用于超高密度第一级互连的双焊接方法技术

一种装置，包括具有至少一个焊料接合焊盘的集成电路（IC）封装；具有至少一个焊料接合焊盘的管芯，其中该管芯通过管芯的至少一个焊料接合焊盘与IC封装的至少一个焊料接合焊盘之间的至少一个焊点接合到IC封装；以及IC封装与管芯之间的底部填充剂材料，其中该至少一个焊点嵌入在底部填充剂材料中，并且其中该至少一个焊点包括第一冶金和第二冶金。

【技术实现步骤摘要】
用于超高密度第一级互连的双焊接方法
技术介绍
随着日益增加的要求置于微电子封装技术上以缩小封装占位面积和厚度，互连尺寸必须也缩小。随着第一级互连（FLI）间距降低以用于构建超高密度架构，产生了针对将集成电路管芯接合到封装基板的挑战。一个问题是焊桥形成的发生率。另一个问题是由于在热压接合操作期间的两个管芯上的接合焊盘与基板之间的翘曲相关联的不完整焊点形成（例如，非接触开口）所导致的完成了的封装的低产率。附图说明将根据下文给出的具体描述并且根据本公开的各种实施例的随附各图更充分地理解本公开的实施例，然而，其不应当被理解成将本公开限制成具体实施例，而是仅用于解释和理解。图1图示了根据本公开的一些实施例的封装的第一实施例的剖视图，根据本公开的一些实施例，该封装具有在管芯与基板之间的具有底部填充剂的双焊点实施例。图2A-2G分别图示了根据本公开的一些实施例的用于制造封装的方法的第一实施例的剖视图，该封装具有在管芯与基板之间的具有底部填充剂的双焊点实施例。图3A-3F分别图示了根据本公开的一些实施例的用于制造封装的方法的第二实施例的剖视图，该封装具有在管芯与基板之间的具有底部填充剂的双焊点实施例。图4图示了根据本公开的一些实施例的封装的第二实施例的剖视图，该封装具有在管芯与基板之间的不具有底部填充剂的双焊点实施例。图5A-5D分别图示了根据本公开的一些实施例的用于制造封装的方法的剖视图，该封装具有在管芯与基板之间的不具有底部填充剂的双焊点实施例。图6图示了根据本公开的一些实施例的作为计算设备的实现方式中的片上系统（SoC）封装的部分的根据所公开的方法制造的封装，该封装具有在管芯与基板之间的双焊点实施例。具体实施方式在下文的描述中，讨论了许多细节来提供本公开的实施例的更彻底的解释。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其它情况下，公知的结构和设备以框图形式而非详细地示出以便避免使本公开的实施例晦涩难懂。此处，术语“封装”一般指代具有一个或多个管芯的独立载体，其中管芯附接到封装基板，并且密封以进行保护，在（一个或多个）管芯与引线、引脚或位于封装基板的外部部分上的凸起之间具有集成的或线焊的互连。封装可以包含提供具体功能的单个管芯或多个管芯。封装通常安装在印刷电路板上，以用于与其他封装的集成电路（IC）和分立的组件互连，从而形成更大电路。此处，术语“电介质”一般指代组成封装基板的结构的任何数量的非导电材料。出于本公开的目的，电介质材料可以作为层压薄膜的层或者作为在基板上安装的IC管芯的上面模制的树脂而并入到IC封装中。此处，术语“金属化”一般指代在封装基板的电介质材料的上面形成的金属层。该金属层一般被图案化以形成诸如迹线和接合焊盘之类的金属结构。封装基板的金属化可以被局限于单个层或者被多层电介质分离的多个层中。此处，术语“接合焊盘”一般指代在微电子封装和管芯中终止集成迹线和通孔的金属化结构。此处，术语“焊料凸起”一般指代在接合焊盘上形成的焊料层。焊料层通常具有圆形形状，因此为术语“焊料凸起”。此处，术语“液态的”一般指代熔融金属混合物（诸如焊料）的液体状态。由于焊料在一定温度范围内熔化，因此不存在具体熔点。液态的状态是其中混合物完全熔化的状态。此处，术语“固态的”一般指代固体金属混合物（诸如焊料）的固体状态。至于液态的状态，由于液体混合物在一定温度范围内凝固，因此不存在具体凝固温度。固相线温度是其中混合物完全凝固的温度。此处，术语“冶金”一般指代合金成分。在本公开中，“冶金”例如被用来表示焊料合金成分。本文中所公开的是一种用于管芯和封装基板上的触摸和接合双焊料冶金的方法，以及通过所公开的方法制成的结构。该方法包括触摸和接合过程，其中两个焊料层沉积在管芯和封装基板的接合焊盘上。焊料层具有不同成分，该不同成分具有不同的液相线温度。在一些实施例中，两个焊料层单独形成，其中包括具有第一液相线温度TL1的焊料成分的第一焊料层沉积在管芯上，以及包括具有第二液相线温度（TL2，其中TL2大于TL1）的焊料成分的第二焊料层沉积在基板上。然后通过并置管芯与基板的接合焊盘来结合焊料层。在一些实施例中，连续在管芯的接合焊盘上或基板上形成两个焊料层。在一些实施例中，在基板的接合焊盘上形成第一焊料层，然后将其加热到其中在接合焊盘的材料（例如，铜）与焊料层的一个或多个金属元素（例如，锡）之间形成金属间化合物（IMC）的温度。IMC具有显著高于两种焊料组份的液相线温度的熔点。在管芯的接合焊盘上形成第二焊料层。管芯与基板的接合焊盘并置。根据一些实施例，管芯和基板上的并置的接合焊盘在压力下接触并且被加热。作为示例，管芯和基板在热压接合（TCB）工具中进行接触。温度升到第一（例如，较低）液相线温度，其中第一焊料层熔化并且回流以在管芯与基板的接合焊盘之间形成部分焊点。根据实施例，包含在第一焊料层内的焊料的体积相对于包含在第二焊料层内的焊料的体积相对较低。因此，部分焊点是较小的，并且在管芯与基板之间形成临时接合。临时接合用来在形成完整焊点之前作为机械稳定单元将管芯和基板保持在一起以用于另外的处理。由于第一温度太低以至于不能熔化第二层，因此第二焊料层保留原样。如上文指出的，当接合（例如，倒装芯片接合）利用高密度FLI架构设计的管芯和基板时，焊桥是经常发生的。在一些实施例中，将底部填充剂材料注入在管芯与基板之间然后固化，从而在底部填充剂材料中嵌入部分焊点。嵌入的部分焊点包括原样的第二焊料层。在随后的操作中，将该部分焊点加热到第二液相线温度（TL2）或以上，其中第二焊料层熔化并且回流以在管芯与基板的接合焊盘之间形成永久焊点。在第二焊料层的回流期间，熔化物局限在周围的底部填充剂材料内的腔体内，液体焊料的较大体积（相对于第一焊料层体积）不能够溢出到附近接合焊盘对。以这种方式，消除了焊桥。在替换的实施例中，在基板的接合焊盘上形成第二焊料层。在各个接合焊盘上形成的第二焊料层可以呈现球或凸起的形状。通常，凸起的高度在形成时可以在每个接合焊盘上的厚度方面变化10-20%。该变化可能转化成焊料凸起上10微米那么多的差异。虽然管芯和基板中会呈现自然翘曲，但是如果在TCB或类似的工具中接合，基板和管芯保持平坦。然而，凸起高度上的变化可能导致一些非接触开口（NCO）或者未能在一些接合焊盘对之间形成焊点。为了避免焊料凸起高度的变化，通过例如在TCB工具中按压焊料凸起使焊料凸起平坦化，从而在随后的接合操作之前将凸起拉平到基本上相等的高度。遍及本说明书以及在权利要求中，术语“连接的”意指直接连接，诸如在所连接的事物之间的电学连接、机械连接或磁性连接，而没有任何中间设备。术语“耦合的”意指直接或间接连接，诸如在所连接的事物之间的直接的电学连接、机械连接或磁性连接，或者通过一个或多个无源或有源中间设备的间接连接。术语“电路”或“模块”可以指代被布置成彼此协作以提供期望功能的一个或多个无源和/或有源组件。术语“信号”可以指代至少一个电流信号、电压信号、磁信号或数据/时钟信号。“一”、“一个”以及“该”的意义包括复数引用。“在......中”的意义包括“在......中”和“在......上”。垂直取向在z方向上，并且理解的是，“顶部”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路（IC）封装，其包括：至少一个焊料接合焊盘；具有至少一个焊料接合焊盘的管芯，其中所述管芯通过所述管芯的至少一个接合焊盘与所述IC封装的至少一个接合焊盘之间的至少一个焊点接合到所述IC封装；以及在所述IC封装与所述管芯之间的底部填充剂材料，其中所述至少一个焊点嵌入在所述底部填充剂材料中，并且其中所述至少一个焊点包括第一冶金和第二冶金。

【技术特征摘要】
2017.12.18 US 15/8459921.一种集成电路（IC）封装，其包括：至少一个焊料接合焊盘；具有至少一个焊料接合焊盘的管芯，其中所述管芯通过所述管芯的至少一个接合焊盘与所述IC封装的至少一个接合焊盘之间的至少一个焊点接合到所述IC封装；以及在所述IC封装与所述管芯之间的底部填充剂材料，其中所述至少一个焊点嵌入在所述底部填充剂材料中，并且其中所述至少一个焊点包括第一冶金和第二冶金。2.根据权利要求1所述的IC封装，其中所述第一冶金包括下述各项之一：金、铝、锗、锌、锡、铋或铟。3.根据权利要求1所述的IC封装，其中所述第二冶金包括下述各项之一：锡、银、锌、铜、铋或铟。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的IC封装，其中所述至少一个焊点包括成分梯度，所述成分梯度包括在所述管芯的至少一个接合焊盘附近的锡的浓度高于在所述IC封装的至少一个接合焊盘附近的。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的IC封装，其中所述至少一个焊点包括成分梯度，所述成分梯度包括在所述IC封装的至少一个基板接合焊盘附近的锡的浓度高于在所述管芯的至少一个接合焊盘附近的。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的IC封装，其中凸起在所述IC封装的至少一个接合焊盘上方，并且其中所述凸起的顶部是基本上平坦的。7.根据权利要求6所述的IC封装，其中所述凸起包括金属间化合物，所述金属间化合物包括金、铝或锗中的任一项。8.一种系统，包括：存储器；以及耦合到所述存储器的处理器，所述处理器包括：集成电路（IC）封装，其具有至少一个焊料接合焊盘；具有至少一个焊料接合焊盘的管芯，其中所述管芯通过所述管芯的至少一个接合焊盘与所述IC封装的至少一个接合焊盘之间的至少一个焊点接合到所述IC封装；以及在所述IC封装与所述管芯之间的底部填充剂材料，其中所述至少一个焊点嵌入在所述底部填充剂材料中，并且其中所述至少一个焊点包括第一冶金和第二冶金，其中所述处理器无线耦合到外部设备。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述一个或多个焊点包括在IC封装基板接合焊盘上方的金属间化合物，所述金属间化合物包括铜和锡之一。10.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述至少一个焊点包括成分梯度，所述成分梯度包括在所述管芯的至少一个接合焊盘附近的锡的浓度高于在所述IC封装的至少一个接合焊盘附近的。11.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述至少一个焊点包括成分梯度，所述成分梯度包括在所述IC封装的至少一个接合焊盘附近的锡的浓度高于在所述管芯的至少一个接合焊盘附近的。12.根据权利要求8至11所述的系统，其中所述第一冶金包括下述各项之一：金、铝、锗、锌、锡、铋或铟。13.根据权利要求8至11所述的系统，其中所述第二冶金包括下述各项之一：锡、银、锌、铜、铋或铟。14.一种IC封装，包括：至少一个焊料接合焊盘；具有至少一个焊料接合焊盘的管芯，其中所述管芯通过所述管芯的焊料接合焊盘与所述IC封装的焊料接合焊盘之间的至少一个焊点接合到所述IC封装，其中所述至少一个焊点包括邻近第二部分的第一部分，其中所述第一部分具有基本上平坦的轮廓，并且其中所述第一部分包括第一冶金，并且所述第二部分包括第二冶金；以及在所述IC封装与所述管芯之间的底部填充剂材料，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C苏布拉马尼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US