[發明專利]帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法

有效

• 申請號: 201410086565.6
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103839903A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 王啟東;邱德龍;吳曉萌;曹立強;于大全;謝慧琴;張迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L21/50
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發明涉及電子封裝技術領域，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法。

背景技術

在三維堆疊的芯片結構中，內部芯片的熱量難以散出，因此堆疊芯片的最高溫度會出現在內部芯片中，而內部芯片節溫太高，容易使芯片失效，限制了整個器件的集成度和功率的提高。目前，對三維堆疊芯片結構散熱處理得最好的方案是在封裝芯片的內部設置一定高度、寬度及長度的工藝微流道，液體從微流道進入，帶走芯片傳導至該散熱結構的熱量；這種方案微流道制作工藝要求高，加工難度大，制作成本高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本較低，并且散熱效果好的帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板；所述頂層芯片單元垂直連接在所述底層芯片單元的上方；所述芯片基板與所述底層芯片單元的底部連接。所述頂層芯片單元包括第一散熱單元、第一芯片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯至少一個所述第一芯片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側的所述第一芯片的裝配區域。所述底層芯片單元包括第二散熱單元、第二芯片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯至少一個所述第二芯片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側的所述第二芯片的裝配區域。所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設置有散熱槽。

進一步地，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導率材料。

進一步地，所述散熱單元為高熱導率的陶瓷基板或高熱導率的硅基板。

進一步地，所述散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿所述散熱單元兩端的三棱柱形狀。

本發明還提供了一種帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，包括：選取第一散熱單元及第二散熱單元，并在所述第一散熱單元及第二散熱單元的上、下表面分別刻蝕散熱槽；選取一個已經刻蝕散熱槽的所述第一散熱單元，在所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯至少一個芯片，并用塑封劑進行塑封，構成頂層芯片單元；選取一個已經刻蝕散熱槽的所述第二散熱單元，在所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯至少一個芯片，并用塑封劑進行塑封，形成底層芯片單元；將所述底層芯片單元的頂部通過芯片連接材料壓合在所述頂層芯片單元的底部；或將至少兩個所述底層芯片單元垂直堆疊形成一個芯片模塊，將所述芯片模塊的頂部通過芯片連接材料壓合在所述頂層芯片單元的底部；選取芯片基板，將所述底層芯片單元的底部通過芯片連接材料連接在所述芯片基板上；或將所述芯片模塊的底部通過芯片連接材料連接在所述芯片基板上。

進一步地，所述塑封劑采用底部填充膠或各項異性導電膠。

進一步地，所述芯片連接材料采用異向導電膠。

進一步地，所述散熱單元采用陶瓷材料或硅基材料。

本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片及其制造方法，高熱導率的散熱單元制作工藝成熟、結構簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內部傳導至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結構，使散熱層在長寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。本發明提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法，先分別制造上層芯片單元和下層芯片單元，最后再進行多個芯片單元的堆疊組裝，這種方法解決了因塑封工藝不能完全封裝高度較高的芯片堆疊結構所帶來的困難。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的設置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；

圖3為本發明實施例提供的設置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；

圖4為本發明實施例提供的設置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；

圖5為本發明實施例提供的設置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；

圖6為本發明實施例提供的頂層芯片單元結構示意圖；

圖7為本發明實施例提供的底層芯片單元結構示意圖。

具體實施方式