[发明专利]组装后平面化的微电子元件

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求专利申请号为12/842587、申请日为2010年7月23日的美国专利申请之利益，其公开的内容通过援引加入本文。

背景技术

本发明涉及微电子器件的封装，尤其是半导体器件的封装。本发明还涉及堆叠微电子封装及制造这种封装的方法，该堆叠微电子封装包括在晶圆级制造的堆叠微电子封装。 

微电子元件通常包括如硅或砷化镓等半导体材料的薄板，一般称为裸片或半导体芯片。半导体芯片一般设置为单独的、封装的单元。有源电路制备在半导体芯片的第一面（如正面）。为便于与有源电路的电连接，在芯片的同一面设置有结合垫。结合垫通常以规则阵列的形式设置，或者绕裸片的边缘，或者在裸片的中心，对于许多存储器件来说是在裸片的中心。结合垫通常由如铜或铝等的导电金属制成，大约为0.5微米厚。结合垫可包括单层或多层的金属。结合垫的大小随器件类型而变化，但典型地，在一侧的尺寸为几十微米至几百微米。 

在一些单元的设计中，半导体芯片安装至基板或芯片载体上，基板或芯片载体再安装至如印刷电路板等的电路板上。半导体芯片通常与基板封装在一起，以形成具有端子的微电子封装，所述端子与芯片触点电连接。然后所述封装可与检测设备连接，以确定封装器件是否符合所需的性能标准。检测过后，所述封装可与较大的电路，例如计算机或移动电话等电子产品的电路连接。 

为节省空间，在某些常规的设计中一个封装内堆叠复数个微电子芯片。这样允许该封装占用的基板上的表面积小于堆叠中各芯片的总的表面积。但是，常规堆叠封装具有结构复杂、成本高、厚度大及不易检测的缺点。 

在芯片的任一几何布置中，尺寸是重要的考虑因素。随着便携式电子装置的快速发展，芯片的更紧凑几何布置的需求变得更为强烈。仅以示例的方式说明，通常称为“智能手机”的装置，集成了移动电话及强大的数据处理器、存储器、如全球定位系统接收器、数码相机等的辅助器件等的功能，以及局域网连接，并伴有高分辨率的显示及相关的图像处理芯片。这种装置可提供如完整的互联网连接、包括高清视频等的娱乐、导航、电子银行及更多的性能，都设置在袖珍式的装置内。复杂的便携装置要求把大量芯片包装至狭小的空间内。此外，一些芯片具有许多输入和输出接口，一般称为“I/O口”。这些I/O口必须与其他芯片的I/O口互连。这种互连应尽量短且应具有低的阻抗，以使信号传输延迟最小化。形成这些互连的元器件不应大幅度增加组件的尺寸。类似需求也出现在其他应用中，例如，数据服务器，如在互联网搜索引擎中使用的数据服务器。例如，在复杂芯片之间设置大量短且阻抗低的互连的结构，可增加搜索引擎的频带宽度（bandwidth），并降低其能耗。 

尽管取得了上述进展，仍需对半导体器件与载体的封装及堆叠封装进行改进，使之更可靠、更薄、可检测，且制造成本经济。本发明的这些属性通过微电子封装的构造而获得，如下文所述。 

发明内容

根据本发明的一个方面，微电子单元包括载体结构，载体结构具有正面、远离正面的背面、及凹陷，所述凹陷具有在正面的开口及位于载体结构正面下方的内表面。载体结构可包括半导体材料或玻璃中的至少一种。微电子单元还可包括具有邻近内表面的底面、远离底面的顶面、及在顶面上的复数个触点的微电子元件。 

微电子单元还可包括与微电子元件的触点电连接的端子。端子可与载体结构电绝缘。微电子单元还可包括至少与微电子元件的顶面接触的介电区域。介电区域可具有与载体结构的正面共面，或高于载体结构的正面的平坦表面。端子可暴露在介电区域的表面，以与外部元件互连。 

在特定实施例中，端子可暴露在载体结构的正面。在一个实施例中，端子可延伸至载体结构正面的上方。在示例性的实施例中，微电子元件可具有在顶面与底面之间的至少一个边缘表面，至少一个端子在平坦表面横向上的位置，可位于微电子元件的边缘表面与载体结构界定凹陷的表面之间。 

在一个实施例中，端子可包括导电结合垫（conductive bond pads）。在示例性的实施例中，端子可包括扩展结合垫（extended bond pads）。扩展结合垫可与微电子元件的触点接触。在特定实施例中，载体结构可包括外部金属处理层（outer metal finish layer），使得载体结构适于起到散热器的作用。在一个实施例中，介电材料可覆盖载体结构的整个正面。