CN1155760A - 外形可控多芯片组件 - Google Patents

Abstract

一种具有形成有可选择纵横比的构造的能力的多芯片组件构造。上述纵横比本身对在模拟的形式下集成度的更高的级别形成了一个基础。该模块化构造应用了聚合物上边的已图形化的铜的灵活的连接方法以连续地在连续级别之间对连接面定向，允许组件级别的选择性堆积以制作该多芯片组件的所希望的纵横比。在级别之间的互连可以用焊锡电流法、直接树突压焊法或者通过一个树突状插入物进行连接等方法来实现。

Description

外形可控多芯片组件

本发明一般说涉及集成电路芯片封装。说得更详细一点，本发明涉及高密度和外形可控的多芯片组件。

个人计算机，工作站和数字数据处理装置在功能能力方面以惊人的速度连续增长。虽然创造上述功能的电子器件不断缩小体积，但是在形成上述产品的基础的电路板上的集成电路芯片的数目在数量上和互连复杂性上都不断增加。此外，系统的用户继续希望在尺寸上和重量上减少。一个特别突出的例子是携带式个人计算机。作为这种趋势的结果，上述装置的生产厂家正在向多芯片组件方向上转移，这些组件在一个小的物理体积内可提供高功能密度。不幸的是，最近所提出的多芯片组件设计是复杂的、昂贵的而且在经济上是不能用的。

在存储器器件领域中对于高封装密度的需要特别迫切。随着复杂操作系统，精心制作的应用程序和高象素和高彩色分辨率视频显示器应用的扩大，存储器的使用，有代表性的是DRAM器件显著地增加了。这些趋势导致了存储器封装技术的发展超过了SIMM接插件的常规的用法。对于存储器器件，SIMM工艺以合理的定价、相当紧凑、易于维修或可互换的封装提供给计算机用户，但遗憾的是，SIMM板存储器器件密度和SIMM已连成的板的外形已不再满足新的计算机系统的体积和外形的要求，新计算机系统要求的是一种多芯片组件工艺，这种工艺允许以低价格、高芯片密度来生产组件，要求提供芯片冷却对策，而且被互连为可在计算机系统板级别上易于更换。

本发明用提供一种多芯片封装的办法来解决现有技术的那些问题，上述多芯片封装包括多个第1级组件，上述第1级组件把一个芯片封在一个第1支承件之内，该第1支承件用于规定芯片的输入/输出从用芯片上的焊盘确定的第1平面到垂直于该第1平面的第2平面的电连接路线；包括第1级组件的第1接触触点，这些触点分布在第1支承件的第2平面上；用于形成第2级组件的构件；第2级组件，该第2级组件把多片第1级组件围到第2支承件之内，该第2支承件用于规定把第2平面中的多个第1级组件的第1触点定位为与第1平面共面的连接路线；第2级组件的第2接触触点，它们定位于为与第2支承件上的第1平面共面。

在另一种形式下，本发明涉及一种用于制造多片组件的方法，该方法包括下述步骤：把多个第1级组件围到第2支持媒体中去的步骤，该第1级组件的特征是具有一个把芯片封在里边以规定把芯片的输入/输出从被芯片上边的焊盘确定的第1平面电连接到垂直于第1平面的第2平面的路线的第1支持媒体和分布在第1支持媒体上边的第2平面中的第1接触触点；把第2支持媒体弯曲以规定和第2平面中的多个第1级组件的第1接触触点进行连接的路线以定位为和第1平面共面的步骤；把第2级组件的第2支持媒体上的第2接触触点定向为和第1平面同面的步骤。

在本发明的一特定的实施例中，集成电路芯片被粘结到一个金属质的散热器上去并在相反的表面上被电连到一个柔软的聚合物支持基板上，该基板被环绕芯片的边沿包起来并处在金属散热器上。在聚合物上的镀铜互连线从被集成电路的芯片的焊盘确定的平面延伸到已和芯片边沿对准的垂直的平面上去。

接着第1级组件通过聚合物上的触点被连接到第2级组件上去。可被结合到第2级组件中去的第1级组件的数目由第2级组件的已谋求到的相对纵横比决定。如果该第2级组件相对地薄，则仅能堆放几个芯片，如果希望有一个高纵横比的第2级组件，则可以堆放许多第1级组件。

在本发明的一个实施例中，该第2级组件由多个第1级组件构成，这些第一级组件通过沿着第1级组件的窄的边缘突出来的接触触点连接起来，并通过印刷电路板基板被连接到支持第2级组件的柔软聚合物层上边的导体上去。已形成于聚合物上边的触点通过对聚合物进行弯曲并附加上铜互连线的办法被定位为与第2级组件的芯片上边的焊盘共面。多个第2级组件通过接连的重新定位和触点的连接还可进一步互连以制作尺寸和外形可选择的多芯片组件。

在本发明的一种形式中，第2和更高级的组件构造通过压缩被连接到应用所选触点上的树突的支持印刷电路板的基底层上去。应用树突的连接可以在触点之间直接地完成，或者也可以通过应用树突状地增强了通孔的柔软插入物和聚合物上边的低融点焊锡触点及印刷电路板构造来完成。

本发明的这些和其他一些特点通过对下边要讲的实施形态的思考将会了解得更清楚和评价得更正确。

图1，就像在现有技术中所知道的那样，图示性地画出了第1级组件的制作。

图2用断面图画出了图1的现有技术的实践中所制作的第1级组件。

图3图示性地画出了在应用多个第1级组件时采用本发明所形成的第2级组件的各种形式。

图4图示性地画出了由多个第2级组件构成的第3等级组件。

图1图示性地画出了在本发明的实践中所乐意应有的第1级组件的构成。设计详细情况在美国专利5229916中有述，为了参考起见把其论点收编于此。如图1所示，柔软的聚合物支持基板1被粘接到散热金属质层2和增强金属之类的层3上。铜互连导体4被镀到聚合物1上边，该聚合物1理想的是一个薄的、低电介常数的聚酰亚胺。在聚合物1的焊盘6上形成了电镀过渡孔，以在选定的部位穿过聚合物通电，焊锡之类的触点7沿着由加强器3确定的一条线形成在导体4上。

接着，用聚合物1制作的支持构造，散热器2和加强器3包围集成电路芯片8并粘接到其上面，使加强器3和芯片8的边缘对准。在焊盘6上穿过聚合物1，过渡孔的图形与芯片8上边的焊盘9对准。散热器2接触到芯片8的背面。一旦定位完成并粘到集成电路芯片8上，则就如一般用虚线11所表示的那样，聚合物支持构造及其附属的布线图形就把芯片8盖了起来。在图2中画出了包括构造在内的断面图。

在图2的断面中所使用的参考标号，对于相同的部件来说与示于图1的相同。焊锡沉积物12被用在过渡孔13上以在电镀互连铜线4和芯片8的焊盘9之间进行电连。注意，散热片金属2在区域14已延伸到超出集成电路8的表面之外。在芯片8必须被封入一个热导率相对低的聚合物中的那些地方，这一安排提供了热消散能力。加强器3给芯片边沿提供支持并对沿着芯片8的边缘突出的触点7提供了平面性。

聚合物1和铜4中的弯曲处定向了从被芯片焊盘9所确定的该平面弯到垂直于它的平面上的连接面。请注意触点7处于沿第1级组件16的窄边的平面上。现有技术期望把图2中的组件直接插进已装在印刷电路板上的插座中去，以使得触点7可用焊锡回流法直接焊到印刷电路板上边的布线焊盘上去。这一点可参阅USP5229916。

本发明承认并利用由图2中第1级组件16所表现出来的不对称性的好处以选择性地制作高或低纵横比第2级组件。就像先前提到过的那样，数字处理系统的尺寸的缩小已清楚地确认了对低纵横比多芯片组件的需要。

本发明的目的是把采用USP5229916中的技术制造的多个第1级组件集成化为第2和级别更高的多芯片组件构造，该构造可以被选择性地构成使之表现出高或低的纵横比，同时保留高封装密度和散热能力这些第1级组件的特征。在图3中已图示性地说明了用法的多样性。如图3所示，在相对低的纵横比的第2级多芯片组件17中，第1级组件16形成多个部件之一。就如在图3中所具体化的那样，第2级组件17有3个用触点7已连到印刷电路板或诸如此类的板18上的导电性互连图形上的第1级组件16。分别为上下加强器的19和21被粘结到板18上。另一个聚合物22包围起来并被粘结成第2级组件构造17的样子。聚合物22还包括一个铜的互连图形以便确定从触点7的布线面到触点23的布线面的重新走向。

第2级多个组件触点23被画成为电连接到印刷电路板26的已图形化了的铜焊盘24上。在触点23和焊盘24之间的连接可以用众多不同的方法完成。最简单的例子牵涉到回流焊端的应用。更为先进的技术利用了用在美国专利5137461中所讲述的那种形式形成的树突(dendrite)，为了参阅方便把其论点一并收编于此。上述树突可以形成连接触点23上也可形成在焊盘24上或形成在两者之上。理想的情况是一个表面具有上述树突而另一个则由软的、低融点的锡组成。在这种情况下，运用加在组件17上的力27借助于冶金压焊在一个表面上的树突和在相对面的被压表面上的软焊锡沉积物之间就将产生一个电连接。

一种适合于把组件17的触点23和印刷电路板26的焊盘24进行电连的构造和方法的进一步的变化牵涉到要用一种树突状插入物，在那里触点23和焊盘24都由焊锡和处在它们之间的插入物构成。插入物本身由一个薄而柔软的电介质组成，上边带有和触点及焊盘的图形对准好了的孔。孔的外表面被电镀树突盖了起来。在两期IBM TechnicalDisclosure Bulletins (IBM技术公开公报)中讲述了树突状插入物的例子。第1个是在1994年10月第37卷第10期第35-36页上所登载的，题目为“Double-Sided，Replaceable，Dendrite-Plated Interposer forConnector application”。第2个登载在更早出版的一期上，即1993年7月，卷36，第7期，在137-138页上，题目为“Interposer for DirectChip Attach or Surface Mount Array Devices”。为了便于参考，其论点都收编于此。插入物的应用简化了组件的移动，但却使整个构造变得复杂了，在这种构造中似乎需要一个管座以便在存在着热的和机械的应力的情况下保持可靠的电连。一种理想的管座在美国专利公开No.08/536880中已有讲述，该期刊已归档于1995年9月29日，为参考起见，其论点收编于此。

第2级组件17的思考表明带有铜互连图形的聚合物的应用对于触点面的重新定向也是便利的。即，该面从集成电路芯片的焊盘开始被垂直地旋转到在芯片的边缘上与触点处于共面，接着被进一步垂直地重新走向为再次和芯片的焊盘共面。从组件级到组件级互连的重新定向考虑到了组件纵横比的选择性的控制。例如，组件17相对地密集而且还表现出一个相对低的纵横比。组件28和组件17一样，构成低纵横比同时具有等效于两个组件17的构造。请注意，散热器的冷却表面通过多组件级仍暴露在冲撞的大气流中。如果树突被用来把组件28的触点连到印刷电路板26的焊盘上的话。组件28也用外力27进行连接。

在高纵横比第2级多芯片组件29中，确定纵横比的灵活性得到进一步地说明。在这种情况下虽然应用了相同的构造概念并获得了同样的好处。但目的是制作一个高纵横比多芯片构造。

图4说明高纵横比多芯片组件29通过扩展相同等级的概念帮助自己升到集成度的高一级的级别。图4中的第3级组件31包括多个第2级多芯片组件29，而且本身是对这种形式的更高集成度级别的进一步地考验。第2级组件29的触点32被连到印刷电路板基底构造34的焊盘33上。用粘结到印刷电路板34上的办法加入支持墙壁36以隔离并支持该第3级组件。还有，一个柔软的聚合物37被用于把布线连接板从和集成电路芯片的焊盘共面重新定向为与它垂直的面。第3级组件31的触点38用镀铜构件39和通孔构造41连到焊盘33上。

本发明在其各种形式和实践中提供了用于在集成度的多片级别上且用可选择性地确定纵横比的方式制作多芯片组件的构造上和程度上的框架，这一点对数据处理装置来说是必须的。本发明编入了对于硅集成电路来说所需要的用于散热和结构上的支持的一些部件。最后，本发明充分并有交地利用了诸如树突互连和柔软的低介电性聚酰亚胺互连之类的新技术以制造高密度但可以维修的多芯组件构造。

用特定的实施形态对本发明进行了讲述和图示，但本发明所包含的系统和方法应被解释为和下边要陈述的权利要求的精神一致。

Claims (16)

1.一种多芯片封装，包括：

多个第1级组件，该第1级组件把一个芯片围在第1支承件之内，该第1支承件用于规定芯片输入/输出从一个由芯片上的焊盘确定的第1平面电连到垂直于第1平面的第2平面上去的路线；

在第1支承件上边分布于第2平面之中的第1级组件的第1接触触点；

用于形成第2级组件的工具，该第2级组件把多个第1级组件围在第2支承件之内，该第2支承件用于在第2平面中用多个第1级组件的第1接触触点来规定连接路线以定位为和第1平面共面；

和第2支承件上的第1平面处于共面的第2级组件的第2接触触点。

2.权利要求1中所述的装置，其特征是还包括：

用于形成第3级组件的工具，该第3级组件把多个第2级组件围在第3支承件之内，该第3支承件用于规定和第1平面处于同一平面上的多个第2级组件的第2接触触点的连接路线以和第2平面定位于同一平面上；和

在第3支承件上边与第2平面处于同一平面的第3级组件的第3接触触点。

3.权利要求1中所述的装置，其特征是：上述第2支承件包括一个柔软的带有附加的电布线图形的聚合物。

4.权利要求3中所述的装置，其特征是：上述第2支承件还包括一个带有电布线的附加图形的第1印刷电路板构造。

5.权利要求4中所述的装置，其特征是：第1级组件的第1接触触点被用焊锡连到第2支承件上的电布线图形上。

6.权利要求4中所述的装置，其特征是：第1级组件的第1接触触点被用焊锡连到第1印刷电路板上边的电布线图形上。

7.权利要求2中所述的装置，其特征是：第2支承件包括一个带有电布线的附加图形的柔软的聚合物。

8.权利要求7中所述的装置，其特征是：该第1支承件还包括带有电布线的附加图形的第1印刷电路板构造。

9.权利要8中所述的装置，其特征是：该第1级组件的第1接触触点被用焊锡连接到第2支承件上的电布线图形上。

10.权利要求8中所述的装置，其特征是：该第1级组件的第1接触触点被用焊锡连接到第1印刷电路板构造上边的电布线图形上。

11.权利要求7中所述的装置，其特征是：该第3支承件包括一个带电布线的附加图形的柔软的聚合物。

12.权利要求11中所述的装置，其特征是：该第3支承件还包括一个带电布线的附加图形的第2印刷电路板构造。

13.权利要求12中所述的装置，其特征是：上述第2组件的第2接触触点被用树突电连到第3支承件上边的电布线图形上。

14.权利要求12中所述的装置，其特征是：上述第2级组件的第2接触触点被用树突电连到第2印刷电路板构造上的电布线图形上。

15.一种用于制造多芯片组件的方法，包括下述步骤：

把多个第1级组件围在第2支持媒体之内的步骤，该第1级组件的特征是具有：

第1支持媒体，它把一个芯片围在里边以规定芯片的输入/输出从被芯片上的焊盘确定的第1平面电连到垂直于该第1平面的第2平面上去的路线；和

第1接触触点，它们分布在第1支持媒体上的第1平面之内。

弯曲上述第2支持媒体以规定和第2平面内的多个第1级组件的第1接触触点连接路线，以定位为和第1平面共面的步骤；

把第2级组件的在第二支持媒体上的第2接触触点定位为与第1平面共面的步骤。

16.权利要求15中所述的方法，其特征是还包括下述步骤：

把多个第2级组件围在第3支持媒体之内的步骤；

弯曲第3支持媒体，以规定和第1平面处于同一平面上的多个第2级组件的第2接触点相连路线，以定位为和第2平面共面的步骤；

把第3级组件的在第3支持媒体上的第3触点定向为和第2平面共面的步骤。

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