芯片堆叠散热结构、三维堆叠封装系统及制作方法

本申请涉及电子，特别涉及一种芯片堆叠散热结构、三维堆叠封装系统及制作方法。

背景技术：

1、集成电路在功能不断提高的基础上，所需要的芯片数量越来越多，因而需要更多的散热片或散热盖组成的散热结构进行散热。

2、现有技术中，散热结构与rdl层(re-distributed layer，重布线层)位于芯片异侧，在对芯片进行纵向堆叠时，由于散热片与rdl层需要同时占据空间，因而导致集成电路的体积较大，加工工艺更复杂，并且对于堆叠芯片的散热效果也不佳。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种芯片堆叠散热结构，重布线层和散热层均位于芯片层的同侧，使重布线层和散热层均占据较小的空间，以更高的集成度堆叠芯片层，从而实现单位高度下更多的芯片层的堆叠层数，减少了芯片堆叠散热结构的整体尺寸和封装厚度，使得芯片堆叠散热结构能够更多地应用于对厚度要求较高的终端设备，同时不会损失散热效果。

2、第一方面，本申请提供了一种芯片堆叠散热结构，包括：由下至上依次叠加设置的重布线层、连接层以及芯片层，在所述重布线层内嵌入设置有多个散热片，以形成散热层，所述散热层和所述重布线层位于所述芯片层的同一侧。

3、于一实施例中，所述散热层投影到所述芯片层的无源面表面的投影面积不小于所述芯片层的无源面的表面面积。

4、于一实施例中，在所述芯片层的有源面的表面通过焊接件与所述重布线层内的作为数据传输的金属布线连接，所述芯片层的无源面的表面与所述连接层连接。

5、于一实施例中，所述散热层的厚度不小于所述重布线层的厚度。

6、于一实施例中，所述散热片在所述重布线层内为由下至上依次叠加设置。

7、于一实施例中，所述连接层为热压非导电胶、热压非导电膜、芯片粘结薄膜或银胶中的一种。

8、第二方面，本申请提供一种三维堆叠封装系统，包括：至少一层如本申请第一方面任一项实施例所述的芯片堆叠散热结构以及铜柱；相邻的所述芯片堆叠散热结构之间通过所述铜柱连接以实现电连接。

9、于一实施例中，所述三维堆叠封装系统还包括：模塑材料层；所述模塑材料层填充于相邻的所述芯片堆叠散热结构上的所述重布线层之间，并将所述芯片层和所述铜柱进行包围固定。

10、第三方面，本申请提供一种芯片堆叠散热结构的制作方法，包括：

11、制备所述重布线层，在所述重布线层内设置金属布线；

12、在所述重布线层的上表面设置所述芯片层，使所述芯片层的无源面表面与所述重布线层接触，所述芯片层的有源面表面通过焊接件与所述金属布线进行连接；

13、其中，在位于所述重布线层与所述芯片层的有源面的接触面处的所述重布线层内由下至上叠加设置多个散热片，以形成散热层。

14、于一实施例中，所述方法还包括：在所述重布线层的上表面与所述芯片层的连接处刻蚀出空腔，使所述芯片层的无源面表面暴露于所述空腔中，所述空腔的面积不小于所述芯片层的无源面的表面面积。

15、于一实施例中，所述方法还包括：在所述重布线层的上表面和所述芯片层的无源面表面之间设置连接层。

16、第四方面，本申请提供一种三维堆叠封装系统的制作方法，包括：

17、将本申请第一方面任一项实施例所述芯片堆叠散热结构相对堆叠排列；

18、在相邻的所述芯片堆叠散热结构上的所述重布线层表面电镀铜柱，通过键合方式连接所述铜柱；

19、在相邻的所述芯片层四周填充模塑材料层，以对所述芯片层和所述铜柱进行固定。

20、于一实施例中，所述重布线层内设置金属布线，所述金属布线的一端沿预设方向露出于所述模塑材料层的表面，所述预设方向与所述模塑材料层的表面所在方向垂直，所述金属布线的一端与另一层的所述芯片堆叠散热结构中的所述芯片层的有源面表面连接。

21、于一实施例中，所述方法还包括：根据所述芯片堆叠散热结构的预设厚度，研磨所述模塑材料层的表面，以使所述模塑材料层的表面厚度不小于所述芯片堆叠散热结构的预设厚度。

22、本申请方案中，重布线层和散热层均位于芯片层的同侧，使重布线层和散热层均占据较小的空间，以更高的集成度堆叠芯片层，从而实现单位高度下更多的芯片层的堆叠层数，减少了芯片堆叠散热结构的整体尺寸和封装厚度，使得芯片堆叠散热结构能够更多地应用于对厚度要求较高的终端设备，同时不会损失散热效果。

技术特征：

1.一种芯片堆叠散热结构，其特征在于，包括：由下至上依次叠加设置的重布线层、连接层以及芯片层，在所述重布线层内嵌入设置有多个散热片，以形成散热层，所述散热层和所述重布线层位于所述芯片层的同一侧。

2.根据权利要求1所述的芯片堆叠散热结构，其特征在于，所述散热层投影到所述芯片层的无源面表面的投影面积不小于所述芯片层的无源面的表面面积。

3.根据权利要求1或2所述的芯片堆叠散热结构，其特征在于，在所述芯片层的有源面的表面通过焊接件与所述重布线层内的作为数据传输的金属布线连接，所述芯片层的无源面的表面与所述连接层连接。

4.根据权利要求1所述的芯片堆叠散热结构，其特征在于，所述散热层的厚度不小于所述重布线层的厚度。

5.根据权利要求1所述的芯片堆叠散热结构，其特征在于，所述散热片在所述重布线层内为由下至上依次叠加设置。

6.根据权利要求1所述的芯片堆叠散热结构，其特征在于，所述连接层为热压非导电胶、热压非导电膜、芯片粘结薄膜或银胶中的一种。

7.一种三维堆叠封装系统，其特征在于，包括：至少一层如权利要求1-6任一项所述的芯片堆叠散热结构以及铜柱；相邻的所述芯片堆叠散热结构之间通过所述铜柱连接以实现电连接。

8.根据权利要求7所述的三维堆叠封装系统，其特征在于，所述三维堆叠封装系统还包括：模塑材料层；所述模塑材料层填充于相邻的所述芯片堆叠散热结构上的所述重布线层之间，并将所述芯片层和所述铜柱进行包围固定。

9.一种芯片堆叠散热结构的制作方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的芯片堆叠散热结构的方法，其特征在于，所述方法还包括：

11.根据权利要求9所述的芯片堆叠散热结构的方法，其特征在于，所述方法还包括：

12.一种三维堆叠封装系统的制作方法，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的三维堆叠封装系统的制作方法，其特征在于，所述重布线层内设置金属布线，所述金属布线的一端沿预设方向露出于所述模塑材料层的表面，所述预设方向与所述模塑材料层的表面所在方向垂直，所述金属布线的一端与另一层的所述芯片堆叠散热结构中的所述芯片层的有源面表面连接。

14.根据权利要求12或13所述的三维堆叠封装系统的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本申请提供一种芯片堆叠散热结构、三维堆叠封装系统及制作方法，芯片堆叠散热结构包括：由下至上依次叠加设置的重布线层、连接层以及芯片层，在重布线层内嵌入设置有多个散热片，以形成散热层，散热层和重布线层位于所述芯片层的同一侧。本申请中的重布线层和散热层均位于芯片层的同侧，使重布线层和散热层均占据较小的空间，以更高的集成度堆叠芯片层，从而实现单位高度下更多的芯片层的堆叠层数，减少了芯片堆叠散热结构的整体尺寸和封装厚度，使得芯片堆叠散热结构能够更多地应用于对厚度要求较高的终端设备，同时不会损失散热效果。

技术研发人员：郭跃进,首涛,潘丽,张承鑫,程璐,张烨,张国飙
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15