專利名稱：集成電路封裝以及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于制造電路的裝置和方法，并且更特別地涉及用于封裝集成電路的裝置和方法。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)芯片通常被結(jié)合到封裝中。這種封裝例如提供物理的和環(huán)境的保護(hù)以及熱消散。而且，封裝的芯片典型地提供電引線以允許與另外的部件相集成。已經(jīng)開發(fā)出幾種IC封裝技術(shù)。一種這樣的技術(shù)例如在2006年7月27日提交的并于2007年2月I日公布為US2007/0025092A1的、順序號(hào)為11/494，259的、Lee等人的美國專利申請(qǐng)“Embedded Actives and Discrete Passives in a Cavity Within Build-upLayers”中被描述，該申請(qǐng)的內(nèi)容由此被全部結(jié)合以作參考。Lee等人尤其公開了所謂的芯片最后嵌入(chip-last)方法。與芯片首先嵌入或芯片中間嵌入工藝形成對(duì)比，芯片最后嵌入方法是在完成所有建立層(build-up layer)工藝之后嵌入給定的芯片。該方法的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在是眾所周知的，然而，芯片最后嵌入的封裝不被認(rèn)為適合于所有芯片類型。例如，對(duì)于具有后側(cè)觸點(diǎn)(back-side contact)的1C，以及對(duì)于其操作參數(shù)需要更高散熱量的那些芯片，例如功率芯片和高性能邏輯芯片。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施中，為了提供適合于各種各樣的芯片類型(包括功率芯片、具有后側(cè)觸點(diǎn)的芯片、以及高性能邏輯芯片)的封裝模塊，一種集成電路封裝方法包括:由限定電路互連的連續(xù)的建立層制造封裝模塊；在所述封裝模塊的頂側(cè)上形成腔；將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層上，所述芯片具有帶有至少一個(gè)前部觸點(diǎn)的前側(cè)；將所述芯片布置在所述腔中，使得前部觸點(diǎn)的組被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的一個(gè)或多個(gè)；以及將附著到所述芯片的所述金屬層耦合到所述封裝模塊上。類似地，在另一實(shí)施中，一種集成電路封裝包括具有在其中形成的腔的封裝模塊。所述封裝模塊可以被形成為來自限定頂側(cè)、底側(cè)以及二者之間的電路互連的連續(xù)建立層的疊層。在芯片最后嵌入方法之后，所述腔可以被形成在所述封裝模塊的頂側(cè)上。典型地，所述腔的形成暴露所述電路互連中的一個(gè)或多個(gè)，例如在所述腔的底部。芯片具有帶有前部觸點(diǎn)的組的前側(cè)以及附著到金屬層的金屬化后側(cè)，使得所述金屬層覆蓋所述芯片的后側(cè)的至少一部分，以及所述封裝模塊的頂側(cè)可以被布置在所述腔中，使得前部觸點(diǎn)的所述組被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的一個(gè)或多個(gè)。所述芯片被布置在所述腔中，使得前部觸點(diǎn)的所述組被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的一個(gè)或多個(gè)，并且所述金屬層覆蓋所述封裝模塊的頂側(cè)的至少一部分。在上面的實(shí)施中可以包括或者組合下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層上可以利用高溫工藝來完成。將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層上可以利用擴(kuò)散焊接工藝來完成。金屬層可以是金屬箔層。芯片的后側(cè)可以是低歐姆觸點(diǎn)。電流可以在低歐姆觸點(diǎn)和芯片的前部觸點(diǎn)的組之間垂直地流動(dòng)。芯片可以是功率電子芯片。低歐姆觸點(diǎn)可以例如通過與金屬層的電連接被電連接到在封裝模塊中形成的一個(gè)或多個(gè)通路(via)。芯片可以是高性能邏輯芯片。金屬層可以具有促進(jìn)熱擴(kuò)散的導(dǎo)熱特性。金屬層可以被附著到熱沉。芯片可以包括直通硅通路。金屬層的全部或者部分可以通過隔離中間層被耦合到芯片的后側(cè)和封裝模塊的頂側(cè)。芯片可以被安裝成反向安裝配置。反向安裝配置是其中芯片的金屬化后側(cè)面朝印刷電路板并且芯片的前側(cè)背朝印刷電路板。


為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的上面的和其他的優(yōu)點(diǎn)和特征，將參照在附圖中示出的其特定實(shí)施例來提供本發(fā)明的更詳細(xì)的描述。認(rèn)識(shí)到的是，這些附圖僅僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。將通過使用附圖、利用附加的特殊性和細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明，其中:圖1-3從剖面圖示出用于制造示例性封裝模塊的示例性工藝流程；圖4示出帶有具有后側(cè)觸點(diǎn)的芯片的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖5示出具有頂層的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖6示出具有熱沉和/或金屬箔層的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖7-9示出具有頂側(cè)封裝觸點(diǎn)的如圖4-6中的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖10-12示出具有頂側(cè)墊(pad)和/或隔離中間層的如圖4-6中的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖13示出具有多個(gè)芯片的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖14示出具有隔離的熱擴(kuò)散層的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖15示出帶有具有直通硅通路的芯片的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖16和17示出具有在電鍍的、濺射的、或結(jié)構(gòu)化金屬上的納米金屬或焊料以及其上可選的隔離熱沉和/或金屬箔層的后側(cè)的示例性集成電路封裝的剖面圖；圖18-21從剖面圖示出用于制造示例性封裝模塊的另一示例性工藝流程；圖22示出處于反向安裝配置的示例性集成電路封裝的剖面圖；以及圖23-26示出處于反向安裝配置的示例性集成電路封裝的剖面圖的各種另外的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖，其中相同的結(jié)構(gòu)將具有相同的附圖標(biāo)記。不用說，附圖是本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖示的和示意性的表示，并且不限制本發(fā)明，它們也不一定是按比例繪制的。圖1-3從剖面圖示出用于制造示例性封裝模塊10的示例性工藝流程。用于集成電路封裝的所述示例性工藝流程或方法可以被如下實(shí)施。在圖1中，封裝模塊2可以開始由限定頂側(cè)3、底側(cè)I和電路互連4的連續(xù)建立層(疊層)形成。這種電路互連4可以是以下面關(guān)于通路5描述的方式形成的通路，和/或包括例如嵌入式無源部件(例如電路布線、電容器、電阻器、和/或電感器)。例如，它可以包括例如由結(jié)構(gòu)化金屬形成的分層布線(routing)8。電路互連4可以使用標(biāo)準(zhǔn)高密度互連技術(shù)來制成，并且可以具有在封裝模塊2的底側(cè)I上提供的與其電耦合的底側(cè)墊6。此外，除了傳統(tǒng)分層技術(shù)，建立分層工藝還可以包括在超薄型芯上沉積薄膜。通路5還可以通過例如機(jī)械數(shù)字控制(NC)鉆孔、激光鉆孔、形成連續(xù)建立層、或者通過本領(lǐng)域已知的其他手段來形成在封裝模塊2中。在形成通路孔之后，通路5可以通過例如無電極電鍍或者電解電鍍來金屬化。焊球12可被提供成與通路5和/或電路互連4電連接，從而在集成電路封裝10的封裝模塊2的底側(cè)I上提供接觸端，以用于連接例如到印刷電路(PC)板。在圖2中，針對(duì)封裝模塊2的形成來添加另外的連續(xù)建立層。該工藝導(dǎo)致將無源部件嵌入到封裝模塊2中。以這種方式，所述封裝的所有層可以包含用于例如信號(hào)、功率和接地的布線的結(jié)構(gòu)化金屬。在圖3中，在封裝模塊2的頂側(cè)3上形成腔14。除其他技術(shù)外，激光鉆孔也可以被用來形成腔14。一旦形成腔14，則連接墊(如果不是已經(jīng)存在的話)可以通過常規(guī)方法被添加到在腔14中暴露的電路互連4。正如下面參照?qǐng)D4討論的那樣，腔14應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地被形成為使得芯片16能夠被布置在腔14中。圖4示出帶有具有后側(cè)觸點(diǎn)的芯片16的示例性集成電路封裝40的剖面圖。這種芯片包括例如IGBT，通過所述IGBT，電流從芯片的后側(cè)觸點(diǎn)垂直地(即從后側(cè)通過硅襯底到前側(cè))流到其前側(cè)。具有前部觸點(diǎn)7的組并且取決于芯片的類型而在后側(cè)18上具有后側(cè)觸點(diǎn)20的芯片16被布置到腔14中，使得前部觸點(diǎn)7被電連接到封裝模塊2的電路互連4中的一個(gè)或多個(gè)。芯片16的后側(cè)18通常在晶片處理期間被金屬化。因此，如在此所述的在封裝期間對(duì)芯片的進(jìn)一步處理被理解為不同的工藝和不同的所得到的層。芯片16的前部觸點(diǎn)7可以在芯片的正常制造工藝期間形成，并且可以通過電路互連4被電連接到封裝模塊2的底側(cè)I。芯片16和封裝模塊2之間的間隙(如果存在的話)可以例如利用填充材料22來填充。填充材料22還可以被用作未充滿填充材料(未示出)，從而嵌入芯片。其他配置可以包括，芯片16是高性能邏輯芯片。這種高性能邏輯芯片可以包括例如Intel Core 、AMD Phenom II 或IBM Z196 。另一配置可以包括，芯片16是薄化的芯片。圖5示出具有頂層的示例性集成電路封裝50的剖面圖。例如通過電鍍(正如例如在疊層材料的表面處理形成封裝模塊2之后)到如上面相對(duì)于集成電路封裝10 (圖1-3)所討論的封裝模塊2的頂側(cè)3的至少一部分和芯片16的后側(cè)18的至少一部分上來提供頂層24。可替換地，頂層可以是濺射的金屬、在濺射之后電鍍的、通過施加臟等離子而形成的金屬層、或者在芯片和/或封裝模塊2的頂側(cè)3的一些或全部上方噴射的油墨。典型地，頂層24可以被耦合到芯片16的后側(cè)18，并且覆蓋芯片16和封裝模塊2的頂側(cè)的至少一部分。有利的是，頂層24可以是金屬層，舉例來說，例如銅或者結(jié)構(gòu)化金屬。取決于所使用的芯片的應(yīng)用和類型，芯片16和頂層24之間的耦合可以與芯片16的后側(cè)18建立熱的和/或電的連接。在其中頂層24與芯片16的后側(cè)18之間建立電連接的實(shí)施中，頂層24可以有利地被定位成與一個(gè)或多個(gè)通路5電接觸，從而建立從芯片16的后側(cè)18到封裝模塊2的底側(cè)I的電連接。特別是，對(duì)于具有后側(cè)觸點(diǎn)20的芯片，在觸點(diǎn)20和底側(cè)I之間的電連接因
此被建立。在使用中，集成電路封裝50可以通過例如PC板(未示出)被連接到外部電路。通過在封裝模塊2的底側(cè)I處建立的電連接而提供給芯片16的電流通過電路互連4流到芯片16的前部觸點(diǎn)，并通過通路5流到后側(cè)觸點(diǎn)20。例如，芯片16可以是所謂的“功率芯片”或者具有低歐姆后側(cè)觸點(diǎn)的功率電子芯片。這種芯片可以利用垂直地流過芯片(例如在后側(cè)18朝向前部觸點(diǎn)7之間)的電流來進(jìn)行操作。在這種情況下，后側(cè)觸點(diǎn)20典型地是低歐姆觸點(diǎn)，其可以在芯片16的制造期間或者之后被形成在芯片16上。在這種情況下，當(dāng)以圖5的電路封裝50的配置來使用時(shí)，在低歐姆后側(cè)觸點(diǎn)20和通路5之間的電接觸允許上面在圖1-3中所描述的基本集成電路封裝10通過添加導(dǎo)電頂層24而與具有低歐姆后側(cè)觸點(diǎn)的功率芯片一起運(yùn)行。除了向集成電路封裝50中的后側(cè)電連接提供入口外，當(dāng)與具有較低電流處理能力或電流要求的芯片相比時(shí)，在高性能應(yīng)用中使用功率芯片也可能生成附加熱。由于除了其傳導(dǎo)電流的能力之外還為了擴(kuò)散熱而選擇的材料的特性，頂層24中所使用的材料的仔細(xì)的選擇可以有幫助。因此，諸如銅、銅合金、銀、鎳、以及具有高的熱和/或電導(dǎo)率的類似材料特別適合用作頂層24。當(dāng)以這種方式用于消散熱時(shí)，芯片16和頂層24之間良好的熱耦合是所期望的。通過最大化頂層24的表面積、以及例如暴露于周圍空氣的該面積的百分t匕，和/或通過增加頂層24的厚度以增加熱質(zhì)量和/或確保通過傳導(dǎo)而遍及頂層24的高效熱擴(kuò)散，可以獲得進(jìn)一步的熱消散效率。在芯片16的操作期間生成的熱沒有被集成電路封裝50充分地消散的情況下，可以添加附加熱結(jié)構(gòu)而不影響頂層24用作到后側(cè)觸點(diǎn)(例如芯片16的后側(cè)觸點(diǎn)20)的電連接的能力。因此，并且正如下面參照例如圖6所描述的那樣，頂層24可以被配置成充當(dāng)電連接器和熱擴(kuò)散器這二者，從而產(chǎn)生電路封裝60，其除了集成電路封裝50的電特性之外還具有優(yōu)秀的熱特性。盡管一些芯片(例如高性能邏輯芯片)可能不具有低歐姆后側(cè)觸點(diǎn)20，但是這種高性能邏輯芯片可能(類似于功率芯片)生成超過由該芯片或者由其封裝所容易地消散的高溫的高溫。在這種情況下，可以從提供良好熱擴(kuò)散特性的材料(例如銅)中選擇頂層24。因此，頂層24可以由促進(jìn)上述功能的任何材料、特別是特定芯片16可能需要的具有高的電和/或熱傳導(dǎo)特性的材料制成。因此，無論是否需要到芯片的后側(cè)的電接觸，本封裝配置向能夠容納具有各種各樣的設(shè)計(jì)要求的芯片的封裝提供與芯片最后嵌入方法一致的結(jié)構(gòu)和方法。如果頂層24由金屬構(gòu)成，則它可以例如利用任何合適類型的電鍍金屬、濺射金屬、結(jié)構(gòu)化金屬、金屬箔或者它們的組合來實(shí)施，而且，例如在金屬箔的情況下，可以例如通過將頂層24粘合或者焊接到芯片16而被附著，以及例如通過粘合劑被附著到封裝模塊2的頂側(cè)。也可以使用其他施加方法，例如用納米膏、通過利用臟等離子的沉積、或者通過濺射或焊料。取決于配置，上述中的一個(gè)或多個(gè)可以被組合使用，例如考慮到材料的相互之間的親和力。臟等離子被稱為具有載氣的等離子，所述載氣具有懸浮在其中的顆粒大小的金屬粉末。在芯片16已被放置在封裝模塊2內(nèi)之后形成具有足夠的材料厚度和最少的附加處理的層以獲得頂層24中，該方法特別有利。如果頂層24被粘合，則可能期望的是，膠粘劑擁有高的電和/或熱傳導(dǎo)特性以便促進(jìn)如前所述的與頂層24的電和/或熱連接性的優(yōu)點(diǎn)。這種膠粘劑的實(shí)例包括例如Tanaka TS-333 以及；Lord MT-815 。相反，在期望隔離(熱和/或電)的情況下，為了該目的而將選擇不同的材料。在其中頂層24可能利用焊料被附著的其他配置中，焊接可能包括易熔焊接。另一配置可能包括作為頂層24的納米金屬。在這種配置中，金屬本身可能自然地作為其施加的一部分而被粘附為芯片16的后側(cè)18上的頂層24，并且被粘附到封裝模塊2的頂側(cè)。通路5可以終止于焊球12，焊球12又可以被用來連接到外部電路，舉例來說，例如印刷電路板。這允許低歐姆后側(cè)觸點(diǎn)20被連接到封裝模塊2的底側(cè)I并從其連接到封裝40外部的電路。另外的通路5會(huì)是有益的，例如在需要接地觸點(diǎn)的邏輯芯片中，或者為了射頻(RF)屏蔽的目的。類似地，通路5會(huì)是有益的，例如在接地功率芯片中。為了平衡在例如高性能芯片中的電負(fù)載，多個(gè)通路5可以被連接到頂層24以分裂跨過多個(gè)通路5的電流。在另一應(yīng)用中，通路5在被連接到如所述的低歐姆后側(cè)觸點(diǎn)34時(shí)，可以充當(dāng)反饋回路的一部分。如上所述，頂層24可以用作熱擴(kuò)散器，以代替封裝模塊2的后側(cè)觸點(diǎn)20和底側(cè)I之間的電連接的一部分或者作為對(duì)其的添加。當(dāng)頂層24的表面積典型地超過芯片16的后側(cè)18的面積時(shí)，通過頂層24中的熱擴(kuò)散，來自芯片16的熱消散的顯著增加將發(fā)生，這取決于所使用的材料及其配置(例如厚度)。然而，在需要附加熱消散的情況下，可以提供附加熱結(jié)構(gòu)。圖6示出具有熱沉和/或金屬箔層26的示例性集成電路封裝60的剖面圖。如所示，頂層24可以被直接地附著到熱沉和/或金屬箔層26從而提供與其的熱接觸。熱沉和/或金屬箔層26可以被附著，例如機(jī)械地或者利用納米膏、膠粘劑、臟等離子(例如與電鍍和焊料相組合)、或焊料(例如在濺射和電鍍了 5μπι的銅之后)、熱化合物或者易熔焊接而被粘附到頂層24。在其中26用作熱沉的實(shí)例中，它可以被設(shè)計(jì)成例如具有直鰭或針鰭，并由銅或鋁或具有高熱傳導(dǎo)率的其他材料構(gòu)成以提高其效率。而且，這種熱沉優(yōu)選地由周圍空氣很好地通風(fēng)。借助頂層24的熱擴(kuò)散特性，例如當(dāng)頂層24由銅形成時(shí)，熱沉的效率被改進(jìn)。在其中26是金屬箔層的實(shí)例中，它可以被耦合到頂層60上，并由例如銅構(gòu)成。金屬箔層26可以用來達(dá)到與熱沉相同的目的，S卩，金屬箔層可以用作用于消散熱的裝置，和/或還可以在高電流負(fù)載下有幫助，例如在層24和26 —起工作以提供到芯片16的后側(cè)觸點(diǎn)20的電接觸的情況下。其他熱沉方法也可被用于熱沉和/或金屬箔層26。例如，有源風(fēng)扇可以在一組熱沉鰭上吹送涼的外部空氣。在另一實(shí)例中，熱沉可以利用循環(huán)液體的裝置來進(jìn)行液體冷卻。圖7-9示出具有頂側(cè)封裝觸點(diǎn)28的如圖4-6中的示例性集成電路封裝(分別是70、80和90)的剖面圖。在這種可替換方法中，頂側(cè)3具有施加于其的觸點(diǎn)，從而形成頂側(cè)封裝觸點(diǎn)28。類似于圖5和6，頂層24可以被直接地附著到頂側(cè)封裝觸點(diǎn)28和后側(cè)觸點(diǎn)
20。此外，可替換地或者另外，熱沉和/或金屬箔層26可以被附著到集成電路封裝。圖10-12示出具有頂側(cè)墊30和/或隔離中間層32的如圖4_6中的示例性集成電路封裝(分別是100、110和120)的剖面圖。頂側(cè)墊30可以被形成在封裝模塊2的頂側(cè)3上。頂層24可以通過隔離中間層32被耦合到芯片16的后側(cè)18和封裝模塊2的頂側(cè)。隔離中間層可以將例如通路5的子集和與頂層24的直接電接觸相隔離。這種布置可能是有用的，例如在芯片堆疊布置中，或者在隔離的通路35已被連接(例如通過如上面結(jié)合圖1-3所公開的分層布線的各種配置)到另一設(shè)備或者將被保留以建立與頂層24不相關(guān)的其他連接的情況下。而且，可以有其上的金屬構(gòu)圖，包括例如在頂層24、隔離中間層32、電路互連4的連接墊、前部觸點(diǎn)7、通路5、和/或隔離通路35的一部分上。這種金屬構(gòu)圖可以例如被采用以用于其間的電布線。圖13示出具有多個(gè)芯片36、34的示例性集成電路封裝130的剖面圖。也可以形成上面實(shí)施例的組合。例如，根據(jù)如在此所述的芯片最后嵌入方法，功率芯片36可以被封裝，連同利用相同的芯片最后嵌入技術(shù)的邏輯芯片34。也就是，在封裝模塊2內(nèi)可以形成兩個(gè)或更多個(gè)腔。類以地，如上所述的兩個(gè)或更多個(gè)芯片可以被布置在腔內(nèi)，并且如前所述的被物理、電和/或熱連接。在邏輯芯片加上功率芯片的配置中，頂層24的一部分可以被用于例如邏輯芯片34和低功率芯片36之間的電布線?？商鎿Q地，可以在封裝模塊2內(nèi)進(jìn)行電布線。作為另一可替換方案，集成電路封裝130可以包括隔離中間層32，該隔離中間層32可以將芯片34與和頂層24的物理、電和/或熱接觸相隔離。圖14示出具有隔離熱擴(kuò)散層38的示例性集成電路封裝140的剖面圖。隔離熱擴(kuò)散層38是電隔離的并且導(dǎo)熱。AIN填充的膠粘劑可以被施加例如以實(shí)現(xiàn)電隔離而傳導(dǎo)熱的功能。在期望將頂層24的部分與上層(舉例來說，例如熱沉和/或金屬箔層26)電隔離的情況下，這種配置會(huì)是有利的。圖15示出帶有具有直通硅通路(TSV) 37的芯片的示例性集成電路封裝150的剖面圖。TSV37垂直地穿過芯片16，并且因此提供在后側(cè)上的電連接。通過促進(jìn)更高的三維密度和/或降低到后側(cè)18的接觸電阻，TSV可以有助于提高性能。TSV37可以可選地被直接地耦合到芯片16的前部觸點(diǎn)7或者芯片16的內(nèi)部電路(未示出)。TSV也可以被用在多個(gè)芯片配置中，例如上面參照?qǐng)D13描述的示例性集成電路封裝130。圖16和17示出具有在電鍍的、濺射的、或結(jié)構(gòu)化金屬上的納米金屬或焊料以及其上可選的隔離熱沉和/或金屬箔層26的后側(cè)的示例性集成電路封裝(分別是160和170)的剖面圖。特別地，圖16和17描繪了在頂層24、頂側(cè)封裝觸點(diǎn)28、和熱沉和/或金屬箔層26中構(gòu)造的結(jié)構(gòu)化凹口 39。結(jié)構(gòu)化凹口 39例如用作封裝模塊2的頂側(cè)18上的電布線的一部分。這種布線例如可以被用來電連接堆疊的芯片41。施加印刷的金屬結(jié)構(gòu)的一些方法包括例如噴墨或者所謂的絲網(wǎng)或模版印刷。雖然這兩種方法都可以被用來施加結(jié)構(gòu)化金屬，但是絲網(wǎng)印刷通常不大昂貴，而噴墨產(chǎn)生更薄的且更精細(xì)的間距的應(yīng)用。圖18-21從剖面圖示出用于制造示例性封裝模塊的另一示例性工藝流程。用于集成電路封裝的所述示例性工藝流程或方法可以被如下實(shí)施。在圖18中，封裝模塊2以類似于在圖1-3及其上面的伴隨描述中所描述的工藝流程的方式來形成。特別地，封裝部分180包括封裝模塊2，并且由限定頂側(cè)3、底側(cè)I和電路互連4的連續(xù)建立層(疊層)來制造。這種電路互連4可以是以上面關(guān)于通路5描述的方式形成的通路，和/或包括例如嵌入式無源部件(例如電路布線、電容器、電阻器、和/或電感器)。例如，它可以包括例如由結(jié)構(gòu)化金屬形成的分層布線8。電路互連4可以使用標(biāo)準(zhǔn)高密度互連技術(shù)來制成，并且可以具有在封裝模塊2的底側(cè)I上提供的與其電耦合的底側(cè)墊6。此外，除了傳統(tǒng)分層技術(shù)，建立分層工藝還可以包括在超薄型芯上沉積薄膜。腔14被形成在封裝模塊2的頂側(cè)3上。焊球12可以被提供成與通路5和/或電路互連4電連接，從而在集成電路封裝10的封裝模塊2的底側(cè)I上提供接觸端，以用于連接例如到印刷電路(PC)板。圖19不出具有光結(jié)構(gòu)化表面43的金屬層45。光結(jié)構(gòu)表面43可以被用來提供用于金屬層45的結(jié)構(gòu)，并且可以使用幾種方法以實(shí)現(xiàn)提供用于金屬層45的結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。例如，如果光結(jié)構(gòu)表面43是永久抗蝕劑，則它被層疊到金屬層45上、利用適當(dāng)?shù)钠毓庠O(shè)備來成像、顯影并且然后從金屬層45剝離。可替換地，激光直接結(jié)構(gòu)化(LDS)可以被用來從金屬層45中去除光結(jié)構(gòu)表面43的所期望的部分。另一可替換方案可以包括利用聚酰亞胺(PI)來噴涂金屬層45以作為光結(jié)構(gòu)化表面43。在PI作為光結(jié)構(gòu)化表面43被施加到金屬層45之后，允許其變干并且然后曝光、顯影和剝離。使用PI作為光結(jié)構(gòu)化表面43可以在后續(xù)高溫處理期間提供穩(wěn)定性。作為另一可替換方案，光結(jié)構(gòu)表面43可以被省略或者利用金屬層45上的印刷焊料停止器(stop)來替代。由光結(jié)構(gòu)表面43提供的結(jié)構(gòu)對(duì)于如下面相對(duì)于圖20描述的精確處理是有用的。光結(jié)構(gòu)化表面43的曝光優(yōu)選精確到微米。一旦已經(jīng)進(jìn)行了光結(jié)構(gòu)化表面43的所期望的曝光和處理，就將在金屬層45上留下小框架。小框架42從剖面圖被示出為沒有光結(jié)構(gòu)表面43的芯片區(qū)域44，而圍繞芯片區(qū)域44的區(qū)域具有存在的光結(jié)構(gòu)表面43。這種小框架例如可以是約100微米。所述小框架應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地匹配芯片16的尺寸和附著位置。圖20示出具有帶有前部觸點(diǎn)7的前側(cè)以及后側(cè)18的芯片16。芯片16例如是功率電子芯片和/或高性能邏輯芯片。芯片16的后側(cè)18可以包括低歐姆觸點(diǎn)。圖20還描繪了已被附著到芯片16的后側(cè)18以形成芯片部分190的金屬層45。金屬層45可以例如是金屬箔層，并且可以具有促進(jìn)熱擴(kuò)散的導(dǎo)熱特性。而且，金屬層45例如可能包含結(jié)構(gòu)化凹口，并且還可以被附著到熱沉以促進(jìn)進(jìn)一步的熱擴(kuò)散。將芯片16附著到金屬層45可能涉及高溫工藝，例如在可能超過封裝部分180的容限的溫度下進(jìn)行的擴(kuò)散焊接。擴(kuò)散焊接典型地在相對(duì)較高的溫度下被執(zhí)行以便薄化焊料。擴(kuò)散焊接例如通常超過200攝氏度。芯片16和金屬層45之間的擴(kuò)散焊接優(yōu)選地遠(yuǎn)程地并且在將芯片16布置到腔14中之前來執(zhí)行。因此，封裝模塊2可能不需要被構(gòu)造成耐受執(zhí)行擴(kuò)散焊接或其他高溫工藝通常所需的相對(duì)較高的溫度。在附著期間將芯片16正確地定位到金屬層45上時(shí)，光結(jié)構(gòu)表面43會(huì)是有用的。在高溫工藝(例如其中焊料流動(dòng)和蒸發(fā)相對(duì)不可預(yù)測的擴(kuò)散焊接)中，光結(jié)構(gòu)表面43可能特別有用。通過將光結(jié)構(gòu)表面43形成為如上面相對(duì)于圖19所述的小框架，焊料流動(dòng)和蒸發(fā)可以被限制在芯片16的附著位置。因此，光結(jié)構(gòu)化表面43可以被用于到金屬層45上的精確焊接。鉆孔47也可被制成穿過金屬層45，以便在如圖21中所示的集成芯片部分190和封裝部分180中提供用于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的裝置。在圖21中，芯片部分190與封裝部分180相集成，使得芯片16被布置在腔14中。芯片16被布置在腔14中，使得前部觸點(diǎn)7被電連接到封裝模塊2的電路互連4中的一個(gè)或多個(gè)，并且金屬層45被耦合到封裝模塊2的頂側(cè)3。金屬層45可以通過可用于提供物理和/或電耦合的各種裝置被耦合到封裝模塊2的頂側(cè)3?？梢允褂肵射線成像以便在附著期間相對(duì)于封裝部分180正確地對(duì)準(zhǔn)芯片部分190，這是由于即使通過金屬層45，銅通路通常也應(yīng)當(dāng)是可見的。金屬層45可以被耦合到封裝模塊2的頂側(cè)3，例如使用膠粘劑或納米膏。這樣，集成電路封裝200可以被配置成，例如使得電流可以在芯片16的后側(cè)18上的低歐姆觸點(diǎn)和芯片的前部觸點(diǎn)的組之間垂直地流動(dòng)。此外，芯片16的后側(cè)18上的低歐姆觸點(diǎn)可以例如通過金屬層45被電連接到在封裝模塊中形成的一個(gè)或多個(gè)通路。因此，電流和/或信號(hào)傳送(signaling)可以按照需要遍及如上面先前所述的集成電路封裝200而被分配。圖22示出處于反向安裝配置的示例性集成電路封裝的剖面圖。封裝模塊220可以根據(jù)上面的描述來構(gòu)造，并且也如參照?qǐng)D21所描述的那樣，但并非芯片16的有源側(cè)面對(duì)所連接的PCB以及芯片16的后側(cè)18背朝所連接的PCB，封裝模塊220被反向成使得，芯片16的有源側(cè)背朝所連接的PCB，以及芯片16的后側(cè)面朝所連接的PCB。因此，當(dāng)被連接到PCB時(shí)，產(chǎn)生了從芯片16的后側(cè)18到所連接的PCB的直接連接，并且芯片16的前部觸點(diǎn)7通過通路被連接到所連接的PCB。兩組連接路徑，通過通路所連接的來自芯片16的后側(cè)18和芯片16的前部觸點(diǎn)7的直接連接，可以被配置成通過封裝連接器49連接的兩個(gè)布線層。通過有機(jī)焊接保護(hù)(OSP)工藝對(duì)封裝模塊220進(jìn)行處理，并且然后將封裝模塊220焊接到PCB上，封裝連接器49可以被耦合到外部電路，例如PCB。封裝連接器49可被采用在所有公開的實(shí)施例中以作為焊球12的替代品。此外，所有公開的實(shí)施例可被配置成使得，連接芯片16的后側(cè)18的金屬層被構(gòu)造成使得，封裝模塊能夠通過封裝連接器49來安裝。作為一個(gè)實(shí)例，封裝連接器49可以例如利用參照?qǐng)D16所描述的實(shí)施例來采用。在這種配置中，圖16將被安裝成反向配置，使得芯片16的后側(cè)18能夠安裝為向下面朝外部電路，例如PCB。焊球12在這種配置中可能不被需要，并且因此可以被去除。圖23-26示出處于反向安裝配置的示例性集成電路封裝的剖面圖的各種另外的實(shí)施例。根據(jù)圖17和22的描述，圖23示出連接到封裝模塊230并集成到封裝模塊230的堆疊的芯片41。正如上面關(guān)于圖22所描述的，并非芯片16的有源側(cè)面對(duì)所連接的PCB以及芯片16的后側(cè)18背朝所連接的PCB，封裝模塊230被反向成使得，芯片16的有源側(cè)背朝所連接的PCB，以及芯片16的后側(cè)面朝所連接的PCB。因此，當(dāng)被連接到PCB時(shí)，產(chǎn)生了從芯片16的后側(cè)18到所連接的PCB的直接連接，并且芯片16的前部觸點(diǎn)7通過通路被連接到所連接的PCB。兩組連接路徑，通過通路所連接的來自芯片16的后側(cè)18和芯片16的前部觸點(diǎn)7的直接連接，可以被配置成通過封裝連接器49連接的兩個(gè)布線層。根據(jù)上面的實(shí)施例，圖24示出處于反向安裝配置的封裝模塊240。此外，封裝模塊240包括熱擴(kuò)散器51，從而在封裝模塊240的兩側(cè)上實(shí)現(xiàn)熱擴(kuò)散。也就是，熱沉和/或金屬箔層26可以在封裝模塊240的觸點(diǎn)側(cè)上提供熱擴(kuò)散，而熱擴(kuò)散器51在封裝模塊240的另一側(cè)上提供熱擴(kuò)散。熱擴(kuò)散器51可以至少部分地被電隔離。根據(jù)上面的實(shí)施例，圖25同樣示出具有熱擴(kuò)散器51的處于反向安裝配置的封裝模塊250。與圖24相比，圖25中的熱擴(kuò)散器51通過納米膏53被附著到封裝模塊2。類似地，圖26示出具有通過熱膠粘劑55連接到封裝模塊2的熱擴(kuò)散器51的、處于反向安裝配置的封裝模塊260。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以形成上面的示例性實(shí)施例的組合。例如，集成電路封裝 10、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170 和 210 中的任何一個(gè)被配置成如圖22-26所示的反向安裝配置。作為另一實(shí)例，集成電路封裝10、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160和170中的任何一個(gè)可以實(shí)施圖18-21中所示的工藝流程，特別是，芯片16可以被擴(kuò)散焊接到金屬層45，使得金屬層45覆蓋芯片16的后側(cè)18的至少一部分。本發(fā)明可以以其他特定形式來體現(xiàn)而不脫離其精神或本質(zhì)特性。所描述的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)在所有方面都被認(rèn)為僅僅是說明性的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍因此由所附權(quán)利要求而非由前述描述來指示。處于權(quán)利要求的等同物的含義和范圍內(nèi)的所有變化應(yīng)當(dāng)被包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成電路封裝方法，包括: 由限定電路互連的連續(xù)建立層制造封裝模塊； 在所述封裝模塊的頂側(cè)上形成腔； 將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層上，所述芯片具有帶有至少一個(gè)前部觸點(diǎn)的前側(cè)；將所述芯片布置在所述腔中，使得至少一個(gè)前部觸點(diǎn)被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的至少一個(gè)；以及 將附著到所述芯片的所述金屬層耦合到所述封裝模塊的頂側(cè)上。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層上是利用高溫工藝完成的。
3.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層上是利用擴(kuò)散焊接工藝完成的。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，所述金屬層是金屬箔層。
5.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，所述芯片的后側(cè)具有低歐姆觸點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的集成電路封裝方法，其中，電流在所述低歐姆觸點(diǎn)和所述芯片的至少一個(gè)前部觸點(diǎn)之間垂直地流動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的集成電路封裝方法，其中，所述低歐姆觸點(diǎn)被電連接到所述金屬層，并且通過其被連接到在所述封裝模塊中形成的一個(gè)或多個(gè)通路。
8.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，所述金屬層具有導(dǎo)熱特性。
9.如權(quán)利要求8所述的集成電路封裝方法，還包括將所述金屬層附著到熱沉。
10.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，所述芯片還包括直通硅通路。
11.如權(quán)利要求1所述的集成電路封裝方法，其中，所述金屬層通過隔離中間層被耦合到所述芯片的后側(cè)或者所述封裝模塊的頂側(cè)。
12.—種集成電路封裝，包括: 由限定電路互連的連續(xù)建立層形成的封裝模塊； 在所述封裝模塊的頂側(cè)上形成的腔； 具有前側(cè)并且具有金屬化后側(cè)的芯片，所述前側(cè)具有至少一個(gè)前部觸點(diǎn)；以及附著到所述芯片的后側(cè)的至少一部分的金屬層，其中所述芯片被布置在所述腔中，使得至少一個(gè)前部觸點(diǎn)被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的至少一個(gè)，并且所述金屬層覆蓋所述封裝模塊的頂側(cè)的至少一部分。
13.如權(quán)利要求12所述的集成電路封裝，其中，所述金屬層是金屬箔層。
14.如權(quán)利要求12所述的集成電路封裝，其中，所述芯片的后側(cè)具有低歐姆觸點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求14所述的集成電路封裝，其中，電流在所述低歐姆觸點(diǎn)和所述芯片的至少一個(gè)前部觸點(diǎn)之間垂直地流動(dòng)。
16.如權(quán)利要求14所述的集成電路封裝，其中，所述低歐姆觸點(diǎn)被電連接到所述金屬層，并且通過其被連接到在所述封裝模塊中形成的一個(gè)或多個(gè)通路。
17.如權(quán)利要求12所述的集成電路封裝，其中，所述金屬層具有促進(jìn)熱擴(kuò)散的導(dǎo)熱特性。
18.如權(quán)利要求17所述的集成電路封裝，其中，所述金屬層被附著到熱沉。
19.如權(quán)利要求12所述的集成電路封裝，其中，所述芯片還包括直通硅通路。
20.如權(quán)利要求12所述的集成電路封裝，其中，所述金屬層通過隔離中間層被耦合到所述芯片的后側(cè)或者所述封裝模塊的頂側(cè)。
21.一種安裝好的集成電路封裝，包括: 印刷電路板，其能夠讓集成電路封裝安裝在其上；以及 在其上安裝成反向安裝配置的集成電路封裝，所述集成電路封裝包括: 由限定電路互連的連續(xù)建立層形成的封裝模塊； 在所述封裝模塊的頂側(cè)上形成的腔； 具有前側(cè)并且具有金屬化后側(cè)的芯片，所述前側(cè)具有至少一個(gè)前部觸點(diǎn)；以及附著到所述芯片的后側(cè)的至少一部分的金屬層，其中所述芯片被布置在所述腔中，使得至少一個(gè)前部觸點(diǎn)被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的至少一個(gè)，并且所述金屬層覆蓋所述封裝模塊的頂側(cè)的至少一部分； 其中反向安裝配置是其中所述芯片的金屬化后側(cè)面朝所述印刷電路板并且所述芯片的前側(cè)背朝所述印刷電路板。
22.—種安裝好的集成電路封裝，包括: 印刷電路板，其能夠讓集成電路封裝安裝在其上；以及 在其上安裝成反向安裝配置的集成電路封裝，所述集成電路封裝包括: 由限定電路互連的連續(xù)建立層形成的封裝模塊； 在所述封裝模塊的頂側(cè)上形成的腔； 具有前側(cè)并且具有后側(cè)的芯片，所述前側(cè)具有至少一個(gè)前部觸點(diǎn)，所述芯片被布置在所述腔中，使得至少一個(gè)前部觸點(diǎn)被電連接到所述封裝模塊的電路互連中的至少一個(gè)；以及 耦合到所述芯片的后側(cè)的頂層，其覆蓋所述芯片和所述封裝模塊的頂側(cè)的至少一部分； 其中反向安裝配置是其中所述芯片的金屬化后側(cè)面朝所述印刷電路板并且所述芯片的前側(cè)背朝所述印刷電路板。
全文摘要
本發(fā)明公開了集成電路封裝以及封裝方法。一種集成電路封裝方法包括由限定電路互連的連續(xù)建立層制造封裝模塊；在封裝模塊的頂側(cè)上形成腔；將芯片的金屬化后側(cè)附著到金屬層，所述芯片具有帶有至少一個(gè)前部觸點(diǎn)的前側(cè)；將所述芯片布置在所述腔中，使得至少一個(gè)前部觸點(diǎn)被電連接到封裝模塊的電路互連中的至少一個(gè)；以及將附著到芯片的金屬層耦合到封裝模塊的頂側(cè)上。
文檔編號(hào)H01L21/768GK103165476SQ20121059914
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
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