用于堆叠式微电子装置的集成群接合和包封的方法和设备与流程

用于堆叠式微电子装置的集成群接合和包封的方法和设备
[0001]
优先权主张
[0002]
本申请案主张2019年8月28日申请的标题为“用于堆叠式微电子装置的集成群接合和包封的方法和设备(methods and apparatus for integrated gang bonding and encapsulation of stacked microelectronic devices)”第16/553,504号美国专利申请案的申请日权益。
技术领域
[0003]
本文所公开的实施例涉及堆叠式微电子装置的经包封组合件的制造。更明确地说，本文所公开的实施例涉及与堆叠式微电子装置(例如半导体裸片)的模制化合物的集成(例如大体上同时)群接合和包封的方法和设备。


背景技术：

[0004]
随着电子行业已走向堆叠式微电子装置的三维组合件，最常是以堆叠式半导体裸片的形式，在包封裸片堆叠之前，机械和电连接所堆叠裸片的经对准导电元件时所引发的时间和成本已经成为一个问题。按照惯例，经单分半导体裸片与裸片的和邻近裸片的垫对准的导柱堆叠，其中待形成的裸片堆叠除顶部裸片之外全部包括穿衬底通孔(tsv，又称为“穿硅通孔”)，其在每一裸片的相对表面在呈导柱和垫的形式的导电元件处终止。每一裸片堆叠形成于未单分基底晶片、其它块状半导体衬底或其它组件的裸片位置的导电元件上并与之对准。导柱可包括单个导电材料，例如铜，或由焊料覆盖的导电材料。
[0005]
热压接合技术已证实提供组件之间的稳健机械和电连接，其中施加热量和压力(即，垂直力)来致使半导体裸片的导电元件接合到另一半导体裸片或基底衬底的导电元件。然而，如按照惯例所实践，当将接合多个堆叠式半导体裸片时，热压接合昂贵且耗时，更加常见的要求是使用减小间距的较小导电元件的半导体裸片的三维(3d)组合件以商业规模实施。举例来说，包括四个、八个、十二个或甚至十六个半导体裸片的存储器裸片堆叠例如可实施于混合存储器立方体架构中，且可制造在高带宽存储器(hbm)架构的情况下包含逻辑裸片的那类堆叠。
[0006]
举例来说，当多个半导体裸片将堆叠于块状半导体衬底(例如晶片)的裸片位置上时，随着堆叠形成，给定层级的经单分裸片经放置且接着逐个地热压群接合到基底晶片，或通过热量和压力的施加接合到较低层级的裸片，且一个裸片级接一个裸片级重复所述过程，直到实现所要数目(例如四个裸片、八个裸片等)的裸片堆叠。即使在以晶片级执行此类堆叠和群接合时，将了解，此方法也是成本和时间密集的，在继续进行以形成下一较高层级之前，要求使用抓放设备来进行堆叠和个别地群接合每一裸片层级的裸片的多个动作。另外，铜到铜导电元件的常规热压接合是固态扩散接合工艺，其导致在不合需要的高温(约300℃，即使对于所谓的“低温”接合也是如此)下进行的两个抵接金属表面之间的原子的相互扩散和晶粒生长。此类温度大大超过了按照惯例用来包封裸片堆叠的电介质模制化合物的温度容差，从而需要在包封之前完成所有裸片堆叠的接合。归因于裸片的热预算限制、以
及接合后热机械应力控制和对准准确性约束条件，与热压接合相关联的较高温度的避免也是合意的。


技术实现要素：

[0007]
在一些实施例中，一种制造微电子装置组合件的方法包括：将支撑在衬底上的至少一个微电子装置堆叠安置在模制设备中；以及大体上同时至少部分地包封所述至少一个微电子装置堆叠，且在所述模制设备内接合所述至少一个微电子装置堆叠的相互对准的导电元件。
[0008]
在一些实施例中，一种制造半导体装置封装的方法包括：将一层经单分半导体裸片堆叠在衬底的隔开的裸片位置上；以及将所述经单分半导体裸片的导电元件粘着到衬底的裸片位置的经对准导电元件。将至少另一层经单分半导体裸片堆叠在所述半导体裸片层的半导体裸片上，并将所述至少另一层的半导体裸片的导电元件粘着到所述层的半导体裸片的经对准导电元件。将衬底和经堆叠经单分半导体裸片安置到压缩模制设备的下部模具节段中，并将电介质包封体引入到所述下部模具节段中。将所述模制设备的上部模具节段放置在下部模具节段上方。加热压缩模制设备，同时用上部和下部模具节段中的至少一者，垂直于衬底的主平面，将力施加到经单分半导体裸片和衬底，以群接合经单分半导体裸片和衬底的经对准导电元件，且大体上同时形成并固化所述经单分半导体裸片周围和之间以及衬底上方的电介质包封体。
[0009]
在一些实施例中，一种制造微电子组合件的方法包括：在衬底上提供相互隔开的微电子装置堆叠；以及大体上同时将微电子装置的所述堆叠包封在衬底上，且群接合垂直相邻的微电子装置的相互对准的导电元件。
[0010]
在一些实施例中，一种微电子装置组合件制造方法包括：将至少两个微电子装置与相互对准并接触的导电元件组装；以及大体上同时接合所述相互对准并接触的导电元件，且至少部分地包封所述经组装的至少两个微电子装置。
[0011]
在一些实施例中，一种压缩模制设备包括上部模具节段和下部模具节段，其大小经设计且经配置以结合上部模具节段限定用于接纳微电子装置组合件的模腔。上部模具节段和下部模具节段中的一者被配置成朝向和远离另一模具节段移动。驱动器可操作地耦接到上部模具节段和下部模具节段中经配置以用于移动的一者，且包含设备来限制性上部模具节段和下部模具节段中经配置以用于朝向另一模具节段移动的一者的行进中的至少一者，且限制上部模具节段和下部模具节段中经配置以用于移动的一者施加到模腔中的微电子装置组合件的力。
附图说明
[0012]
图1a到1e示意性地描绘接合工艺中在起始永久性连接之前最初机械和电连接半导体裸片的堆叠的一序列动作；
[0013]
图1f示意性地描绘如图1e所示的半导体裸片的堆叠的常规热压接合，以及所得半导体裸片组合件；
[0014]
图2a是承载最初机械和电连接并紧固在半导体晶片的未单分裸片位置上方的半导体裸片的堆叠的半导体晶片的透视示意图，且图2b是紧固到半导体晶片的裸片堆叠的侧
视示意图；
[0015]
图3是用于垂直于半导体晶片的平面施加热量和压力以群接合且同时包封半导体晶片所承载的裸片堆叠的压缩模具中的图2a和2b的裸片堆叠和半导体晶片的侧视示意图；
[0016]
图4是根据本公开的实施例制造的半导体封装的侧视示意性横截面图；
[0017]
图5是可在本公开的实施例的插入接合实施方案中使用的实例导电元件配置的放大侧视示意图；
[0018]
图6是可在本公开的实施例的共晶接合实施方案中使用的实例导电元件配置的放大侧视示意图；
[0019]
图7是可结合本公开的实施例的低温焊料接合实施方案使用的实例导电元件配置的放大侧视示意图；
[0020]
图8是包括根据本发明的实施例的方法的动作的流程图；以及
[0021]
图9是使用根据本公开的至少一个微电子装置封装的电子系统的示意图。
具体实施方式
[0022]
结合各种绘图进行的以下描述涉及以下若干实施例，其中集成(例如大体上同时)群接合微电子装置的堆叠的导电元件(例如半导体裸片、晶片、其它衬底)，且在足够低的温度下用电介质模制化合物来包封组合件的至少一些组件，以便不会不利地影响组合件的包封材料或电组件。
[0023]
以下描述提供具体细节，例如大小、形状、材料成分和定向，以便提供对本公开的实施例的充分描述。然而，所属领域的一般技术人员将理解，可在不必使用这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。可与行业中使用的常规制造技术结合来实践本公开的实施例。另外，下文提供的描述并不形成用于制造堆叠式微电子装置的经包封组合件的完整工艺流程。下文仅详细地描述理解本公开的实施例所必需的那些工艺动作和设备。用于制造呈半导体装置封装的形式的堆叠式微电子装置的完整经包封组合件的额外工艺动作和设备可由常规制造工艺执行。
[0024]
本文中呈现的图式仅出于说明性目的，且无意作为任何特定材料、组件、结构、装置或系统的实际视图。应预期例如由于制造技术和/或公差引起的图式中描绘的形状的变化。因此，本文中所描述的实施例不应解释为限于如所说明的特定形状或区，而是包含例如由制造引起的形状偏离。举例来说，说明或被描述为箱形的区可具有粗糙和/或非线性特征，且说明或描述为圆形的区可包含一些粗糙和/或线性特征。此外，所说明的表面之间的锐角可以是圆角，且反之亦然。因此，图中所说明的区域在性质上是示意性的，且其形状无意说明区域的精确形状并且不限制本发明权利要求的范围。附图并不一定按比例绘制。
[0025]
如本文中所使用，术语“微电子装置”、“半导体裸片”和“若干半导体裸片”将被广义解释，且将包含不限于使用半导体材料或电路来起作用的装置和裸片，除非相应术语的特定使用情境是这样限制的。举例来说，且无限制，磁性存储器、相变存储器、光学装置和mems装置可这样表征。
[0026]
如本文中所使用，术语“包括”、“包含”、“含有”、“表征为”和其语法等效物是包含端点的或开放的术语，其不排除额外的未列出元件或方法动作，而且还包含更具限定性术语“由
…
组成”和“主要由
…
组成”以及其语法等效物。
[0027]
如本文中所使用，关于材料、结构、特征或方法动作的术语“可”指示此类预期供在实施本公开的实施例时使用，且此类术语优先于在更具限定性术语“是”意义上使用以便避免对于应或必须排除可与其组合使用的其它兼容材料、结构、特征和方法的任何暗示。
[0028]
如本文中所使用，术语“纵向”、“垂直”、“横向”和“水平”是参考其中或上面形成一或多个结构和/或特征衬底(例如基底材料、底座结构、底座构造等)的主平面，且不一定由地球重力场界定。“横向”或“水平”方向是大体平行于衬底的主平面的方向，而“纵向”或“垂直”方向是大体垂直于衬底的主平面的方向。衬底的主平面是由与衬底的其它表面相比具有相对较大面积的衬底的表面界定。
[0029]
如本文中所使用，例如“下面”、“下方”、“下部”、“底部”、“上方”、“之上”、“上部”、“顶部”、“前”、“后”、“左”、“右”、“邻近”等空间相对术语可在本文中出于易于描述的目的而使用，以如图中所说明描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除非另外指定，否则除图式中所描绘的定向之外，空间相对术语既定涵盖材料的不同定向。举例来说，如果图式中的材料倒置，那么被描述为在其它元件或特征“之上”或“上方”或“上”或“顶部”的元件将定向于所述其它元件或特征的“下方”或“下面”或“之下”或“底部”。因此，术语“在
……
之上”可取决于使用术语的上下文来涵盖上方和下方两种定向，这对于本领域的技术人员将显而易见。材料可以其它方式定向(例如，旋转90度、倒置、翻转)，且本文中所用的空间相对描述词可相应地进行解释。另外，一种材料、特征或元件可在另一种材料、特征或元件“之上”、“之下”、“邻近”等，而不与所述其它材料直接接触，除非这样指定。
[0030]
如本文中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”意在同样包含复数形式。
[0031]
如本文中所使用，术语“经配置”和“配置”指代以预定方式促进至少一个结构和至少一个设备中的一或多个的操作的所述结构和所述设备中的一或多个的大小、形状、材料成分、定向和布置。
[0032]
如本文中所使用，关于给定参数、性质或条件的术语“大体上”意指并包含在所属领域的一般技术人员将理解的给定参数、性质或条件满足方差度(如在可接受制造公差内)的程度。借助于实例，视大体上满足的特定参数、性质或条件而定，所述参数、性质或条件可至少90.0％满足、至少95.0％满足、至少99.0％满足或甚至至少99.9％满足。
[0033]
如本文中所使用，关于特定参数的数值的“约”或“大致”包含所属领域的一般技术人员将理解在特定参数的可接受公差内的数值和数值的变化程度。举例来说，关于数值的“约”或“大致”可包含额外数值，所述额外数值处于数值的90.0％到110.0％范围内，例如处于数值的95.0％到105.0％范围内，处于数值的97.5％到102.5％范围内，处于数值的99.0％到101.0％范围内，处于数值的99.5％到100.5％范围内，或处于数值的99.9％到100.1％范围内。
[0034]
如本文中所使用，除非另外指明，否则术语“层”和“膜”意指并包含驻存于结构上的材料层级、片材或涂层，所述层级或涂层在材料部分之间可为连续或不连续的，且其可为共形或非共形的。
[0035]
如本文所用，术语“衬底”意指并包含其上形成额外材料的基底材料或构造。所述衬底可为半导体衬底、支撑结构上的基底半导体层、金属电极，或具有一或多种材料、层、结构或区形成于其上的半导体衬底。半导体衬底上的材料可包含但不限于半导电材料、绝缘
材料、导电材料等。所述衬底可为常规硅衬底或包括一层半导电材料的其它块状衬底。如本文所用，术语“块状衬底”不仅意指并包含硅晶片，而且意指并包含绝缘体上硅(soi)衬底，如蓝宝石上硅(“sos”)衬底和玻璃上硅(“sog”)衬底、基底半导体基础上的硅外延层和其它半导体或光电材料，如硅锗、锗、砷化镓、氮化镓和磷化铟。所述衬底可经掺杂或未经掺杂。在一些实施例中，所述衬底可包括印刷电路板或插入件。
[0036]
如本文参考一或多种金属材料(例如金属、金属合金)的两个导电元件的连接所使用，术语“接合”是指并包含稳健冶金接合。在各种应用中，此互连接合可用于电连通、热传递或机械支撑中的一或多者。此接合可用于提供充足的电气和/或导热性和机械强度以及足够低的电阻，用于操作通过此类接合连接的电气(例如微电子)装置。如本文中所使用，术语“群接合”是指并包含经实现来将两个或更多个微电子装置的多个经对准导电元件接合到彼此的单个接合动作。举例来说，可实现群接合来将两个或更多个垂直堆叠的微电子装置的导电元件(例如半导体裸片)接合到彼此，以及接合到支撑衬底的导电元件，并且大体上同时将多个堆叠中的装置的经对准导电元件相互接合，且接合到支撑衬底的导电元件。
[0037]
如本文中使用术语的接合将不同于“粘着”，其可形成为最初使用(例如)热量和所施加的力将两个经对准的相互接触的导电元件接合，以在经对准导电元件的面向表面之间的接触界面处提供冶金面部接合。作为另一实例，可施加超声波能量来实施导电元件之间的粘着。在接合导电元件之前，可使用粘着来固定接触的导电元件且因此承载此类导电元件的微电子装置的相对位置。换句话说，可将粘着视为具有充足强度的微电子装置组合件的导电元件之间的临时紧固，用来在处置和移动期间维持此类导电元件之间的连接，但不足以用于所述导电元件之间的永久性物理紧固和机械支撑、不足以用于可靠电信号通信(即，数据、电力、偏压(例如接地))目的，且不足以用于高效热传递。
[0038]
在随后的描述内容中，为清楚和方便起见，用相同或类似的参考标号和其它标记来识别各个绘图中的相似组件和特征。
[0039]
图1a到1e示意性地描绘一种用于在衬底上制造接合半导体裸片的堆叠的方法，所述衬底例如为包括未单分半导体裸片位置以及所述堆叠的组件的最初(例如临时)相互接合的导电元件的半导体晶片或其它块状衬底。
[0040]
图1a描绘已将晶片级底部填充物(wluf)或非导电膜(ncf)104施加和层压到其上的衬底100的单个半导体裸片位置102。wluf或ncf 104粘附到衬底100，但并不干扰将倒装芯片附接到半导体裸片位置102的导电垫106(见图1b)的半导体裸片200的导电元件202(例如导柱、焊料柱盖、焊料)的热压接合。
[0041]
图1b描绘处于倒装芯片定向的在半导体裸片位置102之上反向的半导体裸片200a，其中呈导柱形式的导电元件202接触呈半导体裸片位置102的垫106的形式的经对准导电元件。半导体裸片200a配置有所谓的“穿硅通孔”(tsv)204，其包括与周围半导体材料电隔离且在半导体裸片200a的相对(上部)侧的导电元件202和导电垫206之间垂直延伸的导电路径。半导体裸片200a最初通过“粘着”紧固到衬底100，其中通过用以抓放经单分半导体裸片200a且接着将半导体裸片200a的导电元件202“粘着”(即，最初冶金面部接合)到半导体裸片位置102的垫106的接合头部bh，施加热量和向下垂直力持续短暂的周期。仅作为实例，接合头部bh可施加热量来在介于约100℃与约150℃之间(例如介于约120℃与约140℃之间)的温度下加热半导体裸片200a，持续短暂的周期，例如约0.3秒到约1.5秒，此过程
可被称为“快速粘着”工艺。在加热半导体裸片200a的同时，通过接合头部bh将向下力施加到裸片，所述力可在约10n到约150n的范围内。此力可随数目，且因此将粘着的互连件的表面积(即，经对准导电元件的接触表面的表面积)以及半导体裸片的大小显著变化。举例来说，对于具有仅数百个互连件的半导体裸片，不超过约15n的力可足以粘着所述互连件。另一方面，具有一万个互连件的半导体裸片可经受约110n的力来粘着互连件。互连件的材料可对所需的力有影响。举例来说，可将前述热量和力范围用于粘着互连件(下文详细描述)，包括用于导柱的盖有sn焊料的cu和/或ni以及用于导电垫的镀有au的cu和/或ni。其可取代导柱上的sn。就像包括sn或in导电元件的焊料互连件那样，经配置以用于插入接合的cu到cu互连件也可使用前述范围内的热量和力来粘着。用于使用实施粘着接合的超声波能量来相互粘着导电元件的另一方法可在转让给库利克和索法工业公司(kulick and soffa industries，inc)的第9,780,065号美国专利中找到。
[0042]
图1c描绘处于倒装芯片定向的在半导体裸片200a之上反向的半导体裸片200b，其中呈导柱形式的导电元件202接触呈半导体裸片200a的上表面上的垫的形式的经对准导电元件206。半导体裸片200b，类似于半导体裸片200a，配置有所谓的“穿硅通孔”(tsv)204，包括与周围半导体材料电隔离且在半导体裸片200a的相对(上部)侧的导电元件202与导电垫206之间垂直延伸的导电路径。使用前述粘着技术中的一者，将半导体裸片200b紧固到半导体裸片200a，其中使用接合头部bh来抓放经单分半导体裸片200b，且接着将半导体裸片200b的导电元件202“粘着”(即，最初冶金面部接合)到半导体裸片200a的导电垫206。在放置和粘着半导体裸片200b之前，将wluf或ncf 104层压在半导体裸片200a之上。
[0043]
图1d描绘处于倒装芯片定向的在半导体裸片200b之上反向的半导体裸片200c，其中呈导柱形式的导电元件202接触呈半导体裸片200b的上表面上的垫的形式的导电元件206。半导体裸片200c，类似于半导体裸片200a和200b，配置有所谓的“穿硅通孔”(tsv)204，其包括与周围半导体材料电隔离且在半导体裸片200b的相对(上部)侧的导电元件202与导电垫206之间垂直延伸的导电路径。使用前述粘着技术中的一者，将半导体裸片200c紧固到半导体裸片200b，其中使用接合头部bh来抓放经单分半导体裸片200c，且接着将半导体裸片200c的导电元件202“粘着”(即，最初冶金面部接合)到半导体裸片200b的导电垫206。在放置和粘着半导体裸片200c之前，将wluf或ncf 104层压在半导体裸片200b之上。
[0044]
图1e描绘处于倒装芯片定向的在半导体裸片200c之上反向的半导体裸片200d，其中呈导柱形式的导电元件202接触呈半导体裸片200c的上表面上的垫的形式的导电元件206。使用前述粘着技术中的一者，将半导体裸片200d紧固到半导体裸片200c，其中使用接合头部bh来抓放经单分半导体裸片200d，且接着将半导体裸片200d的导电元件202“粘着”(即，最初冶金面部接合)到半导体裸片200c的导电垫206，从而形成裸片堆叠300。在放置和粘着半导体裸片200d之前，将wluf或ncf 104层压在半导体裸片200c之上。在所示出的实施例中，半导体裸片200d是裸片堆叠300中的最上裸片，且如果裸片堆叠的顶部不需要电连接，那么可不含tsv 204，因为不必要。
[0045]
图1f描绘一种在群接合工艺中热压接合图1e的组件的导电元件的方法。如图1f中所示，包括相互粘着的半导体裸片200a到200d(其中最低半导体裸片200a粘着到衬底100的半导体裸片位置102)的裸片堆叠300通过热压接合头部tbh施加热量和压力(即，向下垂直力)来经受常规热压接合工艺，以将导电元件202扩散接合到导电元件206、106。因此，使用
tsv 204，半导体裸片200a到200d和半导体裸片位置102通过热压接合工艺来电和机械(即，冶金)互连，以形成裸片堆叠300。如所示出，热压接合头部tbh可任选地用于膜辅助群接合工艺中，其中保护性高温聚合物保护膜pf位于热压接合头部tbh与最上半导体裸片200d之间，以防止工具污染。虽然未示出，但接着将热压接合头部tbh移动到承载裸片堆叠300的衬底100上的每一其它半导体裸片位置102，且重复热压接合，直到所有裸片堆叠300已接合为止。随后，按照惯例，例如使用转移模制工艺，用电介质环氧模制化合物来包封衬底100上的裸片堆叠300。在扩散接合之后的包封按照惯例用作保护衬底100上的裸片堆叠300的组合件的合意技术。经包封组合件反向，且导电元件(例如焊接凸点(未图示))施加到或形成于衬底100的暴露表面上的凸块下金属化(ubm，未图示)上，用于将裸片堆叠300和半导体裸片位置102连接到较高层级封装。接着使组合件再次反向，且裸片堆叠300结合其相应的底层半导体裸片位置102单分，以形成半导体裸片包裝。
[0046]
本公开的实施例可使用如上文相对于图1a到1e所描述使用粘着制造的衬底100的半导体裸片位置102上的半导体裸片200a到200d的堆叠300的基本组合件来实施。接着在集成模制工艺，例如压缩模制工艺中，群接合并包封裸片堆叠300。或者，可使用转移模制工艺来实施集成群接合和模制工艺。
[0047]
如图2a和图2b中所示，多个裸片堆叠300已形成于衬底100上，每一裸片堆叠300包括相互粘着的半导体裸片200a到200d，其中每一裸片堆叠300的最低半导体裸片200a粘着到衬底100的半导体裸片位置102。如本公开的方法的实施方案中所使用，衬底100可为从例如约600μm到约700μm的初始厚度变薄为例如约30μm到约50μm的小得多的厚度的晶片，但本公开的实施例不受如此限制。衬底100包括在其上表面上的导电垫106之间延伸到承载导电元件的凸块下金属化(ubm)(未图示)(例如焊接凸点s)的导电迹线和tsv。在本公开的方法的实施例的实施方案中，衬底100可通过载体附着粘合剂，在其承载导电元件的一侧粘附到载体晶片。
[0048]
应注意，如果既不使用wluf也不使用ncf方法，那么可使用经模制底部填充(muf)工艺，来填充衬底100与最低半导体裸片200a之间以及半导体裸片200a到200d(或更大)的每一层级之间的接合线。
[0049]
如图3中所示，将承载多个经粘着裸片堆叠300的衬底100放入压缩模制设备的模具500中。模具500包括上部模具节段502和下部模具节段504，所述上部和下部模具节段502、504合作啮合以形成模腔506的上壁、下壁和侧壁。模腔506的大小经设计且经配置以容纳衬底100的占用面积，且上部模具节段502可通过受限行进相对于下部模具节段504垂直移动，同时维持两个模具节段502、504之间的密封外围啮合。在例如约100℃到约200℃的温度下，将位于模腔506中的可商购的(获自例如美国日立化学公司(hitachi chemical company america)；瀚森(hexion)；卡普林秋(caplinq)；京瓷(kyocera))基于环氧树脂的模制化合物600(如环氧树脂、硬化剂、填充剂(例如硅石)和触媒(例如加速剂)的虚线中所指示)加热到可流动(例如液体)状态，且上部模具节段502通过施加在上部模具节段502的下表面与裸片堆叠300之间的高温聚合物保护膜pf，接触每一裸片堆叠300的最上半导体裸片200d，同时用模制化合物600包封裸片堆叠300，且使裸片堆叠300在低温接合工艺中经受压力(即，垂直于衬底100的主平面施加的压缩力)，以将导电元件202相互群接合到每一相应裸片堆叠300中的导电元件106、206(见图1a到1e)。值得注意的是，根据本发明的实施例
的群接合工艺可在大体上低于甚至低温热压接合所需的那些温度(即，远低于300℃)，且正好在液化和固化基于环氧树脂的模制化合物所需的约100℃到约200℃的温度范围内的温度下有效地进行。
[0050]
在如所描述的模具配置中，模具500的上部模具节段502充当接合头部，以施加向下的压力，且同时在用于包封的模制温度下将导电元件202群接合到导电元件206、106。因此，使用tsv 204，所有裸片堆叠300的半导体裸片200a到200d和半导体裸片位置102电和冶金互连。可使用脱模剂来涂覆模腔506的内壁，以防止环氧模制化合物的粘附。如图3中所示，可将预先选择的高度的两个或更多个挡块508放置在上部模具节段502与下部模具节段504之间，以设定各种裸片堆叠300和所得半导体装置封装400(图4)的精确共同高度，且帮助控制每一裸片堆叠300的接合线厚度(即，垂直相邻的半导体裸片200a到200d、102之间的垂直空间)。作为另一方法，可使用行进控制(例如以可操作地耦合到且用于控制用以平移上部模具节段502的驱动马达m的线性编码器le的形式)，以通过停止驱动马达m来限制上部模具节段502的行进，以提供所有的裸片堆叠300的预定均匀封装高度。所述线性编码器可为可调整到一或多个不同行进限制，以容纳不同的组合件高度。代替线性编码器le，可将驱动马达m配置为用于限制行进的可编程步进式马达。另外，可使用一或多个负载单元lc，例如位于模腔506中，可操作地耦合到且用于控制驱动马达m，以限制上部模具节段502施加到裸片堆叠300的力。负载单元lc可为可调整以在不同的负载(即，所施加力)限制下停止驱动马达m。随后，包封于衬底100上的经固化、凝固的模制化合物600中的裸片堆叠300的组合件穿过模制化合物且在半导体裸片位置102之间单分，以在衬底100上的裸片堆叠300的经包封组合件已从载体晶片去接合之后，形成半导体封装400。
[0051]
如图4中所描绘的半导体装置封装400包括相互群接合的半导体裸片200到200d的裸片堆叠300，以及群接合到半导体裸片102s，从衬底100单分的最低半导体裸片200a。裸片堆叠300包封于环氧模制化合物中，其覆盖裸片堆叠300的侧面，且延伸到半导体裸片102s的上表面。如图所示，环氧模制化合物可或可不还盖裸片堆叠300的顶部。在一些实施例中，在单分之前，可将包封物材料从衬底100上的经包封裸片堆叠300的顶部磨掉。焊接凸点402存在于ubm 404上。
[0052]
应注意，压缩模具500可被配置用于如在压缩模制工艺中常见的那样以反向形式操作，其中使衬底100反向并紧固到上部模具节段502，以促进下部模具节段504中的环氧树脂模制化合物600的液化，且促进经液化的环氧模制化合物600在裸片堆叠300之间和周围且抵抗衬底100的流动。然而，如结合在裸片堆叠300周围引入的环氧树脂、硬化剂、硅石和添加剂所描绘来操作压缩模具500，且使用例如与上部和下部模具节段502、504接触或嵌入于其中的电阻加热元件，将上部模具节段502和下部模具节段504的相互收敛移动随热量而施加的压力施加到模具500。
[0053]
借助于进一步描述，上述实施例中所使用的群接合工艺可包括所谓的“插入接合”，其中如图5所示，由铜形成的导电元件202按照惯例成形为导柱202p，且铜的导电垫206形成有截头圆锥形凹进部分206r，用于收纳紧配合中的尖端202t。随着导柱202p的尖端202t的边缘在所施加的垂直力的作用下进入凹进部分206r，相对较小的接触面积导致沿导柱/垫界面的高剪切应力，从而允许导柱在接触面积处的相对容易的塑性变形。随着导柱202p进入凹进部分206r达较大的深度，导柱202p进一步变形。以约1％的塑性变形或更大，
接合形成于导柱202p与垫206之间。在存在清洁剂的情况下，可在低至环境(房间)温度下实现此接合。在较高温度(例如100℃)下，归因于因较高温度而导致的较低屈服应力，形成配合导柱202p和垫206的更加大的塑性变形且因此较稳健且大体上无缝接合。因此，显然，可实施插入接合，用作与包封整合的群接合工艺。
[0054]
代替于插入接合，可在上述实施例中使用低温共晶接合。图6中描绘导电元件202e和206e的配置。在图6中，导电元件202e包括顶部为sn和/或in的盖的cu导柱。垫206e包括cu。薄缓冲层b，例如3μm的ni，可存在于sn和/或in的盖与导柱202e的cu之间，以防止盖材料过快地扩散到导柱材料中。在一些例子中，对于较薄的接合线，消除cu导柱，仅留下ni材料，其可电镀有au，以允许sn或in的较好润湿。使用上文所述的且如描绘的材料的共晶接合可在相对较低的所施加力f下，在低至约150℃的温度下发生，以促进经对准导电元件的接触，特别是在使用缓慢温度斜升来减少盖材料的过多流动的情况下。此外，预期垫206e还可盖有sn和/或in，以及垫206e的铜与垫材料之间所使用的缓冲层。因此，可将共晶接合实现为与如上文所描述的包封整合的群接合工艺。
[0055]
另外，在以上实施例中使用低温焊料。举例来说，铟凸块可例如结合裸片堆叠组件之间的ncf(未图示)、具有156.6℃(正好在许多环氧树脂模制化合物的可接受固化温度的范围内)的熔化温度的铟使用。可施加标称力f，以促进经对准导电元件的接触，且补偿正常高度容差。图7中描绘导电元件202s和206s的实例配置。因此，可将低温焊料接合实现为与如上文所描述的包封整合的群接合工艺。
[0056]
图8是包括根据本发明的实施例的方法800的动作的流程图。在方法800中，动作802包括将一层经单分微电子装置堆叠在其下侧承载焊接凸点且粘附到载体晶片的衬底的相应微电子装置位置上，接着粘着装置和衬底的导电元件。动作804包括堆叠一或多层额外的微电子装置，且在堆叠另一层装置之前将给定层级处的每一装置的导电元件粘着到下一下部装置。动作806包括大体上同时压缩模制在装置堆叠之上且接触衬底的包封材料，且群接合组合件的所有导电元件。动作808包括将衬底从载体晶片去接合，且穿过包封材料和衬底来单分装置堆叠和相应的装置位置。
[0057]
根据本公开的实施例的微电子装置可在本公开的电子系统的实施例中使用。举例来说，图9是根据本公开的实施例的说明性电子系统900的框图。电子系统900可包括例如计算机或计算机硬件组件、服务器或其它连网硬件组件、蜂窝式电话、数码相机、个人数字助理(pda)、便携式媒体(例如，音乐)播放器、例如或平板计算机等具有wi-fi或蜂窝能力的平板计算机、电子书、导航装置等。电子系统900包含根据本公开的实施例制造的至少一个电子设备。所述电子装置可包括例如存储器装置902，其包括本文先前所述的微电子或半导体装置封装400中的一或多者的实施例，例如ddr4 dram装置。电子系统900可进一步包含至少一个处理器装置904(通常被称为“微处理器”)。电子系统900可进一步包含用于由用户将信息输入到电子系统900的一或多个输入装置906，例如鼠标或其它指向装置、键盘、触摸垫、按钮或控制面板。电子系统900可进一步包含用于将信息(例如，视觉或音频输出)输出到用户的一或多个输出装置908，例如监视器、显示器、打印机、音频输出插口、扬声器等。在一些实施例中，输入装置906和输出装置908可包括可用以将信息输入到电子系统900并将视觉信息输出给用户的单个触摸屏装置。输入装置906和输出装置908可与处理器装置904和存储器装置902中的一者或两者电通信。
[0058]
在一些实施例中，一种制造微电子装置组合件的方法包括：将支撑在衬底上的至少一个微电子装置堆叠安置在模制设备中；以及大体上同时至少部分地包封所述至少一个微电子装置堆叠，且在所述模制设备内接合所述至少一个微电子装置堆叠的相互对准的导电元件。
[0059]
在一些实施例中，一种制造半导体装置封装的方法包括：将一层经单分半导体裸片堆叠在衬底的隔开的裸片位置上；以及将所述经单分半导体裸片的导电元件粘着到衬底的裸片位置的经对准导电元件。将至少另一层经单分半导体裸片堆叠在所述半导体裸片层的半导体裸片上，并将所述至少另一层的半导体裸片的导电元件粘着到所述层的半导体裸片的经对准导电元件。将衬底和经堆叠经单分半导体裸片安置到压缩模制设备的下部模具节段中，并将电介质包封体引入到所述下部模具节段中。将所述模制设备的上部模具节段放置在下部模具节段上方。加热压缩模制设备，同时用上部和下部模具节段中的至少一者，垂直于衬底的主平面，将力施加到经单分半导体裸片和衬底，以群接合经单分半导体裸片和衬底的经对准导电元件，且大体上同时形成并固化所述经单分半导体裸片周围和之间以及衬底上方的电介质包封体。
[0060]
在一些实施例中，一种制造微电子组合件的方法包括：在衬底上提供相互隔开的微电子装置堆叠；以及大体上同时将微电子装置的所述堆叠包封在衬底上，且群接合垂直相邻的微电子装置的相互对准的导电元件。
[0061]
在一些实施例中，一种微电子装置组合件制造方法包括：将至少两个微电子装置与相互对准并接触的导电元件组装；以及大体上同时接合所述相互对准并接触的导电元件，且至少部分地包封所述经组装的至少两个微电子装置。
[0062]
在一些实施例中，一种压缩模制设备包括上部模具节段和下部模具节段，其大小经设计且经配置以结合上部模具节段限定用于接纳微电子装置组合件的模腔。上部模具节段和下部模具节段中的一者被配置成朝向和远离另一模具节段移动。驱动器可操作地耦接到上部模具节段和下部模具节段中经配置以用于移动的一者，且包含设备来限制性上部模具节段和下部模具节段中经配置以用于朝向另一模具节段移动的一者的行进中的至少一者，且限制上部模具节段和下部模具节段中经配置以用于移动的一者施加到模腔中的微电子装置组合件的力。
[0063]
虽然已结合图式描述了某些说明性实施例，但所属领域的一般技术人员将认识到且了解，本公开所涵盖的实施例不限于在本文中明确地示出且描述的那些实施例。确切地说，可在不脱离本公开所涵盖的实施例(例如本文中要求保护的那些实施例，包含合法等效物)的范围的情况下，对本文中所描述的实施例做出多种添加、删除和修改。另外，一个所公开的实施例的特征可与另一所公开的实施例的特征组合，同时仍包涵在本公开的范围内。