具有至少一个垂直安装式管芯的混合取向多管芯集成电路封装件

文档序号:1909681 发布日期:2021-11-30 浏览:7次 >En<

阅读说明:本技术 具有至少一个垂直安装式管芯的混合取向多管芯集成电路封装件 (Hybrid orientation multi-die integrated circuit package having at least one vertically mounted die ) 是由 J·萨托 B·陈 于 2019-11-08 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种混合取向多管芯(“MOMD”)集成电路封装件,其包括以不同物理取向安装的管芯。一种MOMD封装件包括:(a)一个或多个水平安装式管芯(HMD),其水平安装到水平延伸的管芯安装基座;和(b)一个或多个垂直安装式管芯(VMD),其垂直安装到所述水平延伸的管芯安装基座。HMD可以包括FPGA或其他高性能芯片,而VMD可以包括低性能芯片和其他物理结构例如,诸如散热器、存储器、高电压/模拟器件、传感器或MEMS。MOMD封装件的管芯安装基座可以包括用于对准和安装VMD的结构,例如VMD狭槽,其用于接纳每个安装的VMD,以及VMD对准结构,其有利于使每个VMD对准和/或引导其垂直安装至管芯安装基座。与常规多管芯封装件相比,MOMD封装件可以提供减少的横向占位面积和增加的每单位面积的管芯集成。(A hybrid orientation multi-die (&#39;MOMD&#39;) integrated circuit package includes dies mounted in different physical orientations. A MOMD package comprising: (a) one or more Horizontally Mounted Dies (HMDs) horizontally mounted to a horizontally extending die mounting base; and (b) one or more Vertically Mounted Dies (VMDs) vertically mounted to the horizontally extending die mounting base. The HMD may include an FPGA or other high-performance chip, while the VMD may include a low-performance chip and other physical structures such as, for example, a heat sink, memory, high voltage/analog devices, sensors, or MEMS. The die mounting base of the MOMD package may include structure for aligning and mounting the VMDs, such as a VMD slot for receiving each mounted VMD, and VMD alignment structure that facilitates aligning and/or guiding each VMD vertically mounted to the die mounting base. MOMD packages may provide reduced lateral footprint area and increased die integration per unit area compared to conventional multi-die packages.)

具有至少一个垂直安装式管芯的混合取向多管芯集成电路封 装件

相关专利申请

本申请要求于2019年5月9日提交的共同拥有的美国临时专利申请第62/845833号的优先权,其全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及一种集成电路封装件,并且更具体地讲,涉及一种混合取向多管芯集成电路封装件,其具有至少一个水平安装式管芯和至少一个垂直安装式管芯。

背景技术

一部分摩尔定律已不适用于纯硅工艺集成,而转向了管芯组件和异质管芯集成(即,从每个晶体管的成本转向每个封装晶体管的成本),例如,以便在单个封装件中提供总系统解决方案(TSS)。例如,异质多管芯封装组件可以包括安装在公共多管芯封装件中的多种不同类型的管芯。

已知的多管芯封装件包括3-D或2.5D异质管芯集成产品,包括以水平(平坦)取向安装在封装基板上的多个管芯,该封装基板继而可以安装在印刷电路板(PCB)上。封装件中的多个管芯可以通过互连件或其他连接件而彼此连接,该互连件或其他连接件形成于封装基板中或布置在管芯与封装基板之间的硅“内插器”中。

例如,图1示出了Intel公司的示例性多管芯FPGA封装件10的剖视图,该封装件包括:居中安装在多管芯封装基板14上的FPGA管芯12;以及多个DRAM管芯(未示出)和收发器管芯18,该收发器管芯围绕FPGA 12的周边安装在封装基板14上并且各自通过形成于封装基板14中(即,通过该封装基板路由)的互连件20连接到FPGA 12,Intel称该互连件为嵌入式多管芯互连桥(EMIB)连接件。在多管芯FPGA封装件10上方形成封装盖22,以密封该多管芯FPGA封装件10。

图1所示的剖视图示出了位于FPGA管芯12相对侧上的一对收发器管芯18,其中每个收发器管芯18由路由通过多管芯封装基板14的EMIB互连件20连接到FPGA 12。如图所示,多管芯FPGA封装件10可以焊接安装在PCB 24上。安装在封装基板14上的器件(FPGA 12、DRAM(未示出)和收发器18)通过“硅通孔”(TSV)26连接到PCB 24上的电子器件,所述TSV垂直延伸穿过多管芯封装基板14。

在其他多管芯封装件中,封装件中的各种管芯通过互连件彼此连接,所述互连件形成于设置在管芯与多管芯封装基板之间的分立“内插器”结构中。图2示出了Xilinx公司和台积电有限公司(TSMC)的示例性多管芯FPGA封装件50的剖视图。FPGA封装件50的剖视图示出了焊接安装在硅内插器56上的FPGA管芯52和存储器管芯54,该硅内插器继而焊接安装在封装基板58上。硅内插器56包括:(a)FPGA 52与存储器54之间的互连件60(以及安装在硅内插器56上的其他管芯之间的类似互连件),以及(b)TSV 62,其垂直延伸穿过内插器56以将FPGA 52和存储器54连接到封装基板58(以及到PCB上的电子器件,多管芯FPGA封装件50通过垂直延伸穿过封装基板58的TSV或其他连接件(未示出)安装到该电子器件)。

对改进的异质多管芯封装件(该封装件包括多种不同类型的管芯),例如具有减小占位面积/面积的异质多管芯封装件有所需求。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种多管芯IC封装件,该封装件具有以不同物理取向安装的管芯,其在本文中称为混合取向多管芯(“MOMD”)封装件。例如,根据一些实施方案的MOMD封装件包括:(a)水平安装的一个或多个管芯,作为水平安装式管芯或“HMD”;和(b)垂直安装的一个或多个管芯,作为垂直安装式管芯或“VMD”。术语“管芯”和“芯片”在本文中能够互换使用。一些MOMD封装件实施方案包括:作为HMD的水平安装的至少一个FPGA或其他“高性能”芯片(例如,在300MHz或更高频率下操作的芯片);以及作为VMD的垂直安装的至少一个其他芯片。VMD可以包括各种类型的器件,例如包括“低性能”芯片(例如,在小于300MHz频率下操作的芯片),以及其他物理结构诸如,例如散热器、存储器、高电压/模拟器件、传感器或微机电系统(MEMS)。

在一些实施方案中,与现有设计(例如,上文在背景技术部分中讨论的设计)相比,MOMD封装件可以更先进且具有更小的横向占位面积,并且可以提供每单位面积更多的管芯集成。

在一些实施方案中,MOMD封装件包括水平延伸的管芯安装基座,该水平延伸的管芯安装基座包括用于安装HMD和VMD两者的结构。MOMD管芯安装基座可以包括垂直延伸的VMD狭槽,该狭槽用于接纳安装到其的每个VMD的至少一部分。MOMD还可以包括VMD对准结构,该VMD对准结构例如从水平延伸的管芯安装基座的上侧垂直向上延伸,其有利于使每个VMD对准和/或引导其进行垂直安装,例如以将VMD的引导部分引导到管芯安装基座中的相应VMD狭槽中。VMD对准结构还可以将每个VMD物理地支撑在其安装位置中。VMD对准结构可以由聚合物(例如,聚酰亚胺)或其他合适的材料形成。在一些实施方案中,VMD可以包括对准结构,例如细长导轨或沟槽,其被配置为与设置在MOMD管芯安装基座上的对应VMD对准结构相互作用,以帮助使VMD对准和/或引导其安装。另外,VMD可以包括例如形成在VMD管芯晶片的划线区域中的专用接触焊盘。在一些实施方案中,VMD可以包括U形、杯形或拱形接触件,所述接触件被配置为提供与设置在MOMD管芯安装基座上的对应接触焊盘的有效接合。

在一些实施方案中,MOMD管芯安装基座可以包括接触焊盘,该接触焊盘用于将HMD和VMD接合到MOMD管芯安装基座。在一些实施方案中,MOMD管芯安装基座可以包括大量接合焊盘,其中用于安装每个HDM的接合焊盘的数量比用于安装每个VMD的数量多,这是因为每个HMD(例如,高性能管芯)可能需要比每个VMD更多的引脚输出件或其他接触件。MOMD管芯安装基座可以包括用于将所有切片导电地连接在一起的互连件和/或其他结构,并且可以包括用于将管芯安装基座引线键合到下面的封装基板的接合焊盘。

在一些实施方案中,MOMD管芯安装基座包括焊料涂覆的接触焊盘,其用于以下功能:HMD安装、VMD安装和/或引线键合(例如,到下面的基板或其他器件)。焊料涂覆的接触焊盘可以为HMD、VMD和/或引线键合提供改善的接合。

在一些实施方案中,MOMD管芯安装基座是由非电级硅基板或其他廉价基板形成的仅互连器件。在一些实施方案中,MOMD管芯安装基座可以针对接合到管芯安装基座的至少一个(或全部)切片执行上层金属布线。例如,MOMD管芯安装基座可以包括金属布线层5-N(例如,金属层5-12),使得安装到MOMD的高性能管芯(例如,FPGA)可以仅用金属层1-4制造。因此,对于一些HMD,可以使用部分处理的铸造厂管芯(包括金属层的子集),而剩余的金属层(例如,层5-10+)可以例如使用铜线形成于MOMD管芯安装基座中,这可以降低用于FPGA和其他高性能芯片的至多12+掩模层的极其昂贵的常规铸造厂制造成本。

在一些实施方案中,MOMD封装件不包括晶体管,而是仅包括低延迟金属布线和专用接合焊盘。在一些实施方案中,所有管芯在MOMD封装件中与铜互连件互连,这提供了超低延迟。此外,在一些实施方案中,与某些现有产品(例如,上文在背景技术部分中讨论的产品)不同,MOMD封装件可以不包括TSV且不包括内插器。

附图说明

下文结合附图描述了本公开的示例方面,其中:

图1示出了常规多管芯FPGA封装件的剖视图;

图2示出了另一个常规多管芯FPGA封装件的剖视图;

图3A和图3B分别示出了根据本发明的一个示例性实施方案的示例性混合取向多管芯(“MOMD”)封装件的俯视三维视图和侧视图;

图4为根据一个示例性实施方案的示例性MOMD包装件的侧视剖视图;

图5A-图5C示出了根据一个示例性实施方案的在相对于示例性MOMD管芯安装基座的垂直取向上安装示例性垂直安装式管芯(VMD)的示例性过程;

图6A-图6G为示出了根据一个示例性实施方案的形成示例性VMD并将VMD安装到MOMD管芯安装基座的示例性过程的一系列侧视图;

图7示出了根据本发明的一个示例性实施方案的示例性MOMD封装件的示例性管芯安装基座在安装水平安装式管芯(HMD)之后但在将一对垂直安装式管芯(VMD)安装到管芯安装基座之前的剖视图;

图8A-图8I为示出了根据一个示例性实施方案的用于形成图7所示MOMD管芯安装基座的示例性过程的一系列剖视图;

图9为示出了根据一个示例性实施方案的示例性VMD垂直安装到图8I所示的示例性MOMD管芯安装基座的剖视图;

图10A-图10E示出了根据一个示例性实施方案的用于在VMD上形成U形、杯形或拱形接触件的示例性过程;并且

图11为示出了根据一个示例性实施方案的示例性VMD的剖视图,该VMD根据图10A-图10E所示的过程形成且安装到示例性MOMD管芯安装基座。

应当理解,出现在多个不同附图中的任何所示元件的参考标号在多个附图中具有相同含义,并且本文在任何特定附图的上下文中提及或讨论任何所示元件也适用于每个其他附图(如果有的话),其中示出了相同的所示元件。

具体实施方式

图3A和图3B分别示出了根据本发明的一个示例性实施方案的示例性混合取向多管芯(“MOMD”)封装件100的示例性俯视三维视图和示例性侧视图。示例性MOMD封装件100可以包括多个管芯102,该多个管芯安装在水平延伸的管芯安装基座104上,该管芯安装基座继而安装在封装基板106上。安装在水平延伸的管芯安装座104上的多个管芯102可以包括多种不同类型的管芯,以及每种类型管芯的一个或多个实例。此外,多个管芯102可以以至少两个不同取向(例如,水平和垂直)安装在水平延伸的管芯安装基座104上,这便限定了“混合取向”封装件。

管芯102的示例性类型可以包括:FPGA管芯、图形处理单元(GPU)、微控制器、加密或安全相关的管芯、功率相关的管芯(例如,DC-DC转换器、超级管理器和/或低压差(LDO)调节器)、高压输入/输出管芯、电机驱动器、功率驱动器、数模转换器、模数转换器、LED驱动器、烟雾检测器、压电驱动器、数字电位差计、传感器、触摸感测输入装置(例如,接近/3D传感器、按钮、滑块和/或触摸屏)、放大器、滤波器、时钟或其他定时器件、存储器器件(例如,EEPROM、串行闪存和串行SRAM)、USB器件(例如,智能集线器、交换机、收发器和/或网桥)、自动/工业通信器件(例如,媒体定向系统传输(MOST)器件、RS232器件、RS485器件、控制器局域网(CAN)器件和/或本地互连网络(LIN)器件,无线通信器件(例如,Wi-FI器件、蓝牙器件、LoRA器件和/或ZIGBEE/MiWI器件)和以太网器件)、电池、天线、电容器、电感器、散热片/散热器和/或适于包括在集成电路封装件中的任何其他类型的器件。

MOMD封装件100可以包括:(a)水平安装的一个或多个管芯102,作为水平安装式管芯或“HMD”110;和(b)垂直安装的一个或多个管芯102,作为垂直安装式管芯或“VMD”112。在一些实施方案中,可能优选或必要的是:将某些管芯102水平地安装在水平延伸的管芯安装基座104上作为HMD 110,例如,以在管芯102与水平延伸的管芯安装基座104之间提供足够大的接触面积,并且/或者在管芯102与水平延伸的管芯安装基座104之间提供足够或所需数量的导电接触件,以用于管芯102的正确操作。例如,可能优选或必要的是:水平地安装“高性能”管芯102作为HMD 110,以在此类管芯102和水平延伸的管芯安装基座104之间允许足够或所需的接触件存在(例如,用于管芯102和其上安装有MOMD封装件100的PCB之间的数据通信)。如本文所用,高性能管芯被配置用于在至少300MHz的操作频率下操作。高性能管芯的示例包括被配置用于在至少300MHz操作频率下操作的微控制器和微处理器,例如,某些FPGA管芯和图形处理单元(GPU)管芯。

其他管芯102(例如,需要管芯102与水平延伸的管芯安装基座104之间的较小接触区域的管芯)可以垂直地安装在水平延伸的管芯安装基座104上作为VMD 112,例如,以减小MOMD封装件100的总占位面积。例如,某些非高性能管芯可以垂直安装作为VMD 112。

如本文所用,如果管芯的最大侧面位于与封装基板的主平面平行或基本上平行延伸(偏离该主平面≤45°)的平面中(例如,管芯的最大侧面位于与水平取向封装基板平行的水平平面中),则管芯是“水平安装式”(即,HMD)。相比之下,如果管芯的最大侧面位于与封装基板的主平面垂直地或基本上垂直地延伸(偏离该主平面>45°)的平面中(例如,管芯的最大侧面位于从水平取向封装基板垂直地延伸的垂直平面中),则该管芯是“垂直安装式”(即,VMD)。对于具有矩形固体形状的管芯,管芯的最大侧面是表面积至少与管芯的每个其他侧面一样大的侧面。对于具有除矩形固体之外形状的管芯,管芯的最大侧面由可包含管芯的最小矩形固体(“含最小管芯的矩形固体”或“SDCRS”)限定;因此,此类非矩形-实心管芯的最大侧面是其SDCRS的表面积至少与SDCRS的每个其他侧面一样大的侧面。

在图3A和图3B所示的具体示例中,示例性MOMD封装件110包括(a)安装作为HMD110的两个高性能管芯102:FGPA管芯110a和GPU管芯110b,以及(b)安装作为VMD 112的四个非高性能管芯102:非易失性存储器管芯112a、DRAM管芯112b、输入/输出器件管芯112c和高电压/模拟器件管芯112d。然而,图3A和图3B中所示的实施方案仅为一个示例;根据本发明的MOMD包装件可以包括任何数目和任何类型的HMD和VMD。在一些实施方案中,与正交于第一水平方向的第二水平方向相比,VMD 112可以在第一水平方向上形成为细长的矩形形状,(例如,至少2倍、至少3倍、至少4倍、至少5倍或大于5倍),例如,以为接触焊盘提供附加区域和/或将通信延迟减少到一个或多个高性能HMD 110。VMD 112可以手动安装或插入,或通过机器人拾取和放置自动安装或插入,这取决于实施方案。

安装在水平延伸的管芯安装基座104上的各种管芯102可以通过形成于水平延伸的管芯安装基座104中的导电互连件(在下文讨论的图4中示出)彼此连接,通过引线键合连接件120连接到封装基板106,并且进一步通过垂直延伸穿过封装基板106的导体122连接到下面的PCB(或封装件100所安装的其他器件)。

图4是根据一个示例性实施方案的示例性MOMD包装件200的侧视剖视图。如图所示,MOMD封装件200包括多个管芯202,该多个管芯安装在水平延伸的管芯安装基座204上,该管芯安装基座继而安装在封装基板206上。安装在水平延伸的管芯安装座204上的多个管芯202包括两者:(a)水平安装式管芯(HMD)210;和垂直安装式管芯(VMD)212。具体地讲,图4所示的剖视图示出了一对HMD 210和一对VMD 212。

MOMD封装件200可以包括任何数量和任何类型的管芯202,每个管芯水平布置作为HMD 210或垂直布置作为VMD 212。例如,在一些实施方案中,MOMD封装件200包括:至少一个高性能管芯,其安装到水平延伸的管芯安装座204,作为HMD 210;以及至少一个非高性能管芯,其安装到水平延伸的管芯安装座204,作为VMD 212。在一些实施方案中,MOMD封装件200中的每个HMD 210是高性能管芯,并且MOMD封装件200中的每个VMD 212是非高性能管芯。例如,在一个实施方案中,MOMD封装件200包括:(a)高性能FPGA管芯和高性能GPU管芯,各自水平安装作为HMD 210;以及(b)多个其他管芯(例如,非高性能管芯)水平安装作为VMD 212。

如图4所示,水平延伸的管芯安装基座204可以包括垂直延伸的VMD狭槽220、对准结构222、HMD接触件224、VMD接触件226、内部管芯互连件228、引线键合焊盘230和/或任何其他合适的结构或特征部。每个垂直延伸的VMD狭槽220的形状和尺寸可以被设定成接纳安装到水平延伸的管芯安装基座204的相应VMD 212的至少一部分。例如,每个相应的VMD狭槽220的形状和尺寸可以被设定成接纳相应的VMD 212的底部部分232,其中底部部分232是VMD 212的被布置成适配在相应VMD狭槽220内的部分。如本文所用,VMD狭槽220可以包括被配置为接纳安装到MOMD包装件200的VMD 212的至少一部分的任何狭槽、沟槽、凹槽、通路或开口。在一些实施方案中,VMD狭槽220在垂直方向上可以比VMD底部部分232在垂直方向上长度的可能变化更深,例如,由于切片变化。VMD狭槽220的数目以及因此安装到MOMD包装件200的VMD 212的数目可以仅受到MOMD包装件200总体尺寸的限制。

在一些实施方案中,回收硅或测试晶片级硅可以用于管芯安装基座204,以便降低成本。在一些实施方案中,铜互连件可以用于形成于管芯安装基座204中的内部管芯互连件228。

对准结构222包括被配置用于下列操作的任何结构:(a)使VMD 212对准和/或引导其安装的过程,例如,使VMD 212对准并引导其插入相应垂直延伸的VMD狭槽220中;和/或(b)向所插入/安装的VMD 212提供结构支撑;和/或(c)为所插入/安装的VMD 212提供热传递功能。对准结构222可以包括或限定导板、导轨、销、通道、狭槽、沟槽、孔或任何其他突起部或凹陷部。例如,对准结构222可以包括从管芯安装基座204的表面突出的物理结构,例如,从管芯安装基座204的上表面或顶表面向上突出的结构(其中管芯安装基座204的该上表面或顶表面可以平行于封装基板206的主平面),或者从垂直延伸的VMD狭槽220的横向侧壁横向突出的结构。在一些实施方案中,对准结构222可以被配置为与设置在VMD 212上的对应对准结构进行交互,以使VMD 212对准和/或引导其安装到管芯安装基座204,例如,如下文所讨论的图5A-图5C所示。对准结构222可以由任何合适的材料形成,例如,聚合物(例如,聚酰亚胺)或其他弹性或柔韧材料。在一些实施方案中,对准结构222可以是软性的和/或可牺牲的(例如,软性牺牲聚合物),以帮助对准设置在VMD 212上的对应对准结构(例如,对准条或导轨)而不损坏VMD 212的管芯电路。

HMD接触件224可以包括任何结构,所述结构被配置为在所安装的HMD 210与设置在管芯安装基座204中或上的导电元件(例如,内部管芯互连件228或形成在管芯安装基座204上的表面迹线)之间形成导电接触件。类似地,VMD接触件226可以包括任何结构,所述结构被配置为在所安装的VMD 212与设置在管芯安装基座204中或上的导电元件(例如,内部管芯互连件228或形成在管芯安装基座204上的表面迹线)之间形成导电接触件。示例性HMD接触件224和VMD接触件226包括接触焊盘、接触销/孔和焊球。

内部管芯互连件228可以包括用于将一个或多个管芯202导电连接到以下项的任何导线或其他元件:彼此连接;引线键合焊盘230;和/或形成在管芯安装基座204或封装基板206中或其上的其他导电结构(例如,形成在封装基板206中的TSV)。在一些实施方案中,内部管芯互连件228提供一个或多个金属层的结构和功能,该一个或多个金属层通常在安装到管芯安装基座204的管芯202(HMD 210或VMD 212)内部形成(例如,通常在FGPA或其他高性能管芯中形成的一个或多个金属层),由此使得这些层可能不需要在相应管芯202的制造期间形成。因此,在制造期间,可以减少形成于至少一个管芯202(例如,FPGA)中的金属层的数量(即,由内部管芯互连件228替代),这可以帮助节省显著的成本。

如上所述并且如图4所示,内部管芯互连件228可以连接到管芯安装基座204上的引线键合焊盘230,该引线键合焊盘可以引线键合到形成在封装基板206上的对应引线键合焊盘240,其继而可以连接到垂直穿过封装基板206的TSV或其他导线242,从而在安装在MOMD封装件200上的管芯202与安装MOMD封装件200的PCB之间提供导电路径。

图5A-图5C示出了根据一个示例性实施方案的在相对于示例性管芯安装基座204的垂直取向上安装示例性VMD 212的示例性过程。在一些实施方案中,VMD安装过程可以由设置在管芯安装基座204上的对准结构222对准和/或引导,该对准结构可以与VMD 212的一个或多个结构相互作用。在一些实施方案中,例如,如图5A-图5C所示,VMD 212可以包括对准结构250,该对准结构被配置为与设置在管芯安装基座204上的对准结构222相互作用以使VMD 212对准和/或引导其安装,例如将VMD 212的底部232(见图5A)对准并引导到形成于管芯安装基座204中的VMD狭槽220中。

类似于对准结构222,VMD 212的对准结构250可以包括或限定导板、导轨、销、通道、狭槽、沟槽、孔或任何其他突起部或凹陷部。例如,对准结构250可以包括突起部,该突起部被配置为在由管芯安装基座204的对准结构222限定的对应狭槽、通道、凹槽或其他凹陷部内被接纳或引导;另选地,管芯安装基座204的对准结构222可以包括突起部,该突起部被配置为在由VMD 212的对准结构250限定的对应狭槽、通道、凹槽或其他凹陷部内被接纳或引导。在图5A-图5C所示的具体示例中,对准结构222和对准结构250各自包括限定狭槽或通道的导板或导轨,所述狭槽或通道被配置为接纳或引导其他部件(即,VMD 212或管芯安装基座204)的导板或导轨。例如,如图5B和图5C所示,VMD的对准结构250包括在每对导轨之间限定狭槽的导轨对,其中由每对导轨250限定的狭槽被配置为接纳和引导从管芯安装基座204的顶部突出的对应导板222。在一些实施方案中,对准结构222和/或对准结构250(例如,导轨或条)可以允许VMD 212与管芯安装基座204的物理对准和光学对准。

VMD 212可以包括接触件252,该接触件被配置为与VMD接触件226接合,以提供VMD212和管芯安装基座204之间的导电连接。在所示的示例中,接触件252具有U形或杯形设计,其被配置为接纳VMD接触件226以确保有效连接。

如图5A和图5B所示,VMD 212可以在所示安装方向上朝管芯安装基座204移动,进入对准结构250所在位置并与对准结构222接合,以使VMD对准或引导其朝向管芯安装基座204的进一步移动。如图所示,相应的结构可以被设计成使得对准结构250在导电接触件252与VMD接触件226接触之前与对准结构222接触,例如以防止相应接触件的损坏。

如图5B和图5C所示,VMD 212可以在安装方向上进一步移动,由对准结构250和222对准或导向,直至VMD 212的底部232被接纳在管芯安装基座204中的VMD狭槽220中,并且进一步直至设置在VMD 212上的接触件252与设置在管芯安装基座204上的VMD接触件226接合。接触件252和VMD接触件226之间的连接可以被焊接。在一些实施方案中,VMD接触件226(或多个接触件252)可以预涂覆有焊料材料,使得在如图5A-图5C所示安装VMD 212之后,可以执行加热过程以将接触件252焊接到VMD接触件226(从而将VMD 212焊接到管芯安装基座204)。

图6A-图6G是示出了根据一个示例性实施方案的形成示例性VMD并从侧视图角度将示例性VMD安装到管芯安装座304的示例性过程的一系列侧视图。图6A示出了模切过程(例如,激光划片或锯切)之前的VMD结构370,图6B示出了模切过程之后的VMD结构370,从而限定VMD 312,并且图6C-图6G示出了将VMD 312安装到管芯安装基座304的过程。

首先参见图6A,VMD结构370由一对对准导板或导轨350以及从VMD结构370的外前表面371向外突出的一对接触件结构372A、372B形成(例如,类似于从图5A-图5C所示的VMD212的前表面突出的对准结构250和接触件260)。在一些实施方案中,对准导板/导轨350可以相对于划线区域/划线定位,如384处所示,使得切割具有划线区域384的VMD结构370(其中切割宽度小于划线区域384,并且因此仅移除划线区域384的一部分),每个对准引导板/导轨350的渐缩或成角度的端部区域可以与所得VMD 312的前缘386重合,例如,如图6B所示。

接触件结构372A和372B可以连接到VMD结构370的布线或其他导电元件,并且可以被配置为与设置在MOMD封装件的管芯安装基座304上的对应VMD接触件接合,例如,如下文所述的图6F-图6G所示。在图6A所示的示例中,接触件结构372A连接到形成在VMD结构370的外侧上的导线380,而接触件372B可以连接到形成在VMD结构370的内部内的布线(并因此从图6A的侧视图中隐藏)。接触结构372A和372B可以由任何合适的导电材料形成,例如铝、铜或钨。如图所示,凹陷部374可以在每个接触件结构372A和372B中沿延伸到页面中的方向形成,并且终止于底部表面376,该底部表面从接触件结构372A和372B的周围前表面377A和377B凹陷(沿延伸到页面中的方向)。在一些实施方案中,暴露的底部表面376可以表示即与导轨350、线材380相比,在延伸到页面中的方向上的VMD结构370的较低形貌层。

在一些实施方案中,接触结构372A和372B可以形成在相对于划线384的位置处,使得在VMD结构370切穿划线384之后,每个接触件结构372A和372B的前端部分形成相应接触件352,该相应接触件具有在所得VMD 312的前缘386处打开的U形、杯形或拱形形状,例如,如图6B所示。每个接触件352A、352B的开放式U形、杯形或拱形可以被配置为在将VMD 312安装到管芯安装结构304时接纳对应的VMD接触件,例如,如下文所述的图6F-图6G所示。

如上所述,图6C-图6G示出了将VMD 312安装到示例性管芯安装基座304的过程。如图6C所示,管芯安装基座304可以包括对准结构322,该对准结构可以由聚酰亚胺、另一种聚合物材料或任何其他合适的材料形成。对准结构322被配置为与VMD 312上的对准结构350相互作用,以使VMD 312对准并引导其安装到管芯安装基座304。相邻对准结构350之间的空间可以限定光学对准通道390,该光学对准通道用于在视觉上或光学上使VMD 312的安装对准,例如,通过光学对准通道390在视觉上或光学上识别管芯安装基座304的特定结构。

管芯安装基座304可以包括VMD接触件326,该VMD接触件被配置为与VMD 312上的接触件352接合,以提供VMD 312和管芯安装基座304之间的导电耦合,例如,用于VMD 312和包括VMD 312和管芯安装基座304的MOMD封装件安装到的PCB之间的电通信。

如图6D所示,在VMD 312接近管芯安装基座304时,对准结构350和322之间的交互可以相对于管芯安装基座304物理地对准VMD 312,如区域“A”处所示,图6E示出了进一步朝向管芯安装基座304推进的VMD 312,其中对准结构350在对准结构322之间对准。

如图6F所示,VMD 312可以继续前进,直到接触件352与VMD接触件326物理接合,以限定VMD 312与管芯安装基座304之间的导电连接。然后可以焊料接触件352与VMD接触件326之间的连接,如360处所示。在一些实施方案中,VMD接触件326(和/或接触件352)可以预涂覆有焊料材料,使得在如图6C-图6F所示安装VMD 312之后,可执行加热过程以将接触件352焊接到VMD接触件326(从而将VMD 312焊接到管芯安装基座304)。如图所示,VMD 312的前缘可与管芯安装基座304的底表面分离(或“浮动”),使得焊料接触件352和VMD接触件326之间的焊料接触是确保VMD 312正确接触(例如,考虑到制造变化)和对准的唯一接触。

在一些实施方案中,设置在管芯安装基座304上的对准结构322可以限定凹陷部,在该凹陷部中VMD 312的引导部分在安装VMD 312期间被接纳,使得安装的VMD 312的引导部分被对准结构322围绕或部分地围绕。图6G示出了此类构型的一个示例,其中聚合物对准结构322围绕安装的VMD 312的前端的周边。

图7示出了根据本发明一个示例性实施方案的示例性MOMD封装件的示例性水平延伸的管芯安装基座404在安装HMD 410之后但在将一对VMD(未示出)安装到水平延伸的管芯安装基座404之前的剖视图。如图所示,水平延伸的管芯安装基座404可以包括:垂直延伸的VMD狭槽420,用于接纳相应VMD的部分;和对准结构422(例如,聚酰亚胺结构),用于使VMD对准或引导其安装,其中(a)VMD部分地插入垂直延伸的VMD狭槽420中,和(b)VMD上的接触件焊接到VMD接触焊盘426(例如,铝焊料接合焊盘)。VMD接触焊盘426可以以任何合适的图案和密度布置。在一些实施方案中,随着微对准和焊盘级重新分布,VMD接触焊盘426的密度可以设置为100s/mm或甚至1000s/mm。

HMD 410(例如,高性能FPGA、GPU或逻辑芯片)可以焊接安装到设置在管芯安装基座404上的接触焊盘490(例如,铝焊料平坦微焊盘)。管芯安装基座404可以包括内部管芯互连件428,该内部管芯互连件将HMD 410连接到其他管芯(例如,安装在管芯安装基座404上的VMD和/或其他HMD)和/或连接到形成在管芯安装基座404中的其他元件。内部管芯互连件428可以提供一个或多个金属层的结构和功能,该一个或多个金属层通常在HMD 410内部形成(例如,通常在高性能FGPA、GPU或逻辑芯片中形成的一个或多个金属层),使得这些层可以从HMD 410的制造中省略。因此,在制造期间,在HMD 410中形成的金属层的数量可以减少(由内部管芯互连件428替代),这可以帮助节省显著的成本。

在例示的示例中,HMD 410是一种利用12个金属层类型的管芯(例如,FPGA),通常被制造为管芯中的整体结构。然而,在例示的实施方案中,内部管芯互连件428提供由HMD410利用的12个金属层中的金属层5-12的功能,并且因此仅在HMD 410内形成在429处所指示的金属层1-4。与在HMD 410内制造此类金属层相反,在管芯安装基座404中形成金属层可能明显较为便宜。因此,通过形成HMD 410的金属层的一部分作为管芯安装基座404中的互连件428(在该示例中,HMD 410所利用的12个金属层的金属层5-12),可以显著降低MOMD封装件的总成本。

管芯安装基座404还可以包括引线键合焊盘440,用于将管芯安装基座404引线键合到安装有管芯安装基座404的封装基板上的引线键合焊盘。

图8A-图8I为示出根据一个示例性实施方案的用于形成图7所示MOMD管芯安装基座404的示例性过程的一系列剖视图。具体地讲,图8A-图8I集中在图7中用虚线边界8A-8I表示的管芯安装基座404的部分上。如图8A所示,可以例如使用本领域已知的任何处理技术在基板405中形成金属互连件428的图案。基板405可以由任何合适的一种或多种材料形成,包括半导体材料,例如硅或非半导体材料,例如石英。

金属互连件428可以(a)提供金属布线,用于将随后安装到管芯安装基座404的多个管芯(例如,一个或多个HMD和/或一个或多个VMD)互连,和/或(b)提供常规地在一个或多个管芯内一体制造的金属层的布线或功能的至少一部分,例如,如上文关于图7所示的金属层5-12所讨论的。

在一些实施方案中,基板405可以包括廉价的回收硅基板或非电级晶片,这可以降低管芯安装基座404的总成本。互连件428可以由金属(例如,铜、铝或钨)或任何其他导电材料形成。

如图8B所示,接触层叠堆470可以例如通过沉积阻挡金属层(例如,TaN、TiN或Ta+TaN)472,沉积铝层474,以及沉积焊料层(例如,锡)476来形成。

如图8C所示,可以形成光掩模并对其进行图案化(例如,使用已知技术),以在接触层叠堆470上的多个区域上形成多个掩模区域478,接触件(例如,一个或多个HMD接触件490、VMD接触件426和/或引线键合焊盘440)将在该多个区域处由接触层叠堆470形成。

如图8D所示,执行蚀刻和清洁过程以移除接触层叠堆470的部分,然后移除掩模区域478以限定多个导电接触件425,例如,每个接触件425是HMD接触件490(用于将HMD安装到其),VMD接触件426(用于将VMD安装到其)或引线键合焊盘440(用于将管芯安装基座404的电子器件引线键合到底层封装基板,随后将管芯安装基座404安装到该底层封装基板)。如图所示,每个导电接触件425接触所选择的金属互连件428。每个导电接触件425可以由任何合适的导电材料形成。在一个实施方案中,每个导电接触件425包括铝焊料接合焊盘。

如图8E所示,形成光掩模480并将其图案化以形成开口482,该开口用于蚀刻基板405中的VMD狭槽以便接纳安装到管芯安装基座404的VMD。

如图8F所示,通过开口482进行蚀刻以产生垂直延伸的VMD狭槽420,该狭槽被配置为接纳安装到管芯安装基座404的VMD的一部分(例如,如下文所述的图9所示)。

如图8G所示,可以执行清洁过程以从现在包括VMD狭槽420的图8F的结构移除光掩模480的剩余部分,从而暴露先前形成的导电接触件425,例如,HMD接触件490、VMD接触件426和/或焊线焊盘440。

如图8H所示,对准结构层423沉积在该结构上方。对准结构层423可以包含任何合适的材料。例如,对准结构层423可以包括柔性或延展性材料,例如聚酰亚胺材料,或者另选地,刚性材料。在一些实施方案中,对准结构层423可以包括光敏材料,例如光敏聚酰亚胺,如下文关于图8I所讨论的。

如图8I所示,可以移除图8H的对准结构层423的各部分以限定一个或多个对准结构422。在一些实施方案中,对准结构层423的各部分可以通过蚀刻或使用已知的光刻技术来移除。例如,在其中对准结构层423包括光敏材料(例如光敏聚酰亚胺)的实施方案中,对准结构层423可以选择性地曝光、显影和清洁以限定对准结构422。

对准结构422可以包括任何结构,该结构被配置为(a)使VMD对准和/或引导其安装至管芯安装基座404的过程,和/或(b)向插入/安装的VMD提供结构支撑,和/或(c)为插入/安装的VMD提供热传递功能。例如,图8I所示的一对对准结构422可以被配置为在该对对准结构422之间沿向下方向使VMD对准和/或引导其安装。在一些实施方案中,对准结构422可以将VMD的前导(底部)部分引导到VMD狭槽420中,如下文所讨论的图9所示。

图9是示出了根据一个示例性实施方案的示例性VMD 412垂直安装到图8I所示的示例性MOMD管芯安装基座404的剖视图。VMD 412可以定位在该对对准结构422之间并垂直移动(以图9所示的取向向下移动)。对准结构422可以使VMD 412对准并引导其垂直插入,使得VMD 412的引导部分412A被引导至形成于基板405中的VMD狭槽420中。可以插入VMD 412,直到VMD 412上的一个或多个导电接触件452与对应的VMD接触件426接合。在一些实施方案中,VMD接触件426和/或接触件452可以预涂覆有焊料材料,使得在安装VMD 412之后,可以对接合到VMD接触件426的焊料接触件452执行加热过程,从而将VMD 212焊接到管芯安装基座404。

如上文关于图5A和图6A至图6B所述,设置在VMD 412上用于将VMD 412导电连接到MOMD封装件的管芯安装基座404的VMD接触件426可以具有U形、杯形或拱形设计,所述设计被配置为在将VMD 412安装到管芯安装结构304时接纳对应的VMD接触件426,例如,如下文所述的图6A-图6G所示。

图10A-图10E示出了根据一个示例性实施方案的用于在VMD上形成U形、杯形或拱形接触件的示例性过程。图10A示出了VMD管芯晶片500的区段的俯视图(顶部)和剖视图(底部)。如图所示,导电结构504形成在VMD主体502上。导电结构504可以包括由导电金属(例如,铜或铝)形成的金属线、互连件、通孔和/或其他导电结构。

VMD主体502的前端部分502A可以在至少一个方向(例如,图10A所示的z方向)上具有减小的尺寸。该尺寸减小的前端部分502A的尺寸可以被设定成用于插入形成于管芯安装基座404中的VMD狭槽中,例如如图9相对于被配置用于插入VMD狭槽420中的VMD 412的引导部分412A所示。VMD主体502的前端部分502A可以形成于划线区域510中,随后可以通过该划线区域将VMD管芯晶片500切割或切片(其中切割宽度小于划线区域510,并且因此仅移除划线区域510的一部分),例如如下文参考图10E所述。导电结构504可以包括在前端部分502A上或其处的接触件耦合结构504A,用于将随后形成的接触件552(将相对于图10B进行描述)导电地连接到VMD管芯晶片500中提供的至少一个导电结构504和/或其他电子元件。接触件耦合结构504A可以包括沿图10A所示的x方向、y方向和z方向延伸的三维结构。

接触件耦合结构504A的形状和尺寸可以被设定成用于产生U形、杯形、或拱形接触件552,所述接触件被配置用于在将VMD安装到管芯安装基座时与MOMD管芯安装基座上的对应VMD接触件接合,如下所述。例如,如图10A的上部处的顶视图所示,接触件耦合结构504A可以限定弯曲开口504B,该弯曲开口暴露VMD主体502的前端部分502A的一部分。弯曲开口504B可以限定圆形形状、卵形形状、椭圆形形状或其他弯曲形状。此外,如图10A的下部的剖视图所示,接触件耦合结构504A可以在z方向上延伸,例如,通过在x方向上的多个连续层处形成一系列连续连接的金属结构。

钝化层506可以形成于VMD管芯晶片500上方,并且被图案化和蚀刻以暴露导电结构504的选定区域。

如图10B的剖视图所示,金属层520可以沉积在VMD管芯晶片500上方,在钝化层506、导电结构504(包括接触件耦合结构504A)和/或VMD主体502的暴露表面上方延伸。在其他实施方案中,金属层520可以包括铝、铜或其他软金属。金属层520可以包括与下面的接触件耦合结构504A接触的接触部分552。当从顶视图(即,图10A的顶部部分的透视图)观察时,接触部分552可以包括(a)具有U形、杯形或拱形部分552A和(b)平坦或平面的基部或后部552B。

如图10C的剖视图所示,使用任何已知的光刻技术将金属层520图案化并蚀刻,以限定(a)由剩余接触部分552A和552B限定的接触件552,和/或(b)一个或多个附加金属结构524,其可以限定(i)至少一个导电接触焊盘和/或(ii)至少一个对准结构,所述对准结构被配置为与设置在MOMD管芯安装基座上的对应对准结构相互作用以使VMD对准和/或引导其安装到管芯安装基座,例如,如图5A-图5C所示,相对于与设置在管芯安装基座204上的对准结构222相互作用的对准结构250。

图10D示出了另选的实施方案,其中接触件552通过形成于钝化层506上的外部金属带525连接到接触结构524。

如从图10C所示的实施方案继续的图10E的剖视图所示,VMD管芯晶片500可以如虚线D所示被切割或切片(例如,通过激光冲切操作),从而限定被配置用于垂直安装到管芯安装基座的VMD 512。

图11为示出了根据一个示例性实施方案的安装到示例性MOMD管芯安装基座540的示例性VMD 512(根据图10A-图10E所示的过程形成)的剖视图。在该示例中,VMD 512垂直安装在一对聚酰亚胺对准结构522之间,其中VMD 512的引导部分512A接纳在形成于管芯安装基座540中的VMD狭槽584中。VMD 512上的接触件552的U形、杯形或拱形接触部分552A与设置在管芯安装基座540上的镀锡铝接触焊盘526接合,所述镀锡铝接触焊盘连接到在管芯安装基座540内形成的铜互连件528。U形、杯形或拱形接触部分552A可以缠绕在接触焊盘526周围,并且接触部分552A和/或接触焊盘526可以在向VMD 512施加向下压力时变形,以在接触件552和接触焊盘526之间提供改善的接触。然后可以执行焊接过程以将接触部分552A焊接到接触焊盘526。管芯安装基座540可以包括接触焊盘526下方的一个或多个空隙或震动垫结构555,以防止或减少由安装VMD 512引起的破裂或其他物理损坏。

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