熱增強的散熱器制造技術

一種三維集成電路(3DIC)包括第一襯底和嵌入在第一襯底中的散熱結構。該3DIC還包括電連接至第一襯底的管芯，其中，管芯熱連接至散熱結構。該3DIC還包括位于管芯上的多個存儲單元，其中，管芯介于多個存儲單元和第一襯底之間，并且多個存儲單元通過管芯熱連接至散熱結構。該3DIC還包括位于多個存儲單元上的外部冷卻單元，其中，多個存儲單元介于管芯和外部冷卻單元之間，并且管芯通過多個存儲單元熱連接至外部冷卻單元。本發明專利技術實施例涉及熱增強的散熱器。

【技術實現步驟摘要】
優先權聲明 本申請是2010年5月19日提交的第12/782,814號美國申請第12/782,814號的部分繼續申請案，該先前申請(即，第12/782,814號美國申請)要求2009年7月30日提交的第61/229,958號美國臨時申請的優先權，其全部內容結合于此作為參考。
本專利技術大體涉及一種散熱器，并且更具體地，涉及一種用于倒裝芯片和3DIC封裝的嵌入在襯底中的熱增強的散熱器。
技術介紹
由于隨著技術發展，微電子器件的封裝密度增加，生產者持續地縮小微電子器件的尺寸以滿足較小的電子器件的需求，諸如三維集成電路(3DIC)封裝件，或疊層封裝件(PoP)。現代微電子器件中的另一個趨勢是增加使用較高功耗的電路，諸如在現代CPU芯片或應用處理器中。為了容納封裝更密集的和功耗更高的微電子器件，需要提高使用襯底通孔(TSV)或PoP技術的3DIC封裝件的散熱性能。有時稱為散熱器的散熱片通常由導熱性較高的諸如已經使用的銅的材料制成，以滿足3DIC封裝件中的提高散熱的需求。在一些情況中，3DIC封裝件包括邏輯芯片上的至少一個存儲芯片。盡管具有較高導熱性的銅是用于3DIC封裝件的外表面上的散熱器的蓋子的一個通常的解決方案，但是存儲芯片和邏輯芯片之間的散熱存在熱收縮問題。增加使用更密集封裝的微電子器件(諸如邏輯芯片上的存儲芯片)引起在芯片之間或具有相對較高的生熱性(例如，“熱點”)的芯片上的局限區域以導致電性能下降或甚至導致器件失效。
技術實現思路
根據本專利技術的一個實施例，提供了一種三維集成電路(3DIC)，包括：第一襯底；散熱器，嵌入在所述第一襯底中；管芯，電連接至所述第一襯底，其中，所述管芯熱連接至所述散熱器；多個存儲單元，位于所述管芯上，其中，所述管芯位于所述多個存儲單元和所述第一襯底之間，并且所述多個存儲單元通過所述管芯熱連接至所述散熱器；以及外部冷卻單元，位于所述多個存儲單元上，其中，所述多個存儲單元位于所述管芯和所述外部冷卻單元之間，并且所述管芯通過所述多個存儲單元熱連接至所述外部冷卻單元。根據本專利技術的另一實施例，還提供了一種三維集成電路(3DIC)，包括：第一襯底；散熱結構，嵌入在所述第一襯底中，其中，所述散熱結構包括：散熱器，熱界面材料(TIM)，位于所述散熱器的至少第一表面上方，和多個第一通孔，與所述熱界面材料接觸；管芯，電連接至所述第一襯底，其中，所述多個第一通孔連接至所述管芯；多個導電通孔，電連接至所述管芯，其中，所述多個導電通孔的至少一個導電通孔延伸穿過位于所述散熱器的第一部分和所述散熱器的第二部分之間的所述第一襯底；多個導電元件，位于所述第一襯底上，其中，所述多個導電元件位于所述第一襯底的與所述管芯相對的表面上，并且所述多個導電元件電連接至所述多個導電通孔的對應的導電通孔。根據本專利技術的又另一實施例，還提供了一種形成三維集成電路(3DIC)的方法，所述方法包括：圖案化襯底以在所述襯底中限定至少一個腔；在所述至少一個腔中嵌入散熱器，其中，所述襯底的部分延伸穿過所述散熱器；在所述襯底中限定多個通孔，其中，所述多個通孔連接至所述散熱器；在所述襯底中限定多個導電通孔，其中，所述多個導電通孔的至少一個導電通孔延伸穿過所述襯底的延伸穿過所述散熱器的所述部分；以及將管芯接合在所述襯底上，其中，所述管芯連接至所述多個通孔，并且所述管芯電連接至所述多個導電通孔。附圖說明本專利技術的部件、方面和益處通過下面詳細的說明、附帶的權利要求以及附圖將更加完全地顯現，在附圖中：圖1是根據至少一個實施例的具有散熱器的微電子封裝件的截面圖。圖2是圖1的展開圖。圖3是根據至少一個實施例的具有散熱器的微電子封裝件的截面圖。圖4A是根據一些實施例的包括散熱器的三維集成電路(3DIC)的截面圖。圖4B是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖。圖4C是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖。圖5A是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖和頂視圖。圖5B是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖和頂視圖。圖6A是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖和頂視圖。圖6B是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖和頂視圖。圖7A是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖。圖7B是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖和頂視圖。圖7C是根據一些實施例的包括散熱器的3DIC的截面圖和頂視圖。圖8A至圖8J是根據一些實施例的在各個制造階段的包括散熱器的3DIC的截面圖。具體實施方式在以下的描述中，闡述了許多具體細節以提供對實施例的深入理解。但是，本領域的普通技術人員將認識到可以實施沒有這些具體細節的實施例。在一些情況中，不詳細地描述已知的結構和工藝以避免不必要的模糊了實施例。整篇說明書中提及“一個實施例”或“實施例”，意味著結合該實施例所描述的特別的部件、結構或特征包括在至少一個實施例中。因此，整篇說明書的多個地方出現的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”無須全部涉及相同的實施例。此外，在一個或多個實施例中，可以以任何合 適的方式結合特別的部件、結構或特征。應該意識到，以下圖片沒有按比例繪制，當然，這些圖片僅僅是為了說明。圖1是根據至少一個實施例的具有散熱器的微電子封裝件5的截面圖。微電子封裝件5可以包括具有第一表面和與第一表面大體上相對的第二表面的管芯20，其中，該第一表面含有用于預定的應用的與有源電路電通信的多個電接觸件。可以使用諸如銅柱或焊料凸塊30的接合構件，通過倒裝芯片將管芯20的第一表面與襯底10安裝來安裝管芯20的第一表面以與載體襯底10電連接。用于襯底10的合適的材料包括但不限制于環氧樹脂接合的玻璃纖維和有機襯底(例如，包括由玻璃環氧樹脂或玻璃聚酰亞胺基銅跡線和樹脂組成的核芯層)。諸如環氧樹脂的底部填充材料40可以填充和密封在管芯20和襯底10之間的間隙中，從而包封焊料凸塊30。底部填充材料40提供接合構件(例如，焊料凸塊)的機械支持、電隔離以及保護有源電路免受環境的影響。盡管沒有示出，但是襯底10也可以通過焊料球或通過插槽或通過其他互連方案，將管芯20電連接至外部電路或印刷電路板。微電子封裝件5也可以包括設置為與管芯20的第二表面熱傳導接觸的熱界面材料(TIM)50。可以設置散熱器60與熱界面材料50熱傳導接觸。提供熱界面材料50作為管芯20和散熱器60之間的界面有利于各個方面，包括但不限制于提高完成的微電子封裝件5的熱導性和減小管芯損壞的風險。由于管芯20和散熱器60的表面不平坦，將散熱器60直接與管芯20并置將導致復合組件的熱阻增加。將合適的熱界面材料50插入在其中間均勻接觸散熱器60和管芯20的表面以提高熱導性。此外，由于散熱器60和管芯20的厚度的變化，管芯損壞可能提升，并且在一些情況下，導致散熱器60對管芯20的過度壓力。因此，在散熱器60和管芯20之間提供熱界面材料50減輕了散熱器60對管芯20施加的壓力。當合適的熱界面材料50設置在散熱器60和管芯20之間時，其具有高導熱性并且改進熱接觸。合適的熱界面材料50的實例包括但不限制于諸如填充銀的環氧樹脂等的散熱膏、聚合物焊料混合熱界面材料以及銦箔。取決于焊盤20的性能需求， 熱界面材料50的厚度將不同。在一個實施例中，熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維集成電路(3DIC)，包括：第一襯底；散熱器，嵌入在所述第一襯底中；管芯，電連接至所述第一襯底，其中，所述管芯熱連接至所述散熱器；多個存儲單元，位于所述管芯上，其中，所述管芯位于所述多個存儲單元和所述第一襯底之間，并且所述多個存儲單元通過所述管芯熱連接至所述散熱器；以及外部冷卻單元，位于所述多個存儲單元上，其中，所述多個存儲單元位于所述管芯和所述外部冷卻單元之間，并且所述管芯通過所述多個存儲單元熱連接至所述外部冷卻單元。

【技術特征摘要】
2015.03.03 US 14/636,8661.一種三維集成電路(3DIC)，包括：第一襯底；散熱器，嵌入在所述第一襯底中；管芯，電連接至所述第一襯底，其中，所述管芯熱連接至所述散熱器；多個存儲單元，位于所述管芯上，其中，所述管芯位于所述多個存儲單元和所述第一襯底之間，并且所述多個存儲單元通過所述管芯熱連接至所述散熱器；以及外部冷卻單元，位于所述多個存儲單元上，其中，所述多個存儲單元位于所述管芯和所述外部冷卻單元之間，并且所述管芯通過所述多個存儲單元熱連接至所述外部冷卻單元。2.根據權利要求1所述的三維集成電路，還包括延伸至所述第一襯底內的多個通孔，其中，所述多個通孔將所述管芯熱連接至所述散熱器。3.根據權利要求2所述的三維集成電路，其中，所述多個通孔的至少一個通孔配置為將所述第一襯底電連接至所述管芯。4.根據權利要求2所述的三維集成電路，其中，所述管芯的密度大于3％。5.根據權利要求2所述的三維集成電路，其中，所述多個通孔的至少一個通孔與所述管芯電隔離。6.根據權利要求1所述的三維集成電路，其中，所述散熱器的總面積比所述管芯的面積大至少兩倍。7.根據權利要求1所述的三維集成電路，其中，所述散熱器包括石墨。8.根據權利要求7所述的三維集成電路，還包括：多個導電元件，位于所述第一襯底上，其中，所述散熱器位于所述管芯和所述多個導電元件之...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林柏堯，林文益，呂學德，游明志，
申請(專利權)人：臺灣積體電路制造股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71