具有在多层散热器支柱上方的倒装芯片管芯的系统级封装的制作方法

本公开涉及一种具有一个或多个管芯并且更特别地具有在一个或多个多层散热器支柱上方的一个或多个倒装芯片管芯的系统级封装(sip)及其制造方法。

背景技术：

1、例如射频(rf)半导体装置之类的微型应用中的高功率性能和高计算性能在满足日益苛刻的需求方面带来了许多挑战。随着电力需求的增加，管理由rf半导体装置产生的热浪费的复杂性已显著增加。如果由rf半导体装置产生的热无法有效地耗散，则rf半导体装置可能无法操作或操作性能下降。

2、通常，rf半导体装置位于封装内的基板上，并且基板将以多种方式影响rf半导体装置的性能。例如，由rf半导体装置产生的热可以通过基板从它们紧邻的地方传导出去。层压材料广泛用于基板，其价格便宜且在行业内具有成熟的供应基础。然而，层压材料的热性能较差。

3、因此，为了适应高性能装置产生的热增加，并且利用价格便宜且具有成熟供应基础的层压基板，仍然需要改进封装设计以容纳高性能装置。所公开的封装设计将易于制造且成本低，并且提供有效的热耗散，使得封装中包封的装置可以以最佳性能操作。

技术实现思路

1、本公开描述了一种具有在多层散热器支柱上方的一个或多个管芯的系统级封装(sip)及其制造方法。所公开的sip包含具有基板和第一管芯的小芯片。本文中，所述基板包含多个介电层和延伸穿过介电层的至少一个散热器支柱。至少一个散热器支柱包含多个散热器金属板和多个散热器金属条，所述散热器金属条与散热器金属板交替。散热器金属条以分层蛋糕形状配置。所述第一管芯放置在所述基板上方并连接到所述至少一个散热器支柱，使得由所述第一管芯产生的热能由所述基板内的所述至少一个散热器支柱耗散。

2、在sip的一个实施例中，每个散热器金属条具有立方体、圆柱体、三棱柱或梯形棱柱的形状。

3、在sip的一个实施例中，散热器金属条中的至少一个的大小能够被设定为所述小芯片的水平面积的约95％。

4、在sip的一个实施例中，第一管芯是倒装芯片管芯，其包含管芯主体和被配置成连接管芯主体和基板的多个互连件。此处，所述互连件中的至少一个被配置成连接管芯主体和基板内的至少一个散热器支柱。

5、在sip的一个实施例中，所述管芯主体包含以下各项中的一种或多种材料：硅(si)、砷化镓(gaas)、si上gaas、氮化镓(gan)、si上gan、碳化硅上gan(sic)以及压电材料。互连件是焊料凸块或铜(cu)柱。

6、在sip的一个实施例中，介电层至少包含顶部介电层和在所述顶部介电层下方的底部介电层。散热器金属板至少包含顶部散热器金属板和底部散热器金属板，并且散热器金属条至少包含在顶部散热器金属板下方的顶部散热器金属条和在顶部散热器金属条下方的底部散热器金属条。通过直接接触顶部散热器金属板，至少一个互连件连接到至少一个散热器支柱。

7、在sip的一个实施例中，顶部散热器金属板形成在顶部介电层的顶部处，并且顶部散热器金属条连接到顶部散热器金属板并且延伸穿过顶部介电层。底部散热器金属板形成在底部介电层的底部处，并且底部散热器金属条连接到底部散热器金属板并且延伸穿过底部介电层。

8、在sip的一个实施例中，散热器金属板进一步包含形成在顶部介电层的顶部处的中间散热器金属板。顶部散热器金属条竖直突出超过顶部介电层的顶部，并且连接中间散热器金属板和顶部散热器金属板。底部散热器金属板形成在底部介电层的底部处，并且底部散热器金属条连接到底部散热器金属板并且延伸穿过底部介电层。

9、在sip的一个实施例中，顶部散热器金属板形成在顶部介电层的顶部处，并且顶部散热器金属条连接到顶部散热器金属板并且延伸穿过顶部介电层。底部散热器金属板形成在底部介电层的底部处，并且底部散热器金属条连接到底部散热器金属板并且竖直突出超过底部介电层的底部。

10、在sip的一个实施例中，小芯片进一步包含位于基板上方以至少部分地包封第一管芯的外壳。

11、在sip的一个实施例中，外壳是模制化合物。

12、在sip的一个实施例中，外壳包含盖和外壁，所述外壁从盖朝向基板的顶部表面延伸以形成空气腔。第一管芯位于空气腔内。

13、在sip的一个实施例中，所述基板进一步包含电连接到第一管芯的至少一个通孔结构。此处，至少一个通孔结构包含多个通孔金属板和多个通孔金属条，通孔金属条与通孔金属板交替。在水平平面上，至少一个散热器支柱中的至少一个散热器金属条比所述至少一个通孔结构中的通孔金属条中的一个大十倍以上。

14、在sip的一个实施例中，至少一个通孔结构包含通孔金属条中的一个，所述通孔金属条定位在第一管芯的水平尺寸之外，并且在介电层上方竖直突出以形成接地金属壁。

15、在sip的一个实施例中，所述基板进一步包含由第一管芯横跨的开口。至少一个散热器支柱包含第一散热器支柱和第二散热器支柱，所述第一散热器支柱和所述第二散热器支柱中的每一个竖直延伸穿过多个介电层。所述开口竖直延伸穿过介电层，并且分离第一散热器支柱和第二散热器支柱。

16、在sip的一个实施例中，所述基板进一步包括位于基板的介电层中的天线结构。此处，天线结构从第一管芯横向偏移并且连接到至少一个散热器支柱，使得由天线结构产生的热可由基板内的至少一个散热器支柱耗散。

17、根据一个实施例，所述sip进一步包含第二基板。此处，所述第二基板包含多个介电层和延伸穿过这些介电层的至少一个散热器支柱。第二基板的至少一个散热器支柱包含多个散热器金属板和多个散热器金属条，所述多个散热器金属条与这些散热器金属板交替。第二基板的散热器金属条以分层蛋糕形状配置。小芯片放置在第二基板上方，其中基板的至少一个散热器支柱通过至少一个封装互连件连接到第二基板的至少一个散热器支柱。因此，由第一管芯产生的热可通过基板的至少一个散热器支柱和第二基板的至少一个散热器支柱传播。

18、在sip的一个实施例中，第二基板中的至少一个散热器金属条的大小能够被设定为第二基板的水平面积的约95％。

19、根据一个实施例，sip进一步包含放置在第二基板上方的第二管芯。此处，第二基板的至少一个散热器支柱包含第一散热器支柱和第二散热器支柱。第二基板的第一散热器支柱连接到基板的至少一个散热器支柱，并且第二基板的第二散热器支柱连接到第二管芯，使得由第二管芯产生的热可由第二基板的第二散热器支柱耗散。

20、在sip的一个实施例中，第二管芯是倒装芯片管芯，其包含第二管芯主体和多个第二互连件，所述第二互连件被配置成连接第二管芯主体和第二基板。此处，第二互连件中的一个连接第二管芯主体和第二基板的第二散热器支柱。

21、在sip的一个实施例中，第二管芯是线接合管芯，其包含第二管芯主体和多个接合线。此处，第二散热器支柱位于第二管芯主体正下方。所述接合线将第二管芯主体电连接到第二基板。

22、在sip的一个实施例中，第二基板进一步包含电连接到第二管芯的至少一个通孔结构。第二基板的至少一个通孔结构包含多个通孔金属板和多个通孔金属条，所述多个通孔金属条与这些通孔金属板交替。在水平平面上，第二基板中的第二散热器支柱中的一个散热器金属条比第二基板的通孔金属条中的一个大十倍以上。

23、根据一个实施例，所述sip进一步包含模制化合物，所述模制化合物位于第二基板上方，并且至少部分地包封小芯片并且至少部分地包封第二管芯。

24、根据一个实施例，sip进一步包含第二管芯和小芯片上的散热器扩散器。此处，第一管芯是倒装芯片管芯，其包含管芯主体和被配置成连接管芯主体和基板的多个互连件。第二管芯是倒装芯片管芯，其包含第二管芯主体和被配置成连接第二管芯主体和第二基板的多个第二互连件。模制化合物部分地包封小芯片和第二管芯，使得第一管芯的管芯主体的顶部表面和第二管芯的第二管芯主体的顶部表面通过模制化合物暴露。散热器扩散器与第一管芯的管芯主体的顶部表面和第二管芯的第二管芯主体的顶部表面接触。

25、在sip的一个实施例中，散热器扩散器包含一个或多个次级散热器支柱，所述一个或多个次级散热器支柱直接附接到第一管芯的管芯主体的顶部表面和第二管芯的第二管芯主体的顶部表面。一个或多个次级散热器支柱中的每一个包含多个散热器金属板和多个散热器金属条，所述多个散热器金属条与这些散热器金属板交替。

26、在sip的一个实施例中，第二基板进一步包含位于第二基板的介电层中的天线结构。此处，所述天线结构从小芯片横向偏移，并且连接到第二基板的至少一个散热器支柱，使得由天线结构产生的热可由第二基板内的至少一个散热器支柱耗散。

27、在另一方面中，可以单独地或一起地组合前述方面中的任一方面，和/或如本文所描述的各种单独方面和特征，以获得额外优点。除非本文相反指示，否则本文所公开的各种特征和元件中的任一者可以与一个或多个其它公开的特征和元件组合。

28、本领域技术人员在阅读以下对于优选实施例的具体说明以及相关的附图后，将会认识到本公开的范围并且了解其另外的方面。