帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法，芯片包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板。頂層芯片單元垂直連接在底層芯片單元的上方；芯片基板與底層芯片單元的底部連接。本發(fā)明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法，高熱導(dǎo)率的散熱單元制作工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內(nèi)部傳導(dǎo)至封裝體外部進(jìn)行散熱，散熱效率高。同時(shí)，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結(jié)構(gòu)，使散熱層在長(zhǎng)寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。
【專利說明】帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在三維堆疊的芯片結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部芯片的熱量難以散出，因此堆疊芯片的最高溫度會(huì)出現(xiàn)在內(nèi)部芯片中，而內(nèi)部芯片節(jié)溫太高，容易使芯片失效，限制了整個(gè)器件的集成度和功率的提高。目前，對(duì)三維堆疊芯片結(jié)構(gòu)散熱處理得最好的方案是在封裝芯片的內(nèi)部設(shè)置一定高度、寬度及長(zhǎng)度的工藝微流道，液體從微流道進(jìn)入，帶走芯片傳導(dǎo)至該散熱結(jié)構(gòu)的熱量；這種方案微流道制作工藝要求高，加工難度大，制作成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，并且散熱效果好的帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板；所述頂層芯片單元垂直連接在所述底層芯片單元的上方；所述芯片基板與所述底層芯片單元的底部連接。所述頂層芯片單元包括第一散熱單元、第一芯片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個(gè)所述第一芯片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側(cè)的所述第一芯片的裝配區(qū)域。所述底層芯片單元包括第二散熱單元、第二芯片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯(lián)至少一個(gè)所述第二芯片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側(cè)的所述第二芯片的裝配區(qū)域。所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設(shè)置有散熱槽。
[0005]進(jìn)一步地，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導(dǎo)率材料。
[0006]進(jìn)一步地，所述散熱單元為高熱導(dǎo)率的陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的硅基板。
[0007]進(jìn)一步地，所述散熱槽為圓錐形狀，或?yàn)樨灤┧錾釂卧獌啥说娜庵螤睢?br> [0008]本發(fā)明還提供了一種帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，包括:選取第一散熱單元及第二散熱單元，并在所述第一散熱單元及第二散熱單元的上、下表面分別刻蝕散熱槽；選取一個(gè)已經(jīng)刻蝕散熱槽的所述第一散熱單元，在所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個(gè)芯片，并用塑封劑進(jìn)行塑封，構(gòu)成頂層芯片單元；選取一個(gè)已經(jīng)刻蝕散熱槽的所述第二散熱單元，在所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯(lián)至少一個(gè)芯片，并用塑封劑進(jìn)行塑封，形成底層芯片單元；將所述底層芯片單元的頂部通過芯片連接材料壓合在所述頂層芯片單元的底部；或?qū)⒅辽賰蓚€(gè)所述底層芯片單元垂直堆疊形成一個(gè)芯片模塊，將所述芯片模塊的頂部通過芯片連接材料壓合在所述頂層芯片單元的底部；選取芯片基板，將所述底層芯片單元的底部通過芯片連接材料連接在所述芯片基板上；或?qū)⑺鲂酒K的底部通過芯片連接材料連接在所述芯片基板上。
[0009]進(jìn)一步地，所述塑封劑采用底部填充膠或各項(xiàng)異性導(dǎo)電膠。[0010]進(jìn)一步地，所述芯片連接材料采用異向?qū)щ娔z。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述散熱單元采用陶瓷材料或硅基材料。
[0012]本發(fā)明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法，高熱導(dǎo)率的散熱單元制作工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內(nèi)部傳導(dǎo)至封裝體外部進(jìn)行散熱，散熱效率高。同時(shí)，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結(jié)構(gòu)，使散熱層在長(zhǎng)寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。本發(fā)明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，先分別制造上層芯片單元和下層芯片單元，最后再進(jìn)行多個(gè)芯片單元的堆疊組裝，這種方法解決了因塑封工藝不能完全封裝高度較高的芯片堆疊結(jié)構(gòu)所帶來的困難。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的設(shè)置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的設(shè)置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的設(shè)置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的設(shè)置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的頂層芯片單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的底層芯片單元結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖1-圖7，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，包括頂層芯片單元101、底層芯片單元201及芯片基板5。頂層芯片單元101垂直連接在底層芯片單元201的上方；芯片基板5與底層芯片單元201的底部連接。頂層芯片單元101包括第一散熱單元2、第一芯片I及第一塑封層6 ;第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個(gè)第一芯片I (本發(fā)明實(shí)施例中，第一散熱單兀2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)兩個(gè)第一芯片I);塑封層6填充在第一散熱單元2上、下兩側(cè)的第一芯片I的裝配區(qū)域。底層芯片單元201包括第二散熱單元3、第二芯片4及第二塑封層7 ;第二散熱單元3的下表面倒裝互聯(lián)至少一個(gè)第二芯片4 (本發(fā)明實(shí)施例采用兩個(gè)第二芯片4);第二塑封層7填充在第二散熱單元3下側(cè)的第二芯片4的裝配區(qū)域。第一散熱單元2及第二散熱單元3為高熱導(dǎo)率材料(如陶瓷材料或硅基材料)；參見圖2-圖5，第一散熱單元2及第二散熱單元3的上、下表面設(shè)置有多個(gè)散熱槽；需要說明的是，在第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面的中間安裝芯片的區(qū)域不刻蝕散熱槽；散熱槽為圓錐形狀，或?yàn)樨灤┥釂卧?包括第一散熱單元2和第二散熱單元3)兩端的三棱柱形狀(采用三棱柱形狀的散熱槽時(shí)，多個(gè)散熱槽互相平行)。本發(fā)明實(shí)施例中，散熱單元為高熱導(dǎo)率的陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的硅基板。
[0021]參見圖1-圖7，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，包括:步驟10:選取第一散熱單元2及第二散熱單元3，并在第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面刻蝕多個(gè)散熱槽。第一散熱單元2和第二散熱單元3選用高熱導(dǎo)率材料(如陶瓷材料或硅基材料)，散熱槽為圓錐形狀，或?yàn)樨灤┥釂卧?包括第一散熱單元2和第二散熱單元3)兩端的三棱柱形狀(采用三棱柱形狀的散熱槽時(shí)，多個(gè)散熱槽互相平行)。需要注意的是，第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面的中間安裝芯片的區(qū)域不刻蝕散熱槽。步驟20:選取一個(gè)已經(jīng)刻蝕散熱槽的第一散熱單元2，在第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個(gè)第一芯片1(本發(fā)明實(shí)施例中，第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)兩個(gè)第一芯片1)，并用塑封劑(如底部填充膠或各向異性導(dǎo)電膠)進(jìn)行塑封，構(gòu)成頂層芯片單元101，頂層芯片單元101的最底端為裸露的芯片金屬球。步驟30:選取一個(gè)已經(jīng)刻蝕散熱槽的第二散熱單元3，在第二散熱單元3的下表面倒裝互聯(lián)至少一個(gè)第二芯片4 (本發(fā)明實(shí)施例采用兩個(gè)第二芯片4)，并用塑封劑(如底部填充膠或各向異性導(dǎo)電膠)進(jìn)行塑封，形成底層芯片單元201，底層芯片單元201的最底端為裸露的芯片金屬球。步驟40:將底層芯片單元201的頂部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)壓合在頂層芯片單元101的底部；或?qū)⒅辽賰蓚€(gè)底層芯片單元201 (本發(fā)明實(shí)施例采用兩個(gè))垂直堆疊形成一個(gè)芯片模塊，將芯片模塊的頂部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)壓合在頂層芯片單元101的底部。步驟50:選取芯片基板5(環(huán)氧樹脂基板或娃基板),將底層芯片單兀201的底部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)連接在芯片基板5上；或使用多個(gè)底層芯片單元201形成的芯片模塊時(shí)，將芯片模塊的底部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)連接在芯片基板5上。
[0022]本發(fā)明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法，高熱導(dǎo)率的散熱單元制作工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內(nèi)部傳導(dǎo)至封裝體外部進(jìn)行散熱，散熱效率高。同時(shí)，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結(jié)構(gòu)，使散熱層在長(zhǎng)寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。本發(fā)明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，先分別制造上層芯片單元和下層芯片單元，最后再進(jìn)行多個(gè)芯片單元的堆疊組裝，這種方法解決了因塑封工藝不能完全封裝高度較高的芯片堆疊結(jié)構(gòu)所帶來的困難。
[0023]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板；所述頂層芯片單元垂直連接在所述底層芯片單元的上方；所述芯片基板與所述底層芯片單元的底部連接； 所述頂層芯片單元包括第一散熱單元、第一芯片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個(gè)所述第一芯片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側(cè)的所述第一芯片的裝配區(qū)域； 所述底層芯片單元包括第二散熱單元、第二芯片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯(lián)至少一個(gè)所述第二芯片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側(cè)的所述第二芯片的裝配區(qū)域； 所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設(shè)置有散熱槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導(dǎo)率材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，所述散熱單元為高熱導(dǎo)率的陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的硅基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，所述散熱槽為圓錐形狀，或?yàn)樨灤┧錾釂卧獌啥说娜庵螤睢?br> 5.一種帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，其特征在于，包括: 選取第一散熱單元及第二散熱單元，并在所述第一散熱單元及第二散熱單元的上、下表面分別刻蝕散熱槽； 選取一個(gè)已經(jīng)刻蝕散熱槽的所述第一散熱單元，在所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個(gè)芯片，并用塑封劑進(jìn)行塑封，構(gòu)成頂層芯片單元；選取一個(gè)已經(jīng)刻蝕散熱槽的所述第二散熱單元，在所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯(lián)至少一個(gè)芯片，并用塑封劑進(jìn)行塑封，形成底層芯片單元； 將所述底層芯片單元的頂部通過芯片連接材料壓合在所述頂層芯片單元的底部；或?qū)⒅辽賰蓚€(gè)所述底層芯片單元垂直堆疊形成一個(gè)芯片模塊，將所述芯片模塊的頂部通過芯片連接材料壓合在所述頂層芯片單元的底部； 選取芯片基板，將所述底層芯片單元的底部通過芯片連接材料連接在所述芯片基板上；或?qū)⑺鲂酒K的底部通過芯片連接材料連接在所述芯片基板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，其特征在于，所述塑封劑采用底部填充膠或各項(xiàng)異性導(dǎo)電膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，其特征在于，所述芯片連接材料采用異向?qū)щ娔z。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，其特征在于，所述散熱單元采用陶瓷材料或硅基材料。
【文檔編號(hào)】H01L23/367GK103839903SQ201410086565
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】王啟東, 邱德龍, 吳曉萌, 曹立強(qiáng), 于大全, 謝慧琴, 張迪 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所