具有由延伸經(jīng)過(guò)囊封件的連接器耦接的堆疊端子的微電子組件的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有由延伸經(jīng)過(guò)囊封件的連接器耦接的堆疊端子的微電子組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是均于2013年7月15日提交的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/942，568和13/942,602的延續(xù)，這兩件美國(guó)申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容通過(guò)引用的方式合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及微電子元件的封裝，尤其涉及半導(dǎo)體芯片的封裝。
【背景技術(shù)】
[0004]微電子元件通常包括半導(dǎo)體材料(例如硅或砷化鎵)的薄片，該薄片通常被稱(chēng)作裸片或半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片通常被設(shè)置為單獨(dú)的、預(yù)先封裝的單元。在一些單元設(shè)計(jì)中，半導(dǎo)體芯片被安裝至襯底或芯片載體，襯底或芯片載體轉(zhuǎn)而被安裝在電路面板上，例如印刷電路板。
[0005]有源電路被制造在半導(dǎo)體芯片的第一面(例如，前表面)中。為了便于到有源電路的電連接，芯片在同一面上配備有接合焊墊。接合焊墊通常以規(guī)則的陣列，要么圍繞裸片的邊緣放置，要么放置在裸片的中央(針對(duì)很多存儲(chǔ)器件)。接合焊墊通常由大約0.5微米(μπι)厚的導(dǎo)電金屬(例如銅或鋁)制成。接合焊墊可以包括單層或多層金屬。接合焊墊的尺寸將隨著器件類(lèi)型而改變，但是通常在一側(cè)上有數(shù)十到數(shù)百微米。
[0006]微電子元件(例如半導(dǎo)體芯片)通常要有到其它電子器件的很多輸入和輸出連接。半導(dǎo)體芯片或其它類(lèi)似器件的輸入和輸出接觸件通常以大致覆蓋芯片表面的網(wǎng)格狀圖案(通常稱(chēng)為“面陣列”)進(jìn)行布置，或者以平行于并且鄰近芯片的前表面的每個(gè)邊緣延伸的細(xì)長(zhǎng)行進(jìn)行布置，或者布置在前表面的中央。半導(dǎo)體芯片通常提供在封裝件中，封裝件有助于在制造期間以及將芯片安裝在外部襯底(例如電路板或其它電路面板)上期間對(duì)芯片的處理。例如，很多半導(dǎo)體芯片被設(shè)置在適于表面安裝的封裝件中。已經(jīng)針對(duì)多種應(yīng)用提出很多這種通用類(lèi)型的封裝。最常見(jiàn)地，這類(lèi)封裝包括帶有端子的介電元件(通常稱(chēng)作“芯片載體”)，所述端子在電介質(zhì)上形成為電鍍或蝕刻金屬結(jié)構(gòu)。這些端子通常通過(guò)諸如沿著芯片載體本身延伸的薄跡線(xiàn)等特征以及通過(guò)在芯片的接觸件和端子或跡線(xiàn)之間延伸的細(xì)引線(xiàn)或?qū)Ь€(xiàn)連接至芯片本身的接觸件。在表面安裝操作中，封裝件被放置到電路板上，使得封裝件上的每個(gè)端子與電路板上相應(yīng)的接觸焊墊對(duì)齊。在端子和接觸焊墊之間設(shè)置有焊料或其它黏結(jié)材料。通過(guò)對(duì)組件進(jìn)行加熱來(lái)使焊料熔化或“回流”或以其它方式激活黏結(jié)材料，封裝件可以永久接合就位。
[0007]很多封裝件包括附接至封裝件的端子的焊料團(tuán)塊，焊料團(tuán)塊通常是直徑為大約0.1111111和大約0.8111111(51^1和301^1)的焊球形式。具有從其底部表面突出的焊料球陣列的封裝通常被稱(chēng)作球柵陣列封裝或“BGA”封裝。稱(chēng)作柵格陣列封裝或“LGA”封裝的其它封裝通過(guò)從焊料形成的薄層或焊盤(pán)固定至襯底。這種類(lèi)型的封裝能夠非常緊湊。通常稱(chēng)作“芯片級(jí)封裝”的某些封裝占據(jù)電路板的面積等于或只稍微大于結(jié)合在封裝中的器件的面積。這是有利的，因?yàn)樗鼫p小了組件的總體尺寸并且允許在襯底上的多種器件之間使用短的互連，這進(jìn)而限制了器件之間的信號(hào)傳播時(shí)間并且因此促進(jìn)了組件高速運(yùn)行。
[0008]被封裝的半導(dǎo)體芯片通常設(shè)置在“堆疊的”布置中，其中，一個(gè)封裝件例如設(shè)置在電路板上，而另一封裝件安裝在第一封裝件的頂部上。這些布置能夠允許很多不同的芯片被安裝在電路板上的單個(gè)占用空間內(nèi)，并且通過(guò)提供封裝件之間的短的互連能夠進(jìn)一步促進(jìn)高速運(yùn)行。通常，這個(gè)互連距離只稍微大于芯片本身的厚度。為了在芯片封裝件的堆疊內(nèi)實(shí)現(xiàn)互連，必需在每個(gè)封裝件(除最頂部的封裝件之外)的兩側(cè)上都設(shè)置用于機(jī)械和電連接的結(jié)構(gòu)。這已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，例如，通過(guò)在芯片安裝至其的襯底的兩側(cè)上設(shè)置接觸焊墊或焊盤(pán)，焊墊通過(guò)導(dǎo)電過(guò)孔或類(lèi)似物連接經(jīng)過(guò)基板。堆疊的芯片布置和互連結(jié)構(gòu)的示例在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2010/0232129中提供，其公開(kāi)的內(nèi)容通過(guò)引用的方式合并于此。
[0009]在芯片的任何物理布置中，尺寸都是重要的考慮因素。隨著便攜式電子設(shè)備的迅速發(fā)展，對(duì)更緊湊的芯片物理布置的需求變得更強(qiáng)烈。僅作為示例，通常稱(chēng)作“智能手機(jī)”的設(shè)備將移動(dòng)電話(huà)與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理器、存儲(chǔ)器和輔助設(shè)備(例如全球定位系統(tǒng)接收器、電子相機(jī)、局域網(wǎng)連接器，以及高分辨率顯示器和相關(guān)聯(lián)的圖像處理芯片)的功能集成在一起。這類(lèi)設(shè)備能夠提供諸如全網(wǎng)絡(luò)連通性、娛樂(lè)(包括全分辨率視頻)、導(dǎo)航、電子銀行等等能力，全都在口袋大小的設(shè)備中。復(fù)雜的便攜式設(shè)備要求將許多芯片打包到小的空間中。此夕卜，一些芯片具有很多輸入和輸出連接，通常稱(chēng)為“I/O”。這些I/O必須與其它芯片的I/O互連?；ミB應(yīng)該短并且應(yīng)該具有低的阻抗，以最小化信號(hào)傳播延遲。構(gòu)成互連的器件不應(yīng)該極大地增加組件的尺寸。在其它應(yīng)用中也產(chǎn)生了與(例如)在互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎中使用的那些數(shù)據(jù)服務(wù)器中相似的需要。例如，在復(fù)雜的芯片之間提供許多短的、低阻抗的互連的結(jié)構(gòu)可以增加搜索引擎的寬帶并且減少它的功耗。
[0010]盡管已經(jīng)取得了進(jìn)展，但是仍可做出進(jìn)一步改進(jìn)來(lái)改善具有堆疊端子的微電子封裝結(jié)構(gòu)和用于制造這類(lèi)封裝的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種微電子組件，其包括第一和第二支承元件，每個(gè)支承元件均具有相反朝向的第一和第二表面。微電子元件可安裝至第一和第二支承元件中的一支承元件的第二表面。導(dǎo)電的第一連接器可在第一支承元件的第二表面的上方突出，并且導(dǎo)電的第二連接器可在第二支承元件的第二表面的上方突出，這類(lèi)第二連接器可耦接至第一連接器的端部。組件還包括形成為與第一和第二支承元件中的一支承元件的第二表面接觸的囊封件，并且囊封件可以形成為與以下中至少一個(gè)接觸:第一和第二支承元件中的另一支承元件的第二表面;或形成為與另一支承元件的第二表面接觸的第二囊封件。各對(duì)耦接的第一和第二連接器可被囊封件的材料彼此分隔并且與微電子元件分隔。第一支承元件的第一表面處的第一封裝件端子可通過(guò)成對(duì)的所述第一連接器與所述第二連接器的對(duì)齊和連結(jié)而與第二支承元件的第一表面處的對(duì)應(yīng)的第二封裝件端子電耦接。在一個(gè)示例中，第一連接器和第二連接器中至少一個(gè)可包括導(dǎo)電團(tuán)塊。
[0012]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，支承元件的第二表面之間的相隔高度大于第一連接器在平行于第一支承元件的第二表面的至少一個(gè)方向上的間隔。在另一示例中，相隔高度可大于等于間隔的1.5倍。
[0013]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，微電子元件可具有背朝著安裝有該微電子元件的支承元件的面，并且囊封件可以形成為與以下中至少一個(gè)接觸:微電子元件的面，或形成于微電子元件的面上的第三囊封件。
[0014]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，微電子組件可包括第二囊封件，并且囊封件可以形成為與第二囊封件接觸。
[0015]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，微電子組件可包括第二囊封件，第二囊封件可形成為與微電子元件的面接觸，并且第二和第三囊封件可以是同一囊封件。
[0016]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器和第二連接器可分別在第一和第二支承元件的第二表面上方的最大高度處具有端部，并且第一連接器的端部與第二連接器的端部對(duì)齊并連結(jié)。
[0017]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一和第二連接器可基本由焊料構(gòu)成。
[0018]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器或第二連接器中至少一個(gè)可包括實(shí)心的可濕潤(rùn)的非焊料芯和至少大體上覆蓋所述芯的焊料覆層。
[0019]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器或第二連接器中至少一個(gè)可包括以下中至少一個(gè):柱狀凸點(diǎn)或?qū)嵭牡拇篌w上剛性的金屬柱。
[0020]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器可包括柱狀凸點(diǎn)并且第二連接器可包括柱狀凸點(diǎn)。
[0021]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器可包括實(shí)心的大體上剛性的金屬柱并且第二連接器可包括實(shí)心的大體上剛性的金屬柱。
[0022]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器可包括實(shí)心的大體上剛性的金屬柱并且第二連接器可包括實(shí)心的大體上剛性的金屬柱。
[0023]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，堆疊的多芯片微電子組件可包括微電子封裝件，微電子封裝件覆在微電子組件的第一支承元件上，微電子封裝件具有與微電子組件的第一封裝件端子連接的端子。
[0024]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第一連接器可以是導(dǎo)電金屬團(tuán)塊，第二連接器可包括實(shí)心的大體上剛性的金屬柱。
[0025]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，每個(gè)導(dǎo)電金屬團(tuán)塊可被囊封件包圍。
[0026]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，每個(gè)金屬柱可被第三囊封件包圍。
[0027]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，第二連接器可以是導(dǎo)電金屬團(tuán)塊，每個(gè)導(dǎo)電金屬團(tuán)塊可被囊封件包圍，并且第一連接器可包括實(shí)心的大體剛性的金屬柱。
[0028]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，微電子組件可包括第三連接器，每個(gè)第三連接器均與第一連接器中的一個(gè)第一連接器的端部對(duì)齊并且與第二連接器中的一個(gè)第二連接器的端部對(duì)齊，并且與對(duì)齊的第一和第二連接器中的至少一個(gè)連結(jié)，其中，耦接的第一、第二和第三連接器可以在各自的列中對(duì)齊，并且所述列可被囊封件的材料彼此分隔并且與微電子元件分隔，并且第一封裝件端子可通過(guò)第三連接器與對(duì)應(yīng)的第二封裝件端子電耦接。
[0029]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，囊封件可將各個(gè)第三連接器彼此分隔并隔離。
[0030]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，微電子組件可包括介電增強(qiáng)環(huán)，介電增強(qiáng)環(huán)包圍第一連接器或第二連接器中的至少一個(gè)的連接器的表面的一部分或覆在第一連接器或第二連接器中的至少一個(gè)的連接器的表面上，其中囊封件覆在增強(qiáng)環(huán)上。介電增強(qiáng)環(huán)通常沿著相應(yīng)的各個(gè)連接器的表面升高并且可在相鄰的環(huán)之間形成低谷。
[0031]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，增強(qiáng)環(huán)包含底部填充材料或可由底部填充材料制成。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一方面，微電子組件可包括第一和第二支承元件，第一和第二支承元件均具有相反朝向的第一和第二表面，并且微電子元件安裝至第一和第二支承元件中的一支承元件的第二表面。導(dǎo)電的第一連接器可在第一支承元件的第二表面的上方突出，并且導(dǎo)電的第二連接器可在第二支承元件的第二表面的上方突出，并且可以耦接至第一連接器的端部。在一些示例中，增強(qiáng)環(huán)可包圍第一連接器的一部分、第二連接器的一部分，或第一和第二連接器這兩者中的一部分。囊封件可在第一和第二支承元件的第二表面之間形成并且與增強(qiáng)環(huán)接觸。
[0033]囊封件可囊封微電子元件和各對(duì)耦接的第一和第二連接器。第一支承元件的第一表面處的第一封裝端子可通過(guò)成對(duì)的所述第一連接器與第二連接器的對(duì)齊和連結(jié)而與第二支承元件的第一表面處的對(duì)應(yīng)的第二封裝件端子電耦接。
[0034]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例，成對(duì)的耦接的第一和第二連接器可包括大體上剛性的實(shí)心的金屬柱和金屬互連件