具有穿模冷却通道的半导体装置组合件制造方法及图纸

本文中揭示具有堆叠式半导体裸片及包含蒸汽室的热传递装置的半导体装置组合件。在一个实施例中，半导体装置组合件包含：具有基区的第一半导体裸片、所述基区处的至少一个第二半导体裸片，及附接到所述第一裸片及所述第二裸片的热传递装置。所述热传递装置包含至少部分包围所述第二裸片的囊封剂及形成在所述囊封剂中的通路。所述囊封剂至少部分界定邻近所述第一裸片的外围区的冷却通道。所述通路包含至少部分填充所述通道的工作流体及/或固态热导体。

Semiconductor assembly with through-die cooling passage

In this paper, a semiconductor device assembly with stacked bare semiconductor sheets and a heat transfer device including a steam chamber is disclosed. In one embodiment, the semiconductor device assembly includes a first semiconductor bare sheet with a base region, at least one second semiconductor bare sheet at the base region, and a heat transfer device attached to the first bare sheet and the second bare sheet. The heat transfer device comprises a capsule encapsulant enclosing at least part of the second bare sheet and a path formed in the capsule encapsulant. The encapsulant at least partially defines a cooling channel adjacent to the peripheral zone of the first bare sheet. The path comprises a working fluid and/or a solid thermal conductor partially filled with at least the channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有穿模冷却通道的半导体装置组合件
所揭示实施例涉及半导体装置组合件，且特定来说涉及具有具穿模冷却通道的封装壳体的半导体装置组合件。封装式半导体裸片，包含存储器芯片、微处理器芯片及成像器芯片，通常包含安装在衬底上且围封在塑料保护罩中的半导体裸片。裸片包含功能构件(例如存储器单元、处理器电路及成像器装置)以及电连接到功能构件的接合垫。接合垫可电连接到保护罩外部的端子以允许裸片连接到更级别电路。半导体制造商不断减小裸片封装的大小以适配电子装置的空间约束，同时还增大每一封装的功能能力以满足操作参数。一种用于增大半导体封装的处理能力而不大体增大由封装覆盖的表面积(即，封装的“占据面积”)的方法是在单一封装中将多个半导体裸片垂直地彼此上下堆叠。可通过使用硅穿孔(TSV)将个别裸片的接合垫与邻近裸片的接合垫电耦合而使此些垂直堆叠式封装中的裸片互连。在垂直堆叠式封装中，所生成的热难以消散，这增大个别裸片、其间的结及封装整体的操作温度。这可致使堆叠式裸片在许多类型的装置中达到超出其最大操作温度(Tmax)的温度。附图说明图1A及1B分别是展示根据本技术的实施例配置的具有冷却通道的半导体装置组合件的截面图及俯视图。图2及3是展示根据本技术的实施例配置的具有穿模及其它冷却构件的半导体装置组合件的俯视图。图4到7是展示根据本技术的实施例配置的具有穿模及其它冷却构件的半导体装置组合件的截面图。图8是展示根据本技术的实施例的包含半导体装置的系统的示意图。具体实施方式下文描述具有形成在封装壳体的囊封剂(例如，包覆模制件)中的穿模冷却通道的半导体装置组合件的若干实施例的特定细节。在下文所描述的各种实施例中，穿模冷却通道包含可促进来自半导体装置组合件的一或多个半导体裸片的热传递的热导体。术语“半导体装置”通常是指包含半导体材料的固态装置。举例来说，半导体装置可包含半导体衬底、晶片或从晶片或衬底单粒化的裸片。贯穿揭示内容，在半导体裸片的背景下大体上描述半导体装置；然而，半导体装置不限于半导体裸片。术语“半导体装置封装”可指具有并入到通用封装中的一或多个半导体装置的布置。半导体封装可包含部分或完全囊封至少一个半导体装置的外壳或壳体。半导体装置封装还可包含承载一或多个半导体装置且附接到壳体或以其它方式并入到壳体中的中介层衬底。术语“半导体装置组合件”可指一或多个半导体装置、半导体装置封装及/或衬底(例如，中介层、支撑件或其它适合衬底)的组合件。举例来说，可以离散封装形式、条带或矩阵形式及/或晶片面板形式制造半导体装置组合件。如本文中所使用，术语“垂直”、“横向”、“上”及“下”可指半导体装置中的构件鉴于附图中所展示的定向的相对方向或位置。举例来说，“上”或“最上方”可指与另一构件相比，定位成更接近于页面的顶部的构件。然而，这些术语应广泛地被解译为包含具有其它定向(例如颠倒或倾斜定向)的半导体装置，其中顶部/底部、上方/下方、上面/下面、上/下及左/右可取决于定向而互换。图1A是根据本技术的实施例配置的半导体装置组合件100(“组合件100”)的截面图，且图1B是所述半导体装置组合件100的俯视平面图。参考图1A，组合件100包含：封装支撑衬底102(例如，中介层)；第一半导体裸片104，其是在支撑衬底102上；多个第二半导体裸片106，其安装到第一裸片104；及热传递装置(TTD)108，其是在第一裸片104及第二裸片106上方。第一裸片104包含基区118及邻近基区118的外围区120(所属领域的技术人员称为“边沿”或“托架”)。将第二裸片106布置在基区118上的堆叠124(“裸片堆叠124”)中。TTD108包含囊封剂110，所述囊封剂110具有：上表面112；通路148，其形成在上表面112中；及散热器(例如，盖105)，其耦合到上表面112。囊封剂110形成至少部分包围裸片堆叠124及第一裸片104的外围区120的外部分107的保护壳体153。壳体153包含内侧壁部分114a及外侧壁部分114b(统称为“侧壁114”)。侧壁114至少部分界定空腔，或冷却通道150，例如孔、沟槽、空腔或囊封剂110中的类似构件。通道150具有紧邻囊封剂110的上表面112的开口152。空腔150从上表面112延伸到位于通道的基底处的下表面113。在一些实施例中，下表面113可为第一裸片104的主动表面。在下文所描述的一个实施例中，主动表面可为在第一裸片104上形成囊封剂110之前，形成在第一裸片104的外围区120上的导电构件(例如金属迹线或接触垫)的表面。在下文所描述的其它实施例中，下表面113可为至少部分覆盖外围区120处的主动表面的界面材料(未展示)(例如热导体或电介质间隔件材料)的表面。通路148包含至少部分填充通道150且与通道150的基底处的下表面113直接接触的热导体。在图1A中，热导体是经配置以将第一裸片104的外围区120与盖105热耦合的工作流体122(例如，电介质流体)。可用粘合剂123将盖105附接到囊封剂110的上表面112。举例来说，适合粘合剂可包含热界面材料(“TIM”)或含有(例如)掺杂有导电材料及/或相变材料的硅酮类润滑脂、凝胶或粘合剂的其它粘合剂。盖105可包含冷凝器、散热片、散热件及/或用于散热的其它结构。工作流体122可为通常不导电的电介质流体，例如电介质液体或油(例如，硅油)。举例来说，工作流体122可由全氟碳化物、氢氟醚、单氟酮及/或增大电阻且防止工作流体122干扰组合件100的电操作的其它成分构成。在一个实施例中，工作流体122可为可购自明尼苏达州梅普尔伍德(Maplewood)的3M公司的NovecEngineeredFluidTM。在下文所描述的各种实施例中，工作流体122及盖105形成经配置以将热传递远离第一裸片104的外围区120到组合件100外部的周围环境的浸没冷却系统的部分。囊封剂110可包含环氧树脂或可经模制或塑形以通过转移成型或压缩成型而形成壳体153的其它适合材料。囊封剂110可包含经选择以具有适合热导率、粘合性、耐化学性、强度及/或其它性质的各种添加剂(例如，偶合剂、固化促进剂、硅石填充剂(例如氧化铝填充剂)等)。可通过蚀刻、激光切割、锯切或以其它方式去除囊封剂110的邻近裸片堆叠124及第一裸片104的外围区120的部分而形成通道150。在一些实施例中，通道150可具有在约200μm到约1,000μm的范围中(例如，500μm)的宽度w1，及在约500μm到约1,500μm的范围中(例如，700μm或1100μm)的高度h1。第一裸片104及第二裸片106可包含各种类型的半导体组件及功能构件，例如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、快闪存储器、其它形式的集成电路存储器、处理电路、成像组件及/或其它半导体构件。在各种实施例中，举例来说，组合件100可被配置为混合式存储器立方体(HMC)，其中堆叠式第二裸片106是DRAM裸片或提供数据存储的其它存储器裸片，且第一裸片104是HMC内提供存储器控制(例如，DRAM控制)的高速逻辑裸片。在其它实施例中，第一裸片104及第二裸片106可包含其它半导体组件，及/或裸片堆叠124中的个别第二裸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置组合件，其包括：第一半导体裸片，其具有基区及邻近所述基区的外围区；至少一个第二半导体裸片，其是在所述基区处；及热传递装置，其附接到所述第一裸片及所述第二裸片，所述热传递装置包含：囊封剂，其至少部分包围所述第二裸片；形成在所述囊封剂中的通路，其至少部分界定邻近所述第一裸片的所述外围区的空腔；及工作流体，其至少部分填充所述空腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.13 US 15/181,2121.一种半导体装置组合件，其包括：第一半导体裸片，其具有基区及邻近所述基区的外围区；至少一个第二半导体裸片，其是在所述基区处；及热传递装置，其附接到所述第一裸片及所述第二裸片，所述热传递装置包含：囊封剂，其至少部分包围所述第二裸片；形成在所述囊封剂中的通路，其至少部分界定邻近所述第一裸片的所述外围区的空腔；及工作流体，其至少部分填充所述空腔。2.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中：所述囊封剂包含上表面；所述空腔包含形成在所述上表面中的开口；且所述热传递装置进一步包含附接到所述上表面且覆盖所述空腔的所述开口的散热器。3.根据权利要求2所述的半导体装置组合件，其中：所述通路包含界面材料；所述界面材料是在所述第一裸片的所述外围区与所述工作流体之间；且所述工作流体与所述界面材料直接接触。4.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中所述第一裸片的所述外围区包含主动表面，且其中所述主动表面与所述工作流体直接接触。5.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中所述第一裸片的所述外围区包含导电构件，且其中所述导电构件与所述工作流体直接接触。6.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中：所述囊封剂包含上表面；所述空腔包含形成在所述上表面中的开口；且所述热传递装置进一步包含冷凝器结构，其附接到所述上表面且经由所述开口与所述空腔流体连通。7.根据权利要求6所述的半导体装置组合件，其中：所述冷凝器结构包含外壁；所述外壁界定内部隔室；且所述工作流体至少部分填充所述隔室。8.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中所述第二裸片具有外周边，且其中所述囊封剂包含所述外周边与所述空腔之间的侧壁部分。9.根据权利要求8所述的半导体装置组合件，其中所述空腔是包围所述第二裸片的所述外周边的通道。10.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中：所述空腔是第一孔；所述囊封剂至少部分界定紧邻所述第一孔的第二孔；且所述工作流体至少部分填充所述第二孔。11.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中：所述第二裸片包含第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；所述空腔是在所述第二裸片的所述第一侧上方延伸的第一沟槽；所述囊封剂至少部分界定在所述第二裸片的所述第二侧上方延伸的第二沟槽；且所述工作流体至少部分填充所述第二沟槽。12.根据权利要求1所述的半导体装置组合件，其中：所述空腔是第一空腔；所述囊封剂包含所述第二裸片上方的上部区；所述囊封剂在所述上部区中界定第二空腔；且所述工作流体至少部分填充所述第二空腔。13.一种半导体装置组合件，其包括：多个半导体裸片，其包含第一裸片及所述第一裸片上的第二裸片的堆叠；及囊封剂，其至少部分囊封所述多个半导体裸片，所述囊封剂包含在所述第一裸片及所述第二裸片的堆叠中的至少一者的区上方界定空腔的第一侧壁及第二侧壁；及热导体，其至少部分填充所述空腔。14.根据权利要求13所述的半导体装置组合件，其中所述热导体包含电介质流体。15.根据权利要求13所述的半导体装置组合件，其中：所述空腔是第一空腔；所述第一空腔位于所述第一裸片的第一区上方；所述囊封剂进一步包含在所述第二裸片的堆叠的第二区上方界定第二空腔的第三侧壁及第四侧壁；且所述第一裸片的所述第一区在所述第二裸片的堆叠的所述第二区外围。16.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：布拉德利·R·比茨，李晓，杰斯皮德·S·甘德席，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US