多晶片結構的製作方法
2023-06-16 19:20:26 3
專利名稱：多晶片結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多晶片結構，且特別涉及一種散熱(heat dissipation)佳的多晶片結構。
背景技術：
隨著電子科技不斷地演進，集成電路(integrated circuit，IC)發展的趨勢皆朝向高集成度(integration)、高密度、小體積的方向而前進，以創造出輕、薄、短、小的電子產品。在半導體封裝的技術上，開發高密度的封裝結構(package structure)一直是長久以來的目標，而多晶片封裝結構即是其中一例。據此，如何提升高密度封裝結構的散熱效率逐漸成為關注的焦點之一。
請參考圖1，其是現有的一種封裝結構的立體示意圖。現有封裝結構100已於美國專利申請第2004/0173898號中揭示，現有封裝結構100包括晶片110、基板(substrate)120、多條焊線(bonding wire)130與金屬板(metal sheet)140。晶片110通過這些焊線130與基板120電連接，而金屬板140配置於晶片110與基板120之間。當晶片110運作而發熱時，金屬板140可將熱傳遞至外界環境中。然而，由於金屬板140配置於晶片110與基板120之間，因此封裝結構100的體積較大。
請參考圖2，其是現有的另一種封裝結構的側視示意圖。現有封裝結構200為多晶片封裝結構，其包括兩個晶片210、兩個基板220、多個凸塊(bump)230、散熱器(heat spreader)240與多個固定件(stiffening member)250。散熱器240配置於兩個晶片210的背面212之間，且各個晶片210的有源面(active surface)214則朝向這些基板220的其中之一。這些晶片210通過這些凸塊230分別電連接至這些基板220，且這些固定件250用以固定這些基板220的相對位置。然而，由於散熱器240位於兩個晶片210的背面212之間，因此封裝結構200的體積也較為龐大。
請參考圖3，其是現有的又一種封裝結構的側視示意圖。現有封裝結構300也是多晶片封裝結構，其包括兩晶片310、多個凸塊320與底膠(under-fill)330。這些晶片310通過這些凸塊320而彼此電連接。然而，由於底膠320的導熱性不佳，因此封裝結構300的這些晶片310運作時，這些晶片310之間的溫度過高。
發明內容
本發明的目的是提供一種多晶片結構，其散熱較佳且體積較小。
為達到上述或是其他目的，本發明提出一種多晶片結構，其包括第一晶片、第二晶片、多個第一信號凸塊(signal bump)、多個第一非信號凸塊(non-signal bump)、第一導熱層(thermal-conductive layer)與多個第一介電區(dielectric area)。第一晶片具有第一表面、多個第一信號襯墊(signal pad)與多個第一非信號襯墊(non-signal pad)，其中這些第一信號襯墊與這些第一非信號襯墊配置於第一表面上。第二晶片具有第二表面、多個第二信號襯墊與多個第二非信號襯墊，其中這些第二信號襯墊與這些第二非信號襯墊配置於第二表面上，而第二表面朝向(face)第一表面。此外，至少部分這些第一信號襯墊分別通過這些第一信號凸塊而對應電連接至這些第二信號襯墊，且至少部分這些第一非信號襯墊分別通過這些第一非信號凸塊而對應電連接至這些第二非信號襯墊。另外，第一導熱層圍繞這些第一信號凸塊，且介於第一表面與第二表面之間。第一介電區圍繞第一信號凸塊，且第一信號凸塊通過第一介電區而與第一導熱層電絕緣。
為達到上述或是其他目的，本發明提出一種多晶片結構，其至少包括第一晶片、第二晶片與第一導熱層。第一晶片具有第一表面及多個第一襯墊，其中這些第一襯墊配置於第一表面上。第二晶片具有第二表面及多個第二襯墊，其中這些第二襯墊配置於第二表面上，而第二表面朝向第一表面。第一導熱層介於第一晶片及第二晶片之間，其中第一導熱層具有導熱區、多個第一電連接元件(electrical connection member)與多個第一介電區。第一電連接元件設於第一導熱層內，且用於使第一表面電連接至第二表面。這些第一介電區圍繞這些第一電連接元件，且這些第一電連接元件通過這些第一介電區而與導熱區電絕緣。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1是現有的一種封裝結構的立體示意圖。
圖2是現有的另一種封裝結構的側視示意圖。
圖3是現有的又一種封裝結構的側視示意圖。
圖4A是本發明第一實施例的一種多晶片結構的側視示意圖。
圖4B是圖4A的多晶片結構沿著線I-I』的剖視示意圖。
圖5A是本發明第二實施例的一種多晶片結構的側視示意圖。
圖5B是圖5A的多晶片結構沿著線II-II』的剖視示意圖。
圖6A是本發明第三實施例的一種多晶片結構的側視示意圖。
圖6B是圖6A的多晶片結構沿著線III-III』的剖視示意圖。
圖7A是本發明第四實施例的一種多晶片結構的側視示意圖。
圖7B是本發明第四實施例的另一種多晶片結構的側視示意圖。
附圖標記說明10、10』、20、20』、30、30』區域100、200封裝結構110、210、310、410、420、510、520、610、620、710、710』晶片120、220基板130焊線140金屬板212晶片背面214晶片的有源面230、320凸塊240散熱器250固定件330底膠400、500、600、700、700』多晶片結構412、422晶片的表面414、424襯墊414a、424a、614a、624a信號襯墊414b、424b、514b、524b、614b、624b非信號襯墊
430、530、630、730導熱層432、532、632導熱區434電連接元件436、536介電區538、638、638』電連接區具體實施方式
第一實施例請參考圖4A與圖4B，其中圖4A是本發明第一實施例的一種多晶片結構的側視示意圖，而圖4B是圖4A的多晶片結構沿著線I-I』的剖視示意圖。
第一實施例的多晶片結構400包括晶片410、晶片420與導熱層430。晶片410具有表面412及多個襯墊414，其中這些襯墊414配置於表面412上。晶片420具有表面422及多個襯墊424，其中這些襯墊424配置於表面422上，而表面412與表面422彼此面對。導熱層430介於晶片410及晶片420之間，其中導熱層430具有導熱區432、多個電連接元件434與多個介電區436。這些電連接元件434設於導熱層430內，且用於使表面412電連接至表面422。這些介電區436圍繞這些電連接元件434，且這些電連接元件434通過這些介電區436而與導熱區432電絕緣。
由於導熱層430的導熱區432具有良好導熱性(thermal conductivity)，所以多晶片結構400的晶片410與晶片420在運作而發熱時，熱能可通過導熱區432而傳遞至外界環境中。因此，運作中的多晶片結構400的溫度不會過高進而維持在其運作溫度範圍內。
在本實施例中，晶片410與晶片420可通過熱壓合(thermal compression)或超聲波接合(ultrasonic bonding)方法而彼此連接。此外，晶片410的這些襯墊414包括多個信號襯墊414a與多個非信號襯墊414b。晶片420的這些襯墊424包括多個信號襯墊424a與多個非信號襯墊424b。此外，這些信號襯墊414a通過部分這些電連接元件434，而對應電連接至這些信號襯墊424a。這些非信號襯墊414b通過這些電連接元件434的另一部分，而對應電連接至這些非信號襯墊424b。另外，在另一實施例中，晶片410的這些襯墊414與晶片420的這些襯墊424可皆為信號襯墊，而這些襯墊414與這些襯墊424可通過這些電連接元件434而對應電連接。
在本實施例中，這些電連接元件434可為凸塊，其材料可為金屬。而導熱區432的材料包括金屬，例如為金、錫鉛合金或鈀。這些介電區436的材料可為介電材料，其包括高分子材料、複合材料、樹脂(resin)材料或熱塑性材料。其中，高分子材料例如為unsaturated polyester(不飽和聚酯)、polyester(聚酯薄膜)、polyimide(聚醯亞胺)、polytetrafluoetylene(PTFE，聚四氟乙烯)或perfluorinated ethylene-propylene copolymer(FEP，聚全氟乙烯丙烯)。複合材料例如為cyanate ester glass(氰酸酯樹脂玻璃)、polyimideglass(聚醯亞胺玻璃)或Ajinomoto Build-up Film(ABF，含有玻璃顆粒的環氧樹脂)。
樹脂材料例如為synthetic resin(合成樹脂)、thermosetting resin(熱固性樹脂)、thermoplastic resin(熱塑性樹脂)或photosensitive resin(感光性樹脂)。具體而言，例如epoxy resin(環氧樹脂)、phenolic resin(酚醛樹脂)、polyester resin(聚酯樹脂)、polyimide resin(聚醯亞胺樹脂)、bismaleimide-triazine resin(雙馬來醯亞胺三嗪樹脂)、acrylic resin(丙烯酸樹脂)、melamine formaldehyde resin(三聚氰胺甲醛樹脂)、polyfunctionalepoxy resin(多官能環氧樹脂)、brominated epoxy resin(溴化環氧樹脂)、epoxynovolac(環氧酚醛)、fluroresin(氟樹脂)、silicone resin(矽樹脂)或silane(矽烷)。
熱塑性材料為一種溫度越高則粘彈性或流動性越大的材料，而這種材料可是高分子材料、複合材料、或其他熱塑性材料。
第二實施例請參考圖5A與圖5B，其中圖5A是本發明第二實施例的一種多晶片結構的側視示意圖，而圖5B是圖5A的多晶片結構沿著線II-II』的剖視示意圖。
第二實施例的多晶片結構500與第一實施例的多晶片結構400的主要不同之處在於，多晶片結構500的第一導熱層530還包括電連接區(electricalconnection area)538。
由於晶片510與晶片520的內部布線設計的原因，晶片510的這些非信號襯墊514b有部分可群聚在區域10內，而晶片520的這些非信號襯墊524b也有部分可群聚在區域10』內，且區域10與區域10』的位置彼此相對應。
此外，又由於位於區域10內的這些非信號襯墊514b與位於區域10』內的這些非信號襯墊524b可為相同種類，例如皆為接地襯墊或皆為電源襯墊，所以位於區域10內的這些非信號襯墊514b與位於區域10』內的這些非信號襯墊524b可通過電連接區538而電連接。
必須說明的是，導熱區532與電連接區538之間可以不需要這些介電區536的隔離而相連接。具體來說，就方法的觀點而言，導熱區532與電連接區538可為同一種材料，且可在同一製作步驟中成型。
第三實施例請參考圖6A與圖6B，其中圖6A是本發明第三實施例的一種多晶片結構的側視示意圖，而圖6B是圖6A的多晶片結構沿著線III-III』的剖視示意圖。
第三實施例的多晶片結構600與上述實施例的多晶片結構400、500的主要不同之處在於，多晶片結構600的導熱層630還包括兩個電連接區(electrical connection area)638與638』。
由於晶片610與晶片620的內部布線設計的原因，晶片610的這些非信號襯墊614b有部分群聚在區域20內，有部分群聚在另一區域30內，而有部分則散落於這些信號襯墊614a之間。此外，晶片620的這些非信號襯墊624b有部分群聚在區域20』內，有部分群聚在另一區域30』內，而有部分則散落於這些信號襯墊624a之間。
由於位於區域20內的這些非信號襯墊614b與位於區域20』內的這些非信號襯墊624b可為電源襯墊，且區域20與區域20』的位置彼此相對應，所以位於區域20內的這些非信號襯墊614b與位於區域20』內的這些非信號襯墊624b可通過電連接區638而電連接。此外，由於位於區域30內的這些非信號襯墊614b與位於區域30』內的這些非信號襯墊624b可為接地襯墊，且區域30與區域30』的位置彼此相對應，所以位於區域30內的這些非信號襯墊614b與位於區域30』內的這些非信號襯墊624b可通過電連接區638』而電連接。
必須說明的是，導熱區632與電連接區638或電連接區638』的其中之一可以不需要這些介電區636的隔離而相連接。在本實施例中，導熱區632與電連接區域638相連接。進一步來說，電連接區638與電連接區638』之間必須電絕緣，使得接地信號的傳輸路徑與電源信號的傳輸路徑不會短路。就方法觀點而言，導熱區632與電連接區638或電連接區638』可為同一種材料，或者此三者可為同一種材料，或者此三者皆為不同的材料。此外，導熱區632、電連接區638與電連接區638』可在同一製作步驟中成型。
第四實施例請參考圖7A，其是本發明第四實施例的一種多晶片結構的側視示意圖。本實施例的多晶片結構700包括三個堆迭的晶片710。這些晶片710之間都存在導熱層730，而導熱層730的位置與連接方式可與上述三個實施例的任一種搭配，在此不再贅述。請參考圖7B，其是本發明第四實施例的另一種多晶片結構的側視示意圖。多晶片結構700』的這些晶片710』的堆迭方式與多晶片結構700的這些晶片710的堆迭方式有所不同。
綜上所述，本發明的多晶片結構至少具有以下優點一、由於本發明的多晶片結構具有導熱區，因此本發明的多晶片結構在運作時的散熱較佳。
二、由於本發明的多晶片結構的導熱區是位於晶片之間，因此本發明的多晶片結構的體積較小。
三、由於本發明的多晶片結構的導熱區可與電連接區於同一製作步驟中完成，因此本發明的多晶片結構的製作時間可較短。
雖然已通過優選實施例如上所述地揭露了本發明，然其並非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應由權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種多晶片結構，其至少包括第一晶片，具有第一表面及多個第一襯墊，其中該多個第一襯墊配置於該第一表面上；第二晶片，具有第二表面及多個第二襯墊，其中該多個第二襯墊配置於該第二表面上，而該第二表面朝向該第一表面；以及第一導熱層，介於該第一晶片及該第二晶片之間，其中第一導熱層具有導熱區；多個第一電連接元件，其中該第一電連接元件設於該第一導熱層內，且用於使該第一表面電連接至該第二表面；以及多個第一介電區，其中該多個第一介電區圍繞該多個第一電連接元件，且該多個第一電連接元件通過該多個第一介電區而與該導熱區電絕緣。
2.如權利要求1所述的多晶片結構，其中該多個第一襯墊包括多個第一信號襯墊，且該多個第二襯墊包括多個第二信號襯墊。
3.如權利要求2所述的多晶片結構，其中該多個第一信號襯墊通過該多個第一電連接元件而電連接至該多個第二信號襯墊。
4.如權利要求1所述的多晶片結構，其中該多個第一襯墊包括多個第一非信號襯墊，且該多個第二襯墊包括多個第二非信號襯墊。
5.如權利要求4所述的多晶片結構，其中該多個第一非信號襯墊通過該第一電連接元件而電連接至該多個第二非信號襯墊。
6.如權利要求1所述的多晶片結構，其中該第一導熱層進一步包括多個第二電連接元件，該多個第一襯墊包括多個第一非信號襯墊，以及該多個第二襯墊包括多個第二非信號襯墊；其中該多個第一非信號襯墊通過該多個第二電連接元件而電連接至該多個第二非信號襯墊。
7.如權利要求6所述的多晶片結構，其中該多個第二電連接元件通過該多個第一介電區而與該導熱區電絕緣。
8.如權利要求1所述的多晶片結構，其中第一導熱層進一步包括至少一個第一電連接區，該多個第一襯墊包括多個第一非信號襯墊，以及該多個第二襯墊包括多個第二非信號襯墊。
9.如權利要求8所述的多晶片結構，其中該多個第一非信號襯墊通過該第一電連接區而電連接至該多個第二非信號襯墊。
10.如權利要求8所述的多晶片結構，其中該第一電連接區通過該第一介電區而與該導熱區電絕緣。
全文摘要
本發明公開了一種多晶片結構，其至少包括第一晶片、第二晶片與第一導熱層。第一晶片具有第一表面及多個第一襯墊，這些第一襯墊配置於第一表面上。第二晶片具有第二表面及多個第二襯墊，這些第二襯墊配置於第二表面上，而第二表面朝向第一表面。第一導熱層介於第一晶片及第二晶片之間，第一導熱層具有導熱區、多個第一電連接元件與多個第一介電區。第一電連接元件設於第一導熱層內，且用於使第一表面電連接至第二表面。這些第一介電區圍繞這些第一電連接元件，且這些第一電連接元件通過這些第一介電區而與導熱區電絕緣。
文檔編號H01L23/488GK1913152SQ20061012155
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月22日 優先權日2006年8月22日
發明者許志行 申請人:威盛電子股份有限公司