專利名稱：具有嵌入式散熱體的半導(dǎo)體器件的制作方法
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體在過(guò)去數(shù)十年中持續(xù)不斷有重大進(jìn)步。半導(dǎo)體的復(fù)雜性日益增加同時(shí)尺寸日益縮小已產(chǎn)生了其自己的定律，摩爾定律，即每個(gè)集成電路的晶體管數(shù)成指數(shù)增長(zhǎng)。這些增加了需要在許多相關(guān)行業(yè)中的類似增長(zhǎng)，諸如半導(dǎo)體封裝行業(yè)。
半導(dǎo)體在工作時(shí)產(chǎn)生熱量。如果熱量不能耗散，就會(huì)損壞半導(dǎo)體或使其發(fā)生故障。隨著半導(dǎo)體封裝中晶體管密度的增大，散熱就成了一個(gè)問(wèn)題。
襯底和封裝在許多方面影響半導(dǎo)體性能。集成電路常被封裝起來(lái)并通常駐留在襯底內(nèi)或上。電、熱和機(jī)械等考慮事項(xiàng)都與襯底和封裝的設(shè)計(jì)有關(guān)。例如，襯底和封裝從集成電路中去除熱量，同時(shí)也提供功率和信令。
半導(dǎo)體可封裝為疊層配置。疊層配置對(duì)于向半導(dǎo)體提供功率和信令以及對(duì)于散熱一般都有更高的要求。


圖1是使用銅襯底的組件層的分解圖。
圖2是使用銅襯底的單個(gè)管芯組件實(shí)例。
圖3是使用銅襯底的多個(gè)管芯組件實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
在以下說(shuō)明中，提出了許多具體細(xì)節(jié)。但應(yīng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)現(xiàn)。在其它情況下，眾所周知的電路、結(jié)構(gòu)以及技術(shù)未詳細(xì)示出，以免模糊了對(duì)本發(fā)明的理解。
在說(shuō)明書中提到“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”等，是指結(jié)合該實(shí)施例所述的特定特性、結(jié)構(gòu)或特征包括在本發(fā)明的至少一個(gè)方面中。在說(shuō)明書中各處出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”不一定全部指同一實(shí)施例。以下至少說(shuō)明了對(duì)半導(dǎo)體器件的熱性能以及對(duì)多管芯疊層封裝中多個(gè)器件的改進(jìn)。
一般來(lái)說(shuō)，在半導(dǎo)體封裝中使用的典型襯底材料可以用能改進(jìn)從半導(dǎo)體管芯中導(dǎo)熱的層壓材料來(lái)代替。例如，襯底上粘合有單層聚酰亞胺層的銅基襯底可將管芯的熱量傳導(dǎo)出去。在此實(shí)例中，銅布線層則可粘合到聚酰亞胺的另一側(cè)，以完成一個(gè)互連襯底。該互連襯底可提供布線層，以將信號(hào)分布到半導(dǎo)體管芯，且該互連由聚酰亞胺層與導(dǎo)熱襯底絕緣。一個(gè)實(shí)施例可改進(jìn)半導(dǎo)體器件的熱能力以及互連電性能。
圖1-3示出DRAM和DRAM疊層封裝實(shí)施例，以示明本文解釋的襯底和封裝。本文中使用DRAM是為了說(shuō)明的目的，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于使用任何具體的半導(dǎo)體器件或電路。這些實(shí)施例可向器件疊層中引入一個(gè)熱導(dǎo)體，以將熱量從掩埋的DRAM管芯傳導(dǎo)到疊層封裝的邊緣。在封裝邊緣，信號(hào)互連焊料凸點(diǎn)或其它互連可將熱量傳送到DRAM疊層表面并到系統(tǒng)襯底，在此熱量會(huì)耗散出去。銅襯底也可連接到地，并作為高速信號(hào)的地基準(zhǔn)。在本實(shí)施例中，該地基準(zhǔn)改進(jìn)了DRAM信號(hào)的信號(hào)完整性。
圖1是使用導(dǎo)熱襯底110的半導(dǎo)體封裝100的組件層的分解圖。在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底110包括銅，雖然任何襯底材料都可使用，只要它具有足夠高的導(dǎo)熱率即可。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底是層壓材料，是具有足夠高導(dǎo)熱率的材料的一種或任何組合，以允許襯底作為導(dǎo)熱襯底工作，使熱量從半導(dǎo)體管芯擴(kuò)散出去。
參閱圖1，分解圖包括背襯薄膜襯底115，諸如聚酰亞胺帶，以粘合到導(dǎo)熱襯底110上。但這只是一個(gè)實(shí)例，適合于背襯薄膜襯底的任何其它材料都可使用。布線層諸如帶狀引線120緊鄰背襯薄膜襯底115，并在遠(yuǎn)離導(dǎo)熱襯底110的背襯薄膜襯底115的相對(duì)側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施例中，布線層是銅，但任何導(dǎo)熱材料都可使用。
本實(shí)施例具有彈性體層125，夾在帶狀引線120和半導(dǎo)體管芯130之間。彈性體層125吸收熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。彈性體層125可具有開口，在此帶狀引線120可與半導(dǎo)體管芯130連接。彈性體通常是聚合材料，這種材料可經(jīng)受大且可逆的彈性變形，并用于吸收可能具有不同熱膨脹系數(shù)的各層之間的應(yīng)力。此外，本實(shí)施例使用DRAM管芯作為半導(dǎo)體管芯130。任何半導(dǎo)體都可用在半導(dǎo)體管芯130中，并可按照本公開的原理。在一個(gè)實(shí)施例中，模制化合物105可附連到導(dǎo)熱襯底110，如圖1所示。
圖2示出單個(gè)管芯組件200，由圖1的組件層組成，得到使用導(dǎo)熱襯底210的半導(dǎo)體封裝。在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底210包括銅，雖然任何襯底材料都可使用，只要它具有足夠高的導(dǎo)熱率即可。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底是層壓材料，是具有足夠高導(dǎo)熱率的材料的一種或任何組合，以允許襯底作為導(dǎo)熱襯底工作，將熱量從半導(dǎo)體管芯中擴(kuò)散出去。導(dǎo)熱襯底210還可連接到地并用作高速信號(hào)的地基準(zhǔn)。在本實(shí)施例中，該地基準(zhǔn)改進(jìn)了DRAM信號(hào)的信號(hào)完整性。
參閱圖2，組件200包括背襯薄膜襯底215，諸如聚酰亞胺帶，它粘合到導(dǎo)熱襯底210。但適合于背襯薄膜襯底的任何其它材料都可使用。布線層諸如帶狀引線220連接到背襯薄膜襯底215，并在遠(yuǎn)離導(dǎo)熱襯底210的背襯薄膜襯底215的相對(duì)側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施例中，布線層是銅，但任何導(dǎo)電材料都可使用。本實(shí)施例還包括焊球240，它們?cè)诮M件200的邊緣附連到帶狀引線220，并在結(jié)構(gòu)上由導(dǎo)熱襯底210和背襯薄膜襯底215支撐。焊球240可以是適合于電互連的任何其它材料。
本實(shí)施例具有彈性體層225，夾在帶狀引線220和半導(dǎo)體管芯230之間。彈性體層225吸收熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。在本實(shí)施例中，彈性體層225具有開口，在此帶狀引線220連接到半導(dǎo)體管芯230。此外，本實(shí)施例使用DRAM管芯作為半導(dǎo)體管芯230。任何半導(dǎo)體都可用在半導(dǎo)體管芯230中，并按照本公開的原理。在一個(gè)實(shí)施例中，模制化合物205可附連到導(dǎo)熱襯底210，如圖2所示。
圖3示出多管芯組件300的實(shí)施例，使用的導(dǎo)熱襯底放在半導(dǎo)體管芯諸如圖1的半導(dǎo)體管芯130之間。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底每個(gè)都是層壓材料，是具有足夠高導(dǎo)熱率的材料的一種或任何組合，以允許襯底作為導(dǎo)熱襯底工作，將熱量從半導(dǎo)體管芯中擴(kuò)散出去。多管芯組件300可由圖2的多個(gè)組件200組成。圖3的實(shí)施例多管芯組件300是包括多個(gè)導(dǎo)熱襯底的疊層配置。
在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底310包括銅，雖然任何襯底材料都可使用，只要它具有足夠高的導(dǎo)熱率即可。導(dǎo)熱襯底310還可連接到地，并用作高速信號(hào)的地基準(zhǔn)。同樣，該地基準(zhǔn)改進(jìn)了發(fā)到或來(lái)自任何半導(dǎo)體管芯330的信號(hào)完整性。
圖3的多管芯組件300包括彈性體層325，在半導(dǎo)體管芯和鄰近導(dǎo)熱襯底之間。本實(shí)施例多管芯組件300還包括連接球，諸如焊球340，它們連接多管芯組件300中的鄰近組件。在本實(shí)施例中使用了焊球340，但連接球可以是適合于電互連的任何其它材料。
參閱圖2，導(dǎo)熱襯底和半導(dǎo)體管芯組件可用以下方法制造?？蓪⒕酆蠘渲掣降綄?dǎo)熱襯底上。在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱襯底可以是銅散熱體，但任何適合的導(dǎo)熱襯底材料都可使用。示例聚合樹脂是聚酰亞胺帶，但實(shí)施例并不局限于使用聚酰亞胺帶作為聚合樹脂。
本方法可包括將帶狀引線附連到聚合樹脂上。示例帶狀引線可包括銅，如在以上裝置和系統(tǒng)中所述的，但任何材料都可使用，如果它可配置成布線層以傳送電信號(hào)的話。本實(shí)施例方法還包括將彈性體附連到帶狀引線上。在一個(gè)實(shí)施例中，彈性體具有開口，以暴露出一部分帶狀引線。
本實(shí)施例包括將彈性體附連到管芯上，其中管芯可以是任何半導(dǎo)體管芯，例如DRAM管芯。該方法包括將管芯附連到帶狀引線，諸如上述示例實(shí)施例的銅帶狀引線。一種實(shí)施例方法還可包括將至少一個(gè)焊球附連到帶狀引線上。
實(shí)施例方法可包括以上方法，并還包括將第二彈性體層形成到管芯的暴露側(cè)。此外，本實(shí)施例還可包括將第二彈性體層附連到鄰近的散熱體上。在一個(gè)實(shí)施例中，這些方法可以重復(fù)進(jìn)行，從而創(chuàng)建具有多個(gè)散熱體的疊層組件。
在不背離其精神或基本特征的前提下，本發(fā)明可以用其它具體形式實(shí)施。所述實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為在所有方面僅是說(shuō)明性的，而不是約束或限制性的。所以，本發(fā)明的范圍不是由前述說(shuō)明書而是由所附權(quán)利要求書指出。落在等效于權(quán)利要求的意義、精神和范圍內(nèi)的所有改變、修改和變更都應(yīng)包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括彈性體層；帶狀引線，附連到所述彈性體層；聚合樹脂，附連到所述帶狀引線；以及導(dǎo)熱襯底，附連到所述聚合樹脂，所述導(dǎo)熱襯底擴(kuò)散熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括附連到所述彈性體層的管芯，所述管芯與通過(guò)所述彈性體暴露的一部分所述帶狀引線連接，所述導(dǎo)熱襯底擴(kuò)散來(lái)自所述管芯的熱量。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述管芯是DRAM。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述聚合樹脂是聚酰亞胺帶。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)熱襯底是銅襯底。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述導(dǎo)熱襯底還包括用于所述管芯的電地基準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)熱襯底是多種材料的層壓。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括附連到所述導(dǎo)熱襯底的至少一個(gè)焊球互連。
9.一種系統(tǒng)，包括第一裝置；以及第二裝置，與第一裝置布置成疊層裝置，每個(gè)裝置包括彈性體層；帶狀引線，附連到所述彈性體層；聚合樹脂，附連到所述帶狀引線；導(dǎo)熱襯底，附連到所述聚合樹脂，所述導(dǎo)熱襯底擴(kuò)散熱量；以及至少一個(gè)焊球互連，附連到所述導(dǎo)熱襯底。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中第一裝置和第二裝置中的至少一個(gè)包括管芯，所述管芯與通過(guò)所述彈性體暴露的一部分所述帶狀引線連接，所述導(dǎo)熱襯底擴(kuò)散來(lái)自所述管芯的熱量。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括在第二裝置的所述管芯到第一裝置的所述導(dǎo)熱襯底之間的彈性體粘合劑。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括附連到第一裝置的所述至少一個(gè)焊球互連的印刷電路板，所述印刷電路板耗散來(lái)自疊層配置的熱量。
13.一種方法，包括將聚合樹脂粘附到導(dǎo)熱襯底上；將帶狀引線附連到所述聚合樹脂上；將彈性體附連到所述帶狀引線上，所述彈性體具有開口，以暴露一部分所述帶狀引線；將所述彈性體附連到管芯上；以及將所述管芯附連到所述帶狀引線上。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括將至少一個(gè)球附連到所述帶狀引線上。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述球是焊球。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將第二彈性體層形成到所述管芯的暴露側(cè)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括將第二彈性體層附連到鄰近的導(dǎo)熱襯底上。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括重復(fù)如權(quán)利要求14所述的方法，以創(chuàng)建具有導(dǎo)熱襯底的疊層組件。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述管芯是DRAM。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述聚合樹脂是聚酰亞胺帶。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述導(dǎo)熱襯底是銅散熱體。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述帶狀引線是銅帶狀引線。
全文摘要
在一些實(shí)施例中，一種裝置可包括半導(dǎo)體管芯；附連到管芯的彈性體層；附連到彈性體的帶狀引線，一部分帶狀引線通過(guò)彈性體暴露以與管芯連接；附連到帶狀引線的聚合樹脂；以及附連到聚合樹脂的導(dǎo)熱襯底，以使導(dǎo)熱襯底能擴(kuò)散來(lái)自半導(dǎo)體管芯的熱量。
文檔編號(hào)H01L23/498GK101095225SQ200580045398
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
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