[发明专利]包括在衬底上的管芯以及在管芯上具有开窗的散热器的电子组件

说明书

技术领域

本发明公开的实施例涉及系统级封装(SIP)前体，其包括用于增强冷却的散热器，以及其中的堆叠管芯SIP。

背景技术

系统级封装(SIP)包括装配在单个封装或模块中的多个集成电路。SIP执行电子系统的所有功能或大部分功能，并且通常被使用在包括移动电话、个人数字助理(PDA)和数字音乐播放器的产品内部。在SIP中，单个IC可以垂直堆叠(3D布置)或者水平布置。IC可以通过键合到封装的细导线被内部连接。替换地，利用倒装芯片技术使用焊料凸起将堆叠管芯连接在一起。

一些SIP包括包含通孔或者更一般地说贯穿衬底通孔的管芯(在本文中指“TSV管芯”)，例如逻辑／处理器管芯，其中TSV被布置为一个或更多TSV阵列，这些阵列提供穿过TSV管芯的全部厚度的垂直连接。TSV使得多个管芯垂直堆叠，并且将这些管芯互连而不使用常规引线键合或倒装焊接技术。例如，TSV可用于堆叠一系列存储器管芯并且可提供管芯之间的信号路径或热传递路径。

一些TSV包括从TSV管芯的底侧(非有源侧)伸出的凸出TSV末端。这种TSV管芯通常较薄，例如厚度为30μm到80μm。薄TSV管芯容易翘曲，可能导致与TSV的连接不牢固。为实现连续且牢固的连接，这种TSV管芯的平坦度在TSV管芯的全部区域上通常应当被保持在几微米之内。

在形成包括薄TSV管芯的SIP的一种工艺中，在将附连到其他管芯的管芯键合到衬底之前，薄TSV管芯可以被键合到另一管芯用于机械支撑。例如，可使用平坦的托架将单片TSV管芯附连到存储器管芯(或模块)，接着将TSV管芯／存储器管芯附连到衬底，例如有机衬底。在另一SIP形成工艺中，TSV管芯被键合到衬底，接着将顶部管芯键合到TSV管芯。在任一情况下，衬底可包括球栅阵列(BGA)，并且SIP可被附连到印刷电路板(PCB)。

这些已知的SIP工艺有若干缺陷。不能在附连顶部管芯(例如，存储器管芯)之前测试TSV管芯。因此，TSV管芯故障或者无法从TSV管芯连接到衬底可能导致产量损失，包括废弃管芯(例如，存储器管芯)的物料。终端用户也可以针对他们的系统要求不同的存储密度(4Gb、8Gb、16Gb等)，这产生开发多SIP产品的需求。SIP供应商也需要购买存储器并保持存储设备的库存。

堆叠管芯SIP的另一个问题是在操作过程中的功率耗散造成的加热。最近，随着计算性能的提高，TSV管芯的功耗增加。如果未正确冷却并且没有充分提供冷却，则SIP中的单个IC(如在TSV管芯顶部的存储器管芯)会变得过热。管芯叠层中的单个IC之间的空间对于提供冷却通道也会较小，因为这些间隙一般太小不适于流体流动。散热器可附连在堆叠SIP中的顶部管芯(例如，存储器管芯)的顶部上，但是这样不是高效的冷却布置，因为顶部管芯的热电阻阻止TSV管芯的有效功率耗散，并且加热顶部管芯(例如，存储器管芯)将导致SIP系统的更高功耗。

发明内容

本发明公开的实施例描述电子组件，其包括：含有多个TSV的贯穿衬底通孔TSV(管芯)；包括有源电路的顶侧；以及其上具有TSV连接件的底侧。TSV管芯通过其顶侧位于工件上且底侧面朝上而进行附连。具有内开窗(即，开孔)的散热器位于TSV管芯的底侧。键合特征件耦合到TSV连接件或者包括TSV连接件自身。键合特征件从内开窗伸至超过散热器顶部高度的高度，键合特征件使得顶部管芯(例如，存储器管芯)键合到TSV管芯。

组装顶部管芯从而形成系统级封装(SIP)时，散热器由此在TSV管芯和顶部管芯之间。与如上所述的常规的附连到顶部管芯的顶部上散热器相比，通过将散热器放置在TSV管芯和顶部管芯之间，更低的热电阻热传递路径导致冷却效率显著增加。散热器也可增加机械稳定性和刚度，有助于防止工件上一般较薄的TSV管芯(例如，40μm～80μm)发生翘曲。

在一个实施例中，TSV连接件包括凸出TSV末端。在该实施例中，键合特征件包括凸出TSV末端。在另一实施例中，键合特征件包括内插器，该内插器包括多个耦合到TSV连接件(例如通过TSV管芯底侧上的再分布(RDL)层耦合到TSV管芯上的TSV的焊盘)的TSV。

附图说明

图1A是根据示例实施例的示例电子组件的剖视图，其包括：工件；顶侧向下附连到工件的贯穿衬底通孔(TSV)管芯；在TSV管芯的底侧上具有内开窗的散热器；以及示为凸出TSV末端的键合特征件，其从开窗伸至超过散热器顶部高度的高度。