热增强型堆叠封装（PoP）的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种热增强型堆叠封装。本发明提供了一种提高多芯片和堆叠封装(PoP)应用中热管理的方法和结构。第一基板接合到较小的第二基板，其中，接合到第一基板的散热环环绕第二基板，散热环包括导热材料和高效的散热几何体。第一基板包括产热芯片，且第二基板包括热敏芯片。提出一种方法，该方法提供了能够增强散热以远离热敏芯片的组装结构。
【专利说明】热增强型堆叠封装(PoP)
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及热增强型堆叠封装(PoP)。
【背景技术】
[0002]随着较小体积电子产品的发展需求，电子行业的制造者们在不断地寻求能够减小电子产品所采用的集成电路的尺寸的方法。鉴于这个方面，已经发展并使用了三维集成电路封装技术。
[0003]一种堆叠封装(PoP)技术已经得到发展。顾名思义，PoP是一种将一个封装件堆叠在另一个封装件上的创新型半导体封装。PoP器件可以将垂直离散式存储器与逻辑球栅阵列(BGA)封装件组合在一起。在PoP封装件的设计中，通过周围的焊料球，可以实现顶部封装件和底部封装件的互连。
[0004]针对这样的多芯片封装件，存在很多应用。因为通常使用某些专用类型的器件，所以需要将这些器件放在一起以完成特定用途的功能设计。为本文中描述的结构提供应用的所有有效和通用的布置方式包括将微处理器器件和程序存储器(如FLASH或EEPROM器件)结合在一起，以及将微处理器和专用的应用处理器(如基带收发器、图形处理器、缓存存储器件、存储管理器件和模数转换器)结合在一起。
[0005]这样的多芯片封装件经常在封装件之间出现热耦合现象。许多器件的性能对温度敏感，且随着温度的升高，可能导致前述器件性能的退化。此外，许多处理单元，如加速处理单元(APU)，是热产生器。因此，相对于芯片元件之间以及芯片封装件之间的热耦合，在应用多芯片封装件时，还要求考虑热管理的因素。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种器件，包括:第一基板；第二基板，电连接到第一基板，以使第一基板的第一部分横向延伸出第二基板的边缘；以及散热环，连接到第一基板的第一部分。
[0007]其中，散热环延伸超出第二基板的高度。
[0008]其中，散热环延伸且热耦合到壳体。
[0009]其中，散热环包括固体结构。
[0010]其中，散热环包括一层或多层鳍。
[0011]其中，第一基板包括横向装配在模塑料中的管芯和延伸穿过模塑料的一个或多个通孔。
[0012]其中，管芯包括加速处理单元(APU)。
[0013]其中，第一基板包括第一封装件，第二基板包括第二封装件。
[0014]其中，第一基板包括中介板。
[0015]此外，还提供了一种器件，包括:第一结构，包括第一管芯；第二结构，包括第二管芯，第二结构电连接到第一结构；以及散热结构，散热结构机械连接到第一结构的一个表面，该表面与第二结构连接到第一结构的表面是同一表面。
[0016]其中，散热结构延伸超出第二结构的高度。
[0017]其中，散热结构延伸且热耦合到壳体。
[0018]其中，散热结构包括固体结构。
[0019]其中，散热结构包括一层或多层散热鳍。
[0020]其中，第一管芯电连接到中介板。
[0021]其中，器件是堆叠封装件。
[0022]此外，还提供了一种方法，包括:提供第一基板；提供第二基板；将第一基板接合到第二基板；以及提供散热结构，散热结构接合到第一基板的一个表面，该表面与第二基板接合到第一基板的表面是同一表面。
[0023]其中，散热结构环绕第二基板。
[0024]其中，散热结构包括金属。
[0025]其中，器件是堆叠封装件。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]为了更全面的理解，介绍了不同的实施例及其优势。现将结合附图所进行的描述作为参考，其中:
[0027]图1示出了根据一个实施例的底部封装件的截面图；
[0028]图2示出了根据一个实施例的具有散热环的底部封装件的截面图；
[0029]图3示出了根据一个实施例的堆叠封装件的截面图；
[0030]图4a_图4d示出了根据不同实施例的可能的散热环配置的顶视图；
[0031]图5示出了根据另一个实施例的堆叠封装件的截面图；
[0032]图6示出了根据另一个实施例的堆叠封装件的截面图；
[0033]图7示出了根据一个实施例的堆叠封装件的截面图；以及
[0034]图8a-图8b示出了根据不同实施例的不同散热环结构的截面图。
[0035]除非另有说明，否则不同附图中的对应数字和符号通常表示对应的部分。绘制附图是为了清楚地说明不同实施例的相关方面，而无需按比例绘制。
【具体实施方式】
[0036]下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。
[0037]为了解决多芯片或封装件系统中常见的热耦合问题，下列实施例示出了能够减少这样系统中的热量的装置。在示出的实施例中给出了不同的散热环设计。散热环的实施例旨在示出能够减少多芯片和多封装件系统中热量的有效实施例，这样就提高了热敏感系统(如存储芯片)的性能。
[0038]图1示出了根据一个实施例的底部封装件100的截面图。底部封装件100包括上再分布层(RDL) 10、被模塑料14环绕的集成电路管芯12(如加速处理单元(APU))、下RDL18和基板20。上RDL 10包括设置用于托住顶部封装件(未示出)(如，另一个基板、管芯、封装件等)的焊料球托盘(solder ball lands) 11。上RDL 10提供从焊料球托盘11到通孔15的电连接，其中，通孔15可以包括不同类型的通孔，如模塑通孔(TMV)或组件通孔(TAV)。通孔15提供穿过模塑料14到下RDL 18的电连接。下RDL 18提供通孔15和集成电路管芯12之间、和/或通孔15和基板20上的接触件之间的电连接。通过焊料凸块19，焊料凸块托盘21将下RDL 18连接到基板20。
[0039]在一个实施例中，基板20包括如图1所示的1-2-1层压式基板。在这个实施例中，基板20可以包括位于两个金属芯的各边上的一层或多层布线,而两个金属芯将下RDL 18连接到位于下RDL 18的相对侧的球托盘23上。在其他实施例中，基板20可以包括不同类型的基板，如中介板、硅中介板、有机基板等。
[0040]焊料球24提供了一种将底部封装件100连接到一个或多个附加基板的方式并且可以被设置成例如球栅阵列(BGA) 25。
[0041]应该注意，上文有关底部封装件100的描述仅为说明目的，且底部封装件100可由其他结构/器件替代。例如，底部封装件100并不仅限于本文示出的实施例，而底部封装件100也可以包括基板、中介板等。
[0042]在上述的一些实施例中，会产生大量的热。例如，在一个实施例中，集成电路管芯12包括APU，且会产生大量的热。随着对集成电路管芯12的需求和性能的增强，也会产生大量的热。然后，这些热量被传递到整个底部封装件100以及其他接合元件(如，管芯、基板、封装件等)的内部，并且也可以对接合元件的性能产生不良影响。所示的集成电路管芯12也可以是其他类型的管芯但不限于APU。
[0043]图2示出了根据一个实施例的在接合或形成散热环200之后的底部封装件100的截面图。特别是，该实施例包括图1所示的有散热环200接合到其上的底部封装件100。散热环200包括一种或多种导热材料且用于传递热量远离底部封装件100和接合到底部封装件100的其他基板或元件(如，APU)。在一个实施例中，散热环200包括金属，如银、铜、铝、金、或其他导热金属。在其他实施例中，散热环200包括非金属，如复合聚合物或金刚石。散热环200放置在被焊料球托盘11环绕的区域中，这样使得散热环200能够环绕接合到焊料球托盘11的器件，下文会给出详细介绍。
[0044]图3示出了一个实施例，其中，顶部封装件300接合到底部封装件100且被散热环200环绕。顶部封装件300通过焊料球托盘11上的焊料球31接合到底部封装件100。然而，可以备选地使用其他形式的连接，如轨迹接点上的凸块或Cu/SnAg铜柱凸块。在一个实施例中，顶部封装件300包括存储芯片。在另一个实施例中，顶部封装件300包括具有多个存储芯片的存储芯片堆叠件。但是，在其他实施例中，顶部封装件300可以包括一个或多个管芯、封装件、基板等。
[0045]在一个实施例中，其中，底部封装件100包括APU，且顶部封装件300包括具有一个或多个存储芯片的存储芯片堆叠件，APU会产生大量的热。存储芯片堆叠件的性能与温度有关，在高温环境下，存储芯片堆叠件的性能可能被退化。因此，从热管理角度来看，代替存储芯片堆叠件附近的产热元件(如APU)并不会带来有益效果。但是，在这种类型的配置中，集成密度会变大，因此，这种配置是可行的。为了解决器件集成和散热之间的冲突，提供了散热环200。如图3所示，顶部封装件300(如，存储芯片堆叠件)小于底部封装件100，从而在环绕顶部封装件300的区域中的底部封装件100的表面上存在空间，其中，散热结构(如，散热环200)可以接合到该顶部封装件300上。散热环200提供了传递APU产生的热量远离存储芯片堆叠件的方式。这就可以将存储芯片堆叠件接合到产热APU的附近，但不会因高温而导致性能退化。
[0046]在所示的实施例中，底部封装件100在底面上具有球栅阵列25，而该底面能够接合到其他管芯、基板或封装件上。因此，所示实施例是一个完整系统或具有接合到底部封装件100下面的多个基板或封装件的较大系统的一部分。在另一个实施例中，底部封装件100可以包括任何类型的产热芯片但不限于APU。
[0047]在一个实施例中，散热环200包括将顶部封装件300完全环绕的连续环。在另一个实施例中，在散热结构之间，该环可以分裂成具有小间隙的部分。在一个实施例中，散热环200能覆盖底部封装件100的整个表面直至基板300所占的区域。通常，散热环不会物理接触顶部封装件300，这是因为散热环是用于分散底部封装件100产生的热量远离顶部封装件300。散热环200和顶部封装件300的物理接触可以导致热量被传递到顶部封装件300。在另一个实施例中，散热环200可以只覆盖环绕顶部封装件300的底部封装件100的表面上的区域的一部分。
[0048]图4a-图4d示出了潜在散热环配置的顶视图。如图所示，不同形状的散热环200接合到环绕顶部封装件300的底部封装件100的表面上的区域中的底部封装件100，同时，顶部封装件300也接合到底部封装件100。图4a示出了一个矩形散热环200。图4b示出了一个椭圆形散热环200。图4c示出了一个六边形散热环200。图4d示出了一个加号形状的散热环200。在一个实施例中，顶部封装件300是封装器件，如，前面提及的存储芯片堆叠件，且底部封装件100包括APU。在另一个实施例中，顶部封装件300是多个垂直堆叠管芯的一部分，且散热环200只是堆叠件中的一个层，并且接合到顶部上的另一个基板和底部上的底部封装件100。然后，底部封装件100也能接合到下面的另一个基板。
[0049]图5示出了另一个实施例，其中，散热环200延伸到和顶部封装件300的上表面相同的高度。本实施例包括通过使用焊料球31接合到顶部封装件300的底部封装件100。散热环200环绕顶部封装件300。顶部封装件300和散热环200在同一高度，和图3所示的散热环200低于顶部封装件300正好相反。然后，在一个实施例中，顶部封装件300的顶面和散热环200可以接合到另一个基板上。在另一个实施例中，顶部封装件300的顶面和散热环200可以接合到封装结构上。
[0050]图6示出了一个实施例，其中，包括接合到底部封装件100且延伸到顶部封装件300的上表面的散热环200。通过焊料球31将顶部封装件300接合到底部封装件100。散热环200延伸到结构400。结构400可以包括另一个基板，其中，基板400形成在或接合到散热环200的顶面上。在一个可选的实施例中，结构400可以包括散热环200的顶面接合到其上的芯片封装表面。在另一个实施例中，底部封装件100和顶部封装件300可以包括封装芯片，且散热环200可以延伸且接合到器件外壳400，例如，具体应用(如手机壳、机箱、照相机外壳等)的外壳或壳体。在本特定实施例中，散热环200提供了一个路径，通过该路径，可以将热量分散到与外界环境相连的界面。
[0051]图7示出了一个实施例，其中，散热环200包括鳍式结构设计。该实施例包括通过焊料球31接合到顶部封装件300的底部封装件100。散热环200也接合到底部封装件100。虽然该实施例中没有图1-3所示的固体截面，但是，所示的散热环200具有多个散热鳍205。与固体截面相比，鳍205提供了更大的表面区域。散热鳍205接合到底板210。底板210接合到底部封装件100。
[0052]图8a_图Sb示出了其他潜在的散热环设计的截面图。图8a示出了包括接合到底板210的鳍205的散热环200，其中，因为鳍205在远离底板210的方向上延伸，所以鳍205向外扩展。如图7所示，鳍205在绝对垂直的鳍的上方具有增大的表面区域。图8b示出了包括多层鳍205的散热环200。鳍205连接到底表面上的底板210。中间鳍205连接到中间板215。顶层鳍205连接到鳍基底上的中间板215且不连接到鳍顶部。
[0053]在形成实施例的方法中，以模塑或浇铸的方式可以分别形成不同结构设计和尺寸中的散热环。通过公知方法能够形成底部基板，该公知方法包括蚀刻、沉积、金属化、基板键合等步骤。然后，通过导热粘合剂可以将散热环接合到底部基板的表面。在一个实施例中，在接合散热环之前，先将小于底部基板的顶部基板接合到底部基板的表面，而一旦接合散热环，该散热环就会环绕顶部基板。在另一个实施例中，先接合散热环，然后再将顶部基板接合到底部基板的表面。在一个可选的实施例中，散热环可以接合到顶部基板的表面。然后再将散热环和顶部基板一起接合到底部基板的表面。
[0054]在一个实施例中，提供一个器件，该器件包括第一基板、第二基板和散热环。第二基板电连接到第一基板，以使第一基板的第一部分横向延伸出第二基板的边缘。散热环连接到第一基板中的第一部分。
[0055]在另一个实施例中，提供另一个器件，该器件包括第一结构、第二结构和散热结构，其中，第一结构具有第一管芯，第二结构具有第二管芯且连接到第一结构，以及散热结构连接到第一结构的同一个表面。
[0056]在另一个实施例中，提供形成器件的方法。该方法包括提供第一基板和第二基板。将第一基板接合到第二基板。散热结构接合到第一基板的表面与第二基板接合到第一基板的表面是同一表面。
[0057]尽管已经详细地描述了示例性实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。例如，本领域普通技术人员应该理解，在本发明范围内，可以对方法进行改变。
[0058]此外，本发明的范围不仅限于本说明书中描述的结构、方法和步骤的特殊实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结构的工艺或步骤本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺或步骤的范围内。
【权利要求】
1.一种器件，包括: 第一基板； 第二基板，电连接到所述第一基板，以使所述第一基板的第一部分横向延伸出所述第二基板的边缘；以及 散热环，连接到所述第一基板的第一部分。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述散热环延伸超出所述第二基板的高度。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述散热环延伸且热耦合到壳体。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述散热环包括固体结构。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述散热环包括一层或多层鳍。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一基板包括横向装配在模塑料中的管芯和延伸穿过所述模塑料的一个或多个通孔。
7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述管芯包括加速处理单元(APU)。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一基板包括第一封装件，所述第二基板包括第二封装件。
9.一种器件，包括: 第一结构，包括第一管芯； 第二结构，包括第二管芯，所述第二结构电连接到所述第一结构；以及散热结构，所述散热结构机械连接到所述第一结构的一个表面，该表面与所述第二结构连接到所述第一结构的表面是同一表面。
10.一种方法，包括: 提供第一基板； 提供第二基板； 将所述第一基板接合到所述第二基板；以及 提供散热结构，所述散热结构接合到所述第一基板的一个表面，该表面与所述第二基板接合到所述第一基板的表面是同一表面。
【文档编号】H01L21/48GK103715153SQ201210586803
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年10月4日
【发明者】江宗宪, 曾明鸿, 陈承先 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司