具有經(jīng)改造的散熱器的低外形芯片封裝的制作方法
【專利摘要】公開了具有經(jīng)改造的散熱器的低外形芯片封裝。集成電路系統(tǒng)包括熱耦連到半導體芯片并且具有形成在散熱器中的腔或開口的散熱器。腔或開口經(jīng)定位使得安裝到與半導體芯片相同的封裝襯底的電容器和/或其它無源部件至少部分地布置在腔或開口中。因為無源部件布置在腔或開口中，所以集成電路系統(tǒng)具有經(jīng)降低的封裝厚度。
【專利說明】具有經(jīng)改造的散熱器的低外形芯片封裝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例總地涉及集成電路芯片封裝，并且更具體地，涉及具有經(jīng)改造的散熱器的低外形芯片封裝。
【背景技術】
[0002]在集成電路(IC)芯片的封裝中，總地需要最小化芯片封裝的大小和厚度。在移動計算設備中，諸如智能電話、膝上型計算機、電子平板電腦等等，特別需要最小化IC封裝的厚度，使得這類移動設備在大小和重量方面進一步降低。然而，一般而言，典型IC封裝的厚度由于芯片封裝的各部件之間的機械干擾而不能容易地降低。這特別適用于包括安裝到與IC芯片相同的襯底的電容器或其它無源器件的IC封裝，因為這類外部器件可能比IC芯片自身對IC封裝的厚度貢獻更多，從而限制IC封裝的最小厚度。
[0003]因此，本領域存在對于具有經(jīng)降低的厚度的IC封裝的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個實施例闡述了具有經(jīng)降低的封裝厚度的集成電路系統(tǒng)。IC系統(tǒng)包括熱耦連到半導體芯片的散熱器，并且該散熱器具有形成在散熱器中的腔或開口。腔或開口經(jīng)定位使得安裝到封裝襯底的電容器和/或其它無源部件至少部分地布置在腔或開口中。
[0005]本發(fā)明的一個優(yōu)勢在于，消除了安裝在封裝襯底上的無源器件與散熱器之間的干擾，使得IC系統(tǒng)的厚度僅受IC芯片和散熱器的厚度限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]因此，可以詳細地理解本發(fā)明的上述特征，并且可以參考實施例得到對如上面所簡要概括的本發(fā)明更具體的描述，其中一些實施例在附圖中示出。然而，應當注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例，因此不應被認為是對其范圍的限制，本發(fā)明可以具有其他等效的實施例。
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所安排的集成電路系統(tǒng)的示意性立體圖。
[0008]圖2是以圖1中的剖面A-A取得的、圖1中的IC系統(tǒng)的示意性剖視圖。
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例所安排的IC系統(tǒng)的示意性剖視圖。
[0010]圖4示出了其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個實施例的計算設備。
[0011]為了清晰起見，同樣的參考數(shù)字已經(jīng)在適用的地方用來指明各圖之間公共的同樣的元件。應預期到的是，一個實施例的特征可以包含在其它實施例中而無需進一步陳述。
【具體實施方式】
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所安排的集成電路(IC)系統(tǒng)100的示意性立體圖。IC系統(tǒng)100包括(圖2示出的)IC芯片以及構造為將IC芯片電地和機械地連接到印刷電路板的相關聯(lián)的封裝組件150。如所示，IC系統(tǒng)100進一步包括具有形成在其中的一個或多個開口 152的散熱器151。
[0013]圖2是以圖1中的剖面A-A取得的、IC系統(tǒng)100的示意性剖視圖。IC系統(tǒng)100包括IC芯片120、一個或多個無源部件130以及封裝組件150。封裝組件150包括散熱器151、形成在其中的開口 152、封裝襯底153以及封裝引腳154。
[0014]IC芯片120是半導體芯片，諸如中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、應用處理器、存儲器設備或其它邏輯設備、片上系統(tǒng)或在操作期間生成足以從散熱器151的使用獲益的熱量的任何半導體芯片。一般地，IC芯片120是不包含在芯片載體或封裝中的未經(jīng)密封的裸片。此外，IC芯片120安裝在封裝襯底153上并且電連接到封裝襯底153。在圖2示出的實施例中，IC芯片120經(jīng)由焊合到形成在封裝襯底153上的結合焊盤的微凸塊而電連接到電封裝襯底153。然而，IC芯片120和封裝襯底153之間的電連接可以使用本領域公知的任何技術上可行的方法來進行而不超出本發(fā)明的范圍。底部填充、重疊模塑(overmold)或任何其它技術上可行的封裝技術可以用來保護IC芯片120和封裝襯底153之間的電連接。
[0015]無源部件130也安裝在封裝襯底153上并且電連接到封裝襯底153，并且可以包括解耦電容器、電阻器、電感器或安裝到封裝襯底153的任何其它無源電部件。解耦電容器典型地用來降低在操作期間的到IC芯片120的信號連接和電力中的噪聲，安裝在封裝襯底153上的電感器和電阻器可以用來實施類似功能。由于諸如IC芯片120的IC芯片的大小在厚度方面逐漸降低，所以安裝在封裝襯底153上的無源部件130可能比IC芯片120在封裝襯底153上方延伸更遠。特別地，無源部件130的高度135可能大于IC芯片120的厚度125。因此，IC系統(tǒng)100的最小厚度105受無源部件130的高度135限制，而不是受IC芯片120的厚度125限制。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，腔或槽152形成在散熱器151中并且與無源部件130對齊，使得無源部件130部分地布置在所述腔或槽152中。以這種方式，無源部件130的高度135可以大于IC芯片120的厚度125而不增加IC系統(tǒng)100的最小厚度105。
[0016]封裝組件150保護IC芯片120免受環(huán)境潮濕和其它沾污，最小化對IC芯片120的機械沖擊和應力，并且促進IC芯片120與印刷電路板或IC系統(tǒng)100外部的其它安裝襯底之間的電連接。封裝組件150的散熱器151熱耦連到IC芯片120以增強由IC芯片120所生成的熱量的發(fā)散。在一些實施例中，散熱器151由具有相對高熱導率(thermalconductivity)的單片金屬形成,諸如經(jīng)沖壓的銅或招板。對于散熱器151適合的材料包括銅、鋁或具有至少等于鋁的熱導率的熱導率的任何其它金屬，即至少大約230W HT1K'
[0017]在一些實施例中，散熱器151通過與其直接接觸進行放置來熱耦連到IC芯片120。在圖2示出的實施例中，散熱器151經(jīng)由布置在散熱器151和IC芯片120之間的熱界面材料159而熱耦連到IC芯片120。熱界面材料159是構造為最大化IC芯片120和散熱器151之間的熱傳導的薄層導熱材料。對于熱界面材料159適合的材料包括導熱凝膠、熱油脂、焊料或導熱板，諸如可機械壓縮的間隙墊。
[0018]此外，散熱器151包括一個或多個腔或開口，諸如槽152，其與安裝在封裝襯底150上的一個或多個部件對齊，所述部件諸如無源部件130。因為槽152與無源部件130對齊，所以無源部件130部分地布置在槽152中并且IC系統(tǒng)100的最小厚度105顯著降低。在一些實施例中，散熱器151中的這類開口或腔延伸完全穿過散熱器151，如圖1和2所示。在這類實施例中，槽152可以通過任何技術上可行的方法來形成，諸如機加工(machining)、沖壓(stamping)等等。在其它實施例中，形成在散熱器151中的腔不一定延伸穿過散熱器151。下文結合圖3描述了一個這類實施例。
[0019]封裝襯底153給IC系統(tǒng)100提供結構剛性以及電接口用于路由IC芯片120與印刷電路板或其它安裝器件之間的輸入和輸出信號和電力。封裝襯底153—般是剛性的并且典型地是IC芯片120安裝在其上的熱絕緣襯底。在一些實施例中，封裝襯底153是基于層壓板的襯底并且包括累積在核心153B的頂面和底面上的積層(build-up layer)153A或層壓板的堆疊。形成在積層153A中的互連層和形成在核心153B中的導電過孔153C提供IC芯片120與封裝引腳154之間的導電線路。雖然圖2示出的IC系統(tǒng)100的實施例包括核心153B的每個表面上的兩個積層153A，但是應該理解的是，封裝襯底153可以反而具有更多或更少積層153A而不超出本發(fā)明的范圍。此外，在一些實施例中，封裝襯底153包括用于IC芯片120和無源部件130的安裝的任何適合的襯底結構。例如，在一些實施例中，封裝襯底153可以是內(nèi)插件(interposer)襯底而不是基于層壓板的封裝襯底。在這類實施例中，內(nèi)插件襯底可以由具有形成在其上的一層或多層互連的半導體晶片形成，并且可以包括硅通孔以促進從內(nèi)插件的一側到另一側的電連接。
[0020]封裝引腳154提供IC系統(tǒng)100與IC系統(tǒng)100外部的安裝襯底之間的電連接，所述安裝襯底諸如印刷電路板。封裝引腳154可以包括本領域公知的任何技術上可行的芯片封裝電連接，包括球形網(wǎng)格陣列(BGA)、插針網(wǎng)格陣列(PGA)等等。
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例所安排的、IC系統(tǒng)300的示意性剖視圖。IC系統(tǒng)300在組織和操作方面與圖2中的IC系統(tǒng)100大致類似，并且包括IC芯片120、一個或多個無源部件130以及封裝組件350。封裝組件350與圖2中的封裝組件150不同，因為封裝組件350包括散熱器351，散熱器351中具有形成在其中的腔352而不是完全穿過散熱器351所形成的開口。如所示，腔352與無源部件130對齊，使得無源部件130部分地布置在其中，從而降低IC系統(tǒng)300的最小厚度105。腔352可以通過機加工或通過本領域公知的任何技術上可行的方法來形成。
[0022]圖4示出了其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個實施例的計算設備。特別地，圖4是具有根據(jù)本發(fā)明的實施例所構造的經(jīng)封裝的半導體器件420的計算機系統(tǒng)400的框圖。如所示，計算機系統(tǒng)400包括存儲器410和耦連到存儲器410的經(jīng)封裝的半導體器件420。計算機系統(tǒng)400可以是臺式計算機、膝上型計算機、智能電話、數(shù)字平板電腦、個人數(shù)字助理或其它技術上可行的計算設備。存儲器410可以包括易失性、非易失性和/或可移動存儲器元件，諸如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、磁性或光學硬盤驅動器、閃存驅動器等等。經(jīng)封裝的半導體器件420在組織和操作方面與上文關于圖1-3所描述的IC系統(tǒng)100或200大致類似，并且可以包括CPU、GPU、應用處理器或其它邏輯設備、或任何其它含芯片的設備。
[0023]總而言之，本發(fā)明的實施例闡述了具有經(jīng)降低的封裝厚度的IC系統(tǒng)。IC系統(tǒng)包括散熱器，散熱器熱耦連到半導體芯片并且具有形成在散熱器中并且經(jīng)安置使得安裝到封裝襯底的電容器和/或其它無源器件至少部分地布置在腔或開口中的腔或開口。有利地，這類IC系統(tǒng)的厚度受IC芯片的厚度的限制，而不是受安裝在與IC芯片相同的封裝襯底上的無源部件的高度的限制。[0024]雖然上述內(nèi)容針對本發(fā)明的實施例，但可對本發(fā)明的其他和進一步的實施例進行設計而不脫離其基本范圍，并且其基本范圍由下面的權利要求來確定。
【權利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 半導體裸片，其安裝在封裝襯底上； 散熱器，其具有熱耦連到所述半導體裸片的其表面的一部分以及形成在所述表面中的腔；以及 無源器件，其安裝在所述襯底上并且至少部分地布置在所述腔內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括布置在所述散熱器和所述半導體裸片之間的熱界面材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述半導體裸片包括中央處理單元和圖形處理單兀之一 O
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述襯底包括封裝襯底和封裝內(nèi)插件中的一個。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無源器件包括以下各項中的一個:電容器、電阻器以及電感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述散熱器包括具有等于或大于大約230WHT1ITi的熱導率的材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括安裝在所述襯底上的多個無源器件，以及形成在所述表面中的多個腔，其中每個無源器件至少部分地布置在所述腔中的一個內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述腔包括延伸穿過所述散熱器的開口。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述半導體裸片比所述無源器件更短。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括安裝到所述襯底并且至少部分地布置在所述腔內(nèi)的第二無源器件。
【文檔編號】H01L23/31GK103871981SQ201310683570
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2012年12月13日
【發(fā)明者】尚塔努·卡爾丘里, 翟軍, 張蕾蕾 申請人:輝達公司