柱120将基底电子组件116和覆盖电子组件118电连接,以在其间提供电路径。本文使用的术语“电连接”可以包含组件(例如组件116、118等)之间的直接或间接电连接。应理解,各个自由形成的自支撑互连支柱120可以在其相对端处电连接各个电子组件116、118,和/或可以将一个以上互连支柱120设置在单个电子组件116、118上以连接一个或多个相对的电子组件116、118。虽然在所图示的实施方案中将互连支柱120示出为笔直,但它们还可以包含分支型结构,分支型结构使得单个互连支柱120在互连支柱末端中的一个或多个处与多个电子组件116、118电连接。互连支柱120可以垂直于基底电子组件116,以用于与可能与相应的基底电子组件116处于直接对准的相对面向的覆盖电子组件118电连接。替代地或附加地,互连支柱120可以相对于基底电子组件116倾斜,以与相对面向的覆盖电子组件118电连接,覆盖电子组件118可与相应的基底电子组件116偏移对准。

自由形成的自支撑互连支柱120可以配置成在基底电子组件116与覆盖电子组件118之间传输多种电信号。举例来说,在电子模块110配置成RF模块的情况下,互连支柱120可以配置成通过接收朝向基底衬底112输入的RF并且传输朝向覆盖衬底114输出的RF而将RF信号传送到(例如)MMIC组件132。互连支柱120还可以配置成在组件之间传输直流(DC),例如从ASIC 130或设置在基底衬底112上的其它电子组件138(例如,电容器),以向安装在覆盖衬底114上的MMIC 132提供电力并进行控制。在优选实施方案中,在基底衬底112和/或覆盖衬底114的外围边缘的近端形成配置成用于RF操作的互连支柱120(在图1中示出为RF支柱20')。另外,配置成用于RF操作的互连支柱120可以具有更大的剖面面积,以用于载运更多的DC电流而不会过热。互连支柱120可以配置成根据电流或RF功率要求而具有合适的剖面面积,以确保可靠操作。

在所图示的实施方案中,通过经由喷嘴150或挤出头将导电细丝140直接沉积到基底电子组件116(例如,ASIC 130和/或其它电子组件138)上来形成自由形成的自支撑互连支柱120。可以将细丝140直接沉积到在一个或多个基底电子组件116的外部可寻址面(例如,面139)上提供的电接触表面(未示出)上。替代地或附加地,可以通过类似的方式将细丝140直接沉积到覆盖电子组件118上以形成互连支柱120,然而,为了简单起见,将主要示出和描述在基底电子组件116上沉积和形成互连支柱120。

在优选实施方案中,导电细丝140由导电膏制成,可以通过逐层添加制造过程来沉积导电膏,以形成图2B和图2C中例示的自由形成的自支撑互连支柱120。举例来说,可以随着喷嘴150跨越衬底112移动(例如,如在图2B中所见,从左到右)而将细丝140沉积为一系列单层142或迹线。以此方式,自由形成的自支撑互连支柱120可以逐层142形成,其从基底电子组件116竖直并且远离基底电子组件116延伸,直到完全形成的互连支柱120达到所需要的尺寸为止(例如,图2C示出)。本文使用的术语“层”是指一个或多个层级或潜在图案化的层,而不一定是连续的阶段。任选地,在沉积后续的层142之前,可以例如通过温度处理或空气干燥使细丝140固结。替代地或附加地,可以在单个挤出步骤中沉积细丝140,以完全形成从基底电子组件116竖直延伸的自由形成的自支撑互连支柱120。举例来说,可以将细丝140沉积在基底电子组件116上,并且在细丝140连续流过喷嘴150时,喷嘴150可以移动远离基底组件116(即,如在图2B中所见,向上),以自由形成竖直延伸并且长度大于其宽度的单个(例如,圆柱形)自支撑互连支柱或其它非分层的互连结构。

用于自由形成自支撑互连支柱120的添加制造过程可以包含多种方法,例如选择性激光烧结(SLS)、立体光刻(SLA)、微立体光刻、叠层实体制造(LOM)、熔融沉积成型(FDM)、多重喷射成型(MJM)、直写、喷墨制造和微分配。在这些方法中的许多方法之间可能存在大量重叠的区域,可以在需要时基于材料、公差、大小、数量、精度、成本结构、临界尺寸以及由待制造的一个或多个对象的要求限定的其它参数来选择方法。

有利的是,互连支柱120可以通过将细丝140在原位直接沉积在一个或多个电子组件116、118上而自由形成,因此不在模具或通孔路径中形成,也不进行减性加工或蚀刻,也不形成必须随后附接到电子组件116、118的预成型或预制互连结构。因此,本文使用的术语“自由形成的”包含在设置在基底衬底112上的基底电子组件116上和/或在设置在覆盖衬底114上的覆盖电子组件118上的唯一既定位置形成互连支柱120,并且不预形成或预制成预定形状,也不进行减性加工或蚀刻。

另外,可以使用导电细丝140来沉积自由形成的互连支柱120,使得互连支柱120是能够竖直延伸的自支撑结构,而不需要随后必须进行加工或蚀刻掉的无关的支架(scaffolding),并且不需要在衬底中加工的其它支撑结构,例如通孔路径等。因此,本文使用的术语“自支撑”包含将互连支柱120形成为使得互连支柱120可以沿着其纵向长度的至少大部分独立地支撑其自身,并且优选沿着其长度完全不受支撑。

这种自由形成的自支撑互连支柱120可以增强电子模块110设计方面的可修整性,并且还可以降低互连结构的复杂性。举例来说,如图2C中例示,通过在基底电子组件116上的唯一既定位置处在原位沉积导电细丝140,可以将自由形成的自支撑互连支柱120形成为具有不同的长度(L),以更好地适应在互连支柱120的相对端上电连接的电子组件116、118之间的外部可寻址面(例如,139)的非平面性。以此方式,可以将每个互连支柱120的大小和形状定制成与个别拓扑匹配,而不受整体制造过程和公差约束。另外,通过沉积导电细丝140以自由形成自支撑的互连支柱120,可以减少或消除非必需的减性加工或蚀刻步骤。因此,可以增强此类电子模块110的设计方面的灵活性,并且可以提高制造此类电子模块110的速度、成本和产量。

通过上文描述的方式来提供自由形成的自支撑互连支柱120的其它优势在于,此类配置通过建立通向在由覆盖衬底114提供的增大衬底区域上设置的覆盖电子组件118的电路径可以提高电子模块110的紧凑性。另外,通过提供具有足够长度的互连支柱120以使覆盖电子组件118与基底电子组件116充分相隔,由于可以使发热较高的组件与发热较低的组件充分分开,因此可以改善电子模块110的热性能。

自由形成的自支撑互连支柱120还可以通过在相应电子组件116、118之间提供笔直和/或主要为直接的电路径来提高操作效率并且降低电子模块110中的电信号的传输损耗。举例来说,如图2F的示例性实施方案中所示,基底电子组件116的外部可寻址面(例如,139)可以与覆盖电子组件118的外部可寻址面对准并且相对面向,使得自由形成的自支撑互连支柱120可以相对于相应电子组件116、118的外部可寻址面(例如,139)垂直形成并且垂直地延伸。另外,为互连支柱120提供笔直和垂直路径可以降低电子模块设计的复杂性,并且可以限制或消除互连路径原本需要的衬底区域的使用。

在优选实施方案中,自由形成的自支撑互连支柱120的纵向长度(L)大于其横向宽度(W)(或者直径)。具体地,自由形成的自支撑互连支柱120的长度与宽度纵横比是至少2:1、优选至少3:1、更优选5:1,以及任选地8:1或者更大,并包含其间的所有范围和子范围。自由形成的自支撑互连支柱120的这种配置可以提供充足的间距以提高热性能和紧凑性;可以提高操作效率并且降低传输损耗;和/或可以使得能够自由形成互连结构并且自支撑以提高制造效率。更高的纵横比还可以实现更密集的互连结构,进而需要更少的MMIC 132和/或ASIC 130占用空间。

至少部分取决于挤出喷嘴150的形状,在一些实施方案中,挤出成型的细丝140和/或对应的互连支柱120可以具有基本上为圆柱形的形状。因为挤出成型和沉积的细丝140可能在以一个或多个层142沉积在电子模块116上之后经历沉降过程,或者在一些情况下经历固结过程(例如,空气干燥或热处理,例如烧结或固化),所以互连支柱120的横向剖面形状相对于精确的圆可能包含一些变形。因此可以将互连支柱120描述为具有基本上为圆柱形的形状,这在本文中被定义为具有圆柱形形状或变形的圆柱形形状。替代地或附加地,可以从不具有圆形剖面的喷嘴150沉积细丝140;例如,喷嘴的横向剖面可以是矩形、正方形、六边形或其它多边形形状,在那种情况下,互连支柱120的横向剖面形状与喷嘴150的形状对应。

导电细丝140和/或互连支柱120的对应结构的直径(或者宽度W)可以是约1密耳(25微米)到约100密耳(2.54mm),更优选是约3密耳(76微米)到8密耳(203微米),最优选是6密耳(152微米)。自由形成的互连支柱120的不受支撑的长度(L)(沿着其纵轴测得)可以是约5密耳(127微米)到约500密耳(12.7mm),更优选是约10密耳(254微米)到约50密耳(1270微米),并且最优选是约30密耳(762微米)。如上文所论述,自由形成的自支撑互连支柱120的长度(L)与宽度(W)(或者直径)纵横比可以是至少约3:1,并且更优选是约5:1。

例如由导电膏制成的导电细丝140可以设计成具有适当的化学组成和粘度,以使得能够通过喷嘴150进行自由形成的挤出并且提供自支撑的互连支柱结构。优选的是,导电膏具有触变剪切稀释行为(thixotropic shear thinning behavior),这使得能够通过喷嘴150将浆料挤出成型,并且还能够在退出喷嘴150之后保持所沉积的层142的自支撑形状或整个互连支柱120的自支撑形状。另外,可为优选的是,导电膏与电子组件116、118和/或电子组件116或118的外部可寻址面上的电接触表面具有化学相容性和良好的润湿行为。因此,导电细丝140和/或自由形成的互连支柱12和电子组件116、118或其电接触表面可以在沉积状态下以及在任何后处理(例如,热处理)之后形成强界面,而不会损害自由形成的自支撑互连结构120的结构完整性。

由于自由形成的自支撑互连支柱120所需的功能性,所以可为优选的是,导电细丝140和/或对应的互连支柱120展现充分高的导电性。举例来说,在标准温度和压力下,细丝140的导电性可以是约1×107西门子/米、优选至少约2.5×107西门子/米,并且更优选大于3×107西门子/米。导电细丝140可以包括导电材料,例如过渡金属、碱金属、碱土金属、稀土金属或碳。举例来说,传导性材料可以包含选自由以下各项组成的群组的导电材料:银、铜、铅、锡、锂、金、铂、钛、钨、锆、铁、镍、锌、铝、镁和碳(例如,石墨、石墨烯、碳纳米管)。

另外,由于互连支柱120的相对端接合在基底衬底112与覆盖衬底114以及其电子组件116、118(如图2E中所示)之间,所以可为优选的是,互连支柱具有足够的抗压强度。还可为优选的是,互连支柱120具有与模块壳体自身类似的热膨胀系数,以在互连支柱120因电子组件116、118产生的热而变热和膨胀时限制压应力在互连支柱120中累积。

自由形成的自支撑互连支柱120可以优选沿着互连支柱120的整个不受支撑的长度具有基本均匀的横向剖面宽度(W)(或者直径),然而,可由于所沉积的细丝140的沉降或固结,可能会出现一些变形。还可为优选的是,自由形成的自支撑互连支柱120的横向剖面以及沿着其纵向长度具有均匀的材料性质,例如导电性。替代地,互连支柱120可以是具有不同材料性质的功能梯度组件,以在需要时修改或调制电信号。

图3示出具有基本上为圆柱形形状的示例性自由形成的自支撑互连支柱220的照片。互连支柱220由银纳米膏制成,银纳米膏沉积在远离基底延伸的垂直通道或迹线中。互连支柱220的高度(或者不受支撑的长度L)为约29密耳(737微米),宽度(W)(或者直径)为约6密耳(152微米),使得长度与宽度纵横比为约5:1。自由形成的自支撑互连支柱220具有约为金的导电率的85%的相对高的导电率。

现在转至图2D,在沉积导电细丝140并且自由形成自支撑的互连支柱120之后,组装电子模块110的示例性过程可以任选地包含以下步骤:在自由形成的自支撑互连支柱120的自由端124处附接可压缩电转接层160。因此,当互连支柱120将基底电子组件116电连接到覆盖电子组件118时(如图2F中所示),可压缩转接层160可以电插入在电路径中。以此方式,互连支柱120可以提供相应的电子组件116和118之间的间接电连接,但仍然可以将电路径提供为笔直路径。

电转接层160可以具有足够的柔软度或压缩性,以适应覆盖电子组件114与互连支柱120的自由端124之间的压缩接合,这可以减少互连支柱120上的压缩应力。可压缩电转接层160还可以具有足够的回弹,以适应在将覆盖衬底114附接到基底衬底116时以及在覆盖电子组件118接合可压缩转接层160时相应的互连支柱120的总高度的轻微变化(例如,如图2E和图2F中所示)。可压缩电转接层160还可以提高互连支柱120与覆盖电子组件118之间的接触面积。在一些实施方案中,可压缩电转接层160可以具有与互连支柱120大致相同的宽度(或者直径)。可压缩电转接层160可以提供电子组件116和118之间的电信号的低信号损耗或失真。在优选实施方案中,可压缩电转接层160可以构成小于电子组件116和118之间的电路径长度的20%,以减少传输损耗。

可压缩电转接层160可以由导电性弹性体材料制成,例如其内分散有导电性颗粒或纤维的硅基橡胶。替代地,可压缩电转接层160可以由一根或多根导电性电线或细丝制成,压缩成可压缩转接层构造(例如,圆柱形)。转接层160的导线或细丝可以由(例如)镀金铍铜合金(Au/BeCu)或镀金钼合金(Au/Mo)制成。

现在参见图2E,示出了将覆盖衬底114附接到基底衬底112以经由互连支柱120并且任选地经由可压缩转接层160使覆盖电子组件118与基底电子组件116电连接的示例性过程步骤。在所图示的实施方案中,将覆盖衬底114布置在基底衬底112上方,并且使相应的覆盖电子组件118与基底电子组件116直接对准并且相对面向,从而与垂直和笔直的互连支柱120电连接。当降低覆盖衬底114以附接到基底衬底112时,转接层160受到压缩,并且同时覆盖衬底114可以接合基底衬底112(或者基底衬底112的竖直侧壁)上的气密密封部件(未示出),从而形成气密密封的内部空腔170(在图2F中示出),该内部空腔170防止污染物或水分进入。以此方式,除了输入/输出接口136之外,所有电子组件116、118以及他们之间的电连接(例如,互连支柱120)可以完全容纳在气密密封的内部空腔170。可以使用激光焊接或粘合剂(例如,环氧树脂或焊料),以本领域众所周知的适当方式将覆盖衬底114固定地附接到基底衬底112。

在图2F中,示出了冷却构件180附接到覆盖衬底114的与覆盖电子组件118相对的外表面。冷却构件180可以是热质(例如,钢块)或热交换器(例如,冷板、冷水机组或板翅式热交换器)。冷却构件180可用于通过提供穿过覆盖衬底114的用于热能的直接路径来主动地或被动地冷却覆盖电子组件118。优选的是,覆盖衬底114配置成具有相对较高的导热性以用于更有效地冷却高发热组件。可以使用常规的方法(例如,借助于例如环氧树脂等粘合剂)以众所周知的方式将冷却构件180安装和附接到覆盖衬底114。用于附接冷却构件180的粘合剂可以配置成例如在添加了导热添加剂的情况下也具有高导热性。

虽然已经关于某一实施方案或某些实施方案示出和描述了本发明,但显然,本领域其他技术人员在阅读并理解了本说明书和附图之后将会想到等效的更改和修改。特别关于由上述元件(组件、总成、装置、组合物等)执行的各种功能,除非另有指示,否则用于描述此类元件的术语(包含对“构件”的引用)意在与执行所描述的元件的指定功能(即,在功能上等效)的任何元件对应,即使在结构上不等同于执行本文图示的示例性实施方案或本发明的实施方案中的功能的所公开的结构亦如此。另外,虽然可能已经在上文关于若干所图示的实施方案中的仅一个或多个实施方案描述了本发明的特定特征,但此类特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征组合,这对于任何给定或特定应用而言是期望的并且是有利的。

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