具有多个热路径的堆叠半导体裸片组合件及相关联系统和方法
【专利摘要】本文揭示具有多个热路径的堆叠半导体裸片组合件及相关联系统和方法。在一个实施例中，一半导体裸片组合件可包含布置成堆栈的多个第一半导体裸片和承载所述第一半导体裸片的第二半导体裸片。所述第二半导体裸片可包含向外侧向延伸超出所述第一半导体裸片的至少一个侧的外围部分。所述半导体裸片组合件可进一步包含在所述第二半导体裸片的所述外围部分处的热传递特征。所述第一半导体裸片可界定第一热路径，并且所述热传递特征可界定与所述第一半导体裸片分离的第二热路径。
【专利说明】具有多个热路径的堆叠半导体裸片组合件及相关联系统和方法
【技术领域】
[0001]所揭示的实施例涉及半导体裸片组合件。特定来说，本技术涉及具有多个热路径的堆叠半导体裸片组合件及相关联系统和方法。
【背景技术】
[0002]包含存储器芯片、微处理器芯片和成像器芯片的封装半导体裸片通常包含安装于衬底上并且密封于塑料保护性覆盖物中的半导体裸片。所述裸片包含例如存储器单元、处理器电路及成像器装置等的功能性特征以及电连接到所述功能性特征的结合垫。结合垫可电连接到保护性覆盖物外侧的端子以允许裸片连接到较高层级电路。
[0003]市场压力持续驱使半导体制造商减小裸片封装的大小以配合于电子装置的空间限制内，同时还迫使他们增加每一封装的功能性容量以符合操作参数。一种无须实质上增加通过封装覆盖的表面面积(即，封装的“占据面积”)而增加一个半导体封装的处理功率的途径为将多个半导体裸片垂直地彼此上下堆叠成单个封装。此类垂直堆叠封装中的所述裸片可通过使用穿硅通孔(TSV)将个别裸片的结合垫与邻近裸片的结合垫电耦合而互连。
[0004]与垂直地堆叠裸片封装相关的挑战为通过个别裸片产生的热量结合并且增加个别裸片、其间的结合处和封装整体的操作温度。这可使所述堆叠裸片达到其最大操作温度(Tmax)之上的温度，特别在封装中的裸片的密度增大时。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1为根据本技术的实施例配置的半导体裸片组合件的横截面图。
[0006]图2A为说明无多个热路径的混合存储器立方体组合件的温度曲线的示意部分侧视图。
[0007]图2B为说明根据本技术的实施例配置的混合存储器立方体组合件的温度曲线的示意部分侧视图。
[0008]图3为根据本技术的其它实施例配置的半导体裸片组合件的横截面图。
[0009]图4为根据本技术的另外实施例配置的半导体裸片组合件的部分示意横截面图。
[0010]图5为根据本技术的又再另外实施例配置的半导体裸片组合件的部分示意横截面图。
[0011]图6为根据本技术的额外实施例配置的半导体裸片组合件的部分示意横截面图。
[0012]图7为根据本技术的其它实施例配置的半导体裸片组合件的部分示意横截面图。
[0013]图8为包含根据本技术的实施例配置的半导体裸片组合件的系统的示意图。
【具体实施方式】
[0014]下文描述具有多个热路径的堆叠半导体裸片组合件及相关联系统和方法的若干实施例的具体细节。术语“半导体裸片”大体上是指具有制造于半导体衬底上的集成电路或组件、数据存储元件、处理组件和/或其它特征的裸片。例如，半导体裸片可包含集成电路存储器和/或逻辑电路。在两个结构可通过热量而交换能量的情况下，在半导体裸片封装中的半导体裸片和/或其它特征可称为彼此“热接触”。所属领域的技术人员还将了解所述技术可具有额外实施例，并且可在无下文参看图1到8描述的实施例的若干细节的情况下实践所述技术。
[0015]如本文使用，鉴于图式中展示的定向，术语“垂直”、“侧向”、“上”及“下”可指半导体裸片组合件中的特征的相关方向或位置。例如，“上”或“最上”可指经定位而比另一特征距页面的顶部更近的特征。然而，这些术语应经广泛解释以包含具有其它定向的半导体装置。
[0016]图1为根据本技术的实施例配置的半导体裸片组合件100 (“组合件100”)的横截面图。组合件100可包含在第二半导体裸片106上布置成堆栈104并且通过封装衬底130承载的一个或多个第一半导体裸片102。如图1中展示，第二半导体裸片106可具有比所述堆栈第一半导体裸片102的大的占据面积。第二半导体裸片106因此包含向外侧向延伸超过第一半导体裸片102的至少一个侧(例如，超过第一半导体裸片102的长度和/或宽度)的外围部分108。组合件100可进一步包含在第二半导体裸片106的外围部分108处的第一热传递特征110a，和与第一半导体裸片102叠合的任选第二热传递特征110b。在操作期间，热能量可经由第一热路径(例如，如由箭头T1说明)通过第一半导体裸片102并且经由与第一热路径T1分离的第二热路径(例如，由箭头T2说明)通过第一热传递特征IlOa而从第二半导体裸片106流动离开。图1中展示的实施例的第二热路径T2相应地与第一半导体裸片102的外围边缘侧向地分隔开。
[0017]第一半导体裸片102和第二半导体裸片106(统称为“裸片102、106”)可包含各种类型的半导体组件和功能性特征，例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、快闪存储器、其它形式的集成电路存储器、处理电路、成像组件和/或其它半导体特征。在各种实施例中，例如，组合件100可经配置为混合存储器立方体(HMC)，其中所述堆栈的第一半导体裸片102为DRAM裸片或提供数据存储的其它存储器裸片，并且第二半导体裸片106为提供HMC内的存储器控制(例如，DRAM控制)的高速逻辑裸片。在其它实施例中，第一半导体裸片102和第二半导体裸片106可包含其它半导体组件，和/或堆栈104中的个别第一半导体裸片102的半导体组件可不同。
[0018]裸片102、106可为矩形、圆形和/或其它适合形状并且可具有各种不同尺寸。例如，个别第一半导体裸片102可各自具有约IOmm-1Imm(例如，10.7mm)的长度L1和约
(例如,8.6mm、8.7mm)的宽度。第二半导体裸片106可具有约12mm-13mm(例如，
12.67mm)的长度L2和约(例如,8.5mm、8.6mm等)的宽度。在其它实施例中，第一半导体裸片102和第二半导体裸片106可具有其它适合尺寸和/或个别第一半导体裸片102可具有不同于彼此的尺寸。
[0019]第二半导体裸片106的外围部分108(所属领域的技术人员称为“边沿”或“架”)可由第一半导体裸片102与第二半导体裸片106的相对尺寸及在第二半导体裸片106的面向前表面112上的堆栈104的位置而界定。在图1中说明的实施例中，堆栈104相对于第二半导体裸片106的长度L2居中，使得外围部分108侧向延伸超过堆栈104的两个相对侧。例如，在第二半导体裸片106的长度L2比第一半导体裸片102的长度L1长约1.0mm的情况下，外围部分108将延伸超过居中的第一半导体裸片102的任一侧约0.5mm。堆栈104还可相对于第二半导体裸片106的宽度中心定位，在第二半导体裸片106的宽度和长度两者大于居中的堆栈104的实施例中，外围部分108可围绕第一半导体裸片102的整个外围延伸。在其它实施例中，堆栈104可相对于第二半导体裸片106的面向前表面112偏移,和/或第二半导体裸片106的外围部分108可围绕延伸得少于堆栈104的全部外围。在另外实施例中，第一半导体裸片102和第二半导体裸片106可为圆形，并且因此第一半导体裸片102和第二半导体裸片106的相对直径界定外围部分108。
[0020]如图1中展示，第一半导体裸片102可在堆栈104中彼此电耦合，并且可由定位于邻近裸片102、106之间的多个导电元件114电耦合到下伏第二半导体裸片106。虽然图1中展示的堆栈104包含八个电耦合在一起的第一半导体裸片102，但是在其它实施例中堆栈104可包含少于八个裸片(例如，三个裸片、四个裸片等)或多于八个裸片(例如，十个裸片、十二个裸片等)。导电元件114可具有各种适合的结构，例如柱、柱状物、立柱、凸块，并且可由铜、镍、焊料(例如，以SnAg为基础的焊料)、以导体填充的环氧树脂和/或其它导电材料制成。在所选择实施例中，例如，导电元件114可为铜柱，而在其它实施例中，导电元件114可包含更多复杂结构，例如，氮化物上凸块结构。
[0021]如图1中进一步展示，个别第一半导体裸片102可各自包含在一或两侧上与对应的导电元件114对准的多个TSV116，TSVl 16以提供在第一半导体裸片102的相对侧处的电连接。每一 TSV116可包含完全穿过个别第一半导体裸片102的导电材料(例如，铜)和围绕所述导电材料以将TSV116与裸片102的剩余部分电隔离的电绝缘材料。虽然图1中未展不，但是第二半导体裸片106还可包含多个TSV116以将第二半导体裸片106电稱合到较高层级电路。除了电互通以外，TSV116和导电元件114可充当热管道，热量可通过所述管道传递离开第一半导体裸片102和第二半导体裸片106 (例如，通过第一热路径1\)。在一些实施例中，导电元件114和/或TSVl 16的尺寸可经增加以增强堆栈104的热接触传导性。例如，个别导电元件114可各自具有约15 μ m-30 μ m的直径或其它适合尺寸以增强从裸片102、106离开的热路径。在其它实施例中，可使用也可充当通过堆栈104的热通路的其它类型的电连接器(例如，焊线接合)将第一半导体裸片102电耦合到彼此并且电耦合到第二半导体裸片106。
[0022]电介质底部填充剂材料118可围绕和/或在第一半导体裸片102与第二半导体裸片106之间沉积或以其它方式形成，以电隔离导电元件114和/或增强半导体裸片102、106之间的机械连接。底部填充剂材料118可为非传导性环氧树脂膏(例如，由日本新泻的纳美仕公司(Namics Corporation)制造的XS8448-171)、毛细管型底部填充剂、非传导膜、模制底部填充剂和/或包含其它适合电绝缘材料。在一些实施例中，可基于其热传导率选择底部填充剂材料118以增强通过堆栈104的热量耗散。
[0023]在各种实施例中，组合件100还可包含交织地定位于导电元件114之间的多个导热元件120(以虚线展示)。个别导热元件120可在结构及成分上与导电元件114 (例如，铜柱)至少大体上类似。然而，导热元件120非电耦合到TSV116，并且因此不提供在第一半导体裸片102之间的电连接。相反，导热元件120用于增加堆栈104的总热传导率，由此促进通过堆栈104 (例如，沿第一热路径T1)的热传递。例如，在组合件100配置为HMC的实施例中，已经展示在导电元件114之间添加导热元件120减少HMC的操作温度达若干度(例如，约 6。。-7 V )。
[0024]如图1中展示，封装衬底130可提供给裸片102、106到外部电组件(例如，较高层级的封装；未展示)的电连接。例如，封装衬底130可为插入物或印刷电路板，其包含半导体组件(例如，掺杂硅的晶片或砷化镓晶片)、非传导组件(例如，各种陶瓷衬底，例如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)等)和/或传导部分(例如，互连电路、TSV等)。在图1中说明的实施例中，封装衬底130经由第一多个电连接器134a在封装衬底130的第一侧132a处电耦合到第二半导体裸片106，并且经由第二多个电连接器134b (统称为“电连接器134”)在封装衬底130的第二侧132b处电耦合到外部电路(未展示)。电连接器134可为焊料球、传导凸块及柱、传导环氧树脂和/或其它适合的导电元件。为增强型机械连接及第一多个电连接器134a的电隔离，电介质底部填充剂(例如，由德国杜塞尔多夫的汉高(Henkel)制造的FP4585 ;未展示)可在第二半导体裸片106与封装衬底130之间分隔。在各种实施例中，封装衬底130可由具有较高热传导率的材料制成以增强在第二半导体裸片106的后侧处的热量耗散。
[0025]如上文讨论，第一热传递特征IlOa可热接触第二半导体裸片106的外围部分108以去除沿第二热路径T2的热量，并且第二热传递特征IlOb可热接触堆栈104中的最上裸片102以去除沿第一热路径T1的热量。在图1中说明的实施例中，第一热传递特征IlOa具有类柱结构，所述类柱结构从外围部分108垂直延伸到大体上对应于堆栈104中的最外裸片102的高度的高度，以界定实质上垂直的热路径，热量可从所述垂直热路径从外围部分108去除。如图1中展示，底部填充剂材料118和/或其它热透射材料可在第一热传递特征IlOa与外围部分108之间分隔(例如，出于粘合剂目的)。在其它实施例中，第一热传递特征IlOa可垂直延伸相对于所述堆栈的第一半导体裸片102的高度的较小或较大高度，以界定其它垂直热路径。如下文较详细描述，在其它实施例中，第一热传递特征IlOa可具有不同配置并且可界定将热量从外围部分108向外侧向(即，非垂直离开)传递的热路径。 [0026]在说明的实施例中，第二热传递特征IlOb横跨与第二半导体裸片106分隔得最远的第一半导体裸片102 (例如，堆栈104中的最上裸片102)的面向前表面111而延伸。第二热传递特征IlOb可因此直接吸收来自堆栈104 (例如，通过导电元件114及TSV116)的热量，并且将其传递离开裸片102、106。在其它实施例中，第二热传递元件IIOb可具有其它适合配置，和/或第一热传递元件IlOa及第二热传递元件IlOb可为形成于外围部分108上并且在堆栈104上方的整体结构。在另外实施例中，第二热传递特征IlOa可省略。
[0027]热传递特征110可由具有相对高的热传导率的材料制成以增加离开裸片102、106的热量的热传导率。例如，第一热传递特征IlOa可由硅坯料制成，所述坯料可具有根据温度的热传导率(例如，在25°C时约为149W/m° K和/或在100°C时约为105W/m° K)。在其它实施例中，第一和/或第二热传递特征110可由技术中称为“热界面材料”或“TIM”的物体制成，所述物体经设计以增加在表面结合处(例如，在裸片表面与散热器之间)的热接触传导性。TIM可包含聚硅氧基脂、凝胶或掺杂有传导性材料的粘合剂(例如，碳纳米管、焊料材料、类金刚石碳(DLC)等)及相变材料。在一些实施例中，例如，第二热传递特征IlOb可由由亚利桑那州菲尼克斯的信越微娃公司(Shin-Etsu MicroSi, Inc.)制造的Χ-23-7772-4--Μ制成，其具有约3W/m° K_4W/m° K的热传导率。在其它实施例中，热传递特征110可由金属(例如，铜)和/或其它适合热传导材料制成。[0028]在各种实施例中，热传递特征110可为附着到第二半导体裸片106的外围部分108和/或与第一半导体裸片102 (例如，经由热透性粘合剂、固化等)叠合的预形成部件(例如，衬垫、柱和/或其它适合结构)。在其它实施例中，可使用例如化学气相沉积(CVD)及物理气相沉积(PVD)的所属领域的技术人员已知的形成方法，将热传递特征110沉积或以其它方式形成于外围部分108的面向前表面112上和/或堆栈104的面向前表面111上。
[0029]如图1中展示,第一热传递特征IlOa和第二热传递特征IlOb可热接触至少部分围绕第一半导体裸片102和第二半导体裸片106延伸的导热罩壳122 (“罩壳122”)。罩壳122可包含与封装衬底130上的第二半导体裸片106侧向分隔开的外部分124，和由外部分124承载的顶盖部分。在说明的实施例中，外部分124和顶盖部分126形成凹陷136，凹陷136经配置使得垂直延伸的第一热传递特征IlOa和第二热传递特征IlOb两者热接触顶盖部分126的底侧。然而在其它实施例中，罩壳122和/或热传递特征110可具有其它适合的配置，使得热传递特征110热接触罩壳122的其它部分。
[0030]罩壳122可充当散热器以吸收并且耗散来自第一热路径T1和第二热路径T2的热量。罩壳122可相应地由例如镍、铜、铝、具有高热传导率的陶瓷材料(例如，氮化铝)和/或其它适合导热材料的导热材料制成。如图1中展示，可使用粘合剂128将外部分124与顶盖部分126结合在一起并且结合到下伏封装衬底130。粘合剂128可为与底部填充剂材料118的相同材料、TIM(例如，用于热传递特征110的--Μ)、另一热透射粘合剂和/或其它适合的粘合剂材料。在其它实施例中，罩壳122可整体地形成和/或具有其它适合横截面形状。在各种实施例中，罩壳122可包含散热片(未展示)，所述散热片具有多个翼片和/或用于增强型热量耗散的其它表面增强结构。
[0031]图1中展示的组合件100的若干实施例可提供降低组合件100中的个别裸片102、106的操作温度的增强型热性质，使得其保持于其指定的最大温度(Tmax)之下。在常规堆栈的半导体裸片封装中，通过所述半导体裸片产生的热量通常通过由所述裸片堆栈提供的单个热路径而散布。因此，在垂直传递离开下伏裸片之前，较大下伏半导体裸片的外围部分处产生的热量必须朝向所述裸片堆栈向内侧向行进。此延伸热路径得到在所述外围部分处的热量的集中。另外，当组合件100布置为HMC时，较大下伏逻辑裸片通常以比在其上方堆叠的存储器裸片高得多的功率电平而操作(例如，5.24W与0.628W相比)，并且因此逻辑裸片产生在外围部分处集中的相当大数量的热量。逻辑裸片在外围部分还可具有较高功率密度，导致在所述外围部分处的热量的进一步集中及温度上升。
[0032]例如，如2A为说明具有堆叠的存储器裸片202及下伏逻辑裸片206的HMC组合件200a的温度曲线的示意部分侧视图。如图2A中展示，热能量沿热路径(由箭头T说明)从逻辑裸片206的外围部分208去除，热路径首先朝向逻辑裸片206的中间部分231向内侧向并且接着垂直通过所述堆叠的存储器裸片202而延伸。在操作期间，此单个热路径和逻辑裸片206 (特别是在外围部分208处)的高功率密度将热能量集中于外围部分208处。例如，在图2A中说明的实施例中，逻辑裸片206的操作温度在逻辑裸片206的外围部分208处处于其最高值(例如，在113°C之上)，并且可超过逻辑裸片206的最大操作温度(Tmax)。
[0033] 预期图1中展示的组合件100通过提供额外热路径于第二半导体裸片106的外围部分108处来避免其它堆叠的半导体裸片封装的问题，且由此促进热量直接离开外围部分108的耗散。例如，图2B为说明根据本技术配置的HMC组合件200b的温度曲线的示意部分侧视图。如图2B中展示，堆叠的存储器裸片202提供将热量垂直传递离开逻辑裸片206的中间部分231的第一热路径(由箭头T1指示)；且热传递特征210提供与所述堆叠的存储器裸片202侧向分隔开的第二热路径(由箭头T2指示)，第二热路径将热量垂直传递离开逻辑裸片206的外围部分208。与逻辑裸片206处的第一热路径T1热隔离的分离的第二热路径T2的添加可降低逻辑裸片206的外围部分208处的操作温度(其中逻辑裸片206的功率密度可最高)和逻辑裸片206整体和/或堆叠的存储器裸片202的操作温度达若干度，使得其可维持于其相应最大操作温度(Tmax)之下。例如，在图2B中说明的实施例中，第二热路径T2的添加将逻辑裸片206的外围部分208处的操作温度从超过113°C (图2A)降低到小于93°C，并且将逻辑裸片206的可见最大温度从超过113°C (图2A)降低到小于100°C (现在移动到中间部分231)。另外，还可减少横跨逻辑裸片206的温度总改变(AT)(例如，从约AT = 19°C到约AT = 4.5°C )。在逻辑裸片206的外围部分208处的热传递特征210的添加可相应地将逻辑裸片206的总温度降低于可接受范围内并且低于最大温度规格。
[0034]图3为根据本技术的其它实施例配置的半导体裸片组合件300 ( “组合件300”)的横截面图。组合件300可包含大体上类似于上文参看图1描述的组合件100的特征的特征。例如，组合件300可包含布置成堆栈304的多个第一半导体裸片302 (例如，存储器裸片)；和由封装衬底330承载的较大下伏第二半导体裸片306(例如，高速逻辑裸片)。在说明的实施例中，第一半导体裸片302相对于第二半导体裸片306的面向前表面312上的长度偏移，使得第二半导体裸片306的外围部分308侧向延伸超过第一半导体裸片302的一侧(例如，单个侧)。热传递特征310从外围部分308垂直延伸到对应于堆栈304中的最外裸片302的高度的高度。组合件300可因此包含通过堆栈304提供的第一热路径(由箭头T1指示)，和通过热传递特征310提供的第二热路径(由箭头T2指示)，并且因此允许将热量垂直去除离开第二半导体裸片306的外围部分308。虽然图3中未展示，但是外围部分308还可延伸超过热传递特征310定位于其上的第一半导体裸片302的宽度(从一侧或两侧)。
[0035]在图3中说明的实施例中，组合件300进一步包含经由粘合剂328 (例如，类似于图1的粘合剂128)附着到封装衬底330的导热罩壳322 ( “罩壳322”)。不同于延伸超过第一半导体裸片302和第二半导体裸片306，罩壳322包含从第一半导体裸片302和第二半导体裸片306向外侧向分隔并且围绕堆叠半导体裸片302、306的外围延伸的外部分324。罩壳322可经配置以将热量从半导体裸片302、306向外侧向或径向耗散，并且垂直离开组合件300。在其它实施例中，罩壳322可包含导热顶盖(例如，图1的顶盖部分126)和/或第二热传递特征(例如，图1的第二热传递特征IlOb)，第二热传递特征可定位于堆栈304上以进一步促进热能量传递离开堆叠裸片302、306。
[0036]图4为根据本技术的另外实施例配置的半导体裸片组合件400 (“组合件400”)的部分示意横截面图。组合件400可包含大体上类似于图1和3中展示的组合件100、300的特征的特征。例如，组合件400可包含第一半导体裸片的堆栈404(示意地展示)；较大下伏第二半导体裸片406 ;和导热罩壳422( “罩壳422”)，其至少部分围绕堆栈404和第二半导体裸片406延伸。组合件400还可包含与所第二半导体裸片406的外围部分408对准的第一热传递特征410a，以促进从外围部分408直接传递热能量(例如，而非通过堆栈404)。代替从外围部分408垂直延伸到对应于堆栈404的总高度的高度，第一热传递特征410a具有厚度(例如，约50 μ m)使得罩壳422与最接近外围部分408的第一热传递特征410a接合。例如，第一热传递特征410a可为薄的预形成突片或可沉积为外围部分408的面向前表面412上的薄层。任选第二热传递特征410b可分隔于堆栈404与罩壳422之间，以促进其间的热传递。在各种实施例中，第一热传递特征410a与第二热传递特征410b可具有相同厚度，而在其它实施例中其厚度可不同。
[0037]罩 壳422可大体上类似于上文参看图1描述的罩壳122。例如，罩壳422可由导热材料(例如，铜)制成并且可由粘合剂428 (例如，粘合剂--Μ)附着到下伏封装衬底430。然而，如图4中展示，罩壳422可包含经配置以大体上至少部分围绕或密封裸片堆栈404和第二半导体裸片406的外围的空腔436。例如，在说明的实施例中，空腔436包含围绕第二半导体裸片406的外围部分408延伸的带缺口或阶梯状部分438，和收纳裸片堆栈404的主要空腔部分439。如图4中展示，空腔436还可经配置，使得阶梯状部分438从封装衬底430上的第二半导体裸片406向外侧分隔达相对小距离D (例如，约0.5mm)。与第二半导体裸片406的此接近性可进一步增强热量耗散，并且减少总封装大小。
[0038]在各种实施例中，罩壳422可由金属材料制成,并且空腔436可由所属领域的技术人员已知的多个金属精压步骤形成。这允许空腔436针对堆栈的裸片402、406的特定布置而定制，并且可促进3D集成(3DI)多裸片封装的热管理。在其它实施例中，罩壳422可使用所属领域的技术人员已知的其它适合的罩壳形成方法而形成。
[0039]不像常规导热罩壳，仅在封装衬底处(例如，通过聚合粘合剂或焊料合金)并且在裸片堆栈的顶部处接触下伏装置的盖或顶盖，图4中展示的多层空腔436允许罩壳422热接触第二半导体裸片406的外围部分408处的第一热传递特征410a，堆栈404的顶部处的第二热传递特征410b，和最接近外围部分408处的封装衬底430。例如，在各种实施例中，罩壳422可重叠第二半导体裸片406的外围部分408的每一侧上达约0.4mm-0.5mm。这额外接触提供较大表面面积，罩壳422借此可传递热能量并且减小组合件400的耐热性。例如，已经展示具有空腔436的罩壳422降低在HMC组合件的外围部分408处的操作温度达约3°C _5°C或更多(例如，IO0C )。
[0040]图5为根据本技术的又另外实施例配置的半导体裸片组合件500 ( “组合件500”)的部分示意横截面图。组合件500可包含大体上类似于上文参看图4描述的组合件400的特征的特征。例如，组合件500可包含具有收纳裸片堆栈504的空腔536及第二半导体裸片506的导热罩壳522 (罩壳“522”)。罩壳522可热接触第二半导体裸片506的外围部分508处的第一热传递特征510a，和裸片堆栈504的上部分处的第二热传递特征510b。空腔536还可经配置以将罩壳522最接近封装衬底530处的第二半导体裸片506定位以减小封装的总大小。
[0041]图5中说明的罩壳522包含外部分540和定位于外部分540的空腔536内的一或多个导热部件542，而非整体形成的罩壳。外部分540可围绕裸片堆栈504和第二半导体裸片506延伸，使得其热耦合到堆栈504的顶部(例如，经由第二热传递特征510b)和下伏封装衬底530 (例如，经由热透性粘合剂528)。传导部件542可为柱、圆筒、矩形棱柱和/或其它适合的结构，所述结构在外部分540与第一热传递特征510a之间分隔以将热能量引导离开第二半导体裸片506的外围部分508。在制造期间，外部分540可经设计以具有大体上标准的形状和/或大小，而导热部件542可经配置以将标准外部分540调整为堆叠裸片504、506的特定配置。因而，图5中展示的罩壳522可简单地制造，并且提供紧密地配合半导体裸片504、506的堆栈的空腔536以增强从裸片504、506的热传递。
[0042]图6为根据本技术的额外实施例配置的半导体裸片组合件600 ( “组合件600”)的部分示意横截面图。组合件600可包含大体上类似于上文参看图4和5描述的组合件400和500的特征的特征。例如，组合件600可包含封装衬底630、第一半导体裸片的堆栈604 (示意地展示)、第二半导体裸片606和具有经配置以收纳堆栈604的空腔636的导热罩壳622( “罩壳622”)。然而,在图6中说明的实施例中，罩壳622终止于距封装衬底630的一段距离处，使得罩壳622的基底部分644可重叠第二半导体裸片606的外围部分608。粘合剂628和/或其它底部填充剂材料可用于将罩壳622附着到下伏封装衬底630。如图6中展不，罩壳622可热接触第二半导体裸片606的外围部分608处的第一热传递特征610a和裸片堆栈604的顶部处的第二热传递特征610b，以提供分离的热路径(如由箭头指示)，热量可通过所述热路径被吸收并且分散通过罩壳622。罩壳622可因此具有围绕堆栈604的实质上标准化的空腔形状，但是仍提供最接近第二半导体裸片606的外围部分608的热接触，以促进热量从第二半导体裸片606的耗散。
[0043]图7为根据本技术的其它实施例配置的半导体裸片组合件700 (“组合件700”)的部分示意横截面图。组合件700可包含大体上类似于上文参看图4到6描述的组合件400、500,600的特征的特征，例如，由具有比堆栈704的占据面积大的占据面积的第二半导体裸片706承载的第一半导体裸片(示意地展示)的堆栈704。在说明的实施例中，组合件700包含具有空腔736和侧向延伸到所述空腔736中的一或多个凸缘746的导热罩壳722 (“罩壳722”)。凸缘746可与第二半导体裸片706的外围部分708处的第一热传递特征710a热接触，并且罩壳722的底侧748可与堆栈704上的第二热传递特征710b热接触。罩壳722因此提供具有至少两个分离热路径的经增加热接触面积，一个路径经由凸缘部分746向外侧向引导，并且另一路径通过裸片堆栈704垂直引导到罩壳722。因而，组合件700可减少在第二半导体裸片706的外围部分708处的热量集中，并且减少第二半导体裸片706的操作温度。
[0044]上文参看图1到7描述的所述堆栈的半导体裸片组合件中的任何一者可并入到无数较大和/或较复杂系统中的任何者，其代表性实例为图8中示意地展示的系统800。系统800可包含半导体裸片组合件810、电源820、驱动器830、处理器840和/或其它子系统或组件850。半导体裸片组合件810可包含大体上类似于上文描述的堆叠的半导体裸片组合件的特征的特征，并且可因此包含增强热量耗散的多个热路径。所得系统800可执行多种功能中的任何者，例如，存储器存储、数据处理和/或其它适合功能。相应地，代表性系统800可包含(但不限于)手持装置(例如，移动电话、平板计算机、数字阅读器和数字音频播放器)、计算机及家用电器。系统800的组件可容纳于单个单元中或分布于多个互连单元(例如，通过通信网络)中。系统800的组件还可包含远程装置和多种计算机可读媒体中的任何者。
[0045]从上文，应了解，本文已经出于说明的目的而描述本技术的具体实施例，但是可不脱离本发明而做出各种修改。例如，虽然关于HMC描述半导体裸片组合件的实施例中的许多者，但是在其它实施例中，半导体裸片组合件可配置为其它存储器装置或其它类型的堆叠裸片组合件。另外，图1到7中说明的半导体裸片组合件包含在第二半导体裸片上布置成堆栈的多个第一半导体裸片。然而，在其它实施例中，所述半导体裸片组合件可包含堆叠于第二半导体裸片上的第一半导体裸片。特定实施例的上下文中描述的新技术的某些方面也可在其它实施例中组合或消除。而且，虽然已经在那些实施例的上下文中描述与新技术的某些实施例相关联的优点，但是其它实施例也可显示此类优点，并且并非所有实施例都有必要显示此类优点属于本技术的范围。相应地，本发明和相关联技术可涵盖本文未清楚展示或描述的其它实施例。
【权利要求】
1.一种半导体裸片组合件，其包括: 第一半导体裸片； 承载所述第一半导体裸片的第二半导体裸片，所述第二半导体裸片具有向外侧向延伸超过所述第一半导体裸片的至少一个侧的外围部分，其中所述第一半导体裸片界定从所述第二半导体裸片离开的第一热路径；以及 在所述第二半导体裸片的所述外围部分处的热传递特征，其中所述热传递特征经配置以界定将热量传递离开所述第二半导体裸片的第二热路径，所述第一热路径与所述第一半导体裸片分离。
2.根据权利要求1所述的半导体裸片组合件，其中: 所述第一半导体裸片为布置成堆栈的多个第一半导体裸片中的一者； 所述第二半导体裸片为逻辑裸片； 存储器裸片通过延伸穿过所述存储器裸片的多个穿硅通孔TSV和所述存储器裸片与所述逻辑裸片之间的多个导电特征彼此电耦合和电耦合到所述逻辑裸片； 所述热传递特征为第一热传递特征，其与所述第一半导体裸片的所述侧侧向地分隔开，并且从所述逻辑裸片的所述外围部分垂直延伸到对应于与所述逻辑裸片分隔得最远的所述存储器裸片的高度的至少一个高度； 所述半导体裸片组合件进一步包括 所述堆栈上的第二热传递特征； 导热罩壳，其与第一和第二热传递特征热接触；以及 封装衬底，其具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中所述逻辑裸片电耦合到所述第一侧处的所述封装衬底，并且所述封装衬底包含在所述第二侧处的电连接器。
3.根据权利要求1所述的半导体裸片组合件，其中所述第一半导体裸片为多个第一半导体裸片中的一者，并且其中所述热传递特征从所述外围部分延伸到对应于与所述第二半导体裸片分隔得最远的所述第一半导体裸片的高度的高度。
4.根据权利要求1所述的半导体裸片组合件，其中所述热传递特征包括硅坯料、热界面材料和掺杂有导热填充物的硅中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的半导体裸片组合件，其中: 所述热传递特征为与所述第一半导体裸片的所述侧侧向分隔开的第一热传递特征；以及 所述半导体裸片组合件进一步包括与所述第一半导体裸片叠合的第二热传递特征。
6.根据权利要求1所述的半导体裸片组合件，其中: 所述第一半导体裸片为布置成堆栈的多个存储器裸片中的一者； 所述第二半导体裸片为逻辑裸片；且 所述第二热路径与所述存储器裸片侧向分隔开。
7.根据权利要 求1所述的半导体裸片组合件，其进一步包括至少部分围绕所述第一和所述第二半导体裸片延伸的导热罩壳，其中所述导热罩壳与所述热传递特征热接触。
8.根据权利要求7所述的半导体裸片组合件，其中所述导热罩壳与最接近所述外围部分的所述热传递特征热接触。
9.根据权利要求7所述的半导体裸片组合件，其中所述第一半导体裸片为在所述第二半导体裸片上布置成堆栈的多个第一半导体裸片中的一者，并且其中所述导热罩壳与最接近与所述第二半导体裸片分隔得最远的所述第一半导体裸片的所述热传递特征热接触。
10.根据权利要求7所述的半导体裸片组合件，其中所述导热罩壳包含经配置以收纳所述外围部分并且接触所述热传递特征的阶梯状空腔。
11.根据权利要求7所述的半导体裸片组合件，其中所述导热罩壳包含空腔，所述空腔经配置以收纳所述第一和所述第二半导体裸片及所述空腔中的至少一个导热元件，其中所述导热部件与所述热传递特征热接触。
12.根据权利要求7所述的半导体裸片组合件，其中所述导热罩壳包含空腔，所述空腔经配置以收纳所述第一和所述第二半导体裸片及侧向延伸到所述空腔中的凸缘，其中所述凸缘热耦合到所述外围部分处的所述热传递特征。
13.根据权利要求1所述的半导体裸片组合件，其进一步包括: 导热罩壳，其具有经配置以收纳所述第一半导体裸片及和与所述热传递特征热接触的基底部分的空腔，其中所述基底部分至少部分由所述外围部分承载；以及 封装衬底，其承载所述第二半导体裸片，其中所述导热罩壳终止于距所述封装衬底的一段距离处。
14.一种半导体裸片组合件，其包括: 具有第一占据面积的至少一个存储器裸片； 承载所述存储器裸片的逻辑裸片，所述逻辑裸片具有大于所述第一占据面积的第二占据面积，使得所述逻辑裸片包含延伸超过所述第二占据面积的外围部分；以及 与所述逻辑裸片的所述外围部分对准的热传递特征，其中所述存储器裸片界定第一热路径，并且所述热传递特征界定与所述逻辑裸片处的所述第一热路径热隔离的第二热路径。
15.根据权利要求14所述的半导体裸片组合件，其中所述第一与所述第二热路径彼此侧向分隔开并且至少实质上彼此平行。
16.根据权利要求14所述的半导体裸片组合件，其中所述第一与所述第二热路径彼此侧向分隔开并且至少实质上彼此垂直。
17.根据权利要求14所述的半导体裸片组合件，其中所述存储器裸片为电耦合在一起成堆栈的多个存储器裸片中的一者。
18.根据权利要求14所述的半导体裸片组合件，其进一步包括与所述热传递特征和所述存储器裸片热接触的导热罩壳。
19.根据权利要求18所述的半导体裸片组合件，其中所述导热罩壳包含形状上大体上类似于所述存储器裸片和所述逻辑裸片的外边界的空腔。
20.一种形成半导体裸片组合件的方法，所述方法包括: 将第一半导体裸片电耦合到第二半导体裸片，所述第二半导体裸片具有向外侧向延伸超过所述第一半导体裸片的至少一个侧的外围部分，其中所述第一半导体裸片形成将热量传递离开所述第二半导体裸片的第一热路径；以及 将热传递特征安置于所述第二半导体裸片的所述外围部分处并且与所述第一半导体裸片侧向分隔开，其中所述热传递特征形成从与所述第一热路径分离的所述逻辑裸片离开的第二热路径。
21.根据权利要求20所述的方法，其中: 所述第一半导体裸片为电稱合在一起成堆栈的多个存储器裸片中的一者；且 将所述第一半导体裸片电耦合到所述第二半导体裸片包括将所述存储器裸片堆栈电耦合到逻辑裸片。
22.根据权利要求20所述的方法，其中将所述热传递特征安置于所述外围部分处包括将硅部件放置于所述外围部分上，其中所述硅部件从所述外围部分垂直延伸到对应于所述第一半导体裸片的最外表面的高度的高度。
23.根据权利要求20所述的方法，其中: 将所述热传递特征安置于所述外围部分处包括将热界面材料放置于所述外围部分面对所述第一半导体裸片的表面上；且 所述方法进一步包括使导热罩壳热接触所述第一半导体裸片和所述热传递特征。
24.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括将导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片的至少一个部分安置，其中所述导热罩壳包含经配置以收纳所述第一和所述第二半导体裸片的至少一 个部分的空腔，并且所述导热罩壳热接触所述热传递特征。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一半导体裸片为在所述第二半导体裸片上布置成堆栈的多个第一半导体裸片中的一者，并且其中将所述导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片安置包括使所述导热罩壳与所述热传递特征热接触，所述热传递特征在最接近与所述第二半导体裸片分隔得最远的所述第一半导体裸片的高度的高度处。
26.根据权利要求24所述的方法，其中将所述导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片安置包括使所述导热罩壳与最接近所述外围部分的所述热传递特征热接触。
27.根据权利要求24所述的方法，其中将所述导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片安置包括使用一系列金属精压步骤在金属材料中形成所述空腔，其中所述空腔为多层的以收纳所述堆叠的第一和第二半导体裸片。
28.根据权利要求24所述的方法，其中将所述导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片安置包括: 将所述第一和所述第二半导体裸片放置于所述导热罩壳的空腔中；及 将至少一个传导部件定位于所述热传递特征与所述导热罩壳之间的所述空腔中。
29.根据权利要求24所述的方法，其中将所述导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片安置包括形成凸缘，所述凸缘延伸到所述空腔中并且与所述热传递特征热接触。
30.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括: 将所述第二半导体裸片电耦合到封装衬底； 将导热罩壳围绕所述第一半导体裸片的至少一个部分安置，所述导热罩壳具有与所述封装衬底分隔开的基底部分；以及 使所述基底部分与所述热传递特征热接触。
31.根据权利要求20所述的方法，其中所述热传递特征为第一热传递特征，且其中所述方法进一步包括: 将第二热传递特征与所述第一半导体裸片叠合；以及 将导热罩壳围绕所述第一和所述第二半导体裸片的至少一个部分安置使得所述导热罩壳热接触所述第一和所述第二热传递特征。
32.—种形成半导体裸片组合件的方法，所述方法包括: 将多个存储器裸片电稱合在一起成堆栈； 将所述存储器裸片电耦合到逻辑裸片，其中所述逻辑裸片包含向外侧向延伸超过所述存储器裸片的至少一个侧的外围部分；以及 将热传递特征安置于所述逻辑裸片的所述外围部分处并且与所述存储器裸片侧向分隔开，其中所述存储器裸片和所述热传递特征提供将热量传递离开所述逻辑裸片的分离的热路径。
33.根据权利要求32所述的方法，其中安置所述热传递特征包括将硅部件放置于所述外围部分处，其中所述硅部件从所述外围部分延伸到对应于与所述逻辑裸片分隔得最远的所述存储器裸片的高度的高度。
34.根据权利要求32所述的方法，其中将所述多个存储器裸片电耦合在一起成堆栈包括将至少八个存储器裸片电耦合在一起。
35.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括形成具有经成形以收纳所述存储器裸片和所述逻辑裸片的空腔的导热罩壳。
36.根据权利要求32所述的方法，其中: 安置所述热传递特征包括将热界面材料TIM放置于所述外围部分处；且所述方法进一步包括将导热罩壳围绕所述存储器裸片安置，其中所述导热罩壳经配置以热接触所述TIM和与所述逻辑裸片分隔得最远的所述存储器裸片。
37.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括形成导热罩壳，所述导热罩壳经配置以热接触所述存储器裸片以界定第一热路径，并且热接触所述热传递特征以界定与所述存储器裸片侧向分隔开的第二热路径。
38.一种半导体系统,其包括: 堆叠的半导体裸片组合件，其包含 封装衬底，其具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧； 逻辑裸片，其在所述第一侧处并且电耦合到所述封装衬底； 多个存储器裸片，其由所述逻辑裸片承载并且彼此电耦合并且电耦合到所述逻辑裸片，其中所述存储器裸片界定将热量传送离开所述逻辑裸片的第一热路径，并且其中所述逻辑裸片包含向外侧向延伸超过所述存储器裸片的至少一个侧的外围部分；以及 在所述外围部分处的热传递特征，其中所述热传递特征界定将热量传送离开所述逻辑裸片的第二热路径，所述第二热路径与所述存储器裸片分离；以及驱动器，其电耦合到所述封装衬底的所述第二侧。
【文档编号】H01L23/34GK103988296SQ201280061833
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年11月14日
【发明者】史蒂文·K·赫罗特休斯, 李健, 张浩钧, 保罗·A·西尔韦斯特里, 李晓, 罗时剑, 卢克·G·英格兰德, 布伦特·基思, 贾斯普瑞特·S·甘地 申请人:美光科技公司