一种半导体组件

文档序号:1877204 发布日期:2021-11-23 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 一种半导体组件 (Semiconductor assembly ) 是由 周云 张野 曾昭孔 陈武伟 于 2021-09-16 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种半导体组件,半导体组件包括:基板;设置在所述基板上的至少两个芯片,所述芯片层叠设置,各所述芯片包括相背设置的第一表面和第二表面,所述第一表面上设置有若干个向所述第二表面方向延伸的容置槽;及若干个焊接件,设置于所述芯片第二表面的一侧,所述焊接件与所述容置槽一一对应;在任意相邻两所述芯片之间,上层的所述芯片的焊接件在下层的所述芯片的容置槽内焊接,以使两所述芯片之间能够电连接。本申请通过在芯片设置有容置槽,熔融态的焊接件填充于容置槽,保证熔融态的焊接件完全位于容置槽内,有利于避免相邻两个焊接件存在桥接的问题。(The application discloses semiconductor component, semiconductor component includes: a substrate; the chip stacking structure comprises at least two chips arranged on a substrate, wherein the chips are stacked, each chip comprises a first surface and a second surface which are arranged in a back-to-back mode, and a plurality of accommodating grooves extending towards the direction of the second surface are formed in the first surface; the welding pieces are arranged on one side of the second surface of the chip and correspond to the accommodating grooves one to one; between any two adjacent chips, the welding piece of the chip on the upper layer is welded in the accommodating groove of the chip on the lower layer, so that the two chips can be electrically connected. This application is through being provided with the storage tank at the chip, and the welding of melt state is filled in the storage tank, guarantees that the welding of melt state is located the storage tank completely, is favorable to avoiding two adjacent welding to have the problem of bridging.)

一种半导体组件

技术领域

本发明一般涉及芯片制造技术领域,具体涉及一种半导体组件。

背景技术

微电子技术的发展使得封装技术向着小型化、多功能化、低功耗和高性能化的方向发展。传统的二维封装模式难以满足这些需求,开始出现2.5D/3D的封装方式。

常见的2.5D/3D封装方式是指在不改变封装体面积大小的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术,实现芯片的多功能化和小型化。

上述封装方式,存在焊点桥接的问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足,期望提供一种半导体组件。

本申请提供一种半导体组件,其包括:

基板;

设置在所述基板上的至少两个芯片,所述芯片层叠设置,各所述芯片包括相背设置的第一表面和第二表面,所述第一表面上设置有若干个向所述第二表面方向延伸的容置槽;及

若干个焊接件,设置于所述芯片第二表面的一侧,所述焊接件与所述容置槽一一对应;

在任意相邻两所述芯片之间,上层的所述芯片的焊接件在下层的所述芯片的容置槽内焊接,以使两所述芯片之间能够电连接。

作为可选的方案,上层的所述芯片的焊接件与下层的所述芯片的容置槽限位配合。

作为可选的方案,上层的所述芯片的焊接件设置于下层的所述芯片的容置槽内,且所述焊接件的最高点低于或者平齐于所述容置槽的开口。

作为可选的方案,所述容置槽的开口为扩口状。

作为可选的方案,若干个所述容置槽等间距布置或不等距布置。

作为可选的方案,还包括若干个导电件,所述导电件与所述焊接件一一对应,所述焊接件通过所述导电件设置于所述第二表面的一侧。

作为可选的方案,所述芯片还设置有通孔,所述通孔的一端与所述容置槽连通,所述通孔的另一端位于所述第二表面,所述导电件设置于所述通孔,所述焊接件连接至所述导电件靠近所述第二表面的端部。

作为可选的方案,所述容置槽的内壁设置有导电层,所述导电层与所述导电件连接。

作为可选的方案,所述导电件的一端凸出于与所述导电件对应的所述通孔且与所述焊接件连接。

作为可选的方案,所述导电件的另一端部平齐于与所述导电件对应的所述容置槽的底部。

本申请通过在芯片设置有容置槽,熔融态的焊接件填充于容置槽,保证熔融态的焊接件完全位于容置槽内,有利于避免相邻两个焊接件存在桥接的问题。在相邻两个芯片未连接之前,限位配合使得焊接件位于容置槽内,约束两个芯片之间沿水平方向运动的自由度,避免相邻两个芯片之间偏移。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为本发明实施例提供的一种半导体组件的结构示意图一;

图2为本发明实施例提供的一种半导体组件的结构示意图二;

图3至图8是本发明实施例提供的一种半导体组件的制造方法示意图;

图9为本发明实施例提供的一种用于芯片键合的装置的示意图一;

图10为本发明实施例提供的一种用于芯片键合的装置的示意图二;

图11是本发明实施例提供的一种用于芯片键合的装置的示意图三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1示出了一种半导体组件的结构示意图。

如图1所示,一种半导体组件包括基板20和至少两个芯片10,芯片10可层叠设置,层叠设置的芯片10设置于基板20上。

各芯片10包括背向基板20的第一表面101和朝向基板20的第二表面102,第一表面101设置有若干个朝向基板20方向凹陷的容置槽11,第二表面102的一侧设置有若干个焊接件30,焊接件30与容置槽11一一对应;任意相邻两芯片10之间,上层的芯片10的焊接件30在下层的芯片10的容置槽11内焊接,以使两芯片10之间电连接。

需要说明的是,基板20为芯片10提供电连接和支撑功效。基板20上布设电路层,基板20包括若干个导电连接线21。焊接件30的材料可以是铟材料、铜材料、镍材料、锡材料等其他合适的材料,焊接件30可以呈球状、块状或者其他合适的形状。在预设温度下,焊接件30能够由固态变为熔融态。

第一表面101设置有若干个朝向基板20方向凹陷的容置槽11,若干个容置槽11可以沿第一方向等间距M1布置,第一方向与芯片10的层叠方向垂直。对应地,第二表面102的一侧设置有若干个焊接件30,若干个焊接件30沿第一方向等间距M2布置。间距M1和间距M2相等,上层的芯片10的焊接件30与下层的芯片10的容置槽11正对,焊接件30可位于容置槽11内。焊接件30在容置槽11内进行焊接,使得熔融态的焊接件30能够填充于容置槽11内,避免相邻的两焊接件30桥接。焊接件30凝固后,两个芯片10固定连接且电连接。

当然,在本发明其他实施方式中,若干个容置槽11也可以沿第一方向不等距布置,相应地,若干个焊接件30沿第一方向也不等距布置,只需容置槽11与焊接件30一一对应即可。

在相关技术中,在相邻两个芯片10之间等间距设置有若干个焊接件30,在预设温度下,相邻两个焊接件30之间存在桥接的问题。

基于此,本申请提出上述的半导体组件,该半导体组件通过在芯片10设置有容置槽11,熔融态的焊接件30填充于容置槽11内,减少或避免熔融态焊接件30的溢出,降低相邻两个焊接件30桥接的风险。

作为可实现的方式,半导体组件还包括若干个导电件40,导电件40与焊接件30一一对应,焊接件30通过导电件40设置于第二表面102的一侧。通过导电件40实现相邻两个芯片10电连接。

需要说明的是,导电件40的材料可以为铜材料、镍材料、锡材料等其他合适的材料,导电件40的熔点高于焊接件30的熔点,在预设温度下,焊接件30为熔融态,而导电件40的形态保持不变。

在具体实施例中,芯片10还设置有通孔12,通孔12可以为直线型,也可以为曲线型,通孔12一端与容置槽11连通,另一端位于芯片10的第二表面102。至少部分的导电件40设置于通孔12中,即导电件40外形与通孔12相匹配,以使导电件40能够插接于通孔12内。通过导电件40将焊接件30设置于第二表面102的一侧,若导电件40的下端部平齐于第二表面102,焊接件30连接至导电件40的下端部,焊接件30相当于直接连接在第二表面102上;若导电件40的下端部凸出于第二表面102,焊接件30连接至导电件40的下端部,焊接件30的下端部距第二表面102存在一定距离。

在一些实施例中,导电件40连接焊接件30的端部凸出于与导电件40对应的通孔12。

需要说明的是,一个容置槽11对应一个焊接件30和一个导电件40,导电件40的下端部(导电件40连接焊接件30的端部)凸出于通孔12在第二表面102的开口,即导电件40的下端部(导电件40连接焊接件30的端部)距离第二表面102存在间距d1。其中,上述的通孔12为连接该导电件40的通孔12,不为位于该导电件40上层(下层)的芯片上的通孔12。

2.5D/3D封装方式对芯片10的散热具有较高的要求,通过距离d1增加气流流通,有利于芯片10的散热。

在一些实施例中,导电件40的另一端部平齐于与导电件40对应的容置槽11的底部,保证容置槽11足够的空间,有利于熔融态的焊接件30填充于容置槽11,避免熔融态的焊接件30溢出于容置槽11。

需要说明的是,导电件40的另一端即为导电件40的上端部。其中,上述的通孔12为连接该导电件40的通孔12,不为位于该导电件40上层(下层)的芯片上的通孔12。

作为可实现的方式,容置槽11的内壁设置有导电层50,导电层50与导电件40连接。

需要说明的是,导电层50的材料与导电件40的材料相同,通过气相沉积法在容置槽11的内壁涂设导电层50。导电层50与导电件40连接,导电层50的设置,相当于增大了导电件40与焊接件30的接触面积,有利于导电件40与焊接件30之间的信息传递稳定。

作为可实现的方式,上层的芯片的焊接件30与下层的芯片的容置槽11限位配合。

在具体实施例中,限位配合也就是说焊接件30插接于容置槽11内,部分的焊接件30或者全部的焊接件30位于容置槽11内。在相邻两个芯片10未连接之前,通过焊接件30位于容置槽11内,约束两个芯片10之间沿水平方向运动的自由度,避免相邻两个芯片10之间偏移。

进一步地,上层的芯片的焊接件30位于下层的芯片的容置槽11内,焊接件30的最高点低于或平齐于容置槽11的开口,有利于熔融态的焊接件30能够全部容置于容置槽11内。

作为可实现的方式,容置槽11开口为扩口状。

需要说明的是,容置槽11开口的横截面大于容置槽11底部的横截面,增大了容置槽11的空间,以便填充更多的熔融焊接件30,使得熔融态的焊接件30不会溢出于容置槽11;此外,降低容置槽11的深度,避免影响芯片10的刚度和强度。

本实施方式中,容置槽11的数量为多个,优选地,若干个容置槽11以d2等间距布置,相邻两个容置槽之间存在间隙,有利于避免相邻两个焊接件30之间的桥接。在一些实施例中,若干个容置槽11也可以不等间距布置。

图3至图8示出了一种半导体组件的制造方法示意图。

该半导体组件的制造方法包括如下步骤:

S1,提供晶圆,晶圆包括芯片层10a和研磨层10b,芯片层10a背向研磨层10b的表面上开设容置槽11,容置槽11的开口为扩口状;

需要说明的是,采用硅通孔技术在芯片层10a背向研磨层10b的表面开设容置槽11,容置槽11的纵截面为三角形、梯形、半圆形或者半椭圆形等其他合适的形状,如图3所示,容置槽11的纵截面为三角形。其中,芯片层10a的厚度为L1,研磨层10b的厚度为L2,容置槽11的深度L3小于芯片层10aL1。

S2,容置槽11自其底部开设朝向研磨层10b延伸的盲孔12a,盲孔12a贯穿芯片层10a且止于研磨层10b;

需要说明的是,容置槽11和盲孔12a的深度之和为L1。

S3,芯片层10a背向研磨层10b的表面上铺设钝化层60;

需要说明的是,可以采用气相沉积法在芯片层10a背向研磨层10b的表面形成钝化层60,用于保护芯片层10a背向研磨层10b的表面,便于后续工艺形成导电件40。

S4,容置槽11内壁上铺设导电层50且盲孔12a内形成导电件40;

需要说明的是,可以采用气相沉积法在容置槽11内壁形成导电层50;在盲孔12a内形成导电件40,导电件40和导电层50的材料相同。导电件40与导电层50连接。

S5,研磨研磨层10b,直至研磨层10b消失;

需要说明的是,将晶圆倒置,通过研磨设备对晶圆研磨,直至研磨层10b的厚度L2减至为0。

S6,去除钝化层60,焊接件30连接至导电件40的下端部。

需要说明的是,去除钝化层60,焊接件30与导电件40一一对应,焊接件30连接至导电件40的下端部,此时芯片层10a可以称之为芯片10。

在步骤S5和S6之间,还可以延长导电件40长度,以使导电件40的下端部凸出于芯片层10a朝向研磨层10b的表面。此时,焊接件30的下端部与芯片层10a朝向研磨层10b的表面之间存在距离d1。

图9示出了一种用于芯片键合的装置的结构示意图。

如图9所示,用于芯片键合的装置包括承载件70和若干个加热机构80。加热机构80位于承载件70的下方。

承载件70设置有若干个承载区71,承载区71至少用于固定待键合芯片的基板;加热机构80设置于承载件70的一侧,加热机构80与承载区71一一对应。加热机构80包括若干个导热件82,导热件82与基板的导电连接线21一一对应且相抵靠,导热件82与基板发生热传递,使得基板与芯片发生热传导,进而完成基板与芯片之间的电连接,基板与芯片以组成半导体组件。

需要说明的是,承载区71可以为凹槽结构、平面结构或者其他合适的结构,承载区71用于固定半导体组件或者基板,方便半导体组件或者基板与加热机构80之间进行热量传递。基板的导电连接线21具有良好的导电性和良好的导热性,加热机构80的导热件82与基板特定部位之间发生热传递,二者之间为局部接触,且二者之间的热传递效率高,不影响基板其他部位,避免了基板的翘曲。此外,若干个加热机构80对应若干个承载区,提高了贴装效率。

在相关技术中,回流焊技术应对大尺寸芯片10,因回流焊技术提供的环境温度过高,在实现芯片10与基板20之间的电连接时,容易引发芯片10或基板20翘曲,进而存在焊点桥接、虚焊等问题;热压键合技术可以避免焊点桥接、虚焊等问题,但受制于贴片形式,只能实现一次一颗的贴装效率。

基于此,本申请提出一种用于芯片键合的装置,加热机构80的导热件82与基板特定部位之间发生热传递,二者之间为局部接触,且二者之间的热传递效率高,不影响基板其他部位,避免了基板的翘曲。此外,若干个加热机构80对应若干个承载区,提高了贴装效率。

作为可实现的方式,承载区71为凹槽,承载件70自其承载面向承载件70内部凹陷凹槽,凹槽与基板(半导体组件)卡接配合,以使凹槽固定连接基板(半导体组件),避免基板(半导体组件)晃动。

作为可实现的方式,承载件70上还设有与承载区71连通的通道72,导热件82设置于通道72。

参考图9,在具体实施例中,在承载区71的底部上开设通道72,通道72贯穿承载件70,通道72的轴线可以沿竖直方向,或者,通道72的轴线倾斜设置,与竖直方向呈预设夹角。

加热机构80包括加热件81和连接至加热件81的导热件82,导热件82大致为柱状,即导热件82的截面直径与通道72的截面直径适配,导热件82垂直于加热件82或与加热件81呈预设夹角设置,即当通道72的轴线沿竖直方向延伸时,导热件82垂直于加热件81,当通道72的轴线沿竖直方向呈预设夹角方向延伸时,导热件82与加热件81呈预设夹角设置,即导热件82与通道72适配,导热件82能够贯穿通道72,导热件82与基板的导电连接线21相接触,实现二者热传导配合。

导热件82的一端部凸出或者平齐于承载区的底部。参考图9,在本发明的实施方式中,导热件82的上端部平齐于凹槽的底部,有利于导热件82的上端部与基板的导电连接线21能够稳定相接触;或者,导热件82的上端部凸出于凹槽的底部,进一步有利于导热件82的上端部与基板的导电连接线21能够稳定相接触。

作为可实现的方式,导热件82在导电连接线21上的正投影部分覆盖导电连接线21,保证导热件82与导电连接线21相接触的面积足够大,有利于导热件82与基板的导电连接线21稳定相抵靠且提高二者之间的导热效率。

作为可实现的方式,用于芯片键合的装置还包括按压机构90,其用于与半导体组件按压配合。

参考图10和图11,需要说明的是,半导体组件包括基板20和若干个芯片10,若干个芯片10层叠设置,层叠设置的芯片10放置于基板20上。按压机构90位于承载件70的一侧,即在承载区71上方设置按压机构90;加热机构80位于承载件70的下方。在加热机构80与半导体组件热传导配合时,按压机构90向层叠设置的芯片10施加作用力,能够杜绝芯片10的翘曲。

在具体实施中,按压机构90包括压块91与滚珠丝杆机构,滚珠丝杆机构沿竖直方向设置,滚珠丝杆机构包括滚珠丝杆和与滚珠丝杆滑动配合的螺母,压块91连接至螺母。螺母沿滚珠丝杆长度方向滑动,带动压块91靠近或远离承载件70,进而压块91施加作用力于半导体组件。滚珠丝杆机构精度度,可控制施加作用力的时间与大小。施加作用力的大小为0kgf至10kgf。

进一步地,压块91包括加热模块,加热模块用于调节压块91的温度。压块91的温度高于芯片10的温度,压块91向芯片10传导热量,以使芯片10温度升高,进而缩短加热机构80工作时间。

作为可实现的方式,用于芯片键合的装置还包括连接至加热机构80的伸缩机构,伸缩机构驱动加热机构80沿竖直方向往复运动。

参考图10,需要说明的是,伸缩机构连接至加热机构80的加热件81,伸缩机构驱动加热件81沿竖直方向往复运动,进而带动导热件82往复运动,使得导热件82的上端部凸出或隐藏于通道72。在加热机构80工作时,导热件82的上端部凸出于通道72;在加热机构80工作完毕后,导热件82的上端部隐藏于通道72内;上述设置方式,有利于半导体组件或基板转运至下一道工序。伸缩机构可以是电动推杆,能够保证应用环境要求:干净,无污染;此外,使得装置结构紧凑。

当然,本实施方式中,芯片键合的装置用于多层芯片之间及与基板的键合,在本发明其他的实施方式中,也可用于单层芯片与基板的键合,具体过程与上述多层芯片的键合相似,再次不做详细赘述。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

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