帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法
2023-12-07 09:36:46 2
帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及電子封裝【技術領域】，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法，晶片包括頂層晶片單元、底層晶片單元及晶片基板。頂層晶片單元垂直連接在底層晶片單元的上方；晶片基板與底層晶片單元的底部連接。本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法，高熱導率的散熱單元製作工藝成熟、結構簡單、製作成本低。散熱單元將堆疊晶片熱量直接從晶片內部傳導至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面製作孔、槽、縫等結構，使散熱層在長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晶片及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子封裝【技術領域】，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法。
【背景技術】
[0002]在三維堆疊的晶片結構中，內部晶片的熱量難以散出，因此堆疊晶片的最高溫度會出現在內部晶片中，而內部晶片節溫太高，容易使晶片失效，限制了整個器件的集成度和功率的提高。目前，對三維堆疊晶片結構散熱處理得最好的方案是在封裝晶片的內部設置一定高度、寬度及長度的工藝微流道，液體從微流道進入，帶走晶片傳導至該散熱結構的熱量；這種方案微流道製作工藝要求高，加工難度大，製作成本高。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本較低，並且散熱效果好的帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供了一種帶散熱功能的三維堆疊晶片，包括頂層晶片單元、底層晶片單元及晶片基板；所述頂層晶片單元垂直連接在所述底層晶片單元的上方；所述晶片基板與所述底層晶片單元的底部連接。所述頂層晶片單元包括第一散熱單元、第一晶片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯至少一個所述第一晶片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側的所述第一晶片的裝配區域。所述底層晶片單元包括第二散熱單元、第二晶片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯至少一個所述第二晶片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側的所述第二晶片的裝配區域。所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設置有散熱槽。
[0005]進一步地，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導率材料。
[0006]進一步地，所述散熱單元為高熱導率的陶瓷基板或高熱導率的矽基板。
[0007]進一步地，所述散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿所述散熱單元兩端的三稜柱形狀。
[0008]本發明還提供了一種帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，包括:選取第一散熱單元及第二散熱單元，並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；選取一個已經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至少一個晶片，並用塑封劑進行塑封，構成頂層晶片單元；選取一個已經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至少一個晶片，並用塑封劑進行塑封，形成底層晶片單元；將所述底層晶片單元的頂部通過晶片連接材料壓合在所述頂層晶片單元的底部；或將至少兩個所述底層晶片單元垂直堆疊形成一個晶片模塊，將所述晶片模塊的頂部通過晶片連接材料壓合在所述頂層晶片單元的底部；選取晶片基板，將所述底層晶片單元的底部通過晶片連接材料連接在所述晶片基板上；或將所述晶片模塊的底部通過晶片連接材料連接在所述晶片基板上。
[0009]進一步地，所述塑封劑採用底部填充膠或各項異性導電膠。[0010]進一步地，所述晶片連接材料採用異嚮導電膠。
[0011 ] 進一步地，所述散熱單元採用陶瓷材料或矽基材料。
[0012]本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法，高熱導率的散熱單元製作工藝成熟、結構簡單、製作成本低。散熱單元將堆疊晶片熱量直接從晶片內部傳導至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面製作孔、槽、縫等結構，使散熱層在長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。本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，先分別製造上層晶片單元和下層晶片單元，最後再進行多個晶片單元的堆疊組裝，這種方法解決了因塑封工藝不能完全封裝高度較高的晶片堆疊結構所帶來的困難。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊晶片結構示意圖；
[0014]圖2為本發明實施例提供的設置有三稜柱形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；
[0015]圖3為本發明實施例提供的設置有三稜柱形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；
[0016]圖4為本發明實施例提供的設置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；
[0017]圖5為本發明實施例提供的設置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；
[0018]圖6為本發明實施例提供的頂層晶片單元結構示意圖；
[0019]圖7為本發明實施例提供的底層晶片單元結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1-圖7，本發明實施例提供的一種帶散熱功能的三維堆疊晶片，包括頂層晶片單元101、底層晶片單元201及晶片基板5。頂層晶片單元101垂直連接在底層晶片單元201的上方；晶片基板5與底層晶片單元201的底部連接。頂層晶片單元101包括第一散熱單元2、第一晶片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至少一個第一晶片I (本發明實施例中，第一散熱單兀2的上、下表面分別倒裝互聯兩個第一晶片I);塑封層6填充在第一散熱單元2上、下兩側的第一晶片I的裝配區域。底層晶片單元201包括第二散熱單元3、第二晶片4及第二塑封層7 ;第二散熱單元3的下表面倒裝互聯至少一個第二晶片4 (本發明實施例採用兩個第二晶片4);第二塑封層7填充在第二散熱單元3下側的第二晶片4的裝配區域。第一散熱單元2及第二散熱單元3為高熱導率材料(如陶瓷材料或矽基材料)；參見圖2-圖5，第一散熱單元2及第二散熱單元3的上、下表面設置有多個散熱槽；需要說明的是，在第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面的中間安裝晶片的區域不刻蝕散熱槽；散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿散熱單元(包括第一散熱單元2和第二散熱單元3)兩端的三稜柱形狀(採用三稜柱形狀的散熱槽時，多個散熱槽互相平行)。本發明實施例中，散熱單元為高熱導率的陶瓷基板或高熱導率的矽基板。
[0021]參見圖1-圖7，本發明實施例還提供了一種帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，包括:步驟10:選取第一散熱單元2及第二散熱單元3，並在第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面刻蝕多個散熱槽。第一散熱單元2和第二散熱單元3選用高熱導率材料(如陶瓷材料或矽基材料)，散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿散熱單元(包括第一散熱單元2和第二散熱單元3)兩端的三稜柱形狀(採用三稜柱形狀的散熱槽時，多個散熱槽互相平行)。需要注意的是，第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面的中間安裝晶片的區域不刻蝕散熱槽。步驟20:選取一個已經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至少一個第一晶片1(本發明實施例中，第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯兩個第一晶片1)，並用塑封劑(如底部填充膠或各向異性導電膠)進行塑封，構成頂層晶片單元101，頂層晶片單元101的最底端為裸露的晶片金屬球。步驟30:選取一個已經刻蝕散熱槽的第二散熱單元3，在第二散熱單元3的下表面倒裝互聯至少一個第二晶片4 (本發明實施例採用兩個第二晶片4)，並用塑封劑(如底部填充膠或各向異性導電膠)進行塑封，形成底層晶片單元201，底層晶片單元201的最底端為裸露的晶片金屬球。步驟40:將底層晶片單元201的頂部通過晶片連接材料(如異嚮導電膠)壓合在頂層晶片單元101的底部；或將至少兩個底層晶片單元201 (本發明實施例採用兩個)垂直堆疊形成一個晶片模塊，將晶片模塊的頂部通過晶片連接材料(如異嚮導電膠)壓合在頂層晶片單元101的底部。步驟50:選取晶片基板5(環氧樹脂基板或娃基板),將底層晶片單兀201的底部通過晶片連接材料(如異嚮導電膠)連接在晶片基板5上；或使用多個底層晶片單元201形成的晶片模塊時，將晶片模塊的底部通過晶片連接材料(如異嚮導電膠)連接在晶片基板5上。
[0022]本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊晶片及其製造方法，高熱導率的散熱單元製作工藝成熟、結構簡單、製作成本低。散熱單元將堆疊晶片熱量直接從晶片內部傳導至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面製作孔、槽、縫等結構，使散熱層在長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。本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，先分別製造上層晶片單元和下層晶片單元，最後再進行多個晶片單元的堆疊組裝，這種方法解決了因塑封工藝不能完全封裝高度較高的晶片堆疊結構所帶來的困難。
[0023]最後所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種帶散熱功能的三維堆疊晶片，其特徵在於，包括頂層晶片單元、底層晶片單元及晶片基板；所述頂層晶片單元垂直連接在所述底層晶片單元的上方；所述晶片基板與所述底層晶片單元的底部連接； 所述頂層晶片單元包括第一散熱單元、第一晶片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯至少一個所述第一晶片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側的所述第一晶片的裝配區域； 所述底層晶片單元包括第二散熱單元、第二晶片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯至少一個所述第二晶片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側的所述第二晶片的裝配區域； 所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設置有散熱槽。
2.根據權利要求1所述的帶散熱功能的三維堆疊晶片，其特徵在於，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導率材料。
3.根據權利要求2所述的帶散熱功能的三維堆疊晶片，其特徵在於，所述散熱單元為高熱導率的陶瓷基板或高熱導率的矽基板。
4.根據權利要求1所述的帶散熱功能的三維堆疊晶片，其特徵在於，所述散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿所述散熱單元兩端的三稜柱形狀。
5.一種帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，其特徵在於，包括: 選取第一散熱單元及第二散熱單元，並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； 選取一個已經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至少一個晶片，並用塑封劑進行塑封，構成頂層晶片單元；選取一個已經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至少一個晶片，並用塑封劑進行塑封，形成底層晶片單元； 將所述底層晶片單元的頂部通過晶片連接材料壓合在所述頂層晶片單元的底部；或將至少兩個所述底層晶片單元垂直堆疊形成一個晶片模塊，將所述晶片模塊的頂部通過晶片連接材料壓合在所述頂層晶片單元的底部； 選取晶片基板，將所述底層晶片單元的底部通過晶片連接材料連接在所述晶片基板上；或將所述晶片模塊的底部通過晶片連接材料連接在所述晶片基板上。
6.根據權利要求5所述的帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，其特徵在於，所述塑封劑採用底部填充膠或各項異性導電膠。
7.根據權利要求5所述的帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，其特徵在於，所述晶片連接材料採用異嚮導電膠。
8.根據權利要求5所述的帶散熱功能的三維堆疊晶片的製造方法，其特徵在於，所述散熱單元採用陶瓷材料或矽基材料。
【文檔編號】H01L23/367GK103839903SQ201410086565
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】王啟東, 邱德龍, 吳曉萌, 曹立強, 於大全, 謝慧琴, 張迪 申請人:中國科學院微電子研究所