用于消除电子组件应力的方法和装置制造方法及图纸

一种制造方法和所制电子组件便于在组件内消除热应力。制造方法包括提供众多集成电路芯片，后者在其大体上平的主面上具有槽。芯片叠装起来并用一种膨胀材料和一种可流动粘合剂互相间粘接起来，以形成一块电子组件。粘接如此进行，以限制组件内个别ＩＣ芯片在垂直于它们的平的面的方向内移动，在组件热膨胀时，膨胀材料和个别芯片以不同速率膨胀，然而膨胀材料流动入槽，因而消除热应力。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及到便于在给定空间内容纳最佳数量电路元件的高密度电子封装。更具体地说，本专利技术涉及到在包括例如用粘合剂粘接在一起的多块集成电路芯片的叠装阵列的电子组件中消除热应力的问题。自集成电路技术发展以来，计算机和计算机存储设备用半导体材料晶片所组成的集成电路(IC)芯片所制成。在制成晶片后，将晶片切成小芯片，即将电路互相隔开。接着将芯片粘接到不同类型的载体上，用线互相连接并加以封装。这种“二维”芯片封装无法在给定空间内容纳最佳数量的电路，并且当芯片间传送信号时，会引入不希望有的信号延迟、电容和电感。最近出现的三维芯片阵列是重要的封装方法。典型的多块芯片电子组件包括将多IC芯片粘接固定在一起的单块结构(一个“叠层”)。一个要讨论的问题是叠层材料的热膨胀。不同材料具有不同相应的热膨胀率。例如，在电子组件中当IC芯片和粘接层由不同材料组成并且温度升高时，每件材料以不同速率膨胀。不幸的是，由于电阻损耗，电子组件在运行时会热起来。因此当组件温度升高时，芯片和粘接层(用于将芯片粘接在一起)以不同速率膨胀，从而在组件内引起应力。当组件膨胀受到约束时，将进一步产生组件应力。例如，如电子组件的侧面点焊连接到安装衬底上，则焊点将在垂直于组成组件的芯片的主平面的方向内限制组件膨胀(以后这称之为“Z方向”)。这个限制的原因是由于例如每个IC芯片粘接到安装衬底上，因而它无法在Z方向移动，因此不能移动的衬底就限制了热膨胀粘合剂的力的作用，由于一般屈服点是高的，所以“被压缩的”粘合剂保持它的粘接点，并在组件上产生物理应力，后者能导致焊点的损环和失效。由温度变化造成的电子组件的膨胀和收缩会导致焊点破裂，这是工业中常见的现象，本专利技术直接用于解决这些问题。简单说来，在一个方面本专利技术包括一个电子组件，它包括一个具有大体上平的面的半导体结构和一块第一集成电路(IC)芯片，后者具有第一热膨胀率和包含一个空穴的大体上平的主面。第一IC芯片的大体上平的主面和半导体结构的大体上平的面平行而相对地放置。一种膨胀材料放置于半导体结构的大体上平的面和第一IC芯片的大体上平的主面之间，并在机械上与它们粘接在一起。该膨胀材料具有一个与第一膨胀率不同的第二热膨胀率。第一IC芯片的大体上平的主面中的空穴提供一个空间，供膨胀材料膨胀进去，以消除组件中的应力，该应力是由膨胀材料和第一IC芯片两者的不同热膨胀的差别所造成的。作为扩充，半导体结构可以包括第二IC芯片，而半导体结构的大体上平的面包括第二IC芯片的大体上平的主面，此外，第一IC芯片的大体上平的主面可以包括一个非工作面，而第二IC芯片的大体上平的主面可以包括一个工作面，作为进一步的扩充，电子组件可以包括一个机械限制，用于在垂直于第一IC芯片的大体上平的主面的方向内阻止电子组件的膨胀。在另一方面，本专利技术包括一个具有多块集成电路(IC)芯片的电子组件。每块IC芯片具有一个大体上平的工作主面和一个大体上平的非工作主面。第一IC芯片的非工作主面具有很多槽，众多IC芯片叠装成电子组件，其中每块芯片的工作主面朝着一个共同方向，此外，在组件中在第二IC芯片的大体上平的工作主面和第一IC芯片的大体上平的非工作主面之间放置了膨胀材料，后者在机械上和上述两个主平面粘结在一起，第一IC芯片的大体上平的非工作主面上的众多的槽提供空间，供膨胀材料膨胀入内，以消除应力，该应力由膨胀材料和第二集成电路芯片的不同热膨胀的差别所造成(该膨胀材料具有第一热膨胀率，而第二IC芯片具有不同的第二热膨胀率)。作为扩充，电子组件的槽的形状可设计为允许冷却剂流经它们。此外，电子组件还可以包括第三IC芯片。放置在第三IC芯片和第二IC芯片间的膨胀材料将第三IC芯片的大体上平的工作主面和第二IC芯片的大体上平的非工作主面在机械上粘结在一起。第二IC芯片的大体上平的非工作主面具有众多槽。本专利技术的另一方面包括一块具有众多叠层集成电路(“IC”)芯片的电子组件，每一块IC芯片具有一个第一大体上平的主面和一个第二大体上平的主面。一种先进的热化合物放置于第一IC芯片的第一大体上平的主面和第二IC芯片的第二大体上平的主面之间，并和它们在机械上粘接起来。该先进的热化合物能导热而在电气上是绝缘的。作为扩充，第一IC芯片的第一大体上平的主面可以具有充有先进热化合物的空穴。在还有另一个方面，本专利技术包括一种用于形成电子组件的方法，该方法包括提供具有一个大体上平的面的半导体结构和提供具有一个大体上平并包含空穴的主面的第一IC芯片，此外，第一IC芯片具有第一热膨胀率。其次，半导体结构的大体上平的面和第一IC芯片的大体上平的主面用膨胀材料在机械上粘接在一起。该膨胀材料具有不同于第一速率的第二热膨胀率。第一IC芯片的大体上平的主面上的空穴提供了一个空间，供膨胀材料膨胀入内，以消除应力，该应力系由膨胀材料和第一IC芯片的不同热膨胀的差别所引起。本专利技术的另一方面包括一种形成电子组件的方法。该方法包括提供众多叠积而成的IC芯片，每一块IC芯片具有第一大体上平的主面和第二大体上平的主面，第一IC芯片的第一大体上平的主面和第二IC芯片的第二大体上平的主面用先进热化合物在机械上粘接在一起，该热化合物能导热并在电气上绝缘。作为扩充，该先进热化合物可用可流动粘合剂粘接到第一IC芯片的第一大体上平的主面。有利的是本专利技术的技术便于用来消除电子组件中的热应力。此外，该技术可用于控制“Z方向”中的组件膨胀，组件的芯片中的空穴(用于消除热应力)可使冷却剂便于流动，因而可以便于对组件进行增强冷却。在本说明书的末尾部分具体地指出有关本专利技术的项目内容和明确地提出要求。参照下面的详细描述和附图，可以很好地理解本专利技术及其目的和优点。附图说明图1是本专利技术的在平的主(非工作)面中具有槽的集成电路(IC)芯片的透视图；图2是本专利技术的由众多的如图1的IC芯片所组成的电子组件的透视图；图3是图2的电子组件的芯片间粘接处的放大的部分图；图4是图3的电子组件在将侧面粘接到安装衬底后的透视图；图5是在出现组件的热膨胀和膨胀层的膨胀后图4的电子组件的芯片间粘接处的放大的部分图；图6是根据本专利技术的IC芯片的另一实施例的透视图，该IC芯片在平的主(非工作)面上具有槽，后者并不沿伸至芯片边缘；图7是本专利技术的由众多例如图6的IC芯片组成的电子组件的透视图；图8是本专利技术的具有在“Z方向”限制芯片移动的带的电子组件的透视图；图9是本专利技术的电子组件的透视图，该电子组件的相对侧面上放置有两层弹性限制层；图10是本专利技术的使用先进热化合物和粘合层的芯片间粘接处的剖面图；图11是用于显示本专利技术中制造电子组件的方法的流程图；以及图12是用于显示本专利技术中在芯片间使用先进热化合物制造电子组件的方法的流程图。此处显示一些用于将由集成电路(IC)芯片叠装成的电子组件中的应力加以消除的最佳实施例。图1是一块IC芯片(11)的部分剖面图，它将被装入一个具有众多叠层集成电路芯片的电子组件中(也即众多芯片叠装成一块电子组件)。芯片可提供任何功能件，例如与电子组件有关的功能件。虽然芯片可包括任何用已知技术在半导体芯片上实现的功能件，但典型的可实现的功能件可包括例如存储器、接口、处理器(例如微处理器)及/或控制功能件。如图1所示，IC芯片11用新型槽式结构组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子组件，包括：一个具有大体上平的面的半导体结构；一块具有大体上平的带有空穴的主面的第一集成电路ＩＣ芯片，所述第一ＩＣ芯片的所述大体上平的主面位于与所述半导体结构的所述大体上平的面平行的面对面的位置，所述第一ＩＣ芯片具有第一热膨 胀率；一种膨胀材料，位于所述半导体结构的所述大体上平的面和所述第一ＩＣ芯片的所述大体上平的主面之间并和这两个所述面在机械上粘接在一起，所述膨胀材料具有第二热膨胀率；以及其中所述第一ＩＣ芯片的第一热膨胀率不同于所述膨胀材料的第二热膨胀 率，以及其中所述空穴提供一个空间，供所述膨胀材料膨胀入内，以便消除由于所述膨胀材料和所述第一ＩＣ芯片的不同热膨胀的所述差别所引起的应力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克劳德路伊斯伯尔丁，保尔阿尔登法拉尔，小高顿阿瑟凯利，克里斯托福保尔米勒，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]