專利名稱：在疊置式管芯間的墊片上集成無(wú)源部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及器件封裝。
背景技術(shù)：
由半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生更高性能的處理器，從而需要增加邏輯器件和存儲(chǔ)器器件的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的速度。速度性能和功耗之間的平衡成為了一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)問(wèn)題。在功率傳送回路中，對(duì)于核心以及輸入/輸出(I/O)功率來(lái)說(shuō)，與管芯封裝和/或印刷電路板相關(guān)聯(lián)的寄生電感和電阻會(huì)導(dǎo)致器件可用電壓的下降，從而導(dǎo)致性能的劣化。
現(xiàn)有用于減少功率輸送回路中壓降的技術(shù)有諸多缺陷。解耦合電容器在需要時(shí)可被添加至封裝以存儲(chǔ)電荷并將其送入器件。然而，芯片級(jí)封裝(CSP)上的解耦合電容器增加了封裝的形狀因數(shù)，而這在諸如蜂窩電話的許多應(yīng)用中是不希望的。高值電容器的高度可能會(huì)高于多管芯疊置式CSP的總高度，所以就無(wú)法使用這類電容器?？稍谟糜诠β瘦斔偷碾妷赫{(diào)節(jié)器中和/或鎖相環(huán)(PLL)、帶隙濾波器或其他射頻(RF)組件中使用電感器以增加功率性能。使用電阻器來(lái)衰減由封裝電感和片上電容所引發(fā)的共振。在該封裝處放置這些組件會(huì)增加封裝形狀因數(shù)和互連寄生損失。


通過(guò)參考用于示出本發(fā)明實(shí)施例的隨后描述和附圖就能夠更好的理解本發(fā)明。在附圖中圖1是示出了在其中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管芯組件的圖示。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的墊片組件的圖示。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的薄膜電容器布置的圖示。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的薄膜電感器布置的圖示。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了將薄膜無(wú)源部件集成至管芯組件的過(guò)程的流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的薄膜電阻器布置的圖示。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是將無(wú)源部件集成入管芯組件的技術(shù)。電容器、電感器或電阻器被集成在疊置管芯內(nèi)的上部和下部管芯之間的墊片上。附連在電容器、電感器或電阻器上的導(dǎo)體把這些電容器、電感器或電阻器中的至少一個(gè)連接至上部和下部的管芯。
在隨后的描述中將闡明許多特定的細(xì)節(jié)。然而應(yīng)該理解無(wú)需這些特定細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他的實(shí)例中就不示出已知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)以避免淡化對(duì)本說(shuō)明書的理解。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例被描述作為常由流程圖、操作程序圖、結(jié)構(gòu)圖或框圖示出的過(guò)程。雖然流程圖可以描述作為連續(xù)過(guò)程的操作，但是許多操作是能夠被并行或同時(shí)執(zhí)行的。此外還可以重新安排操作的順序。過(guò)程在操作完成時(shí)結(jié)束。一個(gè)過(guò)程可以對(duì)應(yīng)于一種方法、程序、生產(chǎn)或制造方法等等。
圖1是示出了在其中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的管芯組件100的圖示。管芯組件100包括封裝襯底110、多個(gè)附連元件115、襯底粘合層120、襯底接合焊盤125、管芯1301至1303、墊片組件1401和1402、管芯接合焊盤145以及接合線150。
封裝襯底110是由諸如硅、陶瓷、環(huán)氧樹脂和雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)的材料制成的任何合適的襯底。襯底110還可以是印刷電路板(PCB)。襯底110具有多個(gè)襯底接合焊盤125以提供與管芯的互連。多個(gè)管芯1301至130N形成一個(gè)疊置體并且包括一個(gè)疊置在另一個(gè)頂上的多個(gè)管芯。出于示例性的目的示出了三個(gè)相疊置的管芯1301、1302和1303。每個(gè)管芯可以是集成電路(IC)或芯片。疊置的管芯量數(shù)目取決于期望的高度，可以是任何合適的奇數(shù)或偶數(shù)。例如，管芯數(shù)目可以是4、5、6或10。附連元件115是將管芯組件100附連其他封裝元件(諸如PCB、另一個(gè)封裝襯底等等)的互連元件。在一個(gè)實(shí)施例中，附屬元件可以是球柵陣列(BGA)球。
每個(gè)管芯都具有提供接觸用于互連的多個(gè)接合焊盤145。每個(gè)管芯上的接合焊盤數(shù)可以變化。當(dāng)沒(méi)有恰當(dāng)放置接合焊盤時(shí)，可形成重新分配層(未示出)來(lái)重新分配互連圖案。接合線150將來(lái)自管芯的接合焊盤145連接至襯底110上的接合焊盤125。
墊片組件1401至140K用于分隔疊置的管芯并且包括諸如電容器、電感器或電阻器的無(wú)源部件以提供諸如解耦合、濾波、阻尼共振和/或電壓調(diào)節(jié)的各類功能。出于示例性的目的示出了兩個(gè)墊片組件1401和1402。墊片組件被放置在兩個(gè)疊置管芯之間并形成一個(gè)組。在每個(gè)組中，根據(jù)該管芯相對(duì)于墊片組件的位置定義下部管芯和上部管芯。一個(gè)管芯對(duì)于一組可以作為上部管芯而對(duì)于下一組可作為下部管芯。例如，墊片組件1401放置在管芯1301和1302之間。管芯1301可被稱為下部管芯并且管芯1302可被稱為上部管芯。墊片組件1402放置在管芯1302和1303之間。在該組中管芯1302可被稱為下部管芯而管芯1303可被稱為上部管芯。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的墊片組件140的圖示。墊片組件140代表了在圖1所示管芯組件中K個(gè)墊片組件1401和140K中的任何一個(gè)。墊片組件140包括上部粘合層210、墊片220、薄膜電容器、電感器或電阻器230、導(dǎo)體240和下部粘合層250。
上部粘合層210是填充有導(dǎo)電導(dǎo)熱粘合材料層。它用于將墊片220附連上部管芯(例如圖1所示的管芯1303)，墊片220是用于提升尺寸相同或類似并一個(gè)疊置在另一個(gè)之上的管芯的元件，使得在下部管芯上的接合焊盤不被覆蓋。它為圖1所示的接合線150提供了間隙。墊片220可由各種材料制成，包括硅、聚合物膜或混有過(guò)濾微粒的聚合物。
薄膜電容器、電感器或電阻器230可以在墊片上制造以提供各種解耦合、濾波、共振衰減和電壓調(diào)節(jié)功能。薄膜電容器、電感器或電阻器還可以在同一墊片上任意組合制造。薄膜電容器可用于解耦合和其他濾波功能。與墊片220集成的電容器比在管芯外部封裝上的電容器提供更優(yōu)良的性能，因?yàn)楸∧る娙萜骱凸苄局g的阻抗非常的小。與墊片220集成的薄膜電感器對(duì)射頻(RF)應(yīng)用(例如，無(wú)線通信)和功率輸送應(yīng)用很有用。與墊片220集成的薄膜電阻器可用于降低來(lái)自封裝電感和管芯上電容的共振。該電阻器的典型范圍依據(jù)具體應(yīng)用在0.2Ω到2Ω之間。
導(dǎo)體240提供電容器/電感器/電阻器230與下部管芯之間的傳導(dǎo)。導(dǎo)體240可以是諸如跡線、導(dǎo)線等等的任何導(dǎo)電路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體240包括附連于電容器/電感器/電阻器230與下部管芯的多個(gè)突起。
下部粘合層250是填充粘合材料層。它用于將墊片220和薄膜電容器/電感器230附連于下部管芯(例如圖1所示的管芯1302)。
可以使用任何合適的方法制造薄膜電容器/電感器/電阻器230以實(shí)現(xiàn)高性能和高可靠性。例如，可制造帶有高品質(zhì)因數(shù)(Q)和高擊穿電壓(例如，至少50伏特)平行板結(jié)構(gòu)的電容器。
將薄膜電容器/電感器/電阻器230集成至墊片220具有諸多優(yōu)點(diǎn)。第一，有了集成的薄膜電容器就無(wú)需在管芯組件外部封裝上的解耦合電容器。這有助于降低封裝形狀因數(shù)。雖然由于導(dǎo)體240會(huì)小幅增加帶有墊片的多管芯疊置CSP的總高度，但由于薄膜很薄僅有幾百埃的數(shù)量級(jí)，所以這一高度增加不明顯。第二，集成的薄膜電容器的阻抗要比封裝上電容器低的多。第三，由于集成，就可以大大降低封裝成本。第四，集成的薄膜電感器在用于功率輸送回路時(shí)提供了響應(yīng)于快速瞬態(tài)現(xiàn)象的有力電壓調(diào)節(jié)。功率輸送的品質(zhì)很高是因?yàn)榛ミB的寄生損失很小。第五，集成的薄膜電感器在射頻(RF)或鎖相環(huán)(PLL)濾波應(yīng)用中提供了很小的形狀因數(shù)和較高的集成度。共振是核心與輸入/輸出(I/O)功率輸送中一個(gè)重要的問(wèn)題。集成的薄膜電阻器通過(guò)衰減共振降低了共振噪聲。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出的薄膜電容器230布置的圖示。薄膜電容器230包括電介質(zhì)310、底部電極320、頂部電極330、架空橋(air bridges)340和導(dǎo)體焊盤350。應(yīng)該注意到這一布置僅是一個(gè)實(shí)例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，對(duì)薄膜或超薄膜和片上電容器也可以使用任何其他適用的布置和設(shè)計(jì)方法。
電介質(zhì)310是在高頻(例如，大于1GHz)時(shí)具有較低損耗因數(shù)的任何電介質(zhì)材料。合適的電介質(zhì)材料的實(shí)例包括氮化硅和聚酰亞胺。電介質(zhì)310的厚度通常大大小于在相同墊片組件內(nèi)的相關(guān)墊片厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)310的厚度在50埃到200埃之間。
底部和頂部電極320和330是大小與電介質(zhì)310可比的任何導(dǎo)體。架空橋340可用于將頂部電極330連接至落在導(dǎo)體焊盤350內(nèi)的一個(gè)焊盤。導(dǎo)體焊盤350是用于附連至導(dǎo)體240(如圖2所示)的連接點(diǎn)。
當(dāng)單獨(dú)制造薄膜電容器230時(shí)，它通常具有類似于在同一墊片組件中相關(guān)墊片的大小。電容器230的電容至少為100nF。作為一個(gè)實(shí)例，假設(shè)墊片的大小為5mm×5mm，并且電介質(zhì)310是厚度為100埃的氮化硅，則所得的電容約為160nF。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出的薄膜電感器230布置的圖示。薄膜電感器230包括導(dǎo)體410。應(yīng)該注意到這一布置僅是一個(gè)實(shí)例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，對(duì)薄膜或超薄膜和片上電感器也可以使用任何其他的布置和設(shè)計(jì)方法。
導(dǎo)體410具有多轉(zhuǎn)向的幾何結(jié)構(gòu)。典型的幾何結(jié)構(gòu)是螺旋矩形。假設(shè)面積為300μm×300μm并帶有約3-16個(gè)轉(zhuǎn)向的硅電感器，在不使用任何磁性材料的情況下所得的電感范圍是3nH到10nH。在晶片級(jí)工藝中帶有5-10GHz共振頻率范圍的品質(zhì)因數(shù)(Q)范圍在10到20之間。
導(dǎo)體410可由串聯(lián)的多層或多個(gè)螺旋圖案構(gòu)成。此外，螺旋圖案可以是圖4所示的矩形，或圓形。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出的薄膜電阻器230布置的圖示。薄膜電阻器230包括本領(lǐng)域內(nèi)已知的多晶硅或擴(kuò)散電阻器。應(yīng)該注意到電阻器的幾何形狀僅是一個(gè)實(shí)例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，對(duì)薄膜或超薄膜電阻器也可以使用任何其他適用的布置和設(shè)計(jì)方法。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例將薄膜無(wú)源部件集成入管芯組件的過(guò)程500的流程圖。
一開始，過(guò)程500對(duì)封裝襯底加以粘合(框510)。隨后，過(guò)程500將下部管芯附至封裝襯底(框520)。接下來(lái)，過(guò)程500對(duì)下部管芯加以粘合(框530)。隨后，過(guò)程500制造具有薄膜電容器/電感器/電阻器的墊片組件并將該墊片組件附至下部管芯(框540)。墊片組件可在分開的工藝中制造并可包括諸如突起的導(dǎo)體。
接下來(lái)，過(guò)程500對(duì)墊片組件加以上部粘合(框550)。隨后，過(guò)程500將上部管芯附連至墊片組件(框560)，并在隨后結(jié)束。應(yīng)該注意到過(guò)程500可以按照需要重復(fù)增加更多的疊置管芯。
雖然本發(fā)明的描述結(jié)合了特定的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解本發(fā)明不限于在此描述的實(shí)施例，并且可以進(jìn)行修改和變化而不背離本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該認(rèn)為說(shuō)明書的描述是示意性而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在疊置管芯內(nèi)的上部和下部管芯之間的墊片上集成一電容器；以及附加導(dǎo)體以將所述電容器電氣連接至所述上部和下部管芯中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述墊片和所述上部管芯之間以及在所述墊片和所述下部管芯之間填充粘合劑。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，集成包括集成作為帶有介電材料的薄膜電容器的電容器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，集成包括集成厚度大致小于所述墊片的厚度的電容器。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，集成包括集成厚度在50埃到200埃之間的電容器。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，集成包括集成具有至少為100nF的電容的電容器。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，附加所述導(dǎo)體包括附加突起以將所述電容器電氣連接至所述上部和下部管芯中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述下部管芯和封裝襯底之間填充粘合劑。
9.一種墊片組件，包括集成在疊置管芯內(nèi)的上部和下部管芯之間的墊片上的電容器；以及附加到所述電容器以將所述電容器連接至所述上部和下部管芯中至少一個(gè)的導(dǎo)體。
10.如權(quán)利要求9所述的墊片組件，其特征在于，還包括在所述墊片和所述上部管芯之間以及在所述墊片和所述下部管芯之間填充的粘合劑層。
11.如權(quán)利要求9所述的墊片組件，其特征在于，所述電容器是帶有介電材料的薄膜電容器。
12.如權(quán)利要求9所述的墊片組件，其特征在于，所述電容器厚度大致小于所述墊片的厚度。
13.如權(quán)利要求12所述的墊片組件，其特征在于，所述電容器厚度在50埃到200埃之間。
14.如權(quán)利要求9所述的墊片組件，其特征在于，所述電容器具有至少為100nF的電容。
15.如權(quán)利要求9所述的墊片組件，其特征在于，所述導(dǎo)體包括附加至所述電容器的突起，以將所述電容器電氣連接至所述上部和下部管芯中的至少一個(gè)。
16.如權(quán)利要求9所述的墊片組件，其特征在于，通過(guò)在所述下部管芯和封裝襯底之間的粘合劑而將所述下部管芯附至所述封裝襯底。
17.一種管芯組件，包括封裝襯底；在所述封裝襯底上并至少具有上部管芯和下部管芯的多個(gè)疊置管芯；以及在所述上部和下部管芯之間的至少一個(gè)墊片組件，所述墊片組件包括集成在所述上部和下部管芯之間墊片上的電容器，以及附加到所述電容器以將所述電容器電氣連接至所述上部和下部管芯中至少一個(gè)的導(dǎo)體。
18.如權(quán)利要求17所述的管芯組件，其特征在于，所述墊片組件還包括在所述墊片和所述上部管芯之間以及在所述墊片和所述下部管芯之間填充的粘合劑層。
19.如權(quán)利要求17所述的管芯組件，其特征在于，所述電容器是帶有介電材料的薄膜電容器。
20.如權(quán)利要求17所述的管芯組件，其特征在于，所述電容器厚度大致小于所述墊片的厚度。
21.如權(quán)利要求20所述的管芯組件，其特征在于，所述電容器厚度在50埃到200埃之間。
22.如權(quán)利要求17所述的管芯組件，其特征在于，所述電容器具有至少為100nF的電容。
23.如權(quán)利要求17所述的管芯組件，其特征在于，所述導(dǎo)體包括附加到所述電容器以將所述電容器電氣連接至所述上部和下部管芯中至少一個(gè)的突起。
24.如權(quán)利要求17所述的管芯組件，其特征在于，通過(guò)在所述下部管芯和封裝襯底之間的粘合劑而將所述下部管芯附至所述封裝襯底。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種將無(wú)源組件集成入管芯組件的技術(shù)。電容器、電感器或電阻器是集成在疊置管芯內(nèi)的上部和下部管芯之間的墊片上。將導(dǎo)體附連至電容器、電感器或電阻器，從而將電容器、電感器或電阻器電氣連接至上部和下部管芯的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)H01L23/66GK1890800SQ200480036862
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者J·康, K·拉達(dá)克里西南, S·奇卡蒙納哈理 申請(qǐng)人:英特爾公司