帶散熱功能的三維堆疊芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板。頂層芯片單元垂直連接在底層芯片單元的上方；芯片基板與底層芯片單元的底部連接。本實用新型提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導(dǎo)率的散熱單元制作工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內(nèi)部傳導(dǎo)至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結(jié)構(gòu)，使散熱層在長寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。
【專利說明】帶散熱功能的三維堆疊芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊芯片?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在三維堆疊的芯片結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部芯片的熱量難以散出，因此堆疊芯片的最高溫度會出現(xiàn)在內(nèi)部芯片中，而內(nèi)部芯片節(jié)溫太高，容易使芯片失效，限制了整個器件的集成度和功率的提高。目前，對三維堆疊芯片結(jié)構(gòu)散熱處理得最好的方案是在封裝芯片的內(nèi)部設(shè)置一定高度、寬度及長度的工藝微流道，液體從微流道進入，帶走芯片傳導(dǎo)至該散熱結(jié)構(gòu)的熱量；這種方案微流道制作工藝要求高，加工難度大，制作成本高。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，并且散熱效果好的帶散熱功能的三維堆疊芯片。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板；所述頂層芯片單元垂直連接在所述底層芯片單元的上方；所述芯片基板與所述底層芯片單元的底部連接。所述頂層芯片單元包括第一散熱單元、第一芯片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個所述第一芯片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側(cè)的所述第一芯片的裝配區(qū)域。所述底層芯片單元包括第二散熱單元、第二芯片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯(lián)至少一個所述第二芯片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側(cè)的所述第二芯片的裝配區(qū)域。所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導(dǎo)率材料，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設(shè)置有散熱槽。
[0005]進一步地，所述散熱單元為高熱導(dǎo)率的陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的硅基板。
[0006]進一步地，所述散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿所述散熱單元兩端的三棱柱形狀。
[0007]本實用新型提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導(dǎo)率的散熱單元制作工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內(nèi)部傳導(dǎo)至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結(jié)構(gòu)，使散熱層在長寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本實用新型實施例提供的設(shè)置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；
[0010]圖3為本實用新型實施例提供的設(shè)置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；
[0011]圖4為本實用新型實施例提供的設(shè)置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；[0012]圖5為本實用新型實施例提供的設(shè)置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；
[0013]圖6為本實用新型實施例提供的頂層芯片單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖7為本實用新型實施例提供的底層芯片單元結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]參見圖1-圖7，本實用新型實施例提供的一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，包括頂層芯片單元101、底層芯片單元201及芯片基板5。頂層芯片單元101垂直連接在底層芯片單元201的上方；芯片基板5與底層芯片單元201的底部連接。頂層芯片單元101包括第一散熱單元2、第一芯片I及第一塑封層6 ;第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個第一芯片I (本實用新型實施例中，第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)兩個第一芯片I);塑封層6填充在第一散熱單元2上、下兩側(cè)的第一芯片I的裝配區(qū)域。底層芯片單元201包括第二散熱單元3、第二芯片4及第二塑封層7 ;第二散熱單元3的下表面倒裝互聯(lián)至少一個第二芯片4 (本實用新型實施例采用兩個第二芯片4);第二塑封層7填充在第二散熱單元3下側(cè)的第二芯片4的裝配區(qū)域。第一散熱單元2及第二散熱單元3為高熱導(dǎo)率材料(如陶瓷材料或硅基材料);參見圖2-圖5，第一散熱單元2及第二散熱單元3的上、下表面設(shè)置有多個散熱槽；需要說明的是，在第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面的中間安裝芯片的區(qū)域不刻蝕散熱槽；散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿散熱單元(包括第一散熱單元2和第二散熱單元3)兩端的三棱柱形狀(采用三棱柱形狀的散熱槽時，多個散熱槽互相平行)。本實用新型實施例中，散熱單元為高熱導(dǎo)率的陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的硅基板。
[0016]參見圖1-圖7，本實用新型實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片的制造方法為:步驟10:選取第一散熱單元2及第二散熱單元3，并在第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面刻蝕多個散熱槽。第一散熱單元2和第二散熱單元3選用高熱導(dǎo)率材料(如陶瓷材料或硅基材料)，散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿散熱單元(包括第一散熱單元2和第二散熱單元3)兩端的三棱柱形狀(采用三棱柱形狀的散熱槽時，多個散熱槽互相平行)。需要注意的是，第一散熱單元2和第二散熱單元3的上、下表面的中間安裝芯片的區(qū)域不刻蝕散熱槽。步驟20:選取一個已經(jīng)刻蝕散熱槽的第一散熱單元2，在第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個第一芯片I (本實用新型實施例中，第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯(lián)兩個第一芯片1)，并用塑封劑(如底部填充膠)進行塑封，構(gòu)成頂層芯片單元101，頂層芯片單元101的最底端為裸露的芯片金屬球。步驟30:選取一個已經(jīng)刻蝕散熱槽的第二散熱單元3，在第二散熱單元3的下表面倒裝互聯(lián)至少一個第二芯片4 (本實用新型實施例采用兩個第二芯片4)，并用塑封劑(如底部填充膠)進行塑封，形成底層芯片單元201，底層芯片單元201的最底端為裸露的芯片金屬球。步驟40:將底層芯片單元201的頂部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)壓合在頂層芯片單元101的底部；或?qū)⒅辽賰蓚€底層芯片單元201 (本實用新型實施例采用兩個)垂直堆疊形成一個芯片模塊，將芯片模塊的頂部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)壓合在頂層芯片單元101的底部。步驟50:選取芯片基板5 (環(huán)氧樹脂基板或硅基板)，將底層芯片單元201的底部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)連接在芯片基板5上；或使用多個底層芯片單元201形成的芯片模塊時，將芯片模塊的底部通過芯片連接材料(如異向?qū)щ娔z)連接在芯片基板5上。[0017]本實用新型實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導(dǎo)率的散熱單元制作工藝成熟、結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內(nèi)部傳導(dǎo)至封裝體外部進行散熱，散熱效率高。同時，在散熱單元的上、下表面制作孔、槽、縫等結(jié)構(gòu)，使散熱層在長寬高尺寸一定的情況下，散熱面積有效的增大，從而增加了散熱單元的散熱效率。此外，散熱單元除具有散熱作用外，還具有連接和機械支撐的作用，能夠減少芯片因過熱而翹曲失效的問題。
[0018]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，包括頂層芯片單元、底層芯片單元及芯片基板；所述頂層芯片單元垂直連接在所述底層芯片單元的上方；所述芯片基板與所述底層芯片單元的底部連接； 所述頂層芯片單元包括第一散熱單元、第一芯片及第一塑封層；所述第一散熱單元的上、下表面分別倒裝互聯(lián)至少一個所述第一芯片；所述塑封層填充在所述第一散熱單元上、下兩側(cè)的所述第一芯片的裝配區(qū)域； 所述底層芯片單元包括第二散熱單元、第二芯片及第二塑封層；所述第二散熱單元的下表面倒裝互聯(lián)至少一個所述第二芯片；所述塑封層填充在所述第二散熱單元下側(cè)的所述第二芯片的裝配區(qū)域； 所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導(dǎo)率材料，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設(shè)置有散熱槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，所述散熱單元為高熱導(dǎo)率的陶瓷基板或高熱導(dǎo)率的硅基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶散熱功能的三維堆疊芯片，其特征在于，所述散熱槽為圓錐形狀，或為貫穿所述散熱單元兩端的三棱柱形狀。
【文檔編號】H01L23/373GK203774287SQ201420107290
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】王啟東, 邱德龍, 吳曉萌, 曹立強, 于大全, 謝慧琴, 張迪 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所