高密度互連器件及方法
【專利摘要】描述了允許經(jīng)由直接芯片附連（DCA）在微電子管芯和主板之間的高密度和低密度互連的實施例。在一些實施例中，微電子管芯具有高密度互連和低密度連接區(qū)域，高密度互連具有沿一個邊緣定位的小凸點(diǎn)間距，低密度連接區(qū)域具有位于所述管芯的其它區(qū)域中的較大的凸點(diǎn)間距。管芯之間的高密度互連區(qū)域利用互連橋來互連，該互連橋由能夠支持在其上制造高密度互連的材料制成，諸如硅。低密度互連區(qū)域用于利用DCA將經(jīng)互連的管芯直接附連到板。當(dāng)利用互連橋互連管芯時，高密度互連可利用當(dāng)前的受控塌陷芯片連接(C4)間距，同時允許電路板上更大的間距。
【專利說明】高密度互連器件及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實施例涉及集成電路(IC)管芯、管芯封裝及相關(guān)聯(lián)的方法。更具體地，實施例涉及使用諸如硅橋之類的互連橋以高密度互連使管芯互連。
【背景技術(shù)】
[0002]板上的直接芯片附連(DCA)是一種概念，它可通過去除封裝而允許顯著的成本節(jié)省。然而，板設(shè)計規(guī)則還未與受控塌陷芯片連接(C4)凸點(diǎn)間距相同速率地縮放。因此，為了使用DCA，芯片管芯的凸點(diǎn)間距需要足夠大，以適應(yīng)板設(shè)計規(guī)則，并且該尺寸的凸點(diǎn)間距應(yīng)比當(dāng)前技術(shù)允許管芯的尺寸大很多。這限制了可利用DCA制造的互連的數(shù)量。
[0003]只要管芯的凸點(diǎn)間距足夠大以適應(yīng)板焊墊尺寸和線/間隔規(guī)則，則DCA仍然是有吸引力的解決方案。然而，在片上系統(tǒng)(SOC)區(qū)域中以及在其它高密度互連應(yīng)用中，由于當(dāng)代SOC管芯的C4凸點(diǎn)間距縮放與板焊墊尺寸和線/間隔規(guī)則之間的不匹配，還應(yīng)考慮DCA。
[0004]附圖簡述
[0005]圖1示出根據(jù)一些實施例的微電子管芯。
[0006]圖2示出根據(jù)一些實施例的互連微電子管芯以及安裝經(jīng)互連的微電子管芯的過程；以及
[0007]圖3示出根據(jù)一些實施例的在電路板中形成凹入以容納橋的過程。
[0008]詳細(xì)描述
[0009]以下的描述和附圖充分地示出了具體實施例以使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┧鼈?。其它的實施例可結(jié)合結(jié)構(gòu)、邏輯、電、進(jìn)程和其它改變。某些實施例的部分和特征可被包括在其它實施例的部分和特征中、或代替其它實施例的部分和特征。在權(quán)利要求中陳述的實施例包括這些權(quán)利要求的所有可用的等效技術(shù)方案。
[0010]圖1示出根據(jù)一些實施例的微電子管芯。所示的實施例允許在DCA類型情況下管芯之間的密集互連，但仍適應(yīng)板焊墊尺寸和線/間隔規(guī)則。圖1示出兩個管芯100和102以及適用于互連這兩個管芯的互連橋104。例如，這樣的橋可以是硅橋。在一些實施例中，諸如管芯100之類的一個管芯可以是處理器管芯，諸如S0C、中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號處理器(DSP)、圖形處理單元(GPU)、高級處理單元(APU)或其它類型的處理器。
[0011]管芯100具有高密度互連106。高密度互連106具有小凸點(diǎn)間距，以允許在小面積中的大量連接。在一個示例中，凸點(diǎn)間距從約30 μ m至約90 μ m。高密度互連可用于將管芯100連接到另一個管芯，其中大量連接將是有利的。一個示例是:管芯100是SOC且通過高密度互連106連接到存儲器管芯。
[0012]管芯100可包含在管芯的不同部分周圍展開的其它連接區(qū)域。在所示的實施例中，管芯100具有在管芯的其余側(cè)周圍的連接區(qū)域108以及位于更中心位置的連接區(qū)域110。連接區(qū)域108的凸點(diǎn)間距和連接區(qū)域110的凸點(diǎn)間距允許管芯100至電路板的DCA。這樣，設(shè)計連接區(qū)域108的凸點(diǎn)間距和連接區(qū)域110的凸點(diǎn)間距的尺寸，以適應(yīng)板的焊墊尺寸和線/間隔規(guī)則。取決于實施例，連接區(qū)域108的凸點(diǎn)間距可與連接區(qū)域110的凸點(diǎn)間距相同或不同。這將導(dǎo)致連接區(qū)域108和連接區(qū)域110的凸點(diǎn)間距大于高密度互連106的凸點(diǎn)間距。當(dāng)前的設(shè)計規(guī)則允許高密度互連(HDI)類型的板的間距不比約60 μ m至約75 μ m
更緊密。
[0013]當(dāng)管芯100是處理器管芯(諸如SOC管芯)時，相鄰一側(cè)定位的高密度互連106可安置存儲器連接。可將其它輸入/輸出連接包含在與剩余的三側(cè)相鄰的連接區(qū)域108中。最后，可在不影響性能的情況下，(相對)稀疏地填充功率連接。因此，功率連接可更加靠近中心地定位在連接區(qū)域110中。作為附加或替換，可根據(jù)需要將一些功率連接交織在其它區(qū)域中。在該示例中，連接區(qū)域108的凸點(diǎn)間距可與連接區(qū)域110的凸點(diǎn)間距相同或不同。
[0014]管芯102可以是存儲器管芯或一些其它類型的管芯，該管芯102也可具有高密度互連112。高密度互連112具有小凸點(diǎn)間距，以允許在小面積中的大量連接。在一個示例中，凸點(diǎn)間距從約30 μ m至約90 μ mo高密度互連112的凸點(diǎn)間距可匹配高密度互連106的凸點(diǎn)間距。
[0015]管芯102也可具有連接區(qū)域114。在一個示例中，管芯102是存儲器管芯，且連接區(qū)域114包含用于管芯的功率連接?？稍O(shè)計連接區(qū)域114的凸點(diǎn)間距的尺寸，以適應(yīng)管芯102至電路板(諸如HDI類型的板)的DCA。這樣，連接區(qū)域114的凸點(diǎn)間距將不會比利用當(dāng)前焊墊和線/間隔規(guī)則的約60 μ m至約75 μ m更加緊密。
[0016]互連橋104是設(shè)計成將管芯100和管芯102互連的管芯。為了做到這一點(diǎn)，互連橋104具有兩個高密度互連116和118。設(shè)計高密度互連116的凸點(diǎn)間距的尺寸以匹配高密度互連106的凸點(diǎn)間距，且設(shè)計高密度互連118的凸點(diǎn)間距的尺寸以匹配高密度互連112的凸點(diǎn)間距。通常，高密度互連116的凸點(diǎn)間距將匹配高密度互連118的凸點(diǎn)間距，但可使用不同的凸點(diǎn)間距。
[0017]圖2示出根據(jù)一些實施例的互連微電子管芯以及安裝經(jīng)互連的微電子管芯的過程。在圖2中，該過程以互連橋(例如硅橋)200的制造開始。諸如圖1的橋104之類的橋在其端部具有高密度互連以互連管芯，并且制造兩個高密度互連之間的適當(dāng)互連，用于要連接的管芯。高密度互連具有連接焊墊(或凸點(diǎn))204，其具有凸點(diǎn)間距206。如上所述，取決于具體實施例，高密度互連的凸點(diǎn)間距可以相同或者不同。如圖2所示，在制造過程中，諸如焊墊上的焊料之類的連接機(jī)構(gòu)可設(shè)置有較高溫度的焊料202 (與224相比較高)。
[0018]一旦制造了互連橋200，可將其用于互連其它管芯。在圖2中，這種轉(zhuǎn)變由箭頭208示出。在圖2的具體示例中，可將互連橋200用于互連管芯214和管芯216。管芯214和管芯216具有高密度互連，該高密度互連被定位成使得高密度互連之間的距離可在它們被正確定向時通過互連橋100而橋接。具體地，在圖2中，高密度互連被定位成與管芯的邊緣相鄰，如224和226所示。設(shè)計高密度互連的凸點(diǎn)間距的尺寸以匹配互連橋200的相應(yīng)高密度互連。因為先前已經(jīng)利用覆蓋互連橋200的高密度互連的連接焊墊的高溫焊料202制造互連橋200，所以一般沒有必要向管芯的高密度互連提供高溫焊料，盡管這僅僅是一個示例。
[0019]管芯214和管芯216還具有攜帶連接焊墊222和凸點(diǎn)間距212的連接區(qū)。在管芯214和管芯216的制造期間(或作為單獨(dú)過程的一部分)，連接焊墊222也可設(shè)置有焊料220。如下所解釋地，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計凸點(diǎn)間距212的尺寸以便附連至電路板。盡管圖2示出管芯214和管芯216的所有連接區(qū)具有相同的凸點(diǎn)間距，然而這僅僅是一個示例，且管芯內(nèi)的不同連接區(qū)或管芯之間的不同連接區(qū)可具有不同的凸點(diǎn)間距。
[0020]管芯214和管芯216可被放置在載體218中，并且被定向成使得它們的高密度互連彼此面對地定位?；ミB橋200被翻轉(zhuǎn)并通過諸如熱壓接合、焊料回流等接合工藝附連至管芯214和216。這由箭頭210示出。
[0021]在管芯214和管芯216通過互連橋200互連之后，可將它們安裝在諸如HDI類型的板之類的電路板上。在圖2中，這種轉(zhuǎn)變由箭頭228示出。
[0022]在圖2中，適當(dāng)?shù)陌逵砂?30示出。板230通常是具有多個層和在頂層上至三層的微通孔的HDI類型的板。在制備板時，可具體地沿將會直接附連至板的管芯(諸如管芯214和管芯216)中的連接點(diǎn)234 (及其相關(guān)聯(lián)的凸點(diǎn)間距)調(diào)出高密度互連。
[0023]可通過在組裝件附連到板時互連橋200所在的位置處形成孔或凹入，來制備電路板。在圖2中，該孔由232示出。盡管示出了板230的所有層之間的孔，然而這僅僅是一個示例。還可使用足以容納互連橋的凹入。
[0024]如圖2所示，管芯214、管芯216以及互連橋200的組裝件被翻轉(zhuǎn)并且利用DCT技術(shù)附連到板230。在將組裝件附連到板230時，可維持焊料熔化溫度等級，使得當(dāng)制造后面的焊料接點(diǎn)時，已經(jīng)接合的界面的焊料接點(diǎn)不會熔化。如果需要的話，可將諸如環(huán)氧樹脂或一些其它材料之類的材料放置在孔232中，以便為互連橋200提供機(jī)械支承，這取決于實施例。然而，這種機(jī)械支承是任選的。
[0025]利用互連橋200互連管芯214和216可允許在例如SOC管芯和存儲器管芯之間形成非常高密度的互連，同時允許在電路板生產(chǎn)和組裝上大大放松的公差。因此，可利用表面安裝技術(shù)(SMT)將整個組裝件安裝到板230，因為板間距可以是例如從約250 μ m至約400 μ m,同時仍保持高密度互連上的緊密凸點(diǎn)間距(例如，從約30 μ m至約90 μ m)。
[0026]圖3示出根據(jù)一些實施例的在電路板中形成凹入以容納橋的過程。如300處所示，當(dāng)連同其它圖案化一起，利用要連接到組件的層上的減或半減對平面銅進(jìn)行圖案化時，該過程開始。這可得到多個層302 (通常)和各種特征，諸如304。在圖中，示出橋附連側(cè)在板303的頂部。
[0027]在306，通過擠壓施加可釋放層308。層308的厚度與該層的銅厚度大致相同。
[0028]在310，增加后續(xù)層以形成各種期望的特征，諸如微通孔314，直到施加阻焊層312，并且板的所有層都完成。
[0029]在316，通過去除橋所在位置的構(gòu)造層來形成凹入318。這可通過激光劃片或通過在該區(qū)域中使用光敏材料(該光敏材料稍后將被去除)然后利用光去除該光敏材料來完成。在去除構(gòu)造層之后，去除可釋放層，并且利用去污工藝來從可釋放層清除殘留物。
[0030]上面詳細(xì)描述包括參照附圖，附圖形成詳細(xì)描述的一部分。附圖通過例示示出可實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例。在本文中，這些實施例也被稱為“示例”。這種示例可包括除所示或所述元件以外的元件。然而，本發(fā)明人還構(gòu)想到僅提供所示或所述這些元件的示例。此夕卜，本發(fā)明人還構(gòu)想到或者參考特定示例(或其一個或多個方面)或者參考本文所示或所述的其它示例(或其一個或多個方面)利用所示或所述的這些元件(或其一個或多個方面)的任意組合或置換的示例。
[0031]在本文中，術(shù)語“一”或“一個”正如在專利文件中常見的用于包括一個或一個以上，與任何其它實例或“至少一個或“一個或多個”的使用無關(guān)。在本文中，術(shù)語“或”用于指示非排他或，使得“A或B”包括“A而非B”、“B而非A”以及“A和B”，除非另外指示。在本文中，術(shù)語“包含”和“在其中”分別用作術(shù)語“包括”和“其中”的等價詞。并且，在一些權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”和“包含”是開放式的，即，系統(tǒng)、設(shè)備、制品、構(gòu)成、形成或過程包括除之后列出的那些元素之外的元素，在權(quán)利要求中的這種術(shù)語仍然被視為落在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。此外，在所附權(quán)利要求書中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用作標(biāo)記，而不旨在對他們的對象施加數(shù)值要求。
[0032]上述描述是用來說明的而非限制的。例如，上述示例(或其一個或多個方面)可彼此組合地使用。諸如由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在仔細(xì)閱讀以上描述之后可使用其它實施例。提供摘要以符合37C.F.R.§ 1.72 (b)，以允許讀者快速地查明技術(shù)公開的本質(zhì)和要點(diǎn)。該摘要是以它不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義的理解而提交的。同樣，在以上的詳細(xì)描述中，可將各種特征組合在一起以使本公開流暢。這不應(yīng)被認(rèn)為是意指不要求保護(hù)的特征對任何權(quán)利要求是關(guān)鍵的。相反，本發(fā)明的主題在于少于特定公開實施例的所有特征。因此，以下的權(quán)利要求由此結(jié)合在詳細(xì)描述中，且每個權(quán)利要求本身作為單獨(dú)的實施例，且構(gòu)想到這些實施例可按各種組合或置換彼此組合。本發(fā)明的范圍應(yīng)參考所附權(quán)利要求書以及使這些權(quán)利要求享有權(quán)利的等效方案的完全范圍來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 第一管芯，具有第一管芯邊緣和第一管芯表面，所述第一管芯包括: 在所述第一管芯表面上與所述第一管芯邊緣相鄰定位的第一管芯高密度互連，所述第一管芯高密度互連具有第一凸點(diǎn)間距；以及 定位在所述第一管芯表面上的第一管芯連接區(qū)域，所述第一管芯連接區(qū)域具有第二凸點(diǎn)間距；以及 第二管芯，具有第二管芯邊緣和第二管芯表面，所述第二管芯包括: 在所述第二管芯表面上與所述第二管芯邊緣相鄰定位的第二管芯高密度互連，所述第二管芯高密度互連具有所述第一凸點(diǎn)間距；以及 定位在所述第二管芯表面上的第二管芯連接區(qū)域，所述第二管芯連接區(qū)域具有第三凸點(diǎn)間距；以及 橋，所述橋具有多個高密度互連，所述多個高密度互連具有所述第一凸點(diǎn)間距，所述多個高密度互連之一連接到所述第一管芯高密度互連，且所述多個高密度互連中的另一個連接到所述第二管芯高密度互連。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管芯連接區(qū)域包括輸入/輸出連接。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管芯連接區(qū)域定位在所述第一管芯表面上與所述第一管芯的第二邊緣相鄰。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管芯還包括定位在所述第一管芯表面中心的功率連接區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二管芯連接區(qū)域包括功率連接。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一凸點(diǎn)間距小于所述第二凸點(diǎn)間距，且所述第一凸點(diǎn)間距小于所述第三凸點(diǎn)間距。
7.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二凸點(diǎn)間距與所述第三凸點(diǎn)間距大致相等。
8.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管芯是片上系統(tǒng)(SOC)管芯，且所述第二管芯是存儲器管芯。
9.一種微電子管芯,包括: 在第一表面上與第一邊緣相鄰定位的高密度互連，所述高密度互連具有第一凸點(diǎn)間距； 在所述第一表面上與第二邊緣相鄰定位的連接區(qū)域，所述連接區(qū)域具有第二凸點(diǎn)間距；以及 其中設(shè)計所述第一凸點(diǎn)間距的尺寸以連接到互連橋，且其中設(shè)計所述第二凸點(diǎn)間距的尺寸以適應(yīng)所述管芯至電路板的直接芯片附連(DCA)。
10.如權(quán)利要求9所述的管芯，還包括定位在所述第一表面上、所述高密度互連和所述連接區(qū)域內(nèi)部的功率連接區(qū)域。
11.如權(quán)利要求9所述的管芯，其特征在于，所述連接區(qū)域包括功率連接。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述連接區(qū)域包括輸入/輸出連接。
13.如權(quán)利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述管芯是片上系統(tǒng)(SOC)管芯。
14.如權(quán)利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述管芯是存儲器管芯。
15.如權(quán)利要求9、10或11所述的管芯，其特征在于，所述第一凸點(diǎn)間距小于所述第二凸點(diǎn)間距。
16.—種方法,包括: 提供具有多個高密度互連的互連橋，所述多個高密度互連具有第一凸點(diǎn)間距； 提供第一管芯，所述第一管芯具有第一管芯高密度互連且具有第一管芯連接區(qū)域，所述第一管芯高密度互連具有所述第一凸點(diǎn)間距且與第一管芯邊緣相鄰定位，所述第一管芯連接區(qū)域具有第二凸點(diǎn)間距，所述第二凸點(diǎn)間距大于所述第一凸點(diǎn)間距； 提供第二管芯，所述第二管芯具有第二管芯高密度互連且具有第二管芯連接區(qū)域，所述第二管芯高密度互連具有所述第一凸點(diǎn)間距且與第二管芯邊緣相鄰定位，所述第二管芯連接區(qū)域具有第三凸點(diǎn)間距，所述第三凸點(diǎn)間距大于所述第一凸點(diǎn)間距； 通過將所述互連橋的高密度互連之一連接到所述第一管芯高密度互連并且將所述互連橋的高密度互連中的另一個連接到所述第二管芯高密度互連，來將所述第一管芯和所述第二管芯互連；以及 通過將所述第一管芯連接區(qū)域連接到電路板并且將所述第二管芯連接區(qū)域連接到所述電路板，來將經(jīng)互連的第一管芯和第二管芯連接到所述電路板。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一管芯是片上系統(tǒng)(SOC)管芯，且所述第二管芯是存儲器管芯。`
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，維持焊料溫度等級，使得當(dāng)制造后面的焊料接點(diǎn)時，已經(jīng)接合的界面的焊料接點(diǎn)不會熔化。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，通過除焊料連接機(jī)構(gòu)外的連接機(jī)構(gòu)附連第一組凸點(diǎn)，且通過焊料機(jī)構(gòu)附連第二組凸點(diǎn)，且其中維持溫度等級，使得當(dāng)制造后面的焊料接點(diǎn)時，已經(jīng)接合的界面不會熔化。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，當(dāng)經(jīng)互連的第一管芯和第二管芯連接到所述電路板時，所述電路板具有容納所述互連橋的凹入。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，當(dāng)經(jīng)互連的第一管芯和第二管芯連接到所述電路板時，所述電路板具有容納所述互連橋的孔。
【文檔編號】H01L25/065GK103887289SQ201310705286
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】M·K·洛伊, M·J·曼努沙洛 申請人:英特爾公司