高密度互连器件及方法
【专利摘要】描述了允许经由直接芯片附连（DCA）在微电子管芯和主板之间的高密度和低密度互连的实施例。在一些实施例中，微电子管芯具有高密度互连和低密度连接区域，高密度互连具有沿一个边缘定位的小凸点间距，低密度连接区域具有位于所述管芯的其它区域中的较大的凸点间距。管芯之间的高密度互连区域利用互连桥来互连，该互连桥由能够支持在其上制造高密度互连的材料制成，诸如硅。低密度互连区域用于利用DCA将经互连的管芯直接附连到板。当利用互连桥互连管芯时，高密度互连可利用当前的受控塌陷芯片连接(C4)间距，同时允许电路板上更大的间距。
【专利说明】高密度互连器件及方法
【技术领域】
[0001]实施例涉及集成电路(IC)管芯、管芯封装及相关联的方法。更具体地，实施例涉及使用诸如硅桥之类的互连桥以高密度互连使管芯互连。
【背景技术】
[0002]板上的直接芯片附连(DCA)是一种概念，它可通过去除封装而允许显著的成本节省。然而，板设计规则还未与受控塌陷芯片连接(C4)凸点间距相同速率地缩放。因此，为了使用DCA，芯片管芯的凸点间距需要足够大，以适应板设计规则，并且该尺寸的凸点间距应比当前技术允许管芯的尺寸大很多。这限制了可利用DCA制造的互连的数量。
[0003]只要管芯的凸点间距足够大以适应板焊垫尺寸和线/间隔规则，则DCA仍然是有吸引力的解决方案。然而，在片上系统(SOC)区域中以及在其它高密度互连应用中，由于当代SOC管芯的C4凸点间距缩放与板焊垫尺寸和线/间隔规则之间的不匹配，还应考虑DCA。
[0004]附图简述
[0005]图1示出根据一些实施例的微电子管芯。
[0006]图2示出根据一些实施例的互连微电子管芯以及安装经互连的微电子管芯的过程；以及
[0007]图3示出根据一些实施例的在电路板中形成凹入以容纳桥的过程。
[0008]详细描述
[0009]以下的描述和附图充分地示出了具体实施例以使本领域中的技术人员能够实施它们。其它的实施例可结合结构、逻辑、电、进程和其它改变。某些实施例的部分和特征可被包括在其它实施例的部分和特征中、或代替其它实施例的部分和特征。在权利要求中陈述的实施例包括这些权利要求的所有可用的等效技术方案。
[0010]图1示出根据一些实施例的微电子管芯。所示的实施例允许在DCA类型情况下管芯之间的密集互连，但仍适应板焊垫尺寸和线/间隔规则。图1示出两个管芯100和102以及适用于互连这两个管芯的互连桥104。例如，这样的桥可以是硅桥。在一些实施例中，诸如管芯100之类的一个管芯可以是处理器管芯，诸如S0C、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)、高级处理单元(APU)或其它类型的处理器。
[0011]管芯100具有高密度互连106。高密度互连106具有小凸点间距，以允许在小面积中的大量连接。在一个示例中，凸点间距从约30 μ m至约90 μ m。高密度互连可用于将管芯100连接到另一个管芯，其中大量连接将是有利的。一个示例是:管芯100是SOC且通过高密度互连106连接到存储器管芯。
[0012]管芯100可包含在管芯的不同部分周围展开的其它连接区域。在所示的实施例中，管芯100具有在管芯的其余侧周围的连接区域108以及位于更中心位置的连接区域110。连接区域108的凸点间距和连接区域110的凸点间距允许管芯100至电路板的DCA。这样，设计连接区域108的凸点间距和连接区域110的凸点间距的尺寸，以适应板的焊垫尺寸和线/间隔规则。取决于实施例，连接区域108的凸点间距可与连接区域110的凸点间距相同或不同。这将导致连接区域108和连接区域110的凸点间距大于高密度互连106的凸点间距。当前的设计规则允许高密度互连(HDI)类型的板的间距不比约60 μ m至约75 μ m
更紧密。
[0013]当管芯100是处理器管芯(诸如SOC管芯)时，相邻一侧定位的高密度互连106可安置存储器连接。可将其它输入/输出连接包含在与剩余的三侧相邻的连接区域108中。最后，可在不影响性能的情况下，(相对)稀疏地填充功率连接。因此，功率连接可更加靠近中心地定位在连接区域110中。作为附加或替换，可根据需要将一些功率连接交织在其它区域中。在该示例中，连接区域108的凸点间距可与连接区域110的凸点间距相同或不同。
[0014]管芯102可以是存储器管芯或一些其它类型的管芯，该管芯102也可具有高密度互连112。高密度互连112具有小凸点间距，以允许在小面积中的大量连接。在一个示例中，凸点间距从约30 μ m至约90 μ mo高密度互连112的凸点间距可匹配高密度互连106的凸点间距。
[0015]管芯102也可具有连接区域114。在一个示例中，管芯102是存储器管芯，且连接区域114包含用于管芯的功率连接。可设计连接区域114的凸点间距的尺寸，以适应管芯102至电路板(诸如HDI类型的板)的DCA。这样，连接区域114的凸点间距将不会比利用当前焊垫和线/间隔规则的约60 μ m至约75 μ m更加紧密。
[0016]互连桥104是设计成将管芯100和管芯102互连的管芯。为了做到这一点，互连桥104具有两个高密度互连116和118。设计高密度互连116的凸点间距的尺寸以匹配高密度互连106的凸点间距，且设计高密度互连118的凸点间距的尺寸以匹配高密度互连112的凸点间距。通常，高密度互连116的凸点间距将匹配高密度互连118的凸点间距，但可使用不同的凸点间距。
[0017]图2示出根据一些实施例的互连微电子管芯以及安装经互连的微电子管芯的过程。在图2中，该过程以互连桥(例如硅桥)200的制造开始。诸如图1的桥104之类的桥在其端部具有高密度互连以互连管芯，并且制造两个高密度互连之间的适当互连，用于要连接的管芯。高密度互连具有连接焊垫(或凸点)204，其具有凸点间距206。如上所述，取决于具体实施例，高密度互连的凸点间距可以相同或者不同。如图2所示，在制造过程中，诸如焊垫上的焊料之类的连接机构可设置有较高温度的焊料202 (与224相比较高)。
[0018]一旦制造了互连桥200，可将其用于互连其它管芯。在图2中，这种转变由箭头208示出。在图2的具体示例中，可将互连桥200用于互连管芯214和管芯216。管芯214和管芯216具有高密度互连，该高密度互连被定位成使得高密度互连之间的距离可在它们被正确定向时通过互连桥100而桥接。具体地，在图2中，高密度互连被定位成与管芯的边缘相邻，如224和226所示。设计高密度互连的凸点间距的尺寸以匹配互连桥200的相应高密度互连。因为先前已经利用覆盖互连桥200的高密度互连的连接焊垫的高温焊料202制造互连桥200，所以一般没有必要向管芯的高密度互连提供高温焊料，尽管这仅仅是一个示例。
[0019]管芯214和管芯216还具有携带连接焊垫222和凸点间距212的连接区。在管芯214和管芯216的制造期间(或作为单独过程的一部分)，连接焊垫222也可设置有焊料220。如下所解释地，适当地设计凸点间距212的尺寸以便附连至电路板。尽管图2示出管芯214和管芯216的所有连接区具有相同的凸点间距，然而这仅仅是一个示例，且管芯内的不同连接区或管芯之间的不同连接区可具有不同的凸点间距。
[0020]管芯214和管芯216可被放置在载体218中，并且被定向成使得它们的高密度互连彼此面对地定位。互连桥200被翻转并通过诸如热压接合、焊料回流等接合工艺附连至管芯214和216。这由箭头210示出。
[0021]在管芯214和管芯216通过互连桥200互连之后，可将它们安装在诸如HDI类型的板之类的电路板上。在图2中，这种转变由箭头228示出。
[0022]在图2中，适当的板由板230示出。板230通常是具有多个层和在顶层上至三层的微通孔的HDI类型的板。在制备板时，可具体地沿将会直接附连至板的管芯(诸如管芯214和管芯216)中的连接点234 (及其相关联的凸点间距)调出高密度互连。
[0023]可通过在组装件附连到板时互连桥200所在的位置处形成孔或凹入，来制备电路板。在图2中，该孔由232示出。尽管示出了板230的所有层之间的孔，然而这仅仅是一个示例。还可使用足以容纳互连桥的凹入。
[0024]如图2所示，管芯214、管芯216以及互连桥200的组装件被翻转并且利用DCT技术附连到板230。在将组装件附连到板230时，可维持焊料熔化温度等级，使得当制造后面的焊料接点时，已经接合的界面的焊料接点不会熔化。如果需要的话，可将诸如环氧树脂或一些其它材料之类的材料放置在孔232中，以便为互连桥200提供机械支承，这取决于实施例。然而，这种机械支承是任选的。
[0025]利用互连桥200互连管芯214和216可允许在例如SOC管芯和存储器管芯之间形成非常高密度的互连，同时允许在电路板生产和组装上大大放松的公差。因此，可利用表面安装技术(SMT)将整个组装件安装到板230，因为板间距可以是例如从约250 μ m至约400 μ m,同时仍保持高密度互连上的紧密凸点间距(例如，从约30 μ m至约90 μ m)。
[0026]图3示出根据一些实施例的在电路板中形成凹入以容纳桥的过程。如300处所示，当连同其它图案化一起，利用要连接到组件的层上的减或半减对平面铜进行图案化时，该过程开始。这可得到多个层302 (通常)和各种特征，诸如304。在图中，示出桥附连侧在板303的顶部。
[0027]在306，通过挤压施加可释放层308。层308的厚度与该层的铜厚度大致相同。
[0028]在310，增加后续层以形成各种期望的特征，诸如微通孔314，直到施加阻焊层312，并且板的所有层都完成。
[0029]在316，通过去除桥所在位置的构造层来形成凹入318。这可通过激光划片或通过在该区域中使用光敏材料(该光敏材料稍后将被去除)然后利用光去除该光敏材料来完成。在去除构造层之后，去除可释放层，并且利用去污工艺来从可释放层清除残留物。
[0030]上面详细描述包括参照附图，附图形成详细描述的一部分。附图通过例示示出可实现本发明的具体实施例。在本文中，这些实施例也被称为“示例”。这种示例可包括除所示或所述元件以外的元件。然而，本发明人还构想到仅提供所示或所述这些元件的示例。此夕卜，本发明人还构想到或者参考特定示例(或其一个或多个方面)或者参考本文所示或所述的其它示例(或其一个或多个方面)利用所示或所述的这些元件(或其一个或多个方面)的任意组合或置换的示例。
[0031]在本文中，术语“一”或“一个”正如在专利文件中常见的用于包括一个或一个以上，与任何其它实例或“至少一个或“一个或多个”的使用无关。在本文中，术语“或”用于指示非排他或，使得“A或B”包括“A而非B”、“B而非A”以及“A和B”，除非另外指示。在本文中，术语“包含”和“在其中”分别用作术语“包括”和“其中”的等价词。并且，在一些权利要求书中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，系统、设备、制品、构成、形成或过程包括除之后列出的那些元素之外的元素，在权利要求中的这种术语仍然被视为落在权利要求的范围之内。此外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用作标记，而不旨在对他们的对象施加数值要求。
[0032]上述描述是用来说明的而非限制的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可彼此组合地使用。诸如由本领域的技术人员在仔细阅读以上描述之后可使用其它实施例。提供摘要以符合37C.F.R.§ 1.72 (b)，以允许读者快速地查明技术公开的本质和要点。该摘要是以它不用于解释或限制权利要求的范围或含义的理解而提交的。同样，在以上的详细描述中，可将各种特征组合在一起以使本公开流畅。这不应被认为是意指不要求保护的特征对任何权利要求是关键的。相反，本发明的主题在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下的权利要求由此结合在详细描述中，且每个权利要求本身作为单独的实施例，且构想到这些实施例可按各种组合或置换彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求书以及使这些权利要求享有权利的等效方案的完全范围来确定。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 第一管芯，具有第一管芯边缘和第一管芯表面，所述第一管芯包括: 在所述第一管芯表面上与所述第一管芯边缘相邻定位的第一管芯高密度互连，所述第一管芯高密度互连具有第一凸点间距；以及 定位在所述第一管芯表面上的第一管芯连接区域，所述第一管芯连接区域具有第二凸点间距；以及 第二管芯，具有第二管芯边缘和第二管芯表面，所述第二管芯包括: 在所述第二管芯表面上与所述第二管芯边缘相邻定位的第二管芯高密度互连，所述第二管芯高密度互连具有所述第一凸点间距；以及 定位在所述第二管芯表面上的第二管芯连接区域，所述第二管芯连接区域具有第三凸点间距；以及 桥，所述桥具有多个高密度互连，所述多个高密度互连具有所述第一凸点间距，所述多个高密度互连之一连接到所述第一管芯高密度互连，且所述多个高密度互连中的另一个连接到所述第二管芯高密度互连。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一管芯连接区域包括输入/输出连接。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一管芯连接区域定位在所述第一管芯表面上与所述第一管芯的第二边缘相邻。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一管芯还包括定位在所述第一管芯表面中心的功率连接区域。
5.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于，所述第二管芯连接区域包括功率连接。
6.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于，所述第一凸点间距小于所述第二凸点间距，且所述第一凸点间距小于所述第三凸点间距。
7.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于，所述第二凸点间距与所述第三凸点间距大致相等。
8.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于，所述第一管芯是片上系统(SOC)管芯，且所述第二管芯是存储器管芯。
9.一种微电子管芯,包括: 在第一表面上与第一边缘相邻定位的高密度互连，所述高密度互连具有第一凸点间距； 在所述第一表面上与第二边缘相邻定位的连接区域，所述连接区域具有第二凸点间距；以及 其中设计所述第一凸点间距的尺寸以连接到互连桥，且其中设计所述第二凸点间距的尺寸以适应所述管芯至电路板的直接芯片附连(DCA)。
10.如权利要求9所述的管芯，还包括定位在所述第一表面上、所述高密度互连和所述连接区域内部的功率连接区域。
11.如权利要求9所述的管芯，其特征在于，所述连接区域包括功率连接。
12.如权利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述连接区域包括输入/输出连接。
13.如权利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述管芯是片上系统(SOC)管芯。
14.如权利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述管芯是存储器管芯。
15.如权利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述第一凸点间距小于所述第二凸点间距。
16.—种方法,包括: 提供具有多个高密度互连的互连桥，所述多个高密度互连具有第一凸点间距； 提供第一管芯，所述第一管芯具有第一管芯高密度互连且具有第一管芯连接区域，所述第一管芯高密度互连具有所述第一凸点间距且与第一管芯边缘相邻定位，所述第一管芯连接区域具有第二凸点间距，所述第二凸点间距大于所述第一凸点间距； 提供第二管芯，所述第二管芯具有第二管芯高密度互连且具有第二管芯连接区域，所述第二管芯高密度互连具有所述第一凸点间距且与第二管芯边缘相邻定位，所述第二管芯连接区域具有第三凸点间距，所述第三凸点间距大于所述第一凸点间距； 通过将所述互连桥的高密度互连之一连接到所述第一管芯高密度互连并且将所述互连桥的高密度互连中的另一个连接到所述第二管芯高密度互连，来将所述第一管芯和所述第二管芯互连；以及 通过将所述第一管芯连接区域连接到电路板并且将所述第二管芯连接区域连接到所述电路板，来将经互连的第一管芯和第二管芯连接到所述电路板。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一管芯是片上系统(SOC)管芯，且所述第二管芯是存储器管芯。`
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，维持焊料温度等级，使得当制造后面的焊料接点时，已经接合的界面的焊料接点不会熔化。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过除焊料连接机构外的连接机构附连第一组凸点，且通过焊料机构附连第二组凸点，且其中维持温度等级，使得当制造后面的焊料接点时，已经接合的界面不会熔化。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当经互连的第一管芯和第二管芯连接到所述电路板时，所述电路板具有容纳所述互连桥的凹入。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当经互连的第一管芯和第二管芯连接到所述电路板时，所述电路板具有容纳所述互连桥的孔。
【文档编号】H01L25/065GK103887289SQ201310705286
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】M·K·洛伊, M·J·曼努沙洛 申请人:英特尔公司