一种具有散热互联功能的3D封装系统及其封装方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有散热互联功能的3D封装系统及其封装方法，涉及3D封装技术领域，本发明专利技术是以3D封装工作为基础原料，主要针对多个芯片在堆叠封装过程中的温度变化，具体是以多个芯片的特性参数为基础，以焊接温度参数中的加热温度为直接数值，通过运算分析动作得到以下多个芯片中的动态传导温度，再结合到每两个芯片之间导热层中导热填充物的熔点等物理特性，在不影响到以下多个芯片之间的固化状态的前提下，实现自主干预动作，具体表现为：自主降低芯片堆叠过程中的加热温度，或以低温惰性气体作为介质形成强制冷却方式，用来降低对应层数位置中的芯片温度，其目的是：保障整体封装质量。装质量。装质量。

【技术实现步骤摘要】
一种具有散热互联功能的3D封装系统及其封装方法


[0001]本专利技术涉及3D封装
，具体涉及一种具有散热互联功能的3D封装系统及其封装方法。

技术介绍

[0002]3D封装又称为叠层芯片封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，此中需要说明的是：3D封装是在一个较小的封装体内堆叠多层芯片（IC），所以其散热问题越加严重，如何解决3D封装带来的高散热是当前面临的首要条件。
[0003]在封装过程中，需要将每一块芯片依次叠加，并且还需要利用加热、等离子体激发、光辐射等方法，使气态或蒸气状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程，从而完成芯片与芯片之间的固化或芯片与框架之间的固化。
[0004]紧接上文来说：在封装过程中，需要对每一次的叠加过程进行加热，但是在加热过程中上层芯片叠加动作中的加热温度会影响下一层，如：上层加热过程产生的温度间接作用到下层位置，导致原先固化的固态薄膜或涂层呈现半熔融状态或不明显熔融状态，继而导致多块芯片之间发生错位等问题，从而影响到整体封装质量，若采用3D封装过程中的强制冷却手段（低温惰性气体）进行降温，传递的温度也会间接或者影响到上层芯片的叠加动作，使固态薄膜或涂层难以形成。为此本申请提出了一种解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有散热互联功能的3D封装系统及其封装方法，用于解决3D封装中的每次加热过程，会间接影响到下一层的芯片状态，如：导致原先固化的固态薄膜或涂层呈现熔融状态，使芯片之间发生不规则错位而影响到整体封装效果。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种具有散热互联功能的3D封装系统，包括数据收集模块、温度自主分析模块和温度传导干预模块：
[0007]所述数据收集模块用于记录3D封装工作中的工艺参数，工艺参数包括芯片特性参数、焊接温度参数，且数据收集模块将工艺参数发送到温度自主分析模块中；
[0008]所述温度自主分析模块以工艺参数作为前驱数据执行运算分析动作得到分析数据，分析数据为芯片在3D封装工作中的单层温度数值，并在温度自主分析模块中建立3D封装工作中的单层温度上限阈值；
[0009]所述温度传导干预模块用于接收运算分析动作中的分析数据，并以单层温度上限阈值作为参照坐标横轴，将分析数据与单层温度上限阈值执行动态分析动作得到动态传导温度模型，且温度传导干预模块具有3D封装工作的控制权限，通过控制权限温度传导干预模块响应动态传导温度模型执行干预动作，干预动作用于自主调节焊接温度参数。
[0010]进一步设置为：芯片特性参数包括芯片厚度、芯片表面积、芯片堆叠层数、芯片导
热层间隙、芯片热阻值、芯片导热层热阻值，且芯片特性参数为相对定值，并在温度自主分析模块中以芯片特性参数建立并得到总热阻计算模型，总热阻计算模型中的数据为3D封装工作中的多个芯片叠加后的总成芯片热阻值，芯片导热层位于每两个相邻芯片的中间位置，且芯片导热层中注入导热填充物。
[0011]进一步设置为：分别赋予芯片厚度、芯片表面积、芯片堆叠层数、芯片导热层间隙、芯片热阻值、芯片导热层热阻值、总成芯片热阻值的符号为：、、、、、和，并生成总热阻计算模型的计算公式：，其中包括：、。
[0012]进一步设置为：再次生成温升度的计算公式：，其中的为第层芯片在焊接过程中的传导温度、为3D封装工作中的加热温度，由传导温度和加热温度组成焊接温度参数。
[0013]进一步设置为：根据、的计算公式生成动态传导温度模型的计算公式：，其中的为动态传导温度模型中的传导长度，且，其中的为动态传导温度模型中的传导间距个数，且与取自然正整数，=1、2、3
…‑
1、=1、2、3
…‑
1，其中的与之间为反比，为第个芯片的动态传导温度。
[0014]进一步设置为：所述单层温度上限阈值包括熔融临界温度值、不明显熔融临界温度值和零影响温度值，其中＞＞，且、、为相对变值定数，并根据设置如下状态；
[0015]S1：在＞时，设置为熔融临界温度值阶段，熔融临界温度值阶段中反应的现象为：动态传导温度超过芯片导热层中导热填充物熔点；
[0016]S2：在＜＜时，设置为不明显熔融临界温度值阶段，不明显熔融临界温度值阶段中反应的现象为：动态传导温度接近芯片导热层中导热填充物熔点，且动态传导温度与芯片导热层中导热填充物熔点之间差值范围为（0~10℃）；
[0017]S3：在＜＜或＜，设置为零影响温度值阶段，零影响温度值阶段中反应的现象为：动态传导温度低于芯片导热层中导热填充物熔点。
[0018]在对多个芯片进行堆叠封装时，根据的状态，做出如下处理方式：
[0019]处理方式一：在S1状态中，首先降低焊接参数中的加热温度，并同步启用强制冷却动作，
[0020]处理方式二：在S2状态中，直接启用强制冷却动作，维持焊接温度参数；
[0021]处理方式三：在S3状态中，维持焊接温度参数且不启用强制冷却动作。
[0022]本专利技术具备下述有益效果：
[0023]本专利技术以3D封装基本原理为基础，主要针对多个芯片堆叠过程中的温度变化，具体表现为：在堆叠芯片的过程中，以最上层位置的芯片加热温度作为基础温度，根据热传导的基本原理，通过运算分析方式逐一计算得到以下多个芯片中的动态传导温度，从而结合到以下多个芯片相邻位置的到导热层中导热填充物熔点，以此可以较为直观的显示出“相对微观”状态下的3D封装温度，在可能发生动态传导温度超过导热填充物熔点时，及时“发现”并做出相对应的处理方式，处理方式主要包括启用强制冷却方式或者降低加热温度，其目的是：首先避免导致以下多个芯片中的固态薄膜或涂层出现异常状态，并且降低对最上层芯片堆叠过程的干涉影响，与常规散热方式不同的是：整体方案并非采用单一的散热方式，主要依赖对应芯片中的动态传导温度，形成相互关联的散热形式，整体过程中，可以采取直接降低上层芯片堆叠过程中的加热温度，或者直接启用强制冷却方式对对应位置进行强制冷却，抑或者上述两种方式同时启动。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术提出的一种具有散热互联功能的3D封装系统的系统框图。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例一
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有散热互联功能的3D封装系统，其特征在于，包括数据收集模块、温度自主分析模块和温度传导干预模块：所述数据收集模块用于记录3D封装工作中的工艺参数，工艺参数包括芯片特性参数、焊接温度参数，且数据收集模块将工艺参数发送到温度自主分析模块中；所述温度自主分析模块以工艺参数作为前驱数据执行运算分析动作得到分析数据，分析数据为芯片在3D封装工作中的单层温度数值，并在温度自主分析模块中建立3D封装工作中的单层温度上限阈值；所述温度传导干预模块用于接收运算分析动作中的分析数据，并以单层温度上限阈值作为参照坐标横轴，将分析数据与单层温度上限阈值执行动态分析动作得到动态传导温度模型，且温度传导干预模块具有3D封装工作的控制权限，通过控制权限温度传导干预模块响应动态传导温度模型执行干预动作，干预动作用于自主调节焊接温度参数。2.根据权利要求1所述的一种具有散热互联功能的3D封装系统，其特征在于，芯片特性参数包括芯片厚度、芯片表面积、芯片堆叠层数、芯片导热层间隙、芯片热阻值、芯片导热层热阻值，且芯片特性参数为相对定值，并在温度自主分析模块中以芯片特性参数建立并得到总热阻计算模型，总热阻计算模型中的数据为3D封装工作中的多个芯片叠加后的总成芯片热阻值，芯片导热层位于每两个相邻芯片的中间位置，且芯片导热层中注入导热填充物。3.根据权利要求2所述的一种具有散热互联功能的3D封装系统，其特征在于，分别赋予芯片厚度、芯片表面积、芯片堆叠层数、芯片导热层间隙、芯片热阻值、芯片导热层热阻值、总成芯片热阻值的符号为：、、、、、和，并生成总热阻计算模型的计算公式：，其中包括：、。4.根据权利要求3所述的一种具有散热互联功能的3D封装系统，其特征在于，再次生成温升度的计算公式：，其中的为第层芯片在焊接过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松林，刘杰，李坤，赖仕普，
申请(专利权)人：成都汉芯国科集成技术有限公司，
类型：发明
国别省市：