[發明專利]包括在襯底上的管芯以及在管芯上具有開窗的散熱器的電子組件

有效

• 申請號: 201280043911.1
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN103782381B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: S·橫彌;M·R·西蒙斯馬修斯
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H01L23/36
• 分類號: H01L23/36
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明公開的實施例涉及系統級封裝(SIP)前體，其包括用于增強冷卻的散熱器，以及其中的堆疊管芯SIP。

背景技術

系統級封裝(SIP)包括裝配在單個封裝或模塊中的多個集成電路。SIP執行電子系統的所有功能或大部分功能，并且通常被使用在包括移動電話、個人數字助理(PDA)和數字音樂播放器的產品內部。在SIP中，單個IC可以垂直堆疊(3D布置)或者水平布置。IC可以通過鍵合到封裝的細導線被內部連接。替換地，利用倒裝芯片技術使用焊料凸起將堆疊管芯連接在一起。

一些SIP包括包含通孔或者更一般地說貫穿襯底通孔的管芯(在本文中指“TSV管芯”)，例如邏輯／處理器管芯，其中TSV被布置為一個或更多TSV陣列，這些陣列提供穿過TSV管芯的全部厚度的垂直連接。TSV使得多個管芯垂直堆疊，并且將這些管芯互連而不使用常規引線鍵合或倒裝焊接技術。例如，TSV可用于堆疊一系列存儲器管芯并且可提供管芯之間的信號路徑或熱傳遞路徑。

一些TSV包括從TSV管芯的底側(非有源側)伸出的凸出TSV末端。這種TSV管芯通常較薄，例如厚度為30μm到80μm。薄TSV管芯容易翹曲，可能導致與TSV的連接不牢固。為實現連續且牢固的連接，這種TSV管芯的平坦度在TSV管芯的全部區域上通常應當被保持在幾微米之內。

在形成包括薄TSV管芯的SIP的一種工藝中，在將附連到其他管芯的管芯鍵合到襯底之前，薄TSV管芯可以被鍵合到另一管芯用于機械支撐。例如，可使用平坦的托架將單片TSV管芯附連到存儲器管芯(或模塊)，接著將TSV管芯／存儲器管芯附連到襯底，例如有機襯底。在另一SIP形成工藝中，TSV管芯被鍵合到襯底，接著將頂部管芯鍵合到TSV管芯。在任一情況下，襯底可包括球柵陣列(BGA)，并且SIP可被附連到印刷電路板(PCB)。

這些已知的SIP工藝有若干缺陷。不能在附連頂部管芯(例如，存儲器管芯)之前測試TSV管芯。因此，TSV管芯故障或者無法從TSV管芯連接到襯底可能導致產量損失，包括廢棄管芯(例如，存儲器管芯)的物料。終端用戶也可以針對他們的系統要求不同的存儲密度(4Gb、8Gb、16Gb等)，這產生開發多SIP產品的需求。SIP供應商也需要購買存儲器并保持存儲設備的庫存。

堆疊管芯SIP的另一個問題是在操作過程中的功率耗散造成的加熱。最近，隨著計算性能的提高，TSV管芯的功耗增加。如果未正確冷卻并且沒有充分提供冷卻，則SIP中的單個IC(如在TSV管芯頂部的存儲器管芯)會變得過熱。管芯疊層中的單個IC之間的空間對于提供冷卻通道也會較小，因為這些間隙一般太小不適于流體流動。散熱器可附連在堆疊SIP中的頂部管芯(例如，存儲器管芯)的頂部上，但是這樣不是高效的冷卻布置，因為頂部管芯的熱電阻阻止TSV管芯的有效功率耗散，并且加熱頂部管芯(例如，存儲器管芯)將導致SIP系統的更高功耗。

發明內容

本發明公開的實施例描述電子組件，其包括：含有多個TSV的貫穿襯底通孔TSV(管芯)；包括有源電路的頂側；以及其上具有TSV連接件的底側。TSV管芯通過其頂側位于工件上且底側面朝上而進行附連。具有內開窗(即，開孔)的散熱器位于TSV管芯的底側。鍵合特征件耦合到TSV連接件或者包括TSV連接件自身。鍵合特征件從內開窗伸至超過散熱器頂部高度的高度，鍵合特征件使得頂部管芯(例如，存儲器管芯)鍵合到TSV管芯。

組裝頂部管芯從而形成系統級封裝(SIP)時，散熱器由此在TSV管芯和頂部管芯之間。與如上所述的常規的附連到頂部管芯的頂部上散熱器相比，通過將散熱器放置在TSV管芯和頂部管芯之間，更低的熱電阻熱傳遞路徑導致冷卻效率顯著增加。散熱器也可增加機械穩定性和剛度，有助于防止工件上一般較薄的TSV管芯(例如，40μm～80μm)發生翹曲。

在一個實施例中，TSV連接件包括凸出TSV末端。在該實施例中，鍵合特征件包括凸出TSV末端。在另一實施例中，鍵合特征件包括內插器，該內插器包括多個耦合到TSV連接件(例如通過TSV管芯底側上的再分布(RDL)層耦合到TSV管芯上的TSV的焊盤)的TSV。

附圖說明

圖1A是根據示例實施例的示例電子組件的剖視圖，其包括：工件；頂側向下附連到工件的貫穿襯底通孔(TSV)管芯；在TSV管芯的底側上具有內開窗的散熱器；以及示為凸出TSV末端的鍵合特征件，其從開窗伸至超過散熱器頂部高度的高度。