[发明专利]3D堆叠式裸片封装的增强型热管理

说明书

技术领域

本发明的一些方面涉及3D堆叠式裸片封装的增强型热管理。

背景技术

一般而言，电子封装体是有源器件(诸如逻辑或者存储器器件)以及无源器件(诸如电阻器和电容器)装入其中的硬件部件。电子封装体执行电子系统的功能，诸如在移动电话、个人计算机、数字音乐播放器等以内使用的功能。将常见电子封装分类为倒装芯片或者线焊封装。

在典型倒装芯片电子封装体中，如图1中所示，单个裸片10通过可以封入下填材料160中的受控塌陷芯片连接(C4)凸块130接合到陶瓷或者有机材料衬底100。盖120为裸片10提供热冷却和机械保护。可以是弹性体、粘合剂、凝胶体或者金属的热界面材料(TIM)150可以设置于芯片10与盖120之间。键合剂170(诸如弹性体、环氧树脂或者机械紧固器)将盖120附着到衬底100。衬底100可以经由引线140进一步耦合到印刷电路板(PCB)110。

为了增加带宽和功能，如图2中所示，将多个裸片11、12、13和14附着到多芯片衬底101来增强图1中所示封装体。这里，电子封装在尺度上增长以容纳多个裸片11、12、13和14并且带来成本、与尺寸有关的和可靠性折衷。在图3中所示又一配置中，多个裸片15-18竖直地堆叠到单个芯片衬底102上。

由于可以在特定裸片堆叠中提供一组芯片、电阻器、电容器和/或存储器单元，所以它可以是需要很少外部部件的完整功能单元。这样，在空间有限的环境(诸如移动电话和计算机)中使用裸片堆叠可以有价值。堆叠式裸片也可以提供增加的电互连密度而延时更少并且功率消耗更低，这可以增加系统性能。这对于其中有时难以向存储器充分增加带宽的“多芯”芯片尤其如此。

然而，尽管竖直配置的裸片堆叠具有益处，它存在的问题在于上裸片沿着从裸片堆叠并且向冷却盖(例如图1的盖120)中的主要热流动路径提供热阻。在正常操作期间，这一热阻使裸片堆叠内的电子芯片的内部温度与非堆叠式电子裸片的内部温度相比增加。因而可能降低具有裸片堆叠的电子封装体的性能。

已经在通过引用将全部内容结合于此的、名称为“SEGMENTATION OF A DIE STACK FOR 3D PACKAGINGTHERMAL MANAGEMENT”的第12/177,194号美国专利申请中提出对这一问题的一种解决方案。在该情况下，充当散热器的盖设置成与在竖直堆叠的底部的芯片的表面有热传递关系，而顶部芯片一般小于底部芯片或者以别的方式分割成更小的块。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种裸片堆叠封装体并且该裸片堆叠封装包括：衬底；计算部件的堆叠；至少一个热板，与堆叠热连通；以及盖，在衬底上被支撑以包围堆叠和至少一个热板以由此限定第一热传递路径以及第二热传递路径，该第一热传递路径经由至少一个热板和鳍从计算部件中的一个计算部件向盖延伸，鳍耦合到盖的表面和至少一个热板，而该第二热传递路径从计算部件中的该一个计算部件向盖表面延伸而未穿过至少一个热板。

根据本发明的另一方面，提供一种组装裸片堆叠封装体的方法，并且该方法包括：形成计算部件的堆叠；将至少一个热板定位成与堆叠热连通；并且用在衬底上支撑的盖包围堆叠和至少一个热板以由此限定第一热传递路径以及第二热传递路径，该第一热传递路径经由至少一个热板和鳍从计算部件中的一个计算部件向盖延伸，鳍耦合到盖的表面和至少一个热板，而该第二热传递路径从计算部件中的该一个计算部件向盖表面延伸而未穿过至少一个热板。

根据本发明的另一方面，提供一种裸片堆叠封装体，并且该裸片堆叠封装包括：衬底，电连接嵌入于其中的下填料设置于衬底上；热板，设置于下填料上；粘合剂和计算部件的交替层的堆叠，设置于热板上并且与电连接电连通；热界面材料(TIM)，设置于堆叠和热板的相应表面上；以及盖，粘附到衬底以包围热板和堆叠，该盖包括与堆叠表面TIM热连通的盖表面和与热板表面TIM热连通的鳍。

根据本发明的又一方面提供一种裸片堆叠封装体，并且该裸片堆叠封装包括：衬底；计算部件的堆叠；热板，设置于计算部件的堆叠内；热界面材料(TIM)，设置于堆叠和热板的相应表面上；以及盖，粘附到衬底以包围热板和堆叠，该盖包括与堆叠表面TIM热连通的盖表面和与热板表面TIM热连通的鳍。

附图说明

在说明书篇尾的权利要求中具体地指出并且独特要求保护视为本发明的主题内容。从结合以下附图进行的下文具体描述中清楚本发明的前述和其它方面、特征以及优点：

图1是具有单个裸片的典型倒装芯片电子封装体的截面图；