專利名稱：整合熱電組件與芯片的封裝體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種整合熱電組件與芯片的封裝體，特別是涉及一種整合主動式熱電 組件與三維堆疊式芯片組的封裝裝置。
背景技術：
電子組件封裝制作工藝未來的趨勢將朝向高功率、高密度、低成本、與高精密度制 作工藝發(fā)展。例如，三維堆疊式集成電路(3D stacked IC)芯片的技術最關鍵的挑戰(zhàn)之一 就是熱的問題。在三維堆疊式芯片內(nèi)，形成局部高溫區(qū)域與熱點(hot spot)，造成溫度與 應力集中現(xiàn)象，并衍生熱應力問題，進而影響其產(chǎn)品可靠度，成為三維堆疊式芯片技術的瓶 頸。根據(jù)許多背景技術的研究顯示，芯片內(nèi)部熱點問題會造成IC的散熱組件散熱需 求大幅提升，使得散熱組件的熱阻值需要更為降低，造成嚴重的散熱問題。尤其是，在三維 堆疊式芯片中，由于芯片堆疊時發(fā)熱密度累積，所以單位面積所產(chǎn)生的熱量也加大，造成更 為嚴重的散熱問題。因此，如何在三維堆疊式芯片內(nèi)細微的尺度中將芯片產(chǎn)生的熱迅速導 出是很重要的議題。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括一芯片具 有貫穿其中的一對電性導孔；一導電組件設置于該芯片的一側上與該對電性導孔電性接 觸；一熱電組件設置于該芯片的另一側上，且對應于該導電組件；以及一載板設置于該熱 電組件上，其中該載板具有一布線，經(jīng)該熱電組件、該對電性導孔及該導電組件形成一熱電 流通路，將該芯片所產(chǎn)生的熱泵離。本發(fā)明另提供一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括一基板具有一導電組件 設置于基板上；一多層芯片的堆疊體于設置該基板上且該與導電組件電連接，該多層芯片 的堆疊體包括多層芯片堆疊，各芯片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰 芯片的電性導孔；一熱電組件設置于該多層芯片的堆疊體上，對應且電連接該電性導孔； 以及一熱端基板設置于該熱電組件上。本發(fā)明又提供一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括一基板；一多層芯片的 堆疊體于設置該基板之上，該多層芯片的堆疊體包括多層芯片堆疊，各芯片具有貫穿其中 的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔；一熱電組件設置于該多層芯片的 堆疊體與該基板之間，對應且電連接該電性導孔；以及一導電層設置于該多層芯片的堆疊 體的另一側上，連接兩電性導孔，并經(jīng)導電凸塊形成一熱電流通路。

本發(fā)明再提供一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括一基板；一多層芯片的 堆疊體于設置該基板之上，該多層芯片的堆疊體包括多層芯片堆疊，各芯片具有貫穿其中 的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔；一熱電組件包括多個第一型熱電 構件和多個第二型熱電構件，分別設置于該多層芯片的堆疊體的上、下側，對應且電連接該電性導孔；以及一熱端基板設置于該多層芯片的堆疊體之上；其中上述多個第一型熱電構件位于該熱端基板和該多層芯片的堆疊體之間，并由一導電層連接，以及其中上述多個第 二型熱電構件位于該基板和該多層芯片的堆疊體之間，并由一導電層連接。為使本發(fā)明能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下


圖IA和圖IB是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的整合熱電組件與芯片的封裝體的剖 面示意圖；以及圖2至圖9顯示根據(jù)本發(fā)明各實施例的整合熱電組件與芯片的封裝體200a-200g 的剖面示意圖。主要組件符號說明IOOaUOOb 整合熱電組件與芯片的封裝體；110 芯片；115 電性導孔；120 導電組件；125a、125b 導電凸塊；127 導電層；130 熱電組件；130a 第一型熱電構件；130b 第二型熱電構件；140 載板；145a、145b 布線；200a-200h 整合熱電組件與芯片的封裝體；210 多層芯片的堆疊體；212 半導體板；214 電性導孔；216 導電凸塊；218 導電凸塊；220 熱電組件；222 第一型熱電構件；
224 第二型熱電構件；226 導電層；228 導熱板；230 熱端基板；232 凹穴；240 基板；242 導電層；244 貫通導孔；246 焊接點；
330 熱端基板；320 額外的熱電組件；322 第一型熱電構件；324 第二型熱電構件；326 導電層；328 導電層；342 導電層；420 熱電組件；422 第一型熱電構件；424 第二型熱電構件；426、428 導電層。
具體實施例方式以下以各實施例詳細說明并伴隨著

的范例，做為本發(fā)明的參考依據(jù)。在 附圖或說明書描述中，相似或相同的部分皆使用相同的圖號。且在附圖中，實施例的形狀或 是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。再者，附圖中各組件的部分將以分別描述說明之， 值得注意的是，圖中未繪示或描述的組件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式， 另外，特定的實施例僅為揭示本發(fā)明使用的特定方式，其并非用以限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的主要特征及樣態(tài)，在一實施例中，提供一種整合主動式散熱結構與 三維堆疊式芯片的封裝結構，可通過貫穿芯片的導通孔及與各芯片之間的微凸塊結構作為 熱電組件的冷端電極，在操作時，將芯片內(nèi)部或局部所產(chǎn)生的熱通過熱電組件將熱泵離芯 片堆疊。在另一實施例中，所述熱電組件在操作狀態(tài)下會形成冷端與熱端，通過與熱電接腳 聯(lián)接的“電性導孔”、“微凸塊結構”以及“導電組件”形成冷端回路。圖IA和圖IB是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的整合熱電組件與芯片的封裝體的 剖面示意圖。請參閱圖1A，一整合熱電組件與芯片的封裝體100a，包括一芯片110，例如形 成集成電路組件的硅晶片，具有貫穿其中的一或多個電性導孔115，例如貫穿芯片的導通孔 (trough silicon via，簡稱TSV)。一導電組件120包括一對導電凸塊125a、125b分別對應 且電連接該電性導孔115。在一實施例中，該對導電凸塊125a、125b是由一導電層127連接 設置于該芯片110的一側上與電性導孔115電性接觸。一熱電組件130包括一第一型熱電 構件130a和一第二型熱電構件130b設置于該芯片110的另一側上，且對應于該導電組件 120。在一實施例中，該第一和第二型熱電構件130a、130b (例如分別為N-型半導體組件和 P-型半導體組件，或二者互換)分別地對應且電連接電性導孔115。一載板140例如一印 刷電路板設置于熱電組件130上，該載板140上具 有布線145a、145b，經(jīng)該熱電組件130、該 對電性導孔115及該導電組件120形成一熱電流通路(沿箭頭標示方向所示)，將該芯片所 產(chǎn)生的熱泵離。應了解的是，在操作時載板140做為熱端基板，應具有高導熱但電性絕緣的 特性。圖2至圖9顯示根據(jù)本發(fā)明各實施例的整合熱電組件與芯片的封裝體200a-200h 的剖面示意圖。在一些實施例中，利用貫穿芯片的導通孔和各芯片間的微凸塊構成電連接 結構，相互間以串聯(lián)或并聯(lián)的形式配置，以做為熱電組件的冷端電極，并將此冷端電極延展至芯片內(nèi)部降低堆疊芯片的高溫或將堆疊芯片內(nèi)發(fā)熱不均勻所造成的熱點(hot spot)消 除，如圖2至圖8所示。在其它實施例中，利用貫穿芯片的導通孔和各芯片間的微凸塊構成 電連接結構，將芯片所產(chǎn)生的熱由垂直方向直接泵出到下方封裝基板或上方散熱片，如圖2 至圖8。在其它實施例中，可以視三維堆疊式芯片的堆疊數(shù)、發(fā)熱量考量等實際應用需求，將 熱電組件彈性設計成單一晶片(one wafer)結構，如圖2_圖6所示，或者設計成雙層晶片 (two wafer)結構，如圖7、圖8所示的配置。請參閱圖2，其為一種整合熱電組件與芯片的封裝體200a，包括一基板240，例如 一印刷電路板?；?40刻包括導電層242 (例如布線)在其上，并供貫通導孔244與背面 的焊接點246電性接觸，進而連接外界電路。一導電組件包括多個導電凸塊218設置于基 板240上。一多層芯片的堆疊體210于設置該基板240上且該與導電組件電連接。該多層芯 片的堆疊體210包括多層半導體板212構成的芯片堆疊，各芯片具有貫穿其中的電性導孔 214 (例如TSV)，并通過導電凸塊216連接相鄰芯片的電性導孔214。一熱電組件220設置 于該多層芯片的堆疊體210上，對應且電連接該電性導孔214。例如，熱電組件220包括一 第一型熱電構件222 (例如N-型半導體組件)和一第二型熱電構件224 (例如P-型半導 體組件)，并由一導電層226構成一導電回路，做為熱電流通路，將該芯片所產(chǎn)生的熱泵離。 在一實施例中，一熱端基板230設置于該熱電組件220上。熱端基板230可以使用如Si、 A1A、AlN等的高導熱但電性絕緣的材料。

請參閱圖3，整合熱電組件與芯片的封裝體200b的結構實質上與圖2實施例的封 裝體200a相似，在此使用相同的標號表示相同的構件，為求簡明之故，并省略相同構造的 詳細敘述。不同之處在于，熱端基板330包括一凹穴232，熱電組件220設置于該凹穴232 中，并通過一導熱板228與該熱端基板接觸的凹入表面直接接觸。在一實施例中，導熱板 228可以使用如Si、A1203、AlN等的高導熱但電性絕緣的材料。在其它實施例中，請參閱圖 4，一導電層342設置于任意相鄰的芯片間，此導電層342連接兩導電凸塊216，并經(jīng)電性導 孔及該導電組件形成一熱電流回路，使該回路做為熱電組件的冷端電極回路，可將多層芯 片的堆疊體210內(nèi)局部的熱有效地導出。根據(jù)本發(fā)明實施例，熱電組件220不限設置于多層芯片的堆疊體210和熱端基板 230之間。例如在其它實施例中，可更包括一額外的熱電組件320包括一第一型熱電構件 322 (例如N-型半導體組件)和一第二型熱電構件324 (例如P-型半導體組件)，并由一導 電層326構成一導電回路，設置于該多層芯片的堆疊體210與基板240之間，如圖7所示的 整合熱電組件與芯片的封裝體200f所示。請參閱圖5，整合熱電組件與芯片的封裝體200d包括一基板240，例如一印刷電路 板。一多層芯片的堆疊體210于設置該基板240之上。多層芯片的堆疊體包括多層芯片堆 疊，各芯片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔。一熱電組 件220設置于該多層芯片的堆疊體210與基板240之間。熱電組件220包括一第一型熱電 構件222 (例如N-型半導體組件)和一第二型熱電構件224 (例如P-型半導體組件)，并由 一導電層226 (例如基板240上的布線)構成一導電回路。第一和第二型熱電構件222和 224對應且電連接電性導孔214。一導電層328設置于該多層芯片的堆疊體210的另一側 上，連接兩電性導孔214，并經(jīng)電性導孔及該導電組件形成一熱電流通路，使該熱電流通路做為熱電組件的冷端電極通路。在此實施例中，由于基板214本身可做為一熱端基板，因此 可省略先前實施例所述的熱端基板230，降低封裝體的厚度。再者，可選擇性地制作導電層 328于局部區(qū)域的電性導孔214間，使得熱電組件的冷端電極通路僅通過該多層芯片的堆 疊體210內(nèi)的局部區(qū)域，如圖6所示的封裝體200e所示。 應注意的是，以上圖3、圖4、圖6所揭露實施例的封裝體200b、200c、200e存在有 兩種電性回路，其一為熱電組件所使用的回路，另一為芯片本身電性所需的回路。
請參閱圖8，整合熱電組件與芯片的封裝體200g包括一基板240，例如一印刷電路 板。一多層芯片的堆疊體210于設置該基板之上，該多層芯片的堆疊體包括多層芯片堆疊， 各芯片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔。一熱電組件 420包括多個第一型熱電構件422和多個第二型熱電構件424，分別設置于該多層芯片的堆 疊體210的上、下側，對應且電連接該電性導孔214。一熱端基板230設置于該多層芯片的 堆疊體210之上。上述多個第一型熱電構件422位于熱端基板230和多層芯片的堆疊體 210之間，并由一導電層426連接，以及上述多個第二型熱電構件424位于基板240和多層 芯片的堆疊體210之間，并由一導電層428連接。熱端基板可以使用如Si、A1A、AlN等的 高導熱但電性絕緣的材料。應注意的是，在上述實施例中所述的整合熱電組件與芯 片的封裝體結構是利用熱 電組件的熱端基板的一面制作出熱電接腳電連接所需的電極，并在電極上成長或接合P型 及η型熱電接腳，而后將此結構對位并接合到三維堆疊式芯片，使熱電接腳與芯片導通孔 連接，而芯片內(nèi)的導通孔及芯片間的微凸塊連接作為熱電組件的冷端電極，則此冷端電極 可延展深入堆疊芯片內(nèi)部并利用導通孔與凸塊材料的高導熱性質，將芯片操作時所產(chǎn)生的 熱通過熱電組件將熱泵離芯片。再者，上述封裝體結構可以彈性使用單一晶片結構或兩層 以上晶片結構的搭配設計。有鑒于此，本發(fā)明各實施例所述的整合熱電組件與芯片的封裝 體結構是利用貫穿導孔及/或導電凸塊做為熱電冷端電極，并穿越多層芯片，以達到所欲 的散熱效能。應了解的是，在上述揭露的實施例中，“貫穿導孔”是必要的構件，而“導電凸 塊”是非必要的構件分別如圖IB和圖9所代表實施例的整合熱電組件與芯片的封裝體IOOb 和200h所示。再者，應注意的是，在上述揭露的實施例中，所有的或部分的電性導孔除了電性上 的功能外也兼具熱傳的功能。雖然，以上各種實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何所 屬技術領域中熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做些許的更動與潤飾，因 此本發(fā)明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括芯片，具有貫穿其中的一對電性導孔；導電組件，設置于該芯片的一側上，且與該對電性導孔電性接觸；熱電組件，設置于該芯片的另一側上，且對應于該導電組件；以及載板，設置于該熱電組件上，其中該載板具有一布線，經(jīng)該熱電組件、該對電性導孔及 該導電組件形成一熱電流通路，將該芯片所產(chǎn)生的熱泵離。
2.如權利要求1所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱電組件包括第一型熱 電構件和第二型熱電構件，分別對應且電連接該電性導孔。
3.如權利要求1所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該導電組件包括一對導電 凸塊分別對應且電連接該電性導孔，該對導電凸塊是由導電層連接。
4.如權利要求1所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該芯片為多層芯片的堆疊體。
5.如權利要求1所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該多層芯片的堆疊體的各 芯片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔。
6.如權利要求1所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該載板為一印刷電路板。
7.一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括基板，具有導電組件，設置于該基板上；多層芯片的堆疊體，設置于該基板上且該與導電組件電連接，該多層芯片的堆疊體包 括多層芯片堆疊，各芯片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性 導孔；熱電組件，設置于該多層芯片的堆疊體上，對應且電連接該電性導孔；以及熱端基板，設置于該熱電組件上。
8.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱電組件包括第一型熱 電構件和第二型熱電構件，分別對應且電連接該電性導孔。
9.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該導電組件包括一對導電 凸塊，分別對應且電連接該電性導孔，該對導電凸塊是由一導電層連接。
10.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該基板為印刷電路板。
11.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱端基板為高導熱但 電性絕緣的材料。
12.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱端基板包括硅、 A1203、或 A1N。
13.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱端基板包括凹穴，其 中熱電組件設置于該凹穴中，并通過導熱板與該熱端基板接觸。
14.如權利要求13所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，還包括導電層，設置于相鄰 的芯片間，該導電層連接兩導電凸塊，并經(jīng)電性導孔及該導電組件形成一熱電流通路。
15.如權利要求7所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，還包括額外的熱電組件，設置 于該多層芯片的堆疊體與該基板之間。
16.一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括基板；多層芯片的堆疊體，設置于該基板之上，該多層芯片的堆疊體包括多層芯片堆疊，各芯 片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔；熱電組件，設置于該多層芯片的堆疊體與該基板之間，對應且電連接該電性導孔；以及導電層，設置于該多層芯片的堆疊體的另一側上，連接兩電性導孔，并經(jīng)電性導孔及該 導電組件形成一熱電流通路。
17.如權利要求16所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱電組件包括第一型 熱電構件和第二型熱電構件，分別對應且電連接該電性導孔。
18.如權利要求16所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該基板為印刷電路板。
19.如權利要求16所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該基板為熱端基板。
20.一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括基板；多層芯片的堆疊體，設置于該基板之上，該多層芯片的堆疊體包括多層芯片堆疊，各芯 片具有貫穿其中的電性導孔，并通過導電凸塊連接相鄰芯片的電性導孔；熱電組件，包括多個第一型熱電構件和多個第二型熱電構件，分別設置于該多層芯片 的堆疊體的上、下側，對應且電連接該電性導孔；以及熱端基板，設置于該多層芯片的堆疊體之上；其中上述多個第一型熱電構件位于該熱端基板和該多層芯片的堆疊體之間，并由一導 電層連接，以及其中上述多個第二型熱電構件位于該基板和該多層芯片的堆疊體之間，并 由一導電層連接。
21.如權利要求20所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該基板為印刷電路板。
22.如權利要求20所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱端基板為高導熱但 電性絕緣的材料。
23.如權利要求20所述的整合熱電組件與芯片的封裝體，其中該熱端基板包括硅、 Al2O3、或 A1N。
全文摘要
本發(fā)明公開一種整合熱電組件與芯片的封裝體，包括一芯片具有貫穿其中的電性導孔，一導電組件設置于該芯片的一側上與該對電性導孔電性接觸，一熱電組件設置于該芯片的另一側上，且對應于該導電組件，一載板設置于該熱電組件上。該載板具有一布線，經(jīng)該熱電組件、該對電性導孔及該導電組件形成一熱電流通路，將該芯片所產(chǎn)生的熱泵離。
文檔編號H01L23/38GK102034805SQ20091017864
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權日2009年9月24日
發(fā)明者余致廣, 劉君愷, 譚瑞敏 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院