[發(fā)明專利]具有在芯片與封裝襯底之間提供電源連接的芯片互連橋的多芯片封裝結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980048351.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112514062A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.魯賓;L.克萊文格;C.L.阿爾文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): H01L23/538
• 分類號(hào): H01L23/538;H01L25/065
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王蕊瑞

提供了多芯片封裝結(jié)構(gòu)和用于構(gòu)造多芯片封裝結(jié)構(gòu)的方法，其利用芯片互連橋器件，該芯片互連橋器件被設(shè)計(jì)為在封裝結(jié)構(gòu)中的相鄰芯片(或裸片)之間提供高互連密度，以及通過(guò)所述芯片互連橋器件提供垂直電源分布跡線，以從封裝襯底向連接到所述芯片互連橋器件的所述芯片供應(yīng)電源(和接地)連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本披露總體上涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)，并且具體地涉及實(shí)現(xiàn)芯片互連橋器件的多芯片封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體制造和封裝技術(shù)中的創(chuàng)新已經(jīng)使得能夠開(kāi)發(fā)更小規(guī)模、更高密度的集成電路(IC)芯片(或裸片)，以及開(kāi)發(fā)具有使得能夠密集封裝IC芯片(或裸片)的布線和面積陣列輸入/輸出(I/O)觸點(diǎn)密度的高度集成芯片模塊。對(duì)于某些應(yīng)用，使用用于模塊到板I/O互連(例如，焊盤柵格陣列(LGA)或球柵陣列(BGA)連接)的合適區(qū)域陣列連接技術(shù)，用安裝到電路板(例如，系統(tǒng)板(或節(jié)點(diǎn)卡)、印刷電路板、印刷線路板等)的一個(gè)或多個(gè)多芯片模塊(MCM)來(lái)構(gòu)造高性能電子模塊。MCM技術(shù)可用于形成具有用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器應(yīng)用的多個(gè)IC處理器芯片或用于定制應(yīng)用的多個(gè)異構(gòu)芯片等的高密度封裝的第一級(jí)封裝結(jié)構(gòu)。

可以利用不同常規(guī)技術(shù)來(lái)構(gòu)建MCM封裝結(jié)構(gòu)。例如，MCM可通過(guò)將多個(gè)半導(dǎo)體IC裸片直接連接到封裝襯底來(lái)構(gòu)造。這些半導(dǎo)體IC裸片可以使用接線鍵合、膠帶鍵合或倒裝鍵合而連接至該封裝襯底的表面上。對(duì)于高性能和高密度封裝，直接芯片附接(DCA)技術(shù)通常使用形成在半導(dǎo)體IC裸片的有源表面上的觸點(diǎn)焊盤與形成在封裝襯底上的芯片安裝表面(或頂側(cè)表面)上的觸點(diǎn)焊盤的匹配陣列之間的焊料互連的區(qū)域陣列將IC裸片倒裝接合到封裝襯底。該封裝襯底包括用于在安裝到封裝襯底的頂側(cè)的IC裸片之間提供裸片到裸片連接的布線以及用于將頂側(cè)觸點(diǎn)焊盤連接到底側(cè)觸點(diǎn)焊盤的布線。

在常規(guī)MCM技術(shù)中，封裝基底可以是例如玻璃陶瓷基底、或?qū)訅夯住＠纾墒褂玫蜏毓矡沾?LTCC)襯底技術(shù)來(lái)制造多層陶瓷封裝襯底。此外，可使用表面層壓電路(SLC)技術(shù)來(lái)制造層壓封裝襯底，以制造具有內(nèi)建層的低成本有機(jī)封裝襯底，該內(nèi)建層通過(guò)微通路垂直連接以支持焊料凸起的倒裝芯片。

持續(xù)需要具有增加的集成功能和更小的占用面積大小的IC芯片，這導(dǎo)致IC芯片的I/O計(jì)數(shù)和I/O密度的增加。此外，高性能和高密度集成封裝解決方案通常需要用于倒裝芯片連接的小微凸塊，其使用例如50微米或更小的互連間距以及10微米或更小的線寬和線間隔設(shè)計(jì)規(guī)則。雖然MCM封裝結(jié)構(gòu)允許異構(gòu)IC裸片通過(guò)封裝襯底直接連接(例如，DCA)到彼此，但是常規(guī)的基于陶瓷的封裝襯底和層壓襯底技術(shù)在最小可實(shí)現(xiàn)的觸點(diǎn)焊盤間距、線寬和線間隔方面受到限制。照此，常規(guī)的陶瓷和有機(jī)疊層構(gòu)建襯底是高密度封裝的瓶頸，因?yàn)檫@樣的襯底技術(shù)不能支持高密度I/O倒裝芯片連接和高密度裸片到裸片互連所需的緊密間距。

為了解決這些限制，利用2.5-D封裝技術(shù)來(lái)增加I/O密度并且為低電源裸片到裸片通信提供高密度路由。通常，2.5-D集成涉及在無(wú)源中介襯底(例如，硅、玻璃或細(xì)間距有機(jī)構(gòu)造襯底)上倒裝接合多個(gè)IC裸片，其中無(wú)源中介襯底接合至封裝襯底。與封裝襯底相比，內(nèi)插器包括更細(xì)間距的布線、更高的觸點(diǎn)焊盤密度和用于裸片到裸片互連的更短的距離。

用于2.5D封裝的硅中介板由硅薄層組成，所述硅薄層設(shè)置在IC裸片與封裝襯底之間，并且所述硅薄層包括穿硅過(guò)孔(TSV)以便為I/O重新分布和裸片到裸片通信提供具有高布線密度的平臺(tái)。硅中介層需要大且昂貴的具有TSV的硅芯片以容納頂表面上的多個(gè)芯片。遺憾的是，由于需要硅中介片芯片尺寸來(lái)容納附著于硅中介片表面的多個(gè)裸片的占用面積，以及由于使用增加了制造成本和復(fù)雜性的TSV技術(shù)，硅中介片是昂貴的。

另一方面，用于2.5D封裝的細(xì)間距有機(jī)構(gòu)造中介板利用薄膜技術(shù)在常規(guī)有機(jī)層壓襯底的頂部上構(gòu)造細(xì)間距有機(jī)再分布層。雖然細(xì)間距有機(jī)再分布層為平臺(tái)提供了高布線密度以用于I/O再分配和裸片到裸片通信，但是與基于硅的內(nèi)插件解決方案相比，這種技術(shù)在細(xì)間距再分配層的數(shù)量和可實(shí)現(xiàn)的最小線間距方面受到限制。