电子装置的制作方法

1.本发明涉及集成电路(ic)的封装。具体地，本发明涉及与包含电容器和热过孔的辅助管芯堆叠的ic管芯。


背景技术：

2.如蜂窝电话等移动装置需要越来越小的集成电路(ic)，包含射频(rf)电路。一般而言，高频rf电路，尤其是单片微波集成电路(mmic)的性能对ic组件的操作温度敏感。进一步减小ic封装和模块尺寸变得有挑战性，尤其是在传递来自ic组件的热方面。


技术实现要素：

3.本公开的实施例涉及与包含电容器和热过孔的辅助管芯堆叠的集成电路(ic)管芯。所述辅助管芯包含用于容纳所述ic管芯的背部处的一个或多个电容器并将所述一个或多个电容器电绝缘的衬底材料。所述辅助管芯进一步包含热材料，所述热材料的导热性与所述衬底材料的导热性相同或比所述衬底材料的导热性高，以实现热传播并增加散热。具体地，所述辅助管芯以堆叠构型将电容器电耦接到所述ic管芯，同时还传播和耗散来自所述ic管芯的热。这种构型减小电子装置的整体占用空间，从而减小集成电路(ic)封装和模块尺寸。换句话说，所述电容器堆叠在所述ic管芯的顶部，而不是放置在所述ic管芯旁边，从而减小封装的整体表面积。
4.本公开的一个实施例涉及一种电子装置，所述电子装置包含辅助管芯，所述辅助管芯包含衬底，所述衬底包括第一导热材料。所述辅助管芯进一步包含所述衬底内的至少一个热过孔。所述多个导热孔包括第二导热材料，所述第二导热材料的导热性与所述第一导热材料的导热性相等或比所述第一导热材料的导热性高。所述辅助管芯进一步包含所述衬底内的至少一个电容器。所述电子装置进一步包含堆叠在所述辅助管芯上的集成电路(ic)管芯。
5.本领域的技术人员将在结合附图阅读优选实施例的以下详细描述之后了解本公开的范围并且认识到其另外的方面。
附图说明
6.并入本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图展示了本公开的若干方面，并且与附图说明一起用于解释本公开的原理。
7.图1a是具有堆叠在辅助管芯上的集成电路(ic)管芯的电子装置的顶部透视分解视图。
8.图1b是图1a的电子装置的底部透视分解视图。
9.图1c展示了图1a的电子装置的分解透视图，其中ic镀层从ic管芯分解，并且辅助镀层从辅助管芯分解。
10.图2a是图1a至图1c的ic管芯的接地层镀层的视图。
11.图2b是图1a至图1c的辅助管芯的辅助镀层的视图。
12.图3是图1a至图1c的辅助管芯的后视图，所述后视图展示了热区域。
13.图4是图1a至图3的电子装置的一实施例的横截面侧视图。
具体实施方式
14.下文阐述的实施例表示使本领域的技术人员能够实践实施例的必要信息并且展示了实践实施例的最佳方式。在根据附图阅读以下描述时，本领域的技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文中未特别提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
15.应理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不偏离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包含相关联列举项中的一个或多个项的任何组合和全部组合。
16.还应理解，当一元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到所述另一个元件，或者可以存在中间元件。相比而言，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在中间元件。
17.应理解，尽管本文中可以使用术语“上部”、“下部”、“底部”、“中间”、“中部”、“顶部”等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不偏离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为“上部”元件，并且类似地，第二元件可以被称为“上部”元件，这取决于这些元件的相对朝向。
18.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一种”和“所述”旨在同样包含复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，当在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
19.除非另外限定，否则本文所使用的所有术语(包含技术术语和科技术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本文所使用的术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文中和相关领域中的含义一致的含义，并且将不会在理想化的或过度正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此限定。
20.本公开的实施例涉及与包含电容器和热过孔的辅助管芯堆叠的集成电路(ic)管芯。所述辅助管芯包含用于容纳所述ic管芯的背部处的一个或多个电容器并将所述一个或多个电容器电绝缘的衬底材料。所述辅助管芯进一步包含热材料，所述热材料的导热性与所述衬底材料的导热性相等或比所述衬底材料的导热性高，以实现热传播并增加散热。具体地，所述辅助管芯以堆叠构型将电容器电耦接到所述ic管芯，同时还传播和耗散来自所述ic管芯的热。这种构型减小电子装置的整体占用空间，从而减小集成电路(ic)封装和模块尺寸。换句话说，所述电容器堆叠在所述ic管芯的顶部，而不是放置在所述ic管芯旁边，从而减小封装的整体表面积。
21.图1a至图1c展示了具有集成电路(ic)管芯12和辅助管芯14的电子装置10。具体
地，电子装置10(在本文中还可以被称为ic封装、ic电路封装、堆叠式组合件等)包含堆叠到辅助管芯14上的集成电路(ic)管芯12。ic管芯12包含有源组件，而辅助管芯14包含电容器和/或热材料。因此，辅助管芯14以堆叠构型将电容器电耦接到ic管芯12，同时还传播和耗散来自ic管芯12的热。本文所公开的电子装置10提供高效的热传递、鲁棒的射频(rf)性能和通过毫米波(mmw)频率进行的操作，所有这些都在微型的、低成本的、薄型的、低占用空间的封装(例如，可表面安装(sm))中实现。
22.ic管芯12包含ic衬底16和/或ic镀层18。ic管芯12进一步包含有源侧20a(还可以被称为顶侧、上侧、上表面等)以及与所述有源侧相对的背侧20b(还可以被称为底侧、下侧、下表面等)。有源侧20a包含有源组件(例如，晶体管、二极管、rf传输线等)。具体地，有源侧20a包含输入端子22a(例如，rf输入端子)、输出端子22b(例如，rf输出端子)、传输线24、放大器25、电容器端子26和/或接地端子28。ic管芯12包含ic过孔30(还可以被称为传导过孔、热过孔、传导通孔(through conductive via，tcv)、衬底通孔(through-substrate via，tsv)等)，所述ic过孔从有源侧20a延伸穿过ic衬底16到达ic管芯12的背侧20b。ic过孔30包含用于在有源侧20a与背侧20b之间传播通信信号的信号过孔30。ic过孔30进一步包含用于在有源侧20a与背侧20b之间建立连接的电容器过孔30(2)、30(3)。rf输出22b可以通过过孔30(1)连接到外部硬件。ic过孔30可以具有各种形状、尺寸、图案以及其它构型。在某些实施例中，ic管芯具有焊料凸点或铜柱凸点(例如，如用于覆晶附接到组合件中的更高水平衬底)。许多接地过孔连接到ic镀层18。
23.ic镀层18位于ic管芯12的背侧20b处。ic镀层18促进ic管芯12与辅助管芯14之间的绝缘电耦接。具体地，ic镀层18促进ic管芯12的ic过孔30与辅助管芯14之间的电耦接。
24.辅助管芯14定位于ic管芯12的背侧20b处或附近。辅助管芯14包含衬底32和辅助镀层33(所述辅助镀层可以与ic镀层18类似、相同或等效)。辅助管芯14为ic管芯12的有源组件提供主热路径。辅助管芯14包含有源侧34a(还可以被称为顶侧、上侧、上表面等)以及与所述有源侧相对的背侧34b(还可以被称为底侧、下侧、下表面等)。辅助管芯14提供从ic管芯12的有源侧20a上的组件(例如，如二极管和晶体管等有源组件和/或如rf传输线、调谐网络、互连电感器、电容器、电感器等无源组件)穿过ic管芯12的背侧20b穿过辅助管芯14的有源侧34a到辅助管芯14的背侧34b的高效热传播和热传递。
25.辅助管芯14的衬底32包含第一导热材料(本文中还可以被称为衬底材料)。在某些实施例中，第一导热材料包含硅、碳化硅(sic)、金刚石、氮化铝(aln)、玻璃等。
26.辅助管芯14进一步包含衬底32内的至少一个辅助过孔36(还可以被称为传导过孔、热过孔、tcv、tsv等)，所述至少一个辅助过孔从有源侧34a延伸穿过衬底32到达辅助管芯14的背侧34b。辅助过孔36包含用于在有源侧34a与背侧34b之间传播热的热过孔36。在某些实施例中，辅助过孔36进一步包含用于形成电容器38的正极端子的电容器过孔。在某些实施例中，辅助镀层33是地面。
27.热过孔36包含导热性比第一导热材料的导热性高的第二导热材料。例如，在某些实施例中，第二导热材料包含铜。衬底32将热过孔36彼此电绝缘。热过孔36可以具有各种形状、尺寸、图案以及其它构型。
28.在某些实施例中，辅助管芯14的辅助镀层33位于衬底32的有源侧34a处。辅助镀层33促进ic管芯12与辅助管芯14之间的绝缘电耦接。具体地，辅助镀层33促进ic管芯12的ic
过孔30与辅助管芯14的辅助过孔36之间的电耦接。
29.辅助管芯14进一步包含衬底32内的至少一个电容器38(例如，高密度电容器、高k电介质、铁电电介质、深沟槽电容器等)。深沟槽电容器是三维竖直电容器并且可以通过将深沟槽蚀刻到硅衬底中来形成。在某些实施例中，电容器38用于rf旁路、rf去耦、调谐(例如，固定或可调谐变容二极管)、储能和/或热过孔。电容器38中的每个电容器通过ic管芯12的ic过孔30耦接到ic管芯12的有源侧20a。具体地，电容器38中的每个电容器通过辅助镀层33、ic镀层18和ic过孔30电耦接到ic管芯12的有源侧20a处的有源组件。
30.图2a是ic管芯12的ic镀层18的视图。在某些实施例中，ic镀层18包含金或锡中的至少一种。在某些实施例中，ic镀层18包含ic镀层主体50和至少一个ic电容器焊盘52(还可以被称为ic电容器i/o焊盘、ic信号焊盘、互连件等)，所述至少一个ic电容器焊盘通过至少一个ic电容器孔54与ic镀层主体50电绝缘。ic电容器焊盘52被配置成与辅助管芯14内的电容器38对齐。ic镀层18通常被称为具有由焊盘52构成的岛的接地层，其中ic镀层主体和焊盘52分别形成电容器38的正极端子和负极端子。
31.图2b是辅助管芯14的辅助镀层33的视图。在某些实施例中，辅助镀层33包含金或锡中的至少一种。在某些实施例中，辅助镀层33包含辅助镀层主体55和至少一个辅助电容器焊盘56(还可以被称为辅助电容器i/o焊盘、辅助信号焊盘、互连件等)，所述至少一个辅助电容器焊盘通过辅助电容器孔58与辅助镀层主体55电绝缘。辅助电容器焊盘56被配置成与辅助管芯14内的电容器38对齐。
32.参考图2a至图2b，ic镀层18的图案和朝向与辅助镀层33的图案和朝向相同或至少类似。具体地，ic电容器焊盘52和/或ic电容器孔54与辅助电容器焊盘56和/或辅助电容器孔58对齐。以此方式，至少一个ic电容器焊盘52与至少一个辅助电容器焊盘56对齐并且电耦接。
33.图3是辅助管芯14的后视图，所述后视图展示了非热区域60和热区域62。非热区域60中的至少一些非热区域对应于辅助管芯14内的电容器38的位置。热区域62包含一个或多个热过孔36。在某些实施例中，这些热过孔36对应于ic管芯12的放大器(或其它发热性有源组件)的位置。
34.热区域62的构型可以取决于电子装置的热需求、制造成本等。例如，用热材料填充整个热区域62可以增加导热性，但也会增加成本。同时，用热材料图案化热区域62可以以低成本平衡导热性要求。因此，在其它实施例中，热过孔36是大的连续材料块(而非孤立的过孔)。在某些实施例中，多个热过孔36被图案化成二维阵列。在某些实施例中，热过孔36的尺寸全都相同。在其它实施例中，热过孔36的尺寸、形状和/或构型等彼此不同。在某些实施例中，热区域62贯穿衬底32均匀分布。在其它实施例中，热区域62被分配到具体区域。
35.参考图1a至图1b，在某些实施例中，ic管芯12结合(例如，晶圆-晶圆结合、管芯-晶圆结合等)到辅助管芯14。在某些实施例中，ic管芯12使用金属-金属结合剂、焊料(例如，ausn)、导电粘合剂、烧结材料、dbii结合技术和/或混合结合技术等结合到辅助管芯14。因此，ic管芯12的ic镀层18接触(例如，直接接触)辅助管芯14的辅助镀层33。具体地，ic电容器焊盘52与辅助电容器焊盘56对齐并且接触。类似地，ic电容器孔54与辅助电容器孔58对齐。因此，焊盘52、56之间的触点与ic镀层18和辅助镀层33的主体50、55电隔离。
36.如上所述，辅助管芯14包含电容器38(例如，深沟槽电容器)，其中热过孔36在辅助
管芯14的有源侧34a与背侧34b之间延伸。热过孔36邻近电容器38。因此，辅助管芯14充当散热器，所述散热器从ic管芯12吸取热并且将热通过辅助管芯14传导远离ic管芯12。
37.将ic管芯12堆叠到辅助管芯14会减少占用空间。具体地，将辅助管芯14的电容器与ic管芯12堆叠会减少占用空间，同时还提供热传导。
38.图4是图1至图3的电子装置的一实施例的横截面侧视图。在某些实施例中，ic管芯12包含单片微波集成电路(mmic)。在某些实施例中，mmic制造在iii-v衬底上。应注意，将电容器38放置在ic管芯12附近会减小电容器38与ic管芯12之间的电感。在某些实施例中，电容器的电容可以为约或大于1uf/mm2。在某些实施例中，辅助管芯14通过背侧热过孔互连件结合到ic管芯12的背侧20b。
39.如上所述，在某些实施例中，ic管芯12包含多个放大器25(例如，宽带放大器)。多个热过孔36与ic管芯12的放大器25(例如，放大器25中的每个放大器)对齐。在某些实施例中，多个热过孔36的第一部分与ic管芯12的每个放大器25对齐，并且多个热过孔36的第二部分未与ic管芯12的任何放大器25对齐。在其它实施例中，热过孔36仅与ic管芯12的放大器25对齐。换句话说，在某些实施例中，热过孔36仅用于ic管芯12的产生大量热的所选有源组件。
40.在某些实施例中，电路封装包含被包覆模制层70围绕的ic管芯12和辅助管芯14。互连层将ic管芯12附接到支撑ic封装10和/或将ic管芯12电连接到rf装置(例如，移动装置或基站)中的其它组件的印刷电路板76(pcb)或另一组件。在这方面，ic封装10可以形成衬底32使用任何合适类型的ic封装来封装的rf模块。例如，ic封装可以包含有助于ic，包含单片微波集成电路(mmic)，的高密度封装的扇出型晶圆级封装(fowlp)、扇出型面板级封装(foplp)、扇入型晶圆级封装(fiwlp)、扇入型面板级封装(fiplp)或晶圆级芯片规模封装(wlcsp)。fowlp和foplp是允许使用半导体类薄膜工艺(例如，高分辨率光刻图案化、物理气相沉积(pvd)金属化和化学气相沉积(cvd)电介质)来分散(例如，扇出)mmic衬底上的密集输入/输出(i/o)连接的封装技术。在一些实例中，ic封装10可以包含多个衬底和/或其它电路组件以形成多芯片模块(mcm)或多芯片封装(mcp)或系统级封装(sip)。在此类实例中，共同的rdl可以在封装衬底75和/或其它电路组件之间建立连接。此封装衬底包含过孔76b和互连件76a、76c以促进此组件在pcb78上的实施。
41.例如，在fowlp工艺的一个实施例中，已知合格管芯(kgd)(例如，ic管芯12和多个另外的ic管芯)以及有时其它无源组件精确地放置到通常被称为重建晶圆的临时载体上并且进行环氧树脂包覆模制以形成包覆模制层70。kgd可以由一个或多个ic晶圆形成，所述一个或多个ic晶圆被切割以形成ic管芯12和多个另外的ic管芯，然后包覆模制成包覆模制的ic阵列。可以去除包覆模制层70的一部分以暴露ic管芯12的顶表面和/或底表面，使得包覆模制层70部分围绕ic管芯12(例如，仅围绕ic管芯12的侧面或ic管芯12的侧面以及顶部或底部之一)。
42.在某些实施例中，穿过ic管芯12的这些ic过孔30可以促进ic管芯12在ic封装10中的芯片侧向上朝向，使得有源侧20a被朝向成远离ic封装10附接到的重新分布层(rdl)和/或高一级组合件(next higher assembly，nha)。当与如铜柱(cup)凸点化等其它技术组合时，ic封装10可以使用芯片堆叠和封装上封装(pop)方法进一步促进三维(3d)组合件。
43.在某些实施例中，ic管芯12的ic过孔30和/或辅助管芯14的辅助过孔36通过金属
化(例如，铜)。ic管芯12的ic过孔30和辅助管芯14的辅助过孔36提供从ic管芯12的有源侧20a穿过ic管芯12并且穿过辅助管芯14的导热路径。在某些实施例中，穿过背侧34b的热传递延伸到热交换器(例如，散热片或冷板)中。
44.在某些实施例中，包覆模制70覆盖ic管芯12和/或辅助管芯14。在某些实施例中，包覆模制70包含用于另外的散热的传导过孔。如果散热器直接形成于ic管芯12上的热点之上，则还可以产生穿过ic封装10的顶部的高导热性路径。例如，在ic管芯12上的热源(例如，有源层中的晶体管或其它有源元件)之上和附近形成有传导柱72或其它导热结构。
45.目前实践的半导体工艺可以用于形成传导柱72，类似于用于覆晶附接的半导体管芯的铜凸点的形成。如果传导柱72适当地从包覆模制层70暴露，则传导柱72可用于在ic封装10的模制侧将热从ic管芯12的顶部传导出来。在这方面，传导柱72可以在沉积包覆模制层70之前或之后形成。如果在之前形成，则可以部分除去包覆模制层70以暴露传导柱72。
46.在某些实施例中，可以将热交换器74a、74b附接到包覆模制70的传导柱72和/或辅助管芯14的背侧34b。热交换器可以通过适当的技术，如焊接或钎焊到传导柱72上或通过粘合剂(例如，导热粘合剂)附接到传导柱72、包覆模制层70和/或辅助管芯14。以此方式，传导柱72进一步促进到热交换器74a的热传导。热交换器74a、74b可以是散热片或冷板并且可以视情况通过液体、空气、传导、对流等交换热。
47.在某些实施例中，传导柱72可以向ic管芯12的特征提供电传导。例如，电路层可以提供ic管芯12的特征之间的互连、连接到ic管芯12的rf天线、到外部电路的连接等。
48.本领域的技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都被认为处于本文公开的概念和以下权利要求的范围内。