中介層上設(shè)有面對面芯片的半導(dǎo)體元件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件，尤指一種中介層上設(shè)置有面對面芯片且該些芯片熱性連接至各個散熱座的半導(dǎo)體元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了整合行動、通信以及運算功能，半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)面臨極大的散熱、電性以及可靠度挑戰(zhàn)。盡管在文獻中已報導(dǎo)許多面對面芯片組件，但該些組件仍然存在許多性能不足的問題。舉例來說，美國專利案號6，281，042,7, 626，829中所揭露的半導(dǎo)體元件將芯片設(shè)置于中介層的兩側(cè)上，以使該些面對面芯片可通過該中介層而彼此電性連接。然而，因為中介層通常是由如硅或玻璃的易碎材料所制成，并且具有許多貫孔穿透其中，因此在支撐板級組件(board level assembly)時，中介層的機械性強度及剛性是有問題的。因此，不具有足夠機械支撐力的獨撐中介層將引發(fā)可靠度問題，其可能導(dǎo)致中介層破裂并因而造成芯片間的電性連接斷開。
[0003]美國專利公開號2014/0210107以及美國專利案號8，502, 372,8, 008, 121中所揭露的面對面芯片組件提供中介層的機械性支撐以改善裝置可靠度問題。然而，其作法將造成嚴重的性能衰減問題，原因在于，封裝芯片所產(chǎn)生的熱無法通過熱絕緣材料適當(dāng)?shù)厣⒁荨?br>[0004]為了上述理由及以下所述的其他理由，目前亟需發(fā)展一種使面對面芯片互連的新裝置與方法，其不再使用獨撐的中介層，以改善裝置的可靠度，并避免使用如模制化合物或樹脂層壓材的熱絕緣材料來封裝芯片，以防止芯片過熱而造成裝置可靠度及電性效能上的重大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種中介層上設(shè)置有面對面芯片的半導(dǎo)體元件，其中該中介層被牢固地貼附至一散熱座，以使該散熱座可對該中介層提供必要的機械性支撐力，其中該中介層連接設(shè)置于其上的面對面芯片。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種中介層上設(shè)置有面對面芯片的半導(dǎo)體元件，其中至少一芯片被罩蓋于散熱座的凹穴中，以有效地散逸該芯片產(chǎn)生的熱，以改善半導(dǎo)體元件的信號完整性及電性效能。
[0007]依據(jù)上述及其他目的，本發(fā)明提出一半導(dǎo)體元件，其包括一中介層、頂部及底部芯片、以及一頂部散熱座。該頂部芯片通過多個凸塊以電性耦接至該中介層的頂面，且嵌埋于頂部散熱座的凹穴中，并使該中介層的頂面貼附至該頂部散熱座。該底部芯片通過多個凸塊以電性耦接至該中介層的底面，并且因此通過該中介層的多個貫孔以電性連接至該頂部芯片。該半導(dǎo)體元件可選擇性地還包括一平衡層、一底部散熱座、以及一互連基板。該底部散熱座熱性連接至該底部芯片以提供該底部芯片的散熱。該平衡層覆蓋該中介層的側(cè)壁，并且優(yōu)選是側(cè)向延伸至該半導(dǎo)體元件的外圍邊緣。該互連基板設(shè)置于該中介層的頂面或底面上，并且電性耦接至該中介層，以作為進一步的扇出路由。
[0008]在本發(fā)明的一實施方面中，本發(fā)明提供一種中介層上設(shè)置有面對面芯片的半導(dǎo)體元件制作方法，包括以下步驟:提供一中介層，其包含一第一表面、與該第一表面相反的一第二表面、該第一表面上的多個第一接觸墊、該第二表面上的多個第二接觸墊、以及電性耦接該些第一接觸墊與該些第二接觸墊的多個貫孔；通過多個凸塊電性耦接一第一芯片至該中介層的該些第一接觸墊，以提供一芯片-中介層堆疊次組件；提供一第一散熱座，其具有一凹穴；使用一導(dǎo)熱材料貼附該芯片-中介層堆疊次組件至該第一散熱座，并使該第一芯片插入該凹穴中且該中介層側(cè)向延伸于該凹穴外；選擇性地提供一平衡層，該平衡層覆蓋該中介層的側(cè)壁及該第一散熱座；在該芯片-中介層堆疊次組件貼附至該第一散熱座后，通過多個凸塊電性耦接一第二芯片至該中介層的該些第二接觸墊，并選擇性地通過多個焊球電性耦接一互連基板至該中介層的該第二表面上的多個額外的第二接觸墊；以及選擇性地貼附一第二散熱座至該第二芯片上。
[0009]在本發(fā)明的另一實施方面中，本發(fā)明提供一種中介層上設(shè)置有面對面芯片的半導(dǎo)體元件的另一制作方法，包括以下步驟:提供一中介層，其包含一第一表面、與該第一表面相反的一第二表面、該第一表面上的多個第一接觸墊、該第二表面上的多個第二接觸墊、以及電性耦接該些第一接觸墊與該些第二接觸墊的多個貫孔；通過多個凸塊電性耦接一第一芯片至該中介層的該些第一接觸墊，以提供一芯片-中介層堆疊次組件；提供一第一散熱座，其具有一凹穴；使用一導(dǎo)熱材料貼附該芯片-中介層堆疊次組件至該第一散熱座，并使該第一芯片插入該凹穴中且該中介層側(cè)向延伸于該凹穴外；提供一平衡層，該平衡層覆蓋該中介層的側(cè)壁及該第一散熱座；在該芯片-中介層堆疊次組件貼附至該第一散熱座后，通過多個凸塊電性耦接一第二芯片至該中介層的該些第二接觸墊；使用一導(dǎo)熱材料貼附一第二散熱座至該第二芯片，并使該第二芯片插入該第二散熱座的凹穴中且該中介層側(cè)向延伸于該第二散熱座的該凹穴外；移除第一或第二散熱座的選定部分，以顯露中介層第一表面上多個額外的第一接觸墊或第二表面上多個額外的第二接觸墊；以及選擇性地通過多個焊球電性耦接一互連基板至該中介層的該些額外的第一接觸墊或該些額外的第二接觸墊。
[0010]除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計而變化或重新安排。
[0011]在本發(fā)明的再一實施方面中，本發(fā)明提供了一種中介層上設(shè)置有面對面芯片的半導(dǎo)體元件，其包括:一第一芯片、一第二芯片、一中介層、一第一散熱座、選擇性的一平衡層、選擇性的一第二散熱座、以及選擇性的一互連基板，其中(i)該中介層具有一第一表面、與該第一表面相反的一第二表面、該第一表面上的多個第一接觸墊、該第二表面上的多個第二接觸墊、以及電性耦接該些第一接觸墊及該些第二接觸墊的多個貫孔；(ii)該第一芯片通過多個凸塊以電性耦接至該中介層的該些第一接觸墊，以構(gòu)成一芯片-中介層堆疊次組件；(iii)該芯片-中介層堆疊次組件使用一導(dǎo)熱材料以貼附至該第一散熱座，同時該第一芯片被罩蓋于該第一散熱座的一凹穴中且該中介層側(cè)向延伸于該凹穴外；(iv)該第二芯片通過多個凸塊以電性耦接至該中介層的該些第二接觸墊；(V)該選擇性的平衡層覆蓋該中介層的側(cè)壁；(vi)該選擇性的第二散熱座貼附至該第二芯片上，或是該第二芯片插入該第二散熱座的一凹穴中且該中介層側(cè)向延伸于該第二散熱座的該凹穴外，同時該第二散熱座通過一導(dǎo)熱材料以貼附至第二芯片；以及(vii)該選擇性的互連基板通過多個焊球電性耦接至該中介層的該第一表面上的多個額外的第一接觸墊或該第二表面上的多個額外的第二接觸墊。
[0012]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件及其制作方法具有許多優(yōu)點。舉例來說，通過覆晶接合方式將芯片電性耦接至中介層的相反兩側(cè)，其可提供面對面設(shè)置于中介層相反兩側(cè)上的芯片間的最短互連距離。貼附芯片-中介層堆疊次組件至中介層，并使芯片插入凹穴中是特別具有優(yōu)勢的，其原因在于，散熱座可提供嵌埋芯片的散熱，并且在中介層另一側(cè)進行互連步驟時，散熱座可作為支撐平臺。
[0013]本發(fā)明的上述及其他特征與優(yōu)點可通過下述優(yōu)選實施例的詳細敘述更加清楚明了。
【附圖說明】
[0014]參考隨附附圖，本發(fā)明可通過下述優(yōu)選實施例的詳細敘述更加清楚明了，其中:
[0015]圖1及2分別為本發(fā)明的第一實施方面中，中介層面板的剖視圖及頂部立體視圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的第一實施方面中，將凸塊設(shè)置于芯片上的剖視圖；
[0017]圖4及5分別為本發(fā)明的第一實施方面中，圖3芯片電性耦接至圖1及2中介層面板的面板組件的剖視圖及頂部立體視圖；
[0018]圖6及7分別為本發(fā)明的第一實施方面中，圖4及5的面板組件被切割后的剖視圖及頂部立體視圖；
[0019]圖8及9分別為本發(fā)明的第一實施方面中，對應(yīng)于圖6及7切離單元的芯片-中介層堆疊次組件的剖視圖及頂部立體視圖；
[0020]圖10及11分別為本發(fā)明的第一實施方面中，散熱座的剖視圖及底部立體視圖；
[0021]圖12及13分別為本發(fā)明的第一實施方面中，將黏著劑涂布于圖10及11散熱座上的剖視圖及底部立體視圖；
[0022]圖14及15分別為本發(fā)明的第一實施方面中，將圖8及9的芯片-中介層堆疊次組件貼附至圖12及13散熱座的剖視圖及底部立體視圖；
[0023]圖16及17分別為本發(fā)明的第一實施方面中，圖14及15結(jié)構(gòu)上具有另一黏著劑的剖視圖及底部立體視圖；
[0024]圖18及19分別為本發(fā)明的第一實施方面中，自圖16及17結(jié)構(gòu)移除過剩黏著劑后的剖視圖及底部立體視圖；
[0025]圖20及21分別為本發(fā)明的第一實施方面中，將平衡層設(shè)置于圖18及19結(jié)構(gòu)上的剖視圖及頂部立體視圖；
[0026]圖22為本發(fā)明的第一實施方面中，將額外的芯片設(shè)置于圖20結(jié)構(gòu)上以制成半導(dǎo)體元件的剖視圖；
[0027]圖23為本發(fā)明的第二實施方面中，于散熱座上形成定位件的剖視圖；
[0028]圖24為本發(fā)明的第二實施方面中，于散熱座上形成另一方面的定位件的底部立體視圖；
[0029]圖25為本發(fā)明的第二實施方面中，層壓基板的剖視圖；
[0030]圖26為本發(fā)明的第二實施方面中，將圖25的層壓基板加工制成一定位件的剖視圖；
[0031]圖27為本發(fā)明的第二實施方面中，具有開口的層壓基板剖視圖；
[0032]圖28為本發(fā)明的第二實施方面中，將圖27的層壓基板加工制成一定位件的剖視圖；
[0033]圖29為本發(fā)明的第二實施方面中，于圖26的層壓基板中形成一凹穴以制成另一實施方面的散熱座剖視圖；
[0034]圖30為本發(fā)明的第二實施方面中，于金屬板上形成定位件的剖視圖；
[0035]圖31為本發(fā)明的第二實施方面中，將基層設(shè)置于圖30結(jié)構(gòu)上以制成再一實施方面的散熱座剖視圖；
[0036]圖32為本發(fā)明的第二實施方面中，將黏著劑涂布于圖23散熱座上的剖視圖；
[0037]圖33為本發(fā)明的第二實施方面中，將芯片-中介層堆疊次組件貼附至圖32散熱座的剖視圖；
[0038]圖34為本發(fā)明的第二實施方面中，圖33結(jié)構(gòu)上具有另一黏著劑的剖視圖；
[0039]圖35為本發(fā)明的第二實施方面中，自圖34結(jié)構(gòu)移除過剩黏著劑后的剖視圖；
[0040]圖36為本發(fā)明的第二實施方面中，將芯片-中介層堆疊次組件貼附至圖31散熱座的剖視圖；
[0041]圖37為本發(fā)明的第二實施方面中，將平衡層設(shè)置于