具有非水平管芯墊及相應(yīng)引線框的ic封裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有非水平管芯墊及相應(yīng)引線框的IC封裝。多構(gòu)件集成電路(IC)封裝具有基礎(chǔ)構(gòu)件(例如，插入器)限定IC封裝的基底，多個管芯墊從基底延伸出去且成為IC封裝的側(cè)壁，一個或多個IC管芯，每個均安裝在管芯之一的內(nèi)表面上，并且鍵合絲線將IC管芯電連接到另一個IC封裝組件上，例如插入器或另一個管芯上。通過安裝管芯至非水平側(cè)壁上，IC封裝可提供相比于含有管芯堆疊的傳統(tǒng)3D IC封裝更有效的散熱性能。
【專利說明】
具有非水平管芯墊及相應(yīng)引線框的IC封裝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及集成電路封裝，并且，更具體地，涉及具有不只一個集成電路管芯的IC封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)三維(3D)集成電路插入器更多安裝在管芯堆疊的下方和/或堆疊內(nèi)部的管芯之間。這類傳統(tǒng)3D IC封裝的一個問題是無法有效散除位于堆疊內(nèi)部的管芯產(chǎn)生的熱量(例如，堆疊內(nèi)除了最下層和最上層管芯外的其他管芯)。因此，具有良好散熱性能的3D IC封裝將是有利的。
【附圖說明】
[0003]本發(fā)明的其他實施例通過下文的詳細(xì)描述、附屬權(quán)利要求書和附圖將變得更加明顯，附圖中同樣的附圖標(biāo)記代表相似的或相同的元件。
[0004]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的IC封裝的透視圖；
[0005]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的二維引線框陣列的平面圖，其在一個陣列引線框內(nèi)含有十個引線框，其中十個引線框可用來組裝十個不同的圖1的IC封裝實例；
[0006]圖3是安裝在黏膠帶相應(yīng)部分上的圖2十個引線框中一個的平面圖；
[0007]圖4是經(jīng)過⑴插入器已安裝到對應(yīng)于引線框的中間開孔的黏膠帶的一部分上，和(ii)四個管芯已被安裝在引線框的四個管芯墊上之后的圖3中引線框的平面圖；
[0008]圖5是鍵合絲線連接在管芯和插入器間之后的圖4的部分組件的平面圖；
[0009]圖6是絕緣鍵合絲線的側(cè)面剖視圖，其用作圖1與圖5中連接插入器到管芯之一上的絲線中的一個；
[0010]圖7是圖6中插入器的一部分的側(cè)面剖視圖，顯示出硅通孔(TSV)電連接管芯墊(鍵合絲線連接至其上)至位于插入器的底面上的焊球；
[0011]圖8是兩個絕緣納米管的側(cè)面剖視圖，其用作圖1與圖5中連接插入器到管芯之一上的絲線中的兩個；
[0012]圖9是圖8中插入器的一部分的側(cè)面剖視圖，顯示出兩個TSV電連接晶片級凸塊(納米管連接至其上)至位于插入器底面上的兩個焊球；
[0013]圖10是在四個管芯墊被旋轉(zhuǎn)以相對于于引線框陣列的平面垂直之后的圖5中的部分組件的平面圖；
[0014]圖11是在凝膠分散于由插入器與由管芯墊形成的四個垂直側(cè)壁所限定的空腔中之后的圖10中部分組件的平面圖；
[0015]圖12是透視圖，示出可選擇的、矩形的、金屬的蓋放置在圖11的組件上；以及
[0016]圖13是倒置的圖12中金屬蓋的透視圖。
【具體實施方式】
[0017]此處公開了本發(fā)明的詳細(xì)說明實施例。然而，此處公開的具體結(jié)構(gòu)性和功能性細(xì)節(jié)僅代表性地用于說明本發(fā)明的示例實施例。本發(fā)明可以很多替代形式實施且不應(yīng)被理解為局限于僅在此處陳述的實施例。此外，此處所用的術(shù)語僅出于描述特定實施例的目的，并且不會成為本發(fā)明示例實施例的限制。
[0018]如此處所用，單數(shù)形式“一個” (“a”)、“一個”(“an”)和“這個” (“the”)意為同樣包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另作明確說明。應(yīng)進一步理解，詞語“包含”(“comprises”)、“包含”(“comprising”)、“包括”(“includes”)和 / 或“包括”(“including”)明確了所陳述的特性、步驟或部件的存在，但并不排除一個或多個特性、步驟或部件的存在或附加。還應(yīng)注意的是在一些替代實施中，標(biāo)明的功能/行為可以與圖中標(biāo)明的相反順序發(fā)生。例如，接連示出的兩個圖實際上可大體同時執(zhí)行或有時可能以相反的順序執(zhí)行，取決于相關(guān)的功能/行為。
[0019]在一個實施例中，多構(gòu)件IC封裝包括⑴限定了 IC封裝基底的基礎(chǔ)構(gòu)件；(ii)從基底延伸且形成IC封裝的側(cè)壁的多個管芯墊；(iii) 一個或多個IC管芯，每個均安裝在管芯之一的內(nèi)表面上；以及(iv)多個絲線，每個絲線將相應(yīng)的IC管芯連接到另一個IC封裝的構(gòu)件。
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的IC封裝100的透視圖。IC封裝100具有由其基底上的插入器(interposer) 102和四個金屬(例如銅)側(cè)壁104限定的三維直線形狀。盡管圖1并未示出且如下文參考圖12和13進一步描述，IC封裝100可包括形成IC封裝100的頂部的可選金屬蓋。安裝在每個側(cè)壁104內(nèi)表面上的是IC管芯106，其具有提供電連接至插入器102的絲線108。由此，側(cè)壁104起接收安裝后的管芯106的管芯墊的作用。IC封裝100之內(nèi)的部分或全部內(nèi)部空間填充有凝膠110 (或其他適合的封裝材料)，其密封絲線108且將側(cè)壁104保持在位。
[0021]由于每個管芯106都安裝在IC封裝100的其自己的金屬側(cè)壁104上，所以每一個側(cè)壁104都用作熱宿(heat sink)以幫助從IC封裝100散除安裝的管芯106產(chǎn)生的熱量。盡管圖1未示出，熱宿可連接到每個側(cè)壁104上以進一步加強IC封裝100上的熱量散除。相比于安裝成傳統(tǒng)垂直堆疊的具有四個類似管芯的相應(yīng)的傳統(tǒng)3D IC封裝，通過這種方式，IC封裝100可提供更有效的散熱性能。
[0022]圖2到13表示用于組裝圖1的IC封裝100的一種可能的技術(shù)的不同階段。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例的、二維的、金屬(例如銅)引線框陣列200的平面圖，其在一個陣列引線框204內(nèi)含有十個引線框202，其中該十個引線框202可用來組裝十個圖1的IC封裝的不同的實例。引線框陣列200安裝在黏膠帶206上，黏膠帶206為十個引線框202的不同結(jié)構(gòu)元件提供力學(xué)支持。
[0024]圖3是安裝在黏膠帶206的相應(yīng)部分上的圖2的十個引線框202中的一個的平面圖。如圖3所示，引線框202具有圍繞著一個矩形(在此例中為正方形)中央開口 304的四個矩形的金屬管芯墊302，中央開口 304暴露出黏膠帶206的相應(yīng)部分。引線框202還具有四個對角線系棒306，每一個都樞軸地一端連接至兩個相鄰管芯墊302的角而另一端連接至陣列引線框204以在管芯墊302和余下的引線框陣列200之間提供力學(xué)支撐，直到可施加黏膠帶206(例如在制造(例如沖壓)引線框陣列200的時間和其隨后安裝至黏膠帶206上之間)為止。
[0025]如圖3中標(biāo)記308所示，黏膠帶206沿四個管芯墊302的周邊被刻劃或切割。在一個實施中，黏膠帶206在引線框陣列200安裝到黏膠帶206上之前被刻劃。如下文進一步描述的，這個刻劃使管芯墊302在組裝工藝期間能夠旋轉(zhuǎn)出引線框陣列200的平面。
[0026]圖4是經(jīng)過⑴插入器102已安裝到黏膠帶206的對應(yīng)于引線框202的中間開口304的部分上，和(ii)四個管芯106例如通過傳統(tǒng)貼裝機械(pick-and-place machinery)和適當(dāng)?shù)臒釋?dǎo)環(huán)氧樹脂(未示出)，已經(jīng)被安裝至四個管芯墊302上之后的圖3引線框202的平面圖；
[0027]圖5是絲線108連接在每一個管芯106和插入器102之間之后的圖4的部分組件的平面圖。取決于特定的實施方式，絲線108可包含絕緣鍵合絲線、絕緣帶絲線、絕緣(例如碳)納米管，和/或其他適合的電連接器。
[0028]圖6是絕緣鍵合絲線600的側(cè)面剖視圖，其用作圖1和圖5中連接插入器102到管芯106之一上的絲線108中的一個。鍵合絲線600具有柔性導(dǎo)電(例如金屬)芯602，其由柔性的絕緣的外護套604所包圍。如圖6所示，鍵合絲線600的一端絲線鍵合到插入器102的管芯墊606上，而另一端絲線鍵合到管芯106上相應(yīng)的管芯墊606上。
[0029]圖7是圖6中插入器102的一部分的側(cè)面剖視圖，顯示出硅通孔(TSV) 702電連接管芯墊606 (鍵合絲線600被絲線鍵合至其上)至位于插入器102的底面上的焊球704，當(dāng)IC封裝100使用鍵合絲線諸如鍵合絲線600組裝時，該底面也是圖1的IC封裝100的底面。
[0030]圖8是兩個絕緣納米管800的側(cè)面剖視圖，其用作圖1和圖5中連接插入器102到管芯106之一的絲線108中的兩個。每個納米管800都是一個柔性空心管，具有導(dǎo)電內(nèi)表面802和絕緣外表面804。如圖8所示，每個納米管800 —端連接到插入器102上的晶片級凸塊806而另一端連接到管芯106上相應(yīng)的晶片級凸塊806。在以適當(dāng)高溫下的鍵合期間，納米管的直徑充分地增加以使納米管800的端部能夠插入于相應(yīng)的晶片級凸塊806上。隨著溫度降低，納米管的直徑也將減小，從而使納米管800的端部固定到晶片級凸塊806上。
[0031]圖9是圖8的插入器102的一部分的側(cè)面剖視圖，顯示出兩個TSV 902電連接晶片級凸塊806 (納米管800連接至其上)至位于插入器102底面上的兩個焊球904，當(dāng)IC封裝100使用納米管諸如納米管800組裝時，該底面也是圖1的IC封裝100的底面。
[0032]盡管絲線108 (例如圖6的鍵合絲線600和圖8的納米管800)在圖7與9中被描述為通過垂直TSV 702和902電連接至插入器102的焊球704和904，在插入器102的其他實施方式中，這些電連接器中的部分或全部可用插入器102內(nèi)為IC封裝100提供扇出功能的金屬跡線(未示出)來制得。此外，某些金屬跡線(未示出)可在兩個不同的絲線108之間提供電連接以實現(xiàn)芯片到芯片的電連接，而不是圖7與9的基于TSV的芯片到焊球的電連接。
[0033]圖10是在四個管芯墊302被旋轉(zhuǎn)90度(例如在四個系棒306的樞軸連接處彎曲)以相對于引線框陣列200的平面垂直之后的圖5中部分組件的平面圖。在一個實施例中，特殊工具(未示出)被用來在保持插入器102在原位的同時，旋轉(zhuǎn)管芯墊302和它們安裝的管芯106及刻劃的對應(yīng)部分、附著的黏膠帶206 (例如使用真空工具)。如圖10所示，四個現(xiàn)為垂直安裝的管芯106借助互連的絕緣絲線108的柔性來獲得其電連接至插入器102。在一個實施中，四個管芯墊302的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致至四個系棒306的八個物理連接斷裂，從而使管芯墊302從引線框陣列200的剩余結(jié)構(gòu)上釋放出來。要注意的是，四個管芯墊302被旋轉(zhuǎn)以形成圖1的IC封裝100的四個垂直側(cè)壁104。
[0034]圖11是在凝膠110分布于由插入器102與由旋轉(zhuǎn)的管芯墊302形成的四個垂直側(cè)壁104所限定的空腔中之后的圖10中部分組件的平面圖，如前文所述，可為任意適合的封裝材料的凝膠110密封了絲線108且保持旋轉(zhuǎn)的管芯墊302到位。
[0035]圖12是透視圖，示出可選擇的、矩形的、金屬的蓋1200正放置在圖11的組件上。圖13是圖12中金屬蓋1200的倒置的透視圖。如圖13所示，金屬蓋1200具有限定金屬蓋1200內(nèi)部體積1204的矩形外緣1202，和在其遠(yuǎn)端具有錨結(jié)構(gòu)1208的柱1206。外緣1202被設(shè)計為使得每個旋轉(zhuǎn)管芯墊302的上邊緣1210配合蓋1200的內(nèi)部體積1204之內(nèi)，外緣1202懸掛在每個上邊緣1210的外表面之上。
[0036]在凝膠110被完全固化前，金屬蓋1200被放置在圖11的組件之上使得柱1206延伸進凝膠110內(nèi)而錨結(jié)構(gòu)1208沒入凝膠110之內(nèi)。在凝膠110固化后，錨結(jié)構(gòu)1208和柱1206將在IC封裝100的頂部將蓋1200永久固定到位。
[0037]不管是否使用金屬蓋1200，在凝膠110例如通過烘烤和/或照射充分固化后，得到的組件可經(jīng)受紫外線(UV)輻射以弱化黏膠帶206的粘合劑從而能夠從插入器102底部和四個管芯墊302的外表面移除黏膠帶206的部分，從而形成完成的IC封裝100。
[0038]盡管本發(fā)明在圖1的IC封裝100的背景下進行描述，本發(fā)明并不局限于此。一般而言且盡管圖中未示出，本發(fā)明的IC封裝:
籲可以有或沒有蓋；
籲可以具有帶有或不帶有柱和錨結(jié)構(gòu)的蓋；
籲可以有或沒有安裝于IC封裝的一個或多個外表面(包括對應(yīng)于側(cè)壁和蓋的外表面)上的再多一個熱宿；
籲只要IC封裝具有至少一個IC管芯，零個、一個或更多個管芯可以被安裝成在每個旋轉(zhuǎn)管芯墊上的零個、一個或更多個并排的堆疊，每個堆疊具有一個或多個管芯；
籲具有形成IC封裝的三個或更多個側(cè)壁的三個或更多個旋轉(zhuǎn)管芯墊；
?具有相對于IC封裝的基底垂直或非垂直的側(cè)壁；
籲具有在管芯和插入器之間和/或在兩個管芯之間形成電連接的絲線；
籲可以具有插入器，其通過TSV和焊球提供到外部世界的電連接和/或提供管芯到管芯的連接以使IC封裝內(nèi)不同管芯之間能夠電連接在一起；以及
籲可以具有插入器或另一個管芯或包裝構(gòu)件形成IC封裝的基底。
[0039]引線框是金屬引線和可能其他元件(例如功率棒、管芯葉板，也稱作管芯焊墊或管芯旗(die flag))，其用在半導(dǎo)體封裝中以裝配一個或多個集成電路(IC)管芯到單一封裝半導(dǎo)體器件中。在裝配到半導(dǎo)體器件上之前，引線框可具有能保持那些元件到位的支撐結(jié)構(gòu)(例如矩形金屬框和系棒)。在組裝工藝期間，支撐結(jié)構(gòu)可被移除。如此處所用的，詞語“引線框”可用來指稱組裝前或組裝后的元件的集合，而不考慮那些支撐結(jié)構(gòu)的存在或不存在。
[0040]除非另作明確說明，每個數(shù)值和范圍都應(yīng)被解釋為近似的，如同詞語“大約”或“近似”位于數(shù)值或范圍之前。
[0041]需要進一步明白的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對為說明本發(fā)明的實施例而描述和解釋的細(xì)節(jié)、材料和部件布置進行不同的變化，而不背離由隨附的權(quán)利要求書所囊括的本發(fā)明的實施例。
[0042]在此包含任何權(quán)利要求的說明書中，詞語“每一個”可被用來指多個此前列舉元件或步驟的一個或多個具體特性。當(dāng)與開放式詞語“包括”一起使用時，詞語“每一個”的引述并不排除附加的、未列明的元件或步驟。因此，可以理解的是，裝置可具有附加的、未列明的元件，且方法可具有附件的、未列明的步驟，其中附件的、未列明的元件或步驟并不具有所述一個或多個具體特性。
[0043]此處涉及的“一個實施例”或“實施例”指的是結(jié)合實施例描述的一個特定特性、結(jié)構(gòu)或特征可被包含于本發(fā)明的至少一個實施例中。在具體說明中不同地方的詞語“在一個實施例中”的表象并不一定全部指的是同一個實施例，也不一定是單獨的或與其他實施例互斥的替代實施例。同樣的情形適用于詞語“實施方式”。
【主權(quán)項】
1.一種多構(gòu)件集成電路(IC)封裝，包括: 限定IC封裝的基底的基礎(chǔ)構(gòu)件； 多個管芯墊，從所述基底延伸并形成所述IC封裝的側(cè)壁； 一個或多個IC管芯，每一個都安裝在所述管芯墊中的一個的內(nèi)表面上；以及 多個絲線，每個絲線將相應(yīng)的IC管芯連接到所述IC封裝的另一個構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求1的IC封裝，其中: 所述基礎(chǔ)構(gòu)件是插入器；以及 至少一個絲線將相應(yīng)的IC管芯連接到所述插入器。3.根據(jù)權(quán)利要求2的IC封裝，其中所述插入器的底面具有至少一個焊球，所述焊球通過所述插入器內(nèi)的硅通孔電連接到所述至少一個絲線。4.根據(jù)權(quán)利要求1的IC封裝，含有形成所述IC封裝的四個側(cè)壁的四個垂直管芯墊，其中由所述基礎(chǔ)構(gòu)件和所述四個垂直管芯墊限定的空間至少部分填充有密封所述絲線的密封物。5.根據(jù)權(quán)利要求1的IC封裝，其中所述絲線包含連接到所述基礎(chǔ)構(gòu)件上的鍵合墊的絕緣鍵合絲線以及相對應(yīng)的IC管芯。6.根據(jù)權(quán)利要求1的IC封裝，其中所述絲線包含連接到所述基礎(chǔ)構(gòu)件上的晶片級凸塊的絕緣納米管以及相對應(yīng)的IC管芯。7.根據(jù)權(quán)利要求1的IC封裝，進一步包括覆蓋所述絲線的密封物。8.根據(jù)權(quán)利要求7的IC封裝，進一步包括形成所述IC封裝的頂側(cè)的蓋。9.根據(jù)權(quán)利要求8的IC封裝，其中所述蓋具有延伸進所述密封物內(nèi)的中央柱體。10.一種用于IC封裝的引線框，所述引線框包括多個管芯墊，包圍中央開口且在樞軸連接處樞軸地連接，使得每個管芯墊都能接收IC管芯且相對于中央開口關(guān)于樞軸連接旋轉(zhuǎn)以限定具有安裝的IC管芯的所述IC封裝的側(cè)壁。11.根據(jù)權(quán)利要求10的引線框，其中所述引線框安裝在黏膠帶上，使得位于所述中央開孔的所述黏膠帶能接收要通過一個或多個絲線被電連接至至少一個安裝的IC管芯的插入器。12.根據(jù)權(quán)利要求10的引線框，包含四個管芯墊，位于矩形中央開口的四側(cè)上且樞軸地連接，使得每個管芯墊都能接收相應(yīng)的IC管芯且旋轉(zhuǎn)至相對于所述中央開口為垂直取向以限定具有安裝的IC管芯的所述IC封裝的垂直側(cè)壁，其中四個垂直管芯墊限定矩形IC封裝的四個所述垂直側(cè)壁。13.根據(jù)權(quán)利要求12的引線框，進一步包含四個對角線系棒，在八個樞軸連接處支撐四個所述管芯墊，其中所述四個對角線系棒將所述引線框連接至引線框陣列中的一個或多個相鄰的引線框。14.根據(jù)權(quán)利要求13的引線框，其中所述樞軸連接被配置為當(dāng)所述管芯墊旋轉(zhuǎn)至所述垂直取向時斷裂。
【文檔編號】H01L23/495GK105990271SQ201510139788
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月26日
【發(fā)明人】葛友, 賴明光, 王志杰
【申請人】飛思卡爾半導(dǎo)體公司