帶散熱功能的三維堆疊芯片制造技術

本實用新型專利技術涉及電子封裝技術領域，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。本實用新型專利技術提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導率的散熱單元制作工藝成熟、結構簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內部傳導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、縫等結構，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。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術涉及電子封裝
，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。本技術提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導率的散熱單元制作工藝成熟、結構簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內部傳導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、縫等結構，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
本技術涉及電子封裝
，特別涉及一種帶散熱功能的三維堆疊芯片。
技術介紹
在三維堆疊的芯片結構中，內部芯片的熱量難以散出，因此堆疊芯片的最高溫度會出現在內部芯片中，而內部芯片節溫太高，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，對三維堆疊芯片結構散熱處理得最好的方案是在封裝芯片的內部設置一定高度、寬度及長度的工藝微流道，液體從微流道進入，帶走芯片傳導至該散熱結構的熱量；這種方案微流道制作工藝要求高，加工難度大，制作成本高。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本較低，并且散熱效果好的帶散熱功能的三維堆疊芯片。為解決上述技術問題，本技術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、下兩側的所述第一芯片的裝配區域。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的所述第二芯片的裝配區域。所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導率材料，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設置有散熱槽。進一步地，所述散熱單元為高熱導率的陶瓷基板或高熱導率的硅基板。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。本技術提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導率的散熱單元制作工藝成熟、結構簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內部傳導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、縫等結構，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】圖1為本技術實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片結構示意圖；圖2為本技術實施例提供的設置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；圖3為本技術實施例提供的設置有三棱柱形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；圖4為本技術實施例提供的設置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元主視圖；圖5為本技術實施例提供的設置有圓錐形狀散熱槽的第一散熱單元俯視圖；圖6為本技術實施例提供的頂層芯片單元結構示意圖；圖7為本技術實施例提供的底層芯片單元結構示意圖。【具體實施方式】參見圖1-圖7，本技術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至少一個第一芯片I (本技術實施例中，第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯兩個第一芯片I);塑封層6填充在第一散熱單元2上、下兩側的第一芯片I的裝配區域。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的下表面倒裝互聯至少一個第二芯片4 (本技術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下側的第二芯片4的裝配區域。第一散熱單元2及第二散熱單元3為高熱導率材料(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)。本技術實施例中，散熱單元為高熱導率的陶瓷基板或高熱導率的硅基板。參見圖1-圖7，本技術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域不刻蝕散熱槽。步驟20:選取一個已經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至少一個第一芯片I (本技術實施例中，第一散熱單元2的上、下表面分別倒裝互聯兩個第一芯片1)，并用塑封劑(如底部填充膠)進行塑封，構成頂層芯片單元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的下表面倒裝互聯至少一個第二芯片4 (本技術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(如異向導電膠)壓合在頂層芯片單元101的底部；或將至少兩個底層芯片單元201 (本技術實施例采用兩個)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(如異向導電膠)壓合在頂層芯片單元101的底部。步驟50:選取芯片基板5 (環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(如異向導電膠)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(如異向導電膠)連接在芯片基板5上。本技術實施例提供的帶散熱功能的三維堆疊芯片，高熱導率的散熱單元制作工藝成熟、結構簡單、制作成本低。散熱單元將堆疊芯片熱量直接從芯片內部傳導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、縫等結構，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。最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本技術的技術方案而非限制，盡管參照實例對本技術進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本技術的技術方案進行修改或者等同替換，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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、下兩側的所述第一芯片的裝配區域；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的所述第二芯片的裝配區域；所述第一散熱單元及所述第二散熱單元為高熱導率材料，所述第一散熱單元及所述第二散熱單元的上、下表面設置有散熱槽。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王啟東，邱德龍，吳曉萌，曹立強，于大全，謝慧琴，張迪，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：新型
國別省市：北京;11