[发明专利]3D直通硅体系结构的集成微通道

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及微电子封装。具体来说，本发明的实施例涉及3D直通硅体系结构的除热。

背景技术

在微电子封装方面，正在不断努力生产更小且更快的电子器件。3D封装体系结构，包括堆叠管芯体系结构，可提供优于2D封装体系结构的几个优点(例如更小的尺寸和减小的互连距离)。

典型的2D封装体系结构可包括以倒装芯片方式连接到衬底的管芯，使得管芯的有源表面(包括器件和金属层)朝向衬底。然后可在管芯的暴露背面上提供冷却解决方案。冷却解决方案例如可包括热沉、集成放热器或风扇。

图1示出一种典型的3D封装100，包括衬底110、中央处理单元(CPU)管芯120、动态随机存取存储器(DRAM)管芯130、闪存管芯140和模拟管芯150。衬底110通常可包括印刷电路板或母板。为了使3D封装100工作，各组件的有源表面必须电连接到衬底110或者相邻组件的有源表面。为了互连这些有源表面，导电直通硅通路(TSV)160可贯穿这些组件。

例如，CPU管芯120可通过倒装芯片方式连接到衬底110，使得CPU管芯120的有源表面朝向衬底110。DRAM管芯130可采用凸点焊接连接到CPU管芯120，使得DRAM管芯130的有源表面朝向CPU管芯120的非有源表面。CPU管芯120的TSV然后可将DRAM管芯130的有源表面电连接到CPU管芯120的有源表面，或连接到衬底110。

通过类似的方式，可电互连各组件的有源表面。

附图说明

在附图的各图中通过实例而非限制方式示出了本发明，附图中相似参考标号表示相似单元，附图包括：

图1示出现有技术装置。

图2A-2B示出截面型侧视图，其中管芯附连到衬底，冷却解决方案附连到管芯，并且第二管芯附连到冷却解决方案。

图3A-3H示出用于形成具有微通道和通孔的冷却解决方案的方法。

具体实施方式

在各种实施例中，描述了与3D晶片或管芯封装体系结构相关的装置和方法。但是，实施各种实施例可以没有具体细节中的一个或多个，或者可以采用其它方法、材料或组件。在其它情况下，没有详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以免模糊了本发明各种实施例的各个方面。类似地，为了便于说明，阐述了具体数量、材料和配置，以便提供对本发明的透彻理解。然而，没有这些具体细节也可实施本发明。此外，要理解，附图所示的各种实施例是说明性的表示，并不一定按比例绘制。

为了生产更小且更快的电子器件，可增大半导体芯片(或管芯)的封装密度。用于增大封装密度的一种解决方案可包括3D封装体系结构、诸如芯片堆叠。在操作中，堆叠中的芯片的有源区或区域可能发热。为了增强芯片的性能、使用具有增强性能能力的芯片或者实现高功率封装，可去除产生的热量。典型的3D封装体系结构可能没有提供任何热量去除或热解决方案。

通常，在单个芯片封装中，可用背面冷却解决方案、诸如集成放热器或风扇来去除热量。但是，在堆叠芯片布置中，可能使用背面冷却解决方案是行不通的，因为某些芯片的背面可能由于空间限制或者由于与电连接布线不一致而没有暴露出来。简言之，本发明的实施例可提供用于包含用于芯片间电布线的通路的堆叠芯片的冷却解决方案。

图2A和图2B示出根据本发明可提供堆叠芯片除热的装置200的截面视图。图2B示出沿图2A的线段A-A’得到的视图。

装置200包括衬底210、管芯220、冷却解决方案230和管芯270。冷却解决方案230包括衬底240、通孔260和微通道250。管芯220可包括通孔225。

衬底210可包括用于安装管芯220的任何适当衬底。在各种实施例中，衬底210可包括印刷电路板(PCB)、母板或内插板。衬底210可包括导电迹线和导电焊盘或凸点，以便帮助安装管芯220。管芯220可通过任何适当的技术安装到衬底210。在一个实施例中，管芯220可通过焊料凸点、铜凸点、导电连接焊盘(landing pad)等以倒装芯片方式连接到衬底210，使得管芯220的有源表面朝向衬底210。在一个实施例中，通孔225可提供通过管芯220的电布线。在一个实施例中，通孔225可包含铜。