[發明專利]一種散熱增益型堆疊式半導體組件

無效

• 申請號: 201110378872.8
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102479763A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 林文強;王家忠
• 申請（專利權）人: 鈺橋半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/552;H01L23/31;H01L25/065;H01L23/538
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及一種半導體組件，尤其是一種具有凸塊/凸緣層散熱座及雙集成電路的散熱增益型堆疊式半導體組件，其包括半導體元件、散熱座、黏著層、被覆穿孔及雙集成電路。

背景技術

改善效能及降低尺寸與重量仍是電子系統領域持續追求的目標。目前已提出許多符合上述需求的技術方案，其通過使用不同結構、材料、設備、工藝節點及制作方法，以兼顧提高效能、實時上市及降低成本的考慮。在所有技術方案中，封裝層級的技術創新被認為是最符合經濟效益且最不耗時的選擇。此外，當想要進一步將芯片尺寸降至納米等級以下時，材料、設備及工藝開發等昂貴費用將導致該技術面臨極大瓶頸，故目前已著重于封裝技術，以滿足更智能且更微小裝置的需求。

如球門陣列封裝(BGA)及方形扁平無引腳封裝(QFN)的塑料封裝通常是每一封裝體中包含一枚芯片。為了提供更多功能并將信號延遲現象降至最低，目前可行的方式是將多枚芯片堆疊于一封裝體中，以縮短互連長度(length?of?interconnection)并維持最小足印(footprint)。例如，疊置具有各自內存芯片的行動處理器晶粒，以改善元件速度、封裝及功率消耗。此外，在模塊中疊置多枚芯片的方式，可在不同工藝節點提供包括邏輯、存儲、模擬、RF、整合型被動元件(IPC)及微機電系統(MEMS)等不同功能芯片，如28納米高速邏輯及130納米模擬。

雖然文獻已報導許多三維封裝結構，但仍有許多效能相關的缺失尚待改善。例如，在有限空間中疊置多個元件往往會面臨到元件間噪聲干擾(如電磁干擾)等不理想狀況。據此，當元件進行高頻率電磁波信號傳輸或接收時，上述問題將不利于堆疊元件的信號完整性。此外，由于半導體元件于高溫操作下易產生效能衰退甚至立即故障的問題，因此包裹于熱絕緣材料(如介電材)內的芯片所產生的熱聚集會對組件造成嚴重損害。據此，目前亟需發展一種可解決電磁干擾問題、加速散熱效果并維持低制作成本的堆疊式半導體組件。

Eichelberger的案號5,111,278的美國專利揭露一種三維堆疊式的多芯片模塊，其是將半導體芯片設置于平坦基板上，并使用封裝材料進行密封，其中該封裝材料具有形成于連接墊上的盲孔。設置于封裝材料上的導電圖案是延伸至顯露的打線墊，以便從模塊上表面連接這些半導體芯片。該模塊布有被覆穿孔，以連接上下電路，進而達到嵌埋式芯片的三維堆疊結構。然而，大部分塑料材料的導熱性偏低，故該塑料組件會有熱效能差且無法對嵌埋芯片提供電磁屏蔽保護作用的缺點。

Mowatt等人的案號5,432,677的美國專利、Miura等人的案號5,565,706的美國專利、Chen等人的案號6,680,529的美國專利及Sakamoto等人的案號7,842,887的美國專利揭露多種嵌埋式模塊，以解決制作良率及可靠度問題。然而，該些專利案所提出的方案皆無法對散熱問題提出適當的解決方式，或者無法對嵌埋式芯片提供有效的電磁屏蔽保護作用。

Hsu的案號7,242,092的美國專利及Wong的案號7,656,015的美國專利揭露一種組件，其是將半導體芯片容置于底部具有金屬層的凹穴中，以加速嵌埋芯片的散熱效果。除了該結構底部金屬層散熱效果有限的問題外，由于基板上的凹穴是通過對基板進行激光或電漿蝕刻而形成，故其主要缺點還包括形成凹穴時導致產量偏低及成本偏高的問題。

Enomoto的案號7,777,328的美國專利揭露一種散熱增益型組件，其是通過微加工或磨除部分金屬的方式，形成設置晶粒用的凹穴。金屬板下凹深度控制不一致的現象易造成量產時產量及良率偏低的問題。此外，由于厚金屬板會阻擋垂直連接至底表面的電性連接路徑，故必須先形成布有通孔的樹脂，接著再于金屬塊中形成金屬化鍍覆通孔。但此繁復的制程會導致制作良率過低及成本過高。

Ito等人的案號7,957,154的美國專利揭露一種組件，其是于開口內表面上形成金屬層，以便可保護嵌埋的半導體芯片免于電磁干擾。與其它形成開口的方法一樣，樹脂開孔形成不一致的現象將導致此組件面臨制備產量差及良率低的問題。此外，由于金屬是通過電鍍制程形成于開口中，故其厚度有限，對封裝的熱效能沒什么改善效果。

有鑒于現有高功率及高效能半導體元件封裝種種發展情形及限制，目前仍需發展一種符合成本效益、產品可靠、適于生產、多功能、提供良好信號完整性、具有優異散熱性的半導體組件。

發明內容

本發明提供一種散熱增益型堆疊式半導體組件，其包括一半導體元件、一散熱座、一黏著層、一被覆穿孔、第一集成電路及第二集成電路。