[發明專利]多基準集成式散熱器（IHS）解決方案

有效

• 申請號: 201680068468.1
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN108292637B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: A.喬德胡里;J.比蒂;P.喬德哈里
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;鄭冀之

描述了幫助冷卻半導體封裝（諸如多芯片封裝（MCP））的方法、系統和裝置。一種半導體封裝包括襯底上的部件。該部件可以包括一個或多個半導體管芯。該封裝還可以包括多基準集成式散熱器（IHS）解決方案（也被稱為智能IHS解決方案），在這里該智能IHS解決方案包括智能IHS蓋。該智能IHS蓋包括在智能蓋的中心區域中形成的腔。該智能IHS蓋可以在部件上，以使得該腔對應于該部件。第一熱界面材料層（TIM層1）可以在部件上。單獨IHS蓋（IHS塊）可以在TIM層1上。該IHS塊可以被插入腔中。此外，中間熱界面材料層（TIM?1A層）可以在IHS塊和腔之間。

技術領域

本文中描述的實施例總體上涉及半導體封裝，并且具體地涉及用于冷卻半導體封裝的方法、系統和裝置。

背景技術

一種類型的半導體封裝是多芯片半導體封裝或多芯片封裝（MCP），其是具有封裝到襯底上的多個部件——例如集成電路（IC）、半導體管芯或其他分立部件的電子封裝。可以使用三維（3D）封裝技術來形成MCP，該三維（3D）封裝技術通過以垂直配置堆疊半導體管芯來利用z高度維度以使得結果得到的在x-y維度中的MCP占用空間更小。由3D封裝技術創建的封裝的示例包括封裝上封裝（PoP）解決方案、封裝中封裝（PiP）解決方案、嵌入式晶圓級（eWLB）封裝等等。

集成式散熱器（IHS）解決方案可以用在MCP中從而耗散由MCP的部件產生的不需要的熱量。在MCP中堆疊管芯的一個缺點在于MCP中的部件的z高度可能變化，這可能通過增加不需要的熱量產生而對MCP的性能能力有負面影響。由于部件高度中的這些變化，典型的集成式散熱器（IHS）解決方案不能有效工作。圖1A-1B圖示這個問題。

圖1A是包括典型IHS解決方案的典型MCP 100的橫截面視圖。如在圖1A中示出的，部件103和104，它們中的每一個都可以包括（一個或多個）半導體管芯，處在襯底101上。在MCP 100中，典型IHS解決方案被用于由部件103和104產生的不需要的熱量的耗散。該典型IHS解決方案包括典型IHS蓋102、部件104上的第一熱界面材料層（TIM-1層）105、和部件103上的TIM-1層106。使用密封劑（未被示出）將典型IHS蓋102的側壁區域附接至襯底101，以使得該典型IHS蓋102在部件103和104之上。該TIM-1層105和106分別將部件104和103熱和/或機械耦合至典型IHS蓋102的中心區域。

該部件103和104具有彼此變化的z高度，它們被統稱為高度變化。具體來說，因為部件104具有比部件103更大的z高度，所以發生這種高度變化。這種高度變化可以包括用于創建部件103和104的制造工藝中固有的自然高度變化。不管用于制造部件103的制造工藝與用于制造部件104的制造工藝相同還是不同，都會發生自然高度變化。影響部件103和104的對高度變化的另一貢獻因素可能起因于用來將部件103和104附接至襯底101的附接機制或技術。例如，如果部件103表示經由球柵陣列（BGA）組裝（未被示出）安裝在襯底101上的管芯，而部件104表示直接附接至襯底101的管芯，則在部件103和部件104的z高度之間會存在一些差異。

除了它們的熱耗散功能之外，TIM-1層105和TIM-1層106被用來補償這種高度變化。如在圖1A中示出的，TIM-1層106比TIM-1層105更厚以補償部件高度差。補償影響部件103和104的高度變化以增加TIM-1層106和105的z高度或接合線厚度（BLT）為代價而發生。然而，TIM-1層106和105的更厚的BLT降低了TIM-1層106和105的冷卻能力，這進而導致更高的芯片結溫度（T_j）、有限帶寬、頻率、更大的功率泄漏等等。另外，高度變化由TIM-1層105和106的吸收可以限制被用于形成TIM-1層105和106的TIM-1材料的選擇。

目前，形式為典型三維IHS解決方案（典型3D IHS解決方案）的架構IHS解決方案可以避免增加TIM-1層的BLT。不過，這種典型3D IHS解決方案不能補救上面結合圖1A描述的典型IHS解決方案的缺點。