三維硅穿孔構(gòu)建的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了三維硅穿孔構(gòu)建。本發(fā)明的實施例包括具有一起封裝在相同封裝中的多個裸片的器件。多個裸片布置在內(nèi)插件上，內(nèi)插件則布置在封裝襯底上。內(nèi)插件包括諸如硅的半導(dǎo)體襯底，具有從內(nèi)插件的前表面延伸到內(nèi)插件的后表面的過孔。內(nèi)插件可以是無源內(nèi)插件或有源內(nèi)插件。有源內(nèi)插件包括一個或多個裸片的功能性，并且因此減小布置在有源內(nèi)插件上的裸片的數(shù)目。
【專利說明】三維硅穿孔構(gòu)建
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例總地涉及電子部件的封裝，并且更具體地，涉及三維硅穿孔構(gòu)建?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在集成電路環(huán)境中的裸片是給定功能電路制造在其上的小塊的半導(dǎo)體材料。裸片例如通過耦連到封裝襯底而被封裝，并且隨后被定位在印刷電路板上以將裸片互連。然而，由于裸片之間的通信所要求的長電路徑(例如，電流必須從第一裸片經(jīng)過印刷電路板流到第二裸片)，所以將裸片以這種方式互連限制器件的電性能。此外，裸片的單獨封裝要求相對大面積的印刷電路板以容納電子器件中所利用的全部的經(jīng)包裝的器件。相對大面積的印刷電路板限制器件的最小物理大小。而且，經(jīng)單獨封裝的裸片每一個以不同的封裝類型進行組裝，因此增加了形成經(jīng)組裝的器件的成本和復(fù)雜性。
[0003]如前述所示，本領(lǐng)域所需要的是新的器件封裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個實施例包括電子器件，其具有封裝襯底、布置在封裝襯底上并且電耦連到封裝襯底的內(nèi)插件以及布置在內(nèi)插件上并且電耦連到內(nèi)插件的多個裸片。
[0005]本發(fā)明的益處包括經(jīng)制造的器件的較小外形規(guī)格(form factor)。因為具有不同功能的多個裸片被集成到單個封裝中，所以與分離封裝的裸片相比，將裸片互連所要求的空間量得以減小。此外，因為器件具有較小外形規(guī)格，所以器件的電性能由于裸片之間的較短電路徑而增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]因此，可以詳細地理解本發(fā)明的上述特征，并且可以參考實施例得到對如上面所簡要概括的本發(fā)明更具體的描述，其中一些實施例在附圖中示出。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例，因此不應(yīng)被認為是對其范圍的限制，本發(fā)明可以具有其他等效的實施例。
[0007]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的器件的剖視圖。
[0008]圖2A-2F示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、定位在無源內(nèi)插件上的多個裸片。
[0009]圖3A-3F示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、定位在有源內(nèi)插件上的多個裸片。
[0010]為了促進理解，已經(jīng)在可能的地方使用同樣的參考數(shù)字來指明對各圖公共的同樣的元件。應(yīng)預(yù)期到的是，一個實施例中所公開的元件可以有益地利用在其他實施例上而無需具體陳述。
【具體實施方式】
[0011]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的器件100的剖視圖。器件100包括布置在內(nèi)插件106上的裸片102和104。內(nèi)插件106布置在諸如硅襯底的封裝襯底108上。封裝襯底108進而布置在印刷電路板110上。裸片102和104通過微凸塊114耦連到重新分布層112，重新分布層112布置在內(nèi)插件106的上表面上。微凸塊114包括例如銅、銀和/或錫，并且重新分布層112總地包括銅或另一種導(dǎo)電材料。微凸塊114促進裸片102和104與重新分布層112之間的電連接。雖然僅示出了兩個裸片102和104，但是應(yīng)理解的是，器件100可以包括多于兩個裸片，例如四個、五個或更多個裸片。
[0012]封裝材料120將裸片102和104密封。封裝材料120可以包括例如硅酮、紫外光固化樹脂或環(huán)氧樹脂。裸片102和104 —起封裝在內(nèi)插件106上，并且因此總地比如果裸片102和104中的每一個單獨地封裝在各自的封裝襯底108上占據(jù)更小表面積。與將裸片102和104分別地封裝在不同的封裝襯底108上相比較，內(nèi)插件106的利用允許裸片102和104當(dāng)被適當(dāng)封裝時更緊密地定位在一起。例如，當(dāng)裸片被單獨地封裝時，要求印刷電路板上的更多面積用于放置和定位經(jīng)單獨封裝的裸片。因此，限制了使用經(jīng)單獨封裝的裸片的器件的大小和外形規(guī)格。而且，內(nèi)插件106上的裸片102和104的放置簡化印刷電路板110上的排列(alignment)。僅需要進行內(nèi)插件106上的放置(例如內(nèi)插件106的放置)，而不是將每個裸片102、104分別放置和排列在印刷電路板110上。
[0013]內(nèi)插件106包括具有穿過其垂直布置的過孔(via)116的硅襯底106B以及布置在硅襯底106B上的二氧化硅層106A。過孔116利用諸如銅、鋁或金的導(dǎo)電材料進行電鍍和填充，并且促進布置在二氧化硅層106B內(nèi)的重新分布層112與封裝襯底108之間的電連接。應(yīng)注意的是，內(nèi)插件106可以包括比示出的更多的重新分布層112和過孔116。內(nèi)插件106使用焊料凸塊118耦連到封裝襯底108，所述焊料凸塊118包括例如錫、金、銅和/或銀。諸如非導(dǎo)電樹脂的間隙填充材料122圍繞焊料凸塊118布置在內(nèi)插件106與封裝襯底108之間。間隙填充材料122用來移除來自內(nèi)插件106與封裝襯底108之間的氣隙，其否則將降低器件100的性能或壽命。
[0014]封裝襯底108包括通過過孔122電耦連的導(dǎo)電區(qū)域124。導(dǎo)電區(qū)域124和過孔122促進焊料凸塊118與凸塊128之間的電接觸。凸塊128與印刷電路板110電接觸。凸塊128由諸如錫、銅或金的導(dǎo)電材料形成。
[0015]如圖1所示，多個裸片102和104可以以大致共面的結(jié)構(gòu)一起封裝在單個封裝襯底108上。因為裸片102和104被封裝在一起，所以與當(dāng)裸片被單獨地封裝時相比較，需要較小印刷電路板面積和較小封裝襯底面積來封裝相同數(shù)量的裸片。因此，器件100具有較小外形規(guī)格，其促進集成到諸如智能電話的較小設(shè)備中。內(nèi)插件106促進單個封裝襯底上的多個裸片的封裝。內(nèi)插件106為封裝中的裸片提供安裝面。此外，內(nèi)插件116的重新分布層112提供封裝內(nèi)的裸片之間的電通信。
[0016]圖2A-2F示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、無源內(nèi)插件上的裸片結(jié)構(gòu)。無源內(nèi)插件是其中不包含任何電裸片功能性的內(nèi)插件。因此，無源內(nèi)插件為定位在其上的裸片提供支撐并且促進裸片與封裝襯底之間的電連接，所述封裝襯底諸如圖1示出的封裝襯底108。
[0017]圖2A和2B分別示出了器件200A的頂視圖和側(cè)視圖。器件200A包括以細長形(elongated)模式安置在內(nèi)插件206上的裸片202A-202E。裸片202A-202E通過微凸塊214耦連到內(nèi)插件206。裸片202A-202E分別包括RF部件、基帶部件、應(yīng)用處理器、I/O控制器以及存儲器。裸片202A-202E使用用于支撐和互連性的內(nèi)插件206封裝在一起，并且因此要求封裝襯底和印刷電路板上的較小面積用于最后的組裝。盡管示出了五個裸片202A-202E，但是應(yīng)該理解的是，更多裸片可以布置在內(nèi)插件206上。
[0018]圖2C-2F示出了器件200B和200C的頂視圖和側(cè)視圖。器件200B和200C中的每一個具有布置在內(nèi)插件206上的裸片202A-202E。五個裸片被封裝在單個封裝中，并且因此與當(dāng)每個裸片202A-202E單獨地封裝時相比較，當(dāng)被布置在印刷電路上時利用較小面積。裸片202A-202E以二維模式安置在內(nèi)插件206上。因此，顯而易見的是，裸片202A-202E可以以多個模式安置在單個封裝內(nèi)以獲得封裝的所期望的外形或形狀。
[0019]圖3A-3F示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的有源內(nèi)插件上的裸片結(jié)構(gòu)。器件300A-300C包括布置在有源內(nèi)插件306A-306C上的多個裸片用于封裝在單個封裝內(nèi)。有源內(nèi)插件306A-306C擁有一個或多個裸片的電功能性，并且因此通過將裸片的功能性包含在其中而減小布置在其上的裸片的數(shù)目。因為裸片的一些功能性被包含在內(nèi)插件306中，所以與使用(圖2中示出的)無源內(nèi)插件206的器件以及使用經(jīng)單獨封裝的裸片的器件相比較，器件300A-300C具有較小外形規(guī)格。
[0020]圖3A和3B分別示出了具有布置在有源內(nèi)插件306A上的裸片302A和302B的器件300A的頂視圖和側(cè)視圖。裸片302A和302B通過微凸塊314耦連到有源內(nèi)插件306A。有源內(nèi)插件306A包含其中的以下各項的功能性:基帶部件、RF部件以及I/O控制器。裸片302A是應(yīng)用處理器，并且裸片302B是存儲器部件。裸片302A和裸片302B利用內(nèi)插件306A封裝在單個封裝中。因為裸片302A和302B被封裝在單個封裝中，并且因為內(nèi)插件306A包含其中的裸片功能性，所以器件300A具有相對小的外形規(guī)格。
[0021]圖3C和3D分別示出了具有布置在有源內(nèi)插件306A上的裸片302A、302B和302C的器件300B的頂視圖和側(cè)視圖。有源內(nèi)插件306A包含其中的RF部件和I/O控制器的功能性。因此，布置在有源內(nèi)插件306B的上表面上的裸片的數(shù)目小于布置在用于具有相同功能性的器件的無源內(nèi)插件上的裸片的數(shù)目。因為RF部件和I/O控制器的裸片功能性已被包含到有源內(nèi)插件306B中，并且因為裸片302A、302B以及302C被封裝在一起，所以與具有相同功能性的、經(jīng)單獨封裝的裸片的面積相比較，印刷電路板上的器件300B的面積得以減小。
[0022]圖3E和3F分別示出了具有布置在有源內(nèi)插件306C上的裸片302A、302B、302C以及302D的器件300C的頂視圖和側(cè)視圖。有源內(nèi)插件306C包含其中的I/O控制器的功能性。因此，布置在有源內(nèi)插件306C的上表面上的裸片的數(shù)目小于布置在用于具有相同功能性的器件的無源內(nèi)插件上的裸片的數(shù)目。因為I/O控制器的裸片功能性已被包含到有源內(nèi)插件306C中，并且因為裸片302A、302B、302C以及302D被封裝在一起，所以與具有相同功能性的、經(jīng)單獨封裝的裸片的面積相比較，印刷電路板上的器件300C的面積得以減小。
[0023]從圖3A-3C應(yīng)注意的是，有源內(nèi)插件的功能性和布置在其上的裸片的數(shù)目可以變化以獲得器件的所期望的外形規(guī)格。并且，其上裸片的安置也可以根據(jù)期望而變化來進一步影響外形規(guī)格。圖3A-3C僅是一些實施例的示例，并且預(yù)期附加的變化。
[0024]本發(fā)明的器件利用在其上互連多個裸片的TSV內(nèi)插件。其上具有多個裸片的TSV內(nèi)插件則布置在封裝襯底上，所述封裝襯底則定位在印刷電路板上。多個裸片在內(nèi)插件上一起被封裝在單個封裝中，而不是每個裸片分別被封裝在不同的封裝襯底上。TSV內(nèi)插件可以是無源的或有源的。當(dāng)TSV內(nèi)插件是無源的時，TSV內(nèi)插件不具有任何電部件功能性，并且僅用作支撐裸片和將裸片互連的襯底。當(dāng)TSV內(nèi)插件是有源的時，TSV內(nèi)插件具有至少一些電部件功能性并且因此減小TSV內(nèi)插件上的裸片的數(shù)目。
[0025]本發(fā)明的益處包括經(jīng)制造的器件的較小外形規(guī)格。因為具有不同功能的多個裸片被集成到單個封裝中，所以與分離封裝的裸片相比較，將裸片互連所需要的空間量得以減小。此外，因為器件具有較小外形規(guī)格，所以器件的電性能由于裸片之間的較短電路徑而增力口。而且，因為多個裸片被封裝在單個封裝而不是多個封裝中，所以要求較少封裝材料。因此，減小了材料和組裝的成本。本發(fā)明的器件的相對較小的外形規(guī)格對于移動或其他緊湊應(yīng)用而言是令人滿意的。
[0026]雖然上述內(nèi)容針對本發(fā)明的實施例，但可對本發(fā)明的其他和進一步的實施例進行設(shè)計而不脫離其基本范圍，并且其范圍由下面的權(quán)利要求來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種電子器件，包括: 封裝襯底； 內(nèi)插件，其布置在所述封裝襯底上并且電耦連到所述封裝襯底；以及 多個裸片，其布置在所述內(nèi)插件上并且電耦連到所述內(nèi)插件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中所述多個裸片以大致共面的結(jié)構(gòu)進行安置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，進一步包括在所述內(nèi)插件的上表面上的重新分布層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子器件，其中所述內(nèi)插件包括從所述上表面延伸到下表面的多個過孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中所述內(nèi)插件是無源內(nèi)插件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其中所述內(nèi)插件是有源內(nèi)插件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子器件，其中所述有源內(nèi)插件包括基帶部件、RF部件以及I/O控制器的功能性。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子器件，其中所述有源內(nèi)插件包括RF部件和I/O控制器的功能性。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子器件，其中所述有源內(nèi)插件包括I/O控制器的功能性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，進一步包括布置在所述內(nèi)插件和所述封裝襯底之間的底部填充材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子器件，其中: 所述內(nèi)插件包括從所述內(nèi)插件的前表面延伸到所述內(nèi)插件的后表面的多個過孔；以及 所述封裝襯底包括從所述封裝襯底的前表面延伸到所述封裝襯底的后表面的多個過孔。
【文檔編號】H01L23/48GK103855135SQ201310629458
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】澤圭姜, 翟軍 申請人:輝達公司