[发明专利]热耦合的层叠封装半导体封装

说明书

本发明公开了热耦合的层叠封装半导体封装。本公开涉及用于改善PoP半导体封装中的热量分布和热量移除效率的系统和方法。PoP半导体封装包含第一半导体封装，其物理地、可连通地并且传导地耦合到堆叠的第二半导体封装。包含至少一个导热构件的导热构件可以设置在第一半导体封装和第二半导体封装之间。导热构件可以包含：单个导热元件；多个导热元件；或包含至少一个导热元件的芯。导热元件导热地耦合到第一半导体封装的上表面和第二半导体封装的下表面，以促进热量从第一半导体封装传递到第二半导体封装。

技术领域

公开涉及半导体制作和层叠封装（package-on-package）半导体封装内的热能传递。

背景技术

层叠封装（PoP）是在其中许多球栅阵列（BGA）封装垂直布置的集成电路封装技术。PoP封装有利地减小了各个半导体封装所占据的板面积。PoP封装还使频繁互操作的部件之间的轨迹（track）长度最小化。使轨迹长度最小化提供更快速的信号传播、减小的噪声以及减小的信道串扰。在组装时，PoP封装允许在堆叠之前而不是在堆叠（例如，芯片堆叠）之后测试各个部件，从而减少返工，因为在PoP封装中仅使用已知的良好部件。

在典型的PoP集成电路中，存储器封装与诸如片上系统（SoC）的逻辑封装堆叠在一起。通常，堆叠的封装被堆叠，然后经由重整物理地和传导地耦合。由于大多数半导体封装在操作时产生热量，因此堆叠中的半导体封装产生的热量必须通过相对小的区域耗散。PoP封装内的减小的热量传递导致在堆叠内形成热点，并且最终导致PoP封装的过早故障。

附图说明

随着以下详细描述的进行，以及在参考附图时，所要求保护的主题的各种实施例的特征和优点将而变得明显，在所述附图中，同样的数字指定同样的部分，并且在其中：

图1是根据本文所描述的至少一个实施例的说明性层叠封装（PoP）半导体封装的横截面立视图，其中包含至少一个导热构件的插入中间层设置在第一半导体封装的上表面和第二半导体封装的下表面之间，使得导热构件将第一半导体封装导热地耦合到第二半导体封装；

图2A是根据本文所描述的至少一个实施例的说明性第二半导体封装的横截面立视图，所述说明性第二半导体封装包含导热地耦合的导热构件，其呈接近第二半导体封装的下表面上的导热构件设置的单个大的焊料凸块的形式；

图2B是根据本文所描述的至少一个实施例的说明性层叠封装（PoP）半导体封装的横截面立视图，其中回流图2A中描绘的至少一个焊料凸块提供或以其他方式形成将第一半导体封装导热地耦合到第二半导体封装的导热构件；

图3A是根据本文所描述的至少一个实施例的说明性第二半导体封装的横截面立视图，所述说明性第二半导体封装包含导热地耦合的导热构件，其呈各自接近第二半导体封装的下表面上的相应导热构件设置的多个焊料球、凸块、类似结构的形式；

图3B是根据本文所描述的至少一个实施例的说明性层叠封装（PoP）半导体封装的横截面立视图，其中图3A中描绘的第二半导体封装已经通过以下而导热地耦合到第一半导体封装：回流多个焊料球以提供将第一半导体封装与第二半导体封装150导热地耦合的导热构件中的相应的多个导热构件；

图4A是根据本文所描述的至少一个实施例的包括电介质芯的示例导热构件的横截面立视图，该电介质芯包含许多导热通孔，该导热通孔从芯的上表面穿透到芯的下表面并且将第一半导体封装导热地耦合到第二半导体封装；

图4B是根据本文所描述的至少一个实施例的包括电介质芯的示例导热构件的横截面立视图，该电介质芯包含许多导热通孔，该导热通孔在回流之后从芯的上表面穿透到芯的下表面并且其中导热通孔将第一半导体封装导热地耦合到第二半导体封装；