芯片及其制造方法、电子设备技术

本申请实施例公开了一种芯片及其制造方法、电子设备，属于芯片散热技术领域。该芯片包括裸芯片和导热片，所述裸芯片的有源面与所述导热片通过第一键合层连接。裸芯片的有源面上温度较高的部位产生的热量能够通过导热片快速传导和分散，使得有源面的温度均匀分布，避免芯片局部温度过高，影响芯片的运行。影响芯片的运行。影响芯片的运行。

【技术实现步骤摘要】
芯片及其制造方法、电子设备


[0001]本申请涉及芯片散热
，特别涉及一种芯片及其制造方法、电子设备。

技术介绍

[0002]随着芯片技术的发展，芯片的功率越来越大，芯片运行过程中产生的热量也越来越大，芯片散热问题日益突出。
[0003]相关技术中，裸芯片的无源面与散热器通过TIM(thermal interface material，热界面材料)连接。裸芯片发热的部位主要集中在有源面，热量从有源面经过裸芯片本体，由无源面传递到散热器，然后通过散热器散发出去。
[0004]由于裸芯片本体的材料热导率较低，并且采用TIM连接无源面和散热器时界面接触热阻较大，所以该热量传递路径上的热阻较大，热量传导速度较慢。当有源面上的温度不均匀时，温度较高的位置的热量很难快速散发，影响芯片的性能。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种芯片及其制造方法、电子设备，能够提高芯片的散热效果，所述技术方案如下：
[0006]一方面，提供了一种芯片，该芯片包括裸芯片和导热片。裸芯片是指半导体元器件制造完成，封装之前的产品形式，例如硅片。裸芯片具有有源面和无源面，有源面为集成电路图形所在的一面，无源面为与有源面相对的一面。裸芯片的有源面与导热片通过第一键合层连接。
[0007]在有源面通过第一键合层连接导热片，裸芯片与导热片之间界面接触热阻较小，所以有源面上温度较高的位置的热量能够通过所连接的导热片快速传导至温度较低的位置，使得有源面上的温度能够均匀分布，避免局部温度过高影响芯片的性能。
[0008]由于导热片的材料热导率与导热片的热阻负相关，即导热片的材料热导率越大，导热片的热阻越小，导热效果越好，所以导热片的材料热导率越大越好。因此，在本申请实施例中，导热片采用高热导率材料制成，这里，高热导率材料指热导率大于设定值的材料，例如，热导率大于或者等于1000W/m
·
K的材料，或者，热导率大于或者等于1200W/m
·
K的材料。
[0009]可选地，导热片采用高热导率的无机材料制成。例如，单晶金刚石薄膜、多晶金刚石薄膜、氮化硼薄膜和砷化硼薄膜中的一种或多种。
[0010]在一些示例中，导热片中具有多个通孔，每个通孔中均设有导电柱，导电柱贯穿导热片，并且与有源面上的焊盘连接。
[0011]示例性地，导电柱采用金属材料制成，例如Cu，Ag，Au等等。
[0012]可选地，由于材料特性，一些导电柱材料容易扩散至导热片中，例如，当导电柱为Cu柱时，Cu在Si和含Si的材料中有较强的扩散性，扩散到导热片中的Cu会在导热片中产生陷阱，使得器件性能退化。因此，需要在导电柱和所述导热片之间设置阻挡层，防止导电柱
的材料扩散到导热片中。
[0013]可选地，所述阻挡层采用以下材料中的一种或多种：Ti，Cr，Ni，W，Ta。
[0014]可选地，由于材料的差异性和导电柱的制作方法的原因，导电柱和导热片之间的连接强度较差。例如，当导热片为单晶金刚石薄膜或多晶金刚石薄膜，而导电柱为铜柱，并且导电柱通过电镀的方式形成时，导电柱和导热片之间的连接强度较差。在这种情况下，该芯片还包括：位于所述导电柱和所述导热片之间的种子层，以增强导电柱和导热片之间的连接强度。
[0015]可选地，导电柱采用烧结的方式形成在导热片中，这种情况下，无需在导电柱和导热片之间设置种子层。
[0016]在导热片中有导电柱的情况下，第一键合层至少要完成绝缘材料的键合，也即是该第一键合层包括绝缘连接层，所述有源面的除焊盘以外的区域和所述导热片之间通过所述绝缘连接层键合连接，所述有源面的焊盘与延伸至所述绝缘连接层中的所述导电柱连接。
[0017]在一种可能的实施方式中，第一键合层为混合键合层，该混合键合层既需要完成有绝缘材料的键合，也需要完成导电材料的键合。因此，该第一键合层包括绝缘连接层和位于绝缘连接层中的电互连结构；所述有源面的焊盘和所述导电柱之间通过所述电互连结构键合连接，所述有源面的除焊盘以外的区域和所述导热片之间通过所述绝缘连接层键合连接。
[0018]在另一种可能的实施方式中，第一键合层仅完成绝缘材料的键合。此时，该第一键合层仅包括绝缘连接层，所述导电柱沉积在所述有源面的焊盘上，所述有源面的除焊盘以外的区域和所述导热片之间通过所述绝缘连接层键合连接。
[0019]可选地，所述绝缘连接层采用化合物材料或者聚合物材料制成。化合物材料包括但不限于SiO2，AlN，SiC。聚合物材料包括但不限于苯并环丁烯(benzocyclobuten，BCB)、近紫外负性光刻胶(SU-8)、聚酰亚胺(polyimide，PI)等。
[0020]可选地，所述电互连结构采用以下材料中的一种或多种制成：Cu，W，Ni，CuSn，AuSn。
[0021]为了进一步提高有源面的温度传导速度，提高芯片的散热性能，需要通过选择合适的材料使得第一键合层的热阻较小，例如，小于设定值。示例性地，设定值为1Kmm2/W。
[0022]在一种可能的实施方式中，该芯片为采用三维堆叠技术的芯片，这种芯片包括至少两个裸芯片和至少一个导热片，这至少两个裸芯片依次堆叠，至少部分裸芯片的有源面设有导热片。
[0023]可选地，为了便于提高散热性能，每个裸芯片的有源面均与一个导热片连接，也即是，裸芯片和所述导热片交替堆叠，且堆叠后的结构中在裸芯片的排列方向上一侧为裸芯片，另一侧为导热片。可替代地，在另一些示例中，每两个相邻的裸芯片之间布置有一个导热片，也即是，裸芯片和所述导热片交替堆叠，且堆叠后的结构中在裸芯片的排列方向上两侧均为裸芯片。
[0024]可选地，导热片与相邻的所述裸芯片的无源面通过第二键合层连接，所述第二键合层的结构与所述第一键合层的结构相同，相邻的两个所述裸芯片通过对应的所述导热片中的导电柱电连接。
[0025]除了三维堆叠芯片以外，本申请还适用于包括一个裸芯片和一个导热片的芯片。
[0026]可选地，该芯片还包括电路板，所述裸芯片和所述导热片位于所述电路板上。示例性地，该电路板为基板，或者，该电路板包括基板和位于基板上的中介板(interposer)。
[0027]在一种可能的实施方式中，在所述裸芯片和所述导热片的排列方向上，与所述电路板相邻的为所述导热片。在这种情况下，裸芯片通过扇出的方式与电路板连接，或者，通过导热片中的导电柱与电路板连接。
[0028]在另一种可能的实施方式中，在所述裸芯片和所述导热片的排列方向上，与所述电路板相邻的为所述裸芯片，该裸芯片的有源面的焊盘通过焊球与电路板连接。
[0029]可选地，裸芯片的厚度为15μm～500μm。目前，大多数裸芯片的厚度为775μm，将裸芯片的厚度减薄至15μm～500μm，有利于三维堆叠芯片的垂直方向的热传导。
[0030]可选地，导热片的厚度为50μm～400μm。在裸芯片的厚度减薄的情况下，将导热片的厚度在该范围内取值，相当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片，其特征在于，包括：裸芯片(10)和导热片(20)，所述裸芯片的有源面(11)与所述导热片(20)通过第一键合层(30)连接。2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，还包括导电柱(21)，所述导电柱(21)贯穿所述导热片(20)；所述第一键合层(30)包括绝缘连接层(31)和电互连结构(32)，所述电互连结构(32)位于绝缘连接层(31)中；其中，所述有源面(11)的焊盘(11a)和所述导电柱(21)之间通过所述电互连结构(32)键合连接，所述有源面(11)的除焊盘(11a)以外的区域和所述导热片(20)之间通过所述绝缘连接层(31)键合连接。3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，还包括导电柱(21)，所述导电柱(21)贯穿所述导热片(20)；所述第一键合层(30)包括绝缘连接层(31)，所述导电柱(21)沉积在所述有源面(11)的焊盘(11a)上，所述有源面(11)的除焊盘(11a)以外的区域和所述导热片(20)之间通过所述绝缘连接层(31)键合连接。4.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述电互连结构(32)采用以下材料中的一种或多种制成：Cu，Ni，W，CuSn，AuSn。5.根据权利要求2至4任一项所述的芯片，其特征在于，所述绝缘连接层(31)采用以下材料中的一种或多种制成：SiO2，AlN，SiC，苯并环丁烯，聚酰亚胺，近紫外负性光刻胶。6.根据权利要求2至5任一项所述的芯片，其特征在于，所述第一键合层(30)的热阻小于1Kmm2/W。7.根据权利要求1至6任一项所述的芯片，其特征在于，所述芯片包括至少两个所述裸芯片(10)和至少一个所述导热片(20)，所述裸芯片(10)和所述导热片(20)交替堆叠。8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述导热片(20)与相邻的所述裸芯片(10)的无源面(12)通过第二键合层(40)连接，所述第二键合层(40)的结构与所述第一键合层(30)的结构相同。9.根据权利要求1至6任一项所述的芯片，其特征在于，所述芯片包括一个所述裸芯片(10)和一个所述导热片(20)。10.根据权利要求1至9任一项所述的芯片，其特征在于，还包括：电路板(50)，所述裸芯片(10)和所述导热片(20)位于所述电路板(50)上，且在所述裸芯片(10)和所述导热片(20)的排列方向上，与所述电路板(50)相邻的为所述导热片(20)。11.根据权利要求1至10任一项所述的芯片，其特征在于，还包括：散热片(60)，所述散热片(60)与最外侧的所述裸芯片(10)的无源面(12)通过第三键合层(70)连接。12.根据权利要求11所述的芯片，其特征在于，所述第三键合层(70)采用金属材料制成，所述金属材料包括以下一种或多种：Au，AuSn，Cu，CuSn，Ag，AgSn；或者，所述第三键合层(70)采用非金属材料制成，所述非金属材料包括以下一种或多种：SiO2，SiC，AlN，Si。13.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓抄军，魏潇赟，杨勇，许继业，付星，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：