具有热控制的集成电路芯片设备的制作方法

具有热控制的集成电路芯片设备


背景技术：

1.集成电路可以包括多个部件，其中部件中的一些部件比其他部件对热更敏感。部件中的一些部件也可能生成热量，并且热量可以被传递到对热更敏感的部件。随着电子产品变得更小，发热部件对热敏感部件的影响变得更加显著。例如，暗电流是即使在没有光子进入光敏设备时，流过该设备(诸如图像传感器)的小电流。暗电流对光敏设备中生成的噪声有很大贡献。暗电流的幅度会随着设备的温度变化而剧烈变化，并且暗电流通常会随着温度的增加而增加。


技术实现要素：

2.本文描述了各种方法，尤其是用于为集成电路芯片设备提供改进的构造。例如，集成电路芯片设备包括提供热控制的结构，使得热传递被引导远离热敏感部件。
3.示例芯片设备包括衬底、第一部件、第二部件和散热器。第一部件被布置在衬底上。第二部件与第一部件间隔开地被布置在衬底上并且生成热量。散热器耦合到衬底，使得衬底的至少一部分插入在第二部件和散热器之间。第二部件与散热器之间的热阻小于第二部件与第一部件之间的热阻。
4.第二示例芯片设备包括衬底、第一部件、第二部件、散热器和过孔。衬底由具有第一热导率的第一材料构造并且包括腔。第一部件被布置在与腔相邻的衬底上。第二部件与第一部件间隔开地被布置在衬底上并且生成热量。散热器耦合到衬底。过孔在第二部件和散热器之间延伸，并且由具有大于第一热导率的第二热导率的第二材料构造。
5.制造具有热控制的芯片设备的示例方法包括：制造第一晶片，利用第一部件和第二部件填充第一晶片，制造第二晶片，在第二晶片中形成腔，在第二晶片中形成过孔，制造散热器，以及将第一晶片、第二晶片和散热器耦合。第二部件与第一部件间隔开，并且在使用期间生成热量。第二晶片由具有第一热导率的第一材料制成。过孔由具有大于第一热导率的第二热导率的第二材料构造。第一晶片、第二晶片和散热器被耦合，使得第二晶片至少部分地插入在散热器和第一晶片之间，第一部件与腔相邻布置，并且过孔在第二部件和散热器之间延伸。
6.提供本发明内容是为了以简化形式来介绍对构思的选择，这些构思下面在具体实施方式中进一步被描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或者必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，应当注意，本发明不限于在具体实施方式和/或本文的其他章节中所描述的特定实施例。本文仅出于说明的目的而呈现这种实施例。基于本文所包含的教导，对于相关领域的技术人员而言，附加实施例将是清楚的。
附图说明
7.被并入本文并且形成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与本说明书一起进一步用于解释所涉及的原理以及使相关领域的技术人员能够制作和使用所
公开的技术。
8.图1是根据一个实施例的示例集成电路芯片设备构造的透视图。
9.图2是根据一个实施例的图1的集成电路芯片设备构造的俯视图。
10.图3是根据一个实施例的集成电路芯片设备构造的对应于图2的线3-3的截面图。
11.图4是根据另一个示例实施例的集成电路芯片设备构造的俯视图。
12.图5是根据一个实施例的示例集成电路芯片设备构造的透视图。
13.图6是根据一个实施例的图5的集成电路芯片设备构造的俯视图。
14.图7是根据一个实施例的示例集成电路芯片设备构造的透视图。
15.图8是根据一个实施例的图7的集成电路芯片设备构造的俯视图。
16.图9a-图9e是图示根据一个实施例的集成电路芯片设备构造的示例实施例的示意图。
17.图10描绘了根据一个实施例的用于制造集成电路芯片设备的示例方法的流程图。
18.图11a-图11j是图示根据一个实施例的用于制造集成电路芯片设备的示例方法中的步骤的示意图。
19.当结合附图时，通过下面阐述的详细描述，所公开的技术的特征和优点将变得更加清楚，在附图中，相同的附图标记始终标识对应的元件。在附图中，相同的附图标记通常指示相同、功能相似和/或结构相似的元件。元件首次出现的附图由对应附图标记中最左边的数字指示。
具体实施方式
20.i.简介
21.以下详细描述参考图示了本发明的示例实施例的附图。然而，本发明的范围不限于这些实施例，而是由所附权利要求书限定。因此，本发明可以涵盖除了在附图中示出的那些实施例之外的实施例(诸如，所图示的实施例的修改版本)。
22.本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示：所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不一定包括特定特征、结构或特性。此外，这种短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或者特性时，提出：结合明确描述或者未明确描述的其他实施例来实现这种特征、结构或者特性在相关领域的技术人员的知识范围内。
23.ii.示例实施例
24.本文描述的示例实施例提供了对集成电路芯片设备的已知构造的改进。集成电路芯片设备构造的示例实施例包括导致热控制的构造，该热控制引导热传递远离热敏感部件。通过引导热传递远离热敏感部件，集成电路芯片设备可以提供改进的性能，诸如减少光敏设备中的噪声。
25.集成电路芯片设备通常使用提供了该结构的衬底来构造。可以选择衬底的构造以引导热传递远离热敏感部件。例如，衬底可以被蚀刻，使得可以减少或防止热传导到与热敏感部件相邻的衬底部分。蚀刻该衬底减少了与热敏感部件相邻的衬底的热质量，并且移除了到热敏感部件的传导路径。减少从发热部件到热敏感部件的热传递也可以允许冷却设备更有效地操作以降低热敏感设备的温度。尽管芯片设备构造包括在大约40℃下操作的发热
部件，但可以帮助实现大约30℃的热敏感设备的最佳工作温度。
26.图1-图3图示了包括根据一个示例实施例的构造的集成电路芯片设备100的示例实施例。芯片设备100包括衬底102、第一部件104、第二部件106、多个导体208、绝缘层110、散热器112以及冷却设备126。
27.衬底102形成芯片设备100中的结构部件，并且可以被成形和缩放以引导通过芯片设备100的热传递来提供热控制。衬底102向芯片设备100提供结构、刚性和热稳定性。衬底102提供支撑件，第一部件104和第二部件106可以被构建在该支撑件上并且保持在所需的空间关系中。衬底102还提供用于支撑导体208的结构，导体208可以在第一部件104和第二部件106之间，和/或在芯片设备100中包括的任何其他部件之间延伸。衬底102可以由单晶硅、砷化镓、锗或任何其他结构性非导电材料形成。在一些示例实施例中，衬底102的厚度在大约200μm和大约400μm之间的范围内。在至少一个示例实施例中，衬底102的厚度为大约300μm。
28.第一部件104被布置在衬底102上并且提供所需的功能。在至少一个示例实施例中，第一部件104是使用锗构造的光敏传感器。光敏传感器可以包括被布置成阵列的多个像素114。在一些实施例中，第一部件104是表现出随温度改变的效率的热敏感部件。例如，第一部件104可以是光敏传感器，其具有随第一部件104的温度增加而降低的效率。如将更详细描述的，芯片设备100的构造被选择以引导热传递远离热敏感部件，使得由其他部件生成的热量不会有害地增加热敏感部件的温度。
29.在示例实施例中，第一部件104是具有1024x1024像素阵列的光敏传感器。例如，阵列的每个像素114可以被缩放，使得它为大约2.5μm
×
2.5μm，并且像素114可以间隔大约2.5μm的距离。在至少一个示例实施例中，多个导体208耦合到每个像素114并且从每个像素114延伸离开以形成互连。导体208可以由具有大约0.1μm的宽度和大约2200埃的厚度的金属迹线形成。导体208可以由诸如铝、铜和/或金的材料形成，并且它们可以使用例如电镀来被形成。任何数目的导体208可以耦合到每个像素114。在至少一个示例实施例中，每个像素114包括8个导体208。另外，第一部件104可以由具有比衬底102低的热导率的材料构造。在至少一个示例实施例中，第一部件104由具有大约60.0w/mk的热导率的锗构造，并且衬底102由具有大约145.0w/mk的热传导率的硅构造。
30.第二部件106也被布置在衬底102上。在至少一个示例实施例中，第二部件106包括被配置成执行模数转换的部件。在这种示例中，第二部件106在使用期间可能生成热量，该热量可以传递到芯片设备100的其他部分。
31.绝缘层110可以被布置在多个部件之间，例如，在第一部件104和衬底102之间，以及在第二部件106和衬底102之间。在一些示例实施例中，绝缘层110可以被生长或沉积在衬底102上。在所示实施例中，绝缘层110形成衬底102的第一表面116。绝缘层110可以提供导体208之间的电绝缘。绝缘层110还可以提供第一部件104和衬底102之间以及第二部件106和衬底102之间的电绝缘。在一些示例实施例中，绝缘层110由生长在衬底102上的二氧化硅(sio2)形成，并且sio2具有大约1.5w/mk的热导率。可以使用热氧化、湿氧化或干氧化在硅衬底102上生长sio2绝缘层110。在一些示例实施例中，绝缘层110的厚度在大约4.0μm和大约5.0μm之间的范围内。在至少一个示例实施例中，绝缘层110的厚度为大约4.5μm。
32.散热器112耦合到衬底102的一部分，诸如衬底102的第二表面118。散热器112通常
由高导热材料构造，诸如具有选择的热导率的金属材料。在一些示例实施例中，散热器112由具有比用于构造衬底102的材料更大的热导率的材料构造。在至少一个示例实施例中，衬底102由具有大约145.0w/mk的热导率的单晶硅构造，并且散热器由具有大于大约145.0w/mk的热导率的金属构造。在至少一个示例实施例中，散热器112由具有大约237.0w/mk的热导率的铝构造。在至少一个示例实施例中，散热器112由具有大约386.0w/mk的热导率的铜构造。
33.芯片设备100的构造被配置成提供对贯穿芯片设备100以及从芯片设备100传出的热传递的热控制。特别地，衬底102的构造和/或包括的一个或多个隔离特征和一个或多个传导特征，可以被用于控制通过芯片设备100的热传递。芯片设备100的构造包括具有所选的材料和几何形状的部分，使得第二部件106(即热源)与散热器112之间的热阻低于第二部件106与第一部件104之间的热阻，使得来自第二部件106的热传递被引导远离第一部件104并且朝向散热器112。结构的热阻可以由下式定义：
34.r＝x/(a*k)
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(1)
35.其中r是热阻，x是在平行于热流的路径上测量的距离，a是垂直于热流路径的截面积，k是材料的热导率。另外，芯片设备100的多个部分的材料和几何形状可以被构造成防止热量在衬底102的与第一部件104相邻的部分中积聚。
36.例如，衬底102的一部分可以被去除或替换，以去除通过芯片设备100的热传递路径。如所图示的，衬底102的与第一部件104相邻的部分被去除，形成腔124，否则，该部分将支撑在第一部件和衬底102的第二表面118之间的第一部件104。腔124减小了与第一部件104相邻的衬底102的热质量。此外，腔124减少了从生成热量的第二部件106到第一部件104的可用传导路径，这增加了第二部件106和第一部件104之间的热阻。腔124可以通过蚀刻形成，并且蚀刻可以是各向异性的或各向同性的。在一些示例实施例中，使用湿法蚀刻技术来形成腔124，诸如乙二胺邻苯二酚(edp)、氢氧化钾(koh)或四甲基铵(tmah)技术。在至少一个示例实施例中，使用koh蚀刻以利用各向异性材料的去除特性来形成腔。在一些示例实施例中，使用干法蚀刻技术来形成腔124，诸如cf4、sf6、nf3；以及cl2、ccl2f2技术。在至少一个示例实施例中，腔124的形状可以是锥形的，使得它在远离第一部件104的方向上变宽。在至少一个示例实施例中，腔包括通常垂直于衬底102的第二表面118的侧壁，使得腔124的宽度在远离第一部件104的方向上大致恒定。
37.形成在衬底102中的腔124可以被填充。在一些实施例中，腔124至少部分地填充有热导率小于周围衬底材料的热导率的材料。在至少一个示例实施例中，腔124填充有具有大约1.5w/mk的热导率的sio2，并且周围的衬底由具有大约145.0w/mk的热导率的硅构造。
38.此外，在一些示例实施例中，腔124可以由多种材料形成。例如，腔124可以首先利用具有相对较低热导率的材料部分填充，以提供最接近第一部件104的增加热绝缘性。腔124的其余部分，或腔124的其余部分的一部分，后续可以利用具有相对较高热导率的材料填充，使得可以提供用以与散热器112耦合的更大的导热表面积。在示例实施例中，腔124可以利用具有相对较低热导率的sio2部分填充，后续利用具有相对较高热导率的金属材料填充。
39.第一部件104和第二部件106在衬底102上彼此间隔开，以将第一部件104与第二部件106热绝缘和电绝缘。可以采用诸如浅沟槽120的隔离特征来提供隔离。沟槽120插入在第
一部件104和第二部件106之间，并且形成防止或显著减少第一部件104和第二部件106之间的直接传导的边界。在至少一个实施例中，沟槽120填充有具有小于大约145.0w/mk的热导率的材料。在至少一个实施例中，沟槽120填充有具有小于大约60.0w/mk的热导率的材料。在至少一个实施例中，沟槽120填充有具有小于大约2.0w/mk的热导率的材料。在至少一个实施例中，沟槽120填充有sio2。在一些示例实施例中，沟槽120在第一部件104和第二部件106之间形成间隙。
40.芯片设备100中可以包括传导特征，以在发热部件和散热器112之间提供更高的传导性。例如，传导特征可以是在第二部件106和散热器112之间延伸的过孔322，过孔322由热导率大于衬底102的热导率的材料构造。较大的热导率可以在第二部件106和散热器112之间提供较低的热阻。例如，过孔322可以由具有比衬底102的周围材料的热导率值更高的热导率值的金属材料构造。在示例实施例中，衬底102的周围材料是具有大约145.0w/mk的热导率的硅，并且过孔322由具有大于约145.0w/mk的热导率的材料构造。例如，金属材料可以被电镀到通道中以形成过孔322。在至少一个示例实施例中，过孔322由具有大约237.0w/mk的热导率的铝构造。在至少一个示例实施例中，过孔322由具有大约386.0w/mk的热导率的铜构造。
41.芯片设备100还可以包括用于去除热量的冷却设备126。冷却设备126可以是固态冷却设备，诸如珀耳帖冷却器，其在消耗电能的情况下将热量从冷却设备126的一侧传递到冷却设备126的其他侧。如所图示的，冷却设备126可以耦合到散热器112，以将热量从散热器112和衬底102吸走。芯片设备100中可以包括任意数目的冷却设备126。在一些示例实施例中，多个冷却设备126可以被包括并且被耦合到芯片设备100的不同部分以提供分区冷却。例如，冷却设备126可以耦合到散热器112，冷却设备126可以耦合到衬底102的与第一部件104相邻的部分，冷却设备126可以耦合到衬底102的与第二部件106相邻的侧边缘，和/或冷却设备126可以直接耦合到第一部件104和第二部件106中的一者或两者。
42.第一部件104和第二部件106在衬底上的位置也可以被用于提供热控制。例如，热敏感部件可以相对于发热部件而被布置在衬底102上，以限制暴露于发热部件。例如，第一部件104可以与衬底102的外周边缘相邻布置，使得第一部件104的周边的至少一部分暴露于环境，而不是与生成热量的第二部件106相邻。在一些示例实施例中，该配置可以提供用于将冷却设备126直接耦合到第一部件104的通路。
43.参考图4，芯片设备400的构造可以包括被配置成提供所需的热传递的导体408。芯片设备400包括衬底、第一部件404、第二部件406、多个导体408、绝缘层和散热器。除了导体408的构造之外，芯片设备400具有与芯片设备100的构造类似的构造。第二部件406可以是生成热量的部件，诸如模数转换器。导体408在第一部件404和第二部件406之间延伸，并且可以提供从第二部件406到第一部件404的直接热传导路径。导体408可以被成形和定位以增加第二部件406和第一部件404之间的热阻。在一些示例实施例中，导体408的长度可以被选择，以增加热量需要传播的距离，从而增加导体408的热阻。例如，导体408可以被配置成具有之字形或蜿蜒形状以增加长度。此外，导体408的形状可以被选择以将导体408的至少一部分与具有较高热导率的芯片结构的一部分(诸如靠近诸如过孔的传导特征)相邻定位，因此热量可以优先从导体408传递到传导特征，而不是传递到第一部件404。
44.在图5和图6中图示的另一个实施例中，芯片设备500包括另一种配置，其中第一部
件504位于衬底502的拐角处，使得第一部件504的两个边缘在衬底502的两个边缘附近暴露。该配置可以用于改变第一部件504暴露于芯片设备500的生成热量的其他部件。芯片设备500包括衬底502、第一部件504、第二部件506、多个导体、绝缘层510和散热器512。第一部件504可以是包括像素阵列514的光敏传感器，像素阵列514是热敏感的。第二部件506可以是生成热量的部件，诸如模数转换器，并且可以在芯片设备500中包括沟槽520以防止第一部件504和第二部件之间的直接热传导。芯片设备500还可以包括类似于芯片设备100的过孔322的过孔，该过孔在第二部件506和散热器512之间延伸，并且可以由具有相对较高热导率的材料构造以在第二部件506和散热器512之间提供较低的热阻。可以诸如通过蚀刻去除衬底502的一部分，以形成腔524，腔524减少衬底502的与第一部件504相邻的部分的热质量，否则，该部分将支撑第一部件504，并且这增加了第二部件506和第一部件504之间的热阻。类似于先前的示例实施例，腔524可以被填充。
45.参考图7和图8，将描述包括热控制的集成电路芯片设备的附加示例实施例。在示例实施例中，芯片设备700的第一部件704可以被芯片设备700的生成热量的第二部件706包围，并且芯片设备700可以被构造成使得热传递被引导远离第一部件704。芯片设备700可以具有用于提供热控制的各种不同配置，如将参考图9a-图9e中图示的示意图描述的。芯片设备700一般包括衬底702、第一部件704、第二部件706和绝缘层710。
46.衬底702形成芯片设备700中的结构部件，并且可以被成形和缩放以引导通过芯片设备700的热传递以提供热控制。衬底702向芯片设备700提供结构、刚性和热稳定性。衬底702提供支撑件，第一部件704和第二部件706被构造在该支撑件上并且保持在所需的空间关系中。衬底702还提供用于支撑导体的结构，该导体可以在第一部件704和第二部件706之间和/或在芯片设备700中包括的任何其他部件之间延伸。衬底702可以由单晶硅、砷化镓、锗或其他结构性非导电材料形成。在一些示例实施例中，衬底的厚度在大约200μm和大约400μm之间的范围内。在至少一个示例实施例中，衬底702的厚度为大约300μm。
47.第一部件704被布置在衬底702上。在至少一个示例实施例中，第一部件704是由锗构造的光敏传感器。光敏传感器可以包括被布置成阵列的多个像素714。在一些实施例中，第一部件704是表现出随温度改变的效率的热敏感部件。例如，第一部件704可以是光敏传感器，其具有随着部件104的温度增加而降低的效率。芯片设备700的构造被选择以引导热传递远离热敏感部件，使得由其他部件生成的热量不会有害地增加热敏感部件的温度。
48.第二部件706也被布置在衬底702上。在所示实施例中，第二部件706可以包围第一部件704。在至少一个示例实施例中，第二部件706提供模数转换。在这种示例中，第二部件706可以生成热量，该热量可以导致芯片设备700的其他部分的温度增加。
49.绝缘层710可以被布置在衬底702的表面716上。在一些示例实施例中，绝缘层710可以被生长或沉积在衬底702上。在所示实施例中，绝缘层710被布置在衬底702的第一表面716上，使得绝缘层710被插入在第一部件704和第二部件706与衬底702之间。绝缘层710可以在芯片设备700中包括的导体之间提供电绝缘。绝缘层710还可以在第一部件704与衬底702之间以及在第二部件706与衬底702之间提供电绝缘。在一些示例实施例中，绝缘层710由生长在衬底702上的sio2形成，并且sio2具有大约1.5w/mk的热导率。可以使用热氧化、湿氧化或干氧化在硅衬底702上生长sio2绝缘层710。在一些示例实施例中，绝缘层710的厚度在大约4.0μm和大约5.0μm之间的范围内。在至少一个示例实施例中，绝缘层710的厚度为大
约4.5μm。
50.芯片设备700可以具有各种配置，包括采用散热器和冷却设备的配置，如图9a-图9e中示意性所示的。在图9a中所示的至少一个示例实施例中，芯片设备700a包括衬底702a、第一部件704a、第二部件706a、绝缘层710a和散热器912a。诸如隔离沟槽720a的隔离特征包围第一部件704a，并且将第一部件704a与第二部件706a热隔离，以防止第一部件704a和第二部件706a之间的直接传导。衬底702a限定了在衬底702a的一部分中的腔924a，腔924a与第一部件704a相邻布置，否则，该部分将支撑第一部件704a。腔924a去除与第一部件704a相邻的衬底702a的热质量，并且减少从衬底702a的外围朝向第一部件704a的传导路径。散热器912a跨腔724a延伸，并且与衬底702a的外围部分热耦合。散热器912a可以用于密封腔924a并且腔924a可以填充有用作热绝缘体的流体，诸如液体或气体。衬底702a还可以包括诸如过孔922a的多个传导特征，过孔922a在第二部件706a和散热器912a之间延伸，并且在第二部件706a和散热器912a之间提供减小的热阻。
51.在图9b中所示的另一个示例实施例中，芯片设备700b包括衬底702b、第一部件704b、第二部件706b、绝缘层710b、散热器912b和冷却设备926b，冷却设备926b耦合到散热器912b。诸如隔离沟槽720b的隔离特征包围第一部件704b，并且将第一部件704b与第二部件706b热隔离，以防止第一部件704b和第二部件706b之间的直接传导。衬底702b限定了在衬底702b的一部分中的腔924b，腔924b与第一部件704b相邻布置，否则，该部分将支撑第一部件704b。腔924b去除与第一部件704b相邻的衬底702b的热质量，并且减少从衬底702b的外围朝向第一部件704b的传导路径。散热器912b跨腔924b延伸，并且与衬底702b的外围部分热耦合。可以是固态冷却设备的冷却设备926b热耦合到散热器912b，以将热量从散热器912b吸走。衬底702b还可以包括诸如过孔922b的多个传导特征，过孔922b在第二部件706b和散热器912b之间延伸并且减小第二部件706b和散热器912b之间的热阻。
52.在图9c中所示的另一个示例实施例中，芯片设备700c包括衬底702c、第一部件704c、第二部件706c、绝缘层710c、散热器912c、和冷却设备926c，冷却设备926c插入在衬底702c和绝缘层710c之间。诸如隔离沟槽720c的隔离特征包围第一部件704c，并且将第一部件704c与第二部件706c热隔离，以防止第一部件704c和第二部件706c之间的直接传导。衬底702c限定了在衬底702c的一部分中的腔924c，腔924c与第一部件704c相邻布置，否则，该部分将支撑第一部件704c。腔924c去除与第一部件704c相邻的衬底702c的热质量，并且减少从衬底702c的外围朝向第一部件704c的传导路径。散热器912c跨腔924c延伸并且与衬底702c的外围部分热耦合。可以是固态冷却设备的冷却设备926c，热耦合到衬底702c和绝缘层710c，以从衬底702c和绝缘层710c之间的界面吸走热量。在至少一个示例实施例中，冷却设备926c可以被缩放，使得它仅跨芯片设备700c的一部分延伸，例如使得冷却设备926c被布置为仅邻近第一部件704c，或仅邻近第二部件706c，使得它可以用于选择性地冷却芯片设备700c的一部分。衬底702c还可以包括诸如过孔922c的多个传导特征，过孔922c在第二部件706c和散热器912c之间延伸以减小第二部件706c和散热器912c之间的热阻。
53.在图9d中所示的另一个示例实施例中，芯片设备700d包括衬底702d、第一部件704d、第二部件706d、绝缘层710d和多个间隔开的散热器912d。诸如隔离沟槽720d的隔离特征包围第一部件704d，并且将第一部件704d与第二部件706d热隔离，以防止第一部件704d和第二部件706d之间的直接传导。衬底702d限定了在衬底702d的一部分中的腔924d，腔
924d与第一部件704d相邻布置，否则，该部分将支撑第一部件704d。腔924d去除与第一部件704d相邻的衬底702d的热质量，并且减少从衬底702d的外围朝向第一部件704d的传导路径。多个散热器712d彼此间隔开，并且被布置在衬底702d的外围部分。衬底702d还可以包括诸如过孔922d的多个传导特征，过孔922d在第二部件706d和散热器912d之间延伸，并且减小第二部件706d和散热器912d之间的热阻。
54.在图9e中所示的另一个示例实施例中，芯片设备700e包括衬底702e、第一部件704e、第二部件706e、绝缘层710e、多个间隔开的散热器912e，以及耦合到散热器912e的多个冷却设备926e。诸如隔离沟槽720e的隔离特征包围第一部件704e，并且将第一部件704e与第二部件706e热隔离以防止第一部件704e和第二部件706e之间的直接传导。衬底702e限定了在衬底702e的一部分中的腔924e，腔924e与第一部件704e相邻布置，否则，该部分将支撑第一部件704e。腔924e去除与第一部件704e相邻的衬底702e的热质量，并且减少从衬底702e的外围朝向第一部件704e的传导路径。散热器912e跨腔924e延伸并且与衬底702e的外围部分热耦合。可以是固态冷却设备的每个冷却设备926e热耦合到多个散热器912e中的一个散热器，以将热量从相应的散热器912e吸走。衬底702e还可以包括诸如过孔922e的多个传导特征，过孔922e在第二部件706e和散热器912e之间延伸，以减小第二部件706e和散热器912e之间的热阻。
55.本文描述的芯片设备的任何实施例也可以被容纳在外壳内部。外壳可以被密封以保持空气或诸如氮气的另一种气体，或者外壳可以被抽空，以限制外壳内的对流。在另一个示例实施例中，外壳可以填充有制冷剂。
56.图10描绘了根据一个实施例的制造具有热控制的芯片设备的示例方法的流程图1000。流程图1000的方法可以用于构建芯片设备的各种实施例，诸如图1-图9中图示的结构。基于关于流程图1000的讨论，另外的结构性和操作性实施例对于相关领域的技术人员将是清楚的。
57.如图10中所示，流程图1000的方法开始于步骤1002。在步骤1002中，制造第一晶片。例如，晶片(诸如图11a的晶片1100)可以通过对由诸如硅或锗的高纯度单晶半导体形成的晶锭进行切片并且抛光切片来制造。在晶片1100由硅构造的示例实施例中，sio2的绝缘层1102可以被生长或沉积在晶片1100上，如图11b中所示。
58.在步骤1004处，利用第一部件和第二部件填充第一晶片。微制造技术(诸如微光刻、掺杂、施加薄膜、蚀刻、键合和抛光)可以被用于利用部件填充第一晶片。例如，那些技术可以用于利用第一部件1104和第二部件1106填充晶片1100。在一些示例实施例中，第一部件1104是热敏感部件，诸如光敏传感器，并且第二部件1106生成热量，诸如模数转换器。第一部件1104和第二部件1106被布置在第一晶片上，使得它们诸如通过沟槽1108间隔开，如图11c中所示。如图11d中所示，可以利用具有相对较低热导率的材料(诸如sio2)来填充沟槽108。
59.在利用选择的部件填充第一晶片1100之后，可以准备第一晶片1100以用于键合到第二晶片。在至少一个示例实施例中，晶片1100可以被切片或切割成选择的尺寸或配置。在至少一个示例实施例中，第一晶片1100可以在线d处被切割，使得第一部件1104与第一晶片1100的边缘相邻布置。这种配置可以用于构造芯片设备，诸如分别在图1和图5中图示的芯片设备100和500。用于键合到第二晶片的其他准备也可以被执行，诸如抛光或沉积金属键
合层。在一些示例实施例中，晶片1100被抛光以减小晶片1100的厚度，如图11e中所示。
60.在步骤1006处，制造第二晶片。例如，晶片(诸如，图11f的晶片1110)可以通过对由诸如硅或锗的高纯度单晶半导体形成的晶锭进行切片并且抛光切片来制造。在晶片1110由硅构造的示例实施例中，可以在晶片1110上生长或沉积sio2的层以用作后续蚀刻的掩模。
61.在步骤1008处，在第二晶片中形成腔。例如，腔1112可以被蚀刻到第二晶片1110中。可以使用任何湿法或干法蚀刻技术来蚀刻腔1112。在至少一个实施例中，使用各向异性蚀刻技术来蚀刻腔1112，使得腔具有锥形侧壁，如图11g中所示。在另一个实施例中，腔1112可以被形成在第二晶片1110中，使得腔1112具有恒定的宽度。
62.在步骤1010处，在第二晶片中形成过孔。例如，可以将通道蚀刻到第二晶片1110中，并且利用具有相对较高热导率的材料填充通道以形成过孔1114，如图11h中所示。在一些示例实施例中，利用热导率大于第二晶片1110的相邻部分的材料的热导率的材料来填充通道。例如，第二晶片可以由具有大约145.0w/mk的热导率的硅构造，并且用于填充通道的材料可以具有大于145.0w/mk的热导率。在至少一个示例实施例中，可以利用具有大约386.0w/mk的热导率的铜来填充通道。在至少一个示例实施例中，可以利用具有大约237.0w/mk的热导率的铝来填充通道。用于填充通道以形成过孔1114的材料可以使用电镀来被沉积。
63.在步骤1012处，形成散热器。例如，图1的散热器112可以由金属板或金属箔构造。在其他示例实施例中，可以通过在衬底上沉积具有相对较高热导率的材料来形成散热器。可以如前面描述的任何示例实施例中所示的那样构造散热器。例如，散热器可以由单个散热器构件形成，或者它可以由多个散热器构件形成。
64.在步骤1014处，第一晶片、第二晶片和散热器被耦合。第一晶片、第二晶片和散热器被耦合，使得第一部件与形成在第二晶片中的腔相邻。第一晶片、第二晶片和散热器还被耦合使得过孔在第二部件和散热器之间延伸。例如，如图11i和图11j中所示，诸如通过使用晶片键合技术，将第一晶片1100、第二晶片1110和散热器1116对齐成所需的配置并且耦合部件。如图11j中所示，第一晶片1100、第二晶片1110和散热器1116被耦合使得第一部件1104与形成在第二晶片1110中的腔1112相邻，并且使得过孔1114在第二部件1106和散热器1116之间延伸。
65.iii.一些示例实施例的进一步讨论
66.第一示例芯片设备包括衬底、第一部件、第二部件和散热器。第一部件被布置在衬底上。第二部件与第一部件间隔开地被布置在衬底上，并且第二部件生成热量。散热器耦合到衬底，使得衬底的至少一部分插入在第二部件和散热器之间。第二部件与散热器之间的热阻小于第二部件与第一部件之间的热阻。
67.在第一示例芯片设备的第一方面中，衬底包括腔，并且第一部件与腔相邻布置。
68.在第一示例芯片设备的第二方面中，芯片设备还包括在第二部件和散热器之间延伸的过孔。衬底由具有第一热导率的第一材料构造，并且过孔由具有比第一热导率大的第二热导率的第二材料构造。第一示例芯片设备的第二方面可以与第一示例芯片设备的第一方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
69.在第一示例芯片设备的第三方面中，第一部件是光敏传感器，其具有随光敏传感器的温度增加而降低的效率，其中光敏传感器包括像素阵列。第一示例芯片设备的第三方
面可以与第一示例芯片设备的第一和/或第二方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
70.在第一示例芯片设备的第四方面中，第一部件与衬底的周边边缘相邻布置。第一示例芯片设备的第四方面可以与第一示例芯片设备的第一、第二和/或第三方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
71.在第一示例芯片设备的第五方面中，第二部件包括模数转换器。第一示例芯片设备的第五方面可以与第一示例芯片设备的第一、第二、第三和/或第四方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
72.在第一示例芯片设备的第六方面中，芯片设备还包括耦合到散热器的冷却设备。第一示例芯片设备的第六方面可以与第一示例芯片设备的第一、第二、第三、第四和/或第五方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
73.在第一示例芯片设备的第六方面的实施方式中，冷却设备是固态冷却设备。
74.第二示例芯片设备包括衬底、第一部件、第二部件、散热器和过孔。衬底由具有第一热导率的第一材料构造并且包括腔。第一部件被布置在衬底上，与腔相邻。第二部件与第一部件间隔开地被布置在衬底上，并且第二部件生成热量。散热器耦合到衬底。过孔在第二部件和散热器之间延伸，并且由具有大于第一热导率的第二热导率的第二材料构造。
75.在第二示例芯片设备的第一方面中，腔填充有第三材料，第三材料具有小于第一热导率的第三热导率。
76.在第二示例芯片设备的第二方面中，第一部件是光敏传感器，其具有随光敏传感器的温度增加而降低的效率，并且光敏传感器包括像素阵列。第二示例芯片设备的第二方面可以与第二示例芯片设备的第一方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
77.在第二示例芯片设备的第三方面中，第一部件与衬底的周边边缘相邻布置。第二示例芯片设备的第三方面可以与第二示例芯片设备的第一和/或第二方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
78.在第二示例芯片设备的第四方面中，第二部件包括模数转换器。第二示例芯片设备的第四方面可以与第二示例芯片设备的第一、第二和/或第三方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
79.在第二示例芯片设备的第五方面中，芯片设备还包括耦合到散热器的冷却设备。第二示例芯片设备的第五方面可以与第二示例芯片设备的第一、第二、第三和/或第四方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
80.在第二示例芯片设备的第五方面的实施方式中，冷却设备是固态冷却设备。
81.制造具有热控制的芯片设备的示例方法包括：制造第一晶片，利用第一部件和第二部件填充第一晶片，制造第二晶片，在第二晶片中形成腔，在第二晶片中形成过孔，制造散热器，以及将第一晶片、第二晶片和散热器耦合。第二部件与第一部件间隔开，并且在使用期间生成热量。第二晶片由具有第一热导率的第一材料制成。过孔形成在第二晶片中，并且由具有大于第一热导率的第二热导率的第二材料构造。第一晶片、第二晶片和散热器被耦合，使得第二晶片至少部分地插入在散热器和第一晶片之间，第一部件与腔相邻布置，并且过孔在第二部件和散热器之间延伸。
82.在示例方法的第一方面中，方法还包括与第一部件相邻地切割第一晶片。
83.在示例方法的第二方面中，方法还包括在第一晶片上形成第一金属层，以及在第
二晶片上形成第二金属层。第一晶片的第一金属层耦合到第二晶片的第二金属层。示例方法的第二方面可以与示例方法的第一方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
84.在示例方法的第三方面中，方法还包括利用第三材料填充腔，第三材料具有小于第一热导率的第三热导率。示例方法的第三方面可以与示例方法的第一和/或第二方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
85.在示例方法的第四方面中，方法还包括将固态冷却设备耦合到散热器。示例方法的第四方面可以与示例方法的第一、第二和/或第三方面结合实现，但示例实施例不限于此方面。
86.iv.结论
87.虽然已经以特定于结构特征和/或动作的语言描述了本主题，但是应当理解，在所附权利要求中限定的主题不必限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面描述的特定特征和动作被公开为实现权利要求的示例，并且其他等效特征和动作意图在权利要求的范围内。