具有由延伸经过囊封件的连接器耦接的堆叠端子的微电子组件的制作方法
【专利说明】具有由延伸经过囊封件的连接器耦接的堆叠端子的微电子组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是均于2013年7月15日提交的美国申请号13/942，568和13/942,602的延续，这两件美国申请公开的内容通过引用的方式合并于此。
技术领域
[0003]本发明涉及微电子元件的封装，尤其涉及半导体芯片的封装。
【背景技术】
[0004]微电子元件通常包括半导体材料(例如硅或砷化镓)的薄片，该薄片通常被称作裸片或半导体芯片。半导体芯片通常被设置为单独的、预先封装的单元。在一些单元设计中，半导体芯片被安装至衬底或芯片载体，衬底或芯片载体转而被安装在电路面板上，例如印刷电路板。
[0005]有源电路被制造在半导体芯片的第一面(例如，前表面)中。为了便于到有源电路的电连接，芯片在同一面上配备有接合焊垫。接合焊垫通常以规则的阵列，要么围绕裸片的边缘放置，要么放置在裸片的中央(针对很多存储器件)。接合焊垫通常由大约0.5微米(μπι)厚的导电金属(例如铜或铝)制成。接合焊垫可以包括单层或多层金属。接合焊垫的尺寸将随着器件类型而改变，但是通常在一侧上有数十到数百微米。
[0006]微电子元件(例如半导体芯片)通常要有到其它电子器件的很多输入和输出连接。半导体芯片或其它类似器件的输入和输出接触件通常以大致覆盖芯片表面的网格状图案(通常称为“面阵列”)进行布置，或者以平行于并且邻近芯片的前表面的每个边缘延伸的细长行进行布置，或者布置在前表面的中央。半导体芯片通常提供在封装件中，封装件有助于在制造期间以及将芯片安装在外部衬底(例如电路板或其它电路面板)上期间对芯片的处理。例如，很多半导体芯片被设置在适于表面安装的封装件中。已经针对多种应用提出很多这种通用类型的封装。最常见地，这类封装包括带有端子的介电元件(通常称作“芯片载体”)，所述端子在电介质上形成为电镀或蚀刻金属结构。这些端子通常通过诸如沿着芯片载体本身延伸的薄迹线等特征以及通过在芯片的接触件和端子或迹线之间延伸的细引线或导线连接至芯片本身的接触件。在表面安装操作中，封装件被放置到电路板上，使得封装件上的每个端子与电路板上相应的接触焊垫对齐。在端子和接触焊垫之间设置有焊料或其它黏结材料。通过对组件进行加热来使焊料熔化或“回流”或以其它方式激活黏结材料，封装件可以永久接合就位。
[0007]很多封装件包括附接至封装件的端子的焊料团块，焊料团块通常是直径为大约0.1111111和大约0.8111111(51^1和301^1)的焊球形式。具有从其底部表面突出的焊料球阵列的封装通常被称作球栅阵列封装或“BGA”封装。称作栅格阵列封装或“LGA”封装的其它封装通过从焊料形成的薄层或焊盘固定至衬底。这种类型的封装能够非常紧凑。通常称作“芯片级封装”的某些封装占据电路板的面积等于或只稍微大于结合在封装中的器件的面积。这是有利的，因为它减小了组件的总体尺寸并且允许在衬底上的多种器件之间使用短的互连，这进而限制了器件之间的信号传播时间并且因此促进了组件高速运行。
[0008]被封装的半导体芯片通常设置在“堆叠的”布置中，其中，一个封装件例如设置在电路板上，而另一封装件安装在第一封装件的顶部上。这些布置能够允许很多不同的芯片被安装在电路板上的单个占用空间内，并且通过提供封装件之间的短的互连能够进一步促进高速运行。通常，这个互连距离只稍微大于芯片本身的厚度。为了在芯片封装件的堆叠内实现互连，必需在每个封装件(除最顶部的封装件之外)的两侧上都设置用于机械和电连接的结构。这已经实现，例如，通过在芯片安装至其的衬底的两侧上设置接触焊垫或焊盘，焊垫通过导电过孔或类似物连接经过基板。堆叠的芯片布置和互连结构的示例在美国专利申请公开2010/0232129中提供，其公开的内容通过引用的方式合并于此。
[0009]在芯片的任何物理布置中，尺寸都是重要的考虑因素。随着便携式电子设备的迅速发展，对更紧凑的芯片物理布置的需求变得更强烈。仅作为示例，通常称作“智能手机”的设备将移动电话与强大的数据处理器、存储器和辅助设备(例如全球定位系统接收器、电子相机、局域网连接器，以及高分辨率显示器和相关联的图像处理芯片)的功能集成在一起。这类设备能够提供诸如全网络连通性、娱乐(包括全分辨率视频)、导航、电子银行等等能力，全都在口袋大小的设备中。复杂的便携式设备要求将许多芯片打包到小的空间中。此夕卜，一些芯片具有很多输入和输出连接，通常称为“I/O”。这些I/O必须与其它芯片的I/O互连。互连应该短并且应该具有低的阻抗，以最小化信号传播延迟。构成互连的器件不应该极大地增加组件的尺寸。在其它应用中也产生了与(例如)在互联网搜索引擎中使用的那些数据服务器中相似的需要。例如，在复杂的芯片之间提供许多短的、低阻抗的互连的结构可以增加搜索引擎的宽带并且减少它的功耗。
[0010]尽管已经取得了进展，但是仍可做出进一步改进来改善具有堆叠端子的微电子封装结构和用于制造这类封装的方法。
【发明内容】
[0011]根据本发明的一方面，提供了一种微电子组件，其包括第一和第二支承元件，每个支承元件均具有相反朝向的第一和第二表面。微电子元件可安装至第一和第二支承元件中的一支承元件的第二表面。导电的第一连接器可在第一支承元件的第二表面的上方突出，并且导电的第二连接器可在第二支承元件的第二表面的上方突出，这类第二连接器可耦接至第一连接器的端部。组件还包括形成为与第一和第二支承元件中的一支承元件的第二表面接触的囊封件，并且囊封件可以形成为与以下中至少一个接触:第一和第二支承元件中的另一支承元件的第二表面;或形成为与另一支承元件的第二表面接触的第二囊封件。各对耦接的第一和第二连接器可被囊封件的材料彼此分隔并且与微电子元件分隔。第一支承元件的第一表面处的第一封装件端子可通过成对的所述第一连接器与所述第二连接器的对齐和连结而与第二支承元件的第一表面处的对应的第二封装件端子电耦接。在一个示例中，第一连接器和第二连接器中至少一个可包括导电团块。
[0012]根据一个或多个示例，支承元件的第二表面之间的相隔高度大于第一连接器在平行于第一支承元件的第二表面的至少一个方向上的间隔。在另一示例中，相隔高度可大于等于间隔的1.5倍。
[0013]根据一个或多个示例，微电子元件可具有背朝着安装有该微电子元件的支承元件的面，并且囊封件可以形成为与以下中至少一个接触:微电子元件的面，或形成于微电子元件的面上的第三囊封件。
[0014]根据一个或多个示例，微电子组件可包括第二囊封件，并且囊封件可以形成为与第二囊封件接触。
[0015]根据一个或多个示例，微电子组件可包括第二囊封件，第二囊封件可形成为与微电子元件的面接触，并且第二和第三囊封件可以是同一囊封件。
[0016]根据一个或多个示例，第一连接器和第二连接器可分别在第一和第二支承元件的第二表面上方的最大高度处具有端部，并且第一连接器的端部与第二连接器的端部对齐并连结。
[0017]根据一个或多个示例，第一和第二连接器可基本由焊料构成。
[0018]根据一个或多个示例，第一连接器或第二连接器中至少一个可包括实心的可湿润的非焊料芯和至少大体上覆盖所述芯的焊料覆层。
[0019]根据一个或多个示例，第一连接器或第二连接器中至少一个可包括以下中至少一个:柱状凸点或实心的大体上刚性的金属柱。
[0020]根据一个或多个示例，第一连接器可包括柱状凸点并且第二连接器可包括柱状凸点。
[0021]根据一个或多个示例，第一连接器可包括实心的大体上刚性的金属柱并且第二连接器可包括实心的大体上刚性的金属柱。
[0022]根据一个或多个示例，第一连接器可包括实心的大体上刚性的金属柱并且第二连接器可包括实心的大体上刚性的金属柱。
[0023]根据一个或多个示例，堆叠的多芯片微电子组件可包括微电子封装件，微电子封装件覆在微电子组件的第一支承元件上，微电子封装件具有与微电子组件的第一封装件端子连接的端子。
[0024]根据一个或多个示例，第一连接器可以是导电金属团块，第二连接器可包括实心的大体上刚性的金属柱。
[0025]根据一个或多个示例，每个导电金属团块可被囊封件包围。
[0026]根据一个或多个示例，每个金属柱可被第三囊封件包围。
[0027]根据一个或多个示例，第二连接器可以是导电金属团块，每个导电金属团块可被囊封件包围，并且第一连接器可包括实心的大体刚性的金属柱。
[0028]根据一个或多个示例，微电子组件可包括第三连接器，每个第三连接器均与第一连接器中的一个第一连接器的端部对齐并且与第二连接器中的一个第二连接器的端部对齐，并且与对齐的第一和第二连接器中的至少一个连结，其中，耦接的第一、第二和第三连接器可以在各自的列中对齐，并且所述列可被囊封件的材料彼此分隔并且与微电子元件分隔，并且第一封装件端子可通过第三连接器与对应的第二封装件端子电耦接。
[0029]根据一个或多个示例，囊封件可将各个第三连接器彼此分隔并隔离。
[0030]根据一个或多个示例，微电子组件可包括介电增强环，介电增强环包围第一连接器或第二连接器中的至少一个的连接器的表面的一部分或覆在第一连接器或第二连接器中的至少一个的连接器的表面上，其中囊封件覆在增强环上。介电增强环通常沿着相应的各个连接器的表面升高并且可在相邻的环之间形成低谷。
[0031]根据一个或多个示例，增强环包含底部填充材料或可由底部填充材料制成。
[0032]根据本发明的一方面，微电子组件可包括第一和第二支承元件，第一和第二支承元件均具有相反朝向的第一和第二表面，并且微电子元件安装至第一和第二支承元件中的一支承元件的第二表面。导电的第一连接器可在第一支承元件的第二表面的上方突出，并且导电的第二连接器可在第二支承元件的第二表面的上方突出，并且可以耦接至第一连接器的端部。在一些示例中，增强环可包围第一连接器的一部分、第二连接器的一部分，或第一和第二连接器这两者中的一部分。囊封件可在第一和第二支承元件的第二表面之间形成并且与增强环接触。
[0033]囊封件可囊封微电子元件和各对耦接的第一和第二连接器。第一支承元件的第一表面处的第一封装端子可通过成对的所述第一连接器与第二连接器的对齐和连结而与第二支承元件的第一表面处的对应的第二封装件端子电耦接。
[0034]根据一个或多个示例，成对的耦接的第一和第二连接器可包括大体上刚性的实心的金属柱和金属互连件