高散热三维系统级芯粒封装结构及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种高散热三维系统级芯粒封装结构及工艺。按照本发明专利技术提供的技术方案，所述高散热三维系统级芯粒封装结构，包括：主芯片，包括第一主面以及与所述第一主面正对应的第二主面；功能芯片单元，塑封于主芯片的第一主面，包括至少一个与主芯片互联的功能芯片；封装散热单元，包括位于功能芯片单元上方的散热主体以及与所述散热主体适配的散热导热连接单元，其中，散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触，且通过散热导热连接单元将主芯片发热区的热量传导至散热主体和/或主芯片的第二主面。本发明专利技术能有效实现对芯粒封装结构的高效散热，与现有工艺兼容，安全可靠。安全可靠。安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
高散热三维系统级芯粒封装结构及工艺


[0001]本专利技术涉及一种封装结构及工艺，尤其是一种高散热三维系统级芯粒封装结构及工艺。

技术介绍

[0002]随着系统IO(输入/输出)数量的不断增加，传统二维封装结构已无法满足需求，需要更高密度的三维堆叠封装结构。但传统三维堆叠封装的IO密度无法有效增加，需要走向基于Chiplet(芯粒)技术的更高密度封装。
[0003]随着Chiplet封装结构的不断集成，单位面积的系统功耗大大增加，迫切需要高散热的系统解决方案。因此，对基于Chiplet封装结构，如何有效实现高效散热是目前急需解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高散热三维系统级芯粒封装结构及工艺，其能有效实现对芯粒封装结构的高效散热，与现有工艺兼容，安全可靠。
[0005]按照本专利技术提供的技术方案，所述高散热三维系统级芯粒封装结构，包括：
[0006]主芯片，包括第一主面以及与所述第一主面正对应的第二主面；
[0007]功能芯片单元，塑封于主芯片的第一主面，包括至少一个与主芯片互联的功能芯片；
[0008]封装散热单元，包括位于功能芯片单元上方的散热主体以及与所述散热主体适配的散热导热连接单元，其中，散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触，且通过散热导热连接单元将主芯片发热区的热量传导至散热主体和/或主芯片的第二主面。
[0009]功能芯片单元通过一塑封层塑封于主芯片的第一主面，且功能芯片单元内功能芯片的背面露出；
[0010]散热主体装配于所述塑封层上，且功能芯片的背面与散热主体对应，以使得散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触。
[0011]所述散热主体通过导热胶装配于塑封层上，散热主体通过导热胶与功能芯片的背面导热接触；
[0012]散热主体包括散热片，所述散热片包括若干间隔分布的散热翅。
[0013]所述散热导热连接单元包括若干埋设于塑封层内的塑封层内散热柱，其中，
[0014]塑封层内散热柱的一端与主芯片的发热区导热接触，塑封层内散热柱的另一端与散热主体导热接触。
[0015]所述散热导热连接单元还包括若干埋设于主芯片内的主芯片内散热柱，其中，
[0016]主芯片内散热柱与塑封层内散热柱呈一一对应，主芯片内散热柱的一端与塑封层内散热柱导热接触，主芯片内散热柱的另一端与主芯片第二主面的散热焊盘电连接。
[0017]还包括设置于主芯片第二主面上的引出连接单元，其中，
[0018]所述引出连接单元包括互联体引出连接焊球以及散热引出连接焊球，通过互联体引出连接焊球将主芯片与功能芯片单元形成的互联体引出，散热引出连接焊球与主芯片第二主面上的散热焊盘对应导热接触连接。
[0019]一种高散热三维系统级芯粒封装结构的制备工艺，用于所述的芯粒封装结构，所述制备工艺包括：
[0020]提供主芯片以及待与所述主芯片互联的功能芯片单元，其中，主芯片包括第一主面以及与第一主面正对应的第二主面；
[0021]将功能芯片单元内的功能芯片置于主芯片的第一主面上，并与所述主芯片进行所需互联，且在互联后塑封在主芯片的第一主面；
[0022]制备封装散热单元，所制备的封装散热单元包括位于功能芯片单元上方的散热主体以及与所述散热主体适配的散热导热连接单元，其中，散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触，且通过散热导热连接单元将主芯片发热区的热量传导至散热主体和/或主芯片的第二主面。
[0023]功能芯片单元通过一塑封层塑封于主芯片的第一主面，且功能芯片单元内功能芯片的背面露出；
[0024]散热主体装配于所述塑封层上，且功能芯片的背面与散热主体对应，以使得散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触。
[0025]散热导热连接单元包括制备于塑封层内的塑封层内散热柱，制备塑封层内散热柱时，
[0026]在塑封层内制备贯通塑封层的散热柱孔，所述散热柱孔与主芯片第一主面上的发热区正对应；
[0027]在散热柱孔内制备形成塑封层内散热柱，塑封层内散热柱与主芯片第一主面上的发热区导热接触；
[0028]制备得到塑封层内散热柱后，散热主体通过导热胶装配于塑封层上，散热主体通过导热胶与功能芯片的背面导热接触，且塑封层内散热柱邻近散热主体的端部通过导热胶与散热主体导热接触。
[0029]所述散热导热连接单元还包括若干埋设于主芯片内的主芯片内散热柱，其中，
[0030]主芯片内散热柱与塑封层内散热柱呈一一对应，主芯片内散热柱的一端与塑封层内散热柱导热接触，主芯片内散热柱的另一端与主芯片第二主面的散热焊盘导热接触连接。
[0031]本专利技术的优点：
[0032]与主芯片互联功能芯片的背面且散热主体导热接触，可有效地将功能芯片的热量进行高效散热，无需像传统的封装结构一样，通过基板进行散热，提高热性能。
[0033]本专利技术将功能芯片单元与主芯片集成封装在一个封装体内，系统更加集成，体积更小；采用三维封装结构，将芯片在三维方向继承，保证封装尺寸更加小。
[0034]对主芯片上的发热区，在塑封层内埋设有若干塑封层内散热柱，通过塑封层内散热柱与主芯片发热区的导热接触，实现将热量传导至散热主体，利用散热主体进行高效散热；同时，还可以将发热区的热量传导至主芯片的第二主面，或者，通过散热引出连接焊球将第二主面上的热量经主芯片内散热柱、塑封层内散热柱传导至散热主体，进一步提高封
装结构的散热的区域与散热效率，降低封装内部热阻。
[0035]采用先进的三维芯粒结构，其系统更加集成，器件性能更加优越；此外，整个封装工艺为晶圆级的封装，与现有工艺兼容，生产效率更高，成本优势大。
附图说明
[0036]图1为本专利技术制备形成芯粒封装结构的一种实施例示意图。
[0037]图2～图9为本专利技术制备图1中芯粒封装结构的一种具体实施工艺步骤剖视图，其中，
[0038]图2为提供主芯片以及功能芯片单元的剖视图。
[0039]图3为功能芯片单元与主芯片互联后的剖视图。
[0040]图4为制备得到塑封体后的剖视图。
[0041]图5为制备得到散热柱孔后的剖视图。
[0042]图6为制备得到散热柱体后的剖视图。
[0043]图7为制备得到塑封层以及塑封层内散热柱后的剖视图。
[0044]图8为制备得到第二主面焊球单元后的剖视图。
[0045]图9为将散热主体通过导热胶装配于塑封层上的剖视图。
[0046]附图标记说明：1
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主芯片、2
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塑封层、3
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导热胶、4
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散热片、5
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散热翅、6
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散热槽、7
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互联体引出连接焊球、8
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散热引出连接焊球、9
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高散热三维系统级芯粒封装结构，其特征是，包括：主芯片，包括第一主面以及与所述第一主面正对应的第二主面；功能芯片单元，塑封于主芯片的第一主面，包括至少一个与主芯片互联的功能芯片；封装散热单元，包括位于功能芯片单元上方的散热主体以及与所述散热主体适配的散热导热连接单元，其中，散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触，且通过散热导热连接单元将主芯片发热区的热量传导至散热主体和/或主芯片的第二主面。2.根据权利要求1所述高散热三维系统级芯粒封装结构，其特征是：功能芯片单元通过一塑封层塑封于主芯片的第一主面，且功能芯片单元内功能芯片的背面露出；散热主体装配于所述塑封层上，且功能芯片的背面与散热主体对应，以使得散热主体与功能芯片单元内的功能芯片导热接触。3.根据权利要求2所述高散热三维系统级芯粒封装结构，其特征是：所述散热主体通过导热胶装配于塑封层上，散热主体通过导热胶与功能芯片的背面导热接触；散热主体包括散热片，所述散热片包括若干间隔分布的散热翅。4.根据权利要求2或3所述高散热三维系统级芯粒封装结构，其特征是：所述散热导热连接单元包括若干埋设于塑封层内的塑封层内散热柱，其中，塑封层内散热柱的一端与主芯片的发热区导热接触，塑封层内散热柱的另一端与散热主体导热接触。5.根据权利要求4所述高散热三维系统级芯粒封装结构，其特征是：所述散热导热连接单元还包括若干埋设于主芯片内的主芯片内散热柱，其中，主芯片内散热柱与塑封层内散热柱呈一一对应，主芯片内散热柱的一端与塑封层内散热柱导热接触，主芯片内散热柱的另一端与主芯片第二主面的散热焊盘电连接。6.根据权利要求5所述高散热三维系统级芯粒封装结构，其特征是：还包括设置于主芯片第二主面上的引出连接单元，其中，所述引出连接单元包括互联体引出连接焊球以及散热引出连接焊球，通过互联体引出连接焊球将主芯片与功能芯片单元形成的互联体引出，散热引出连接焊球与主芯片第二主面上的散热焊盘对应导热接触连...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，
申请(专利权)人：奇异摩尔上海集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：