三维堆叠存储器封装结构的制作方法

1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种三维堆叠存储器封装结构。


背景技术：

2.如图1所示，目前三维堆叠存储器封装，通过硅通孔2，把多个存储器芯片1垂直连接，提升数据传送速度及容量。而目前做芯片堆叠焊接，主要采用热压键合(tcb，thermal compressionbonding)工艺，在力和温度的作用下，原位进行焊接，而由于堆叠的凸块焊接间距小，同时芯片薄，目前主流的堆叠工艺都采用热压键合与非导电膜(ncf，non-conductive film)相结合的方式，ncf5预先贴合在晶圆表面，覆盖凸点，在焊接过程中，流动填充在芯片1与芯片1之间，缓冲应力对芯片1的影响同时保护凸块3。如图2所示，10为tcb的焊接头，压住芯片1，通过压力和温度，将1通过凸块3焊接在基板4上，而芯片1和基板4之间填充有ncf 5。
3.ncf材料的流动特性随着温度而变化，图3是一个典型的ncf材料粘度图，材料粘度与温度有着直接关联。而在tcb焊接过程中，在芯片区域下方的ncf材料中，有很典型的温度不均匀分布，温度呈现中间高，外围低的特点，而温度传导示意图如图5所示。一方面温度在ncf中，从中心将外围扩散，而另一方面，从芯片表面向ncf内垂直扩散。而ncf作为有机材料，导热率低，目前的结构存在明显的温度梯度。在ncf中的温度梯度存在，意味着粘度差异，这样在挤压填充变形过程中，外围的ncf变形比中心难，容易形成结构形变，并导致虚焊的发生。
4.针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的一种三维堆叠存储器封装结构。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种三维堆叠存储器封装结构。
6.本发明提供一种三维堆叠存储器封装结构，包括：
7.载板，设置有多个第一导电通孔；
8.多个存储器芯片，所述存储器芯片设置有多个第二导电通孔，所述存储器芯片朝向所述载板的一侧还设置有多个导电凸块以及位于所述导电凸块外围的至少一个导热凸块，所述多个第二导电通孔和所述多个导电凸块均与所述多个第一导电通孔相对应，所述多个存储器芯片通过对应的所述导电凸块依次堆叠设置在所述载板上；
9.多个非导电膜，所述非导电膜包裹对应的所述导电凸块和所述导热凸块；
10.塑封层，包裹所述载板和所述多个存储器芯片。
11.可选的，所述导热凸块的高度低于其所在的所述存储器芯片与相邻的所述存储器芯片或所述载板之间的间距。
12.可选的，所述导热凸块的高度低于所述导电凸块的高度。
13.可选的，所述导电凸块包括第一子导电凸块和第二子导电凸块，所述第一子导电凸块夹设在所述存储器芯片和所述第二子导电凸块之间；
14.所述导热凸块的高度与所述第一子导电凸块的高度相同。
15.可选的，所述第一子导电凸块与所述导热凸块的材料相同。
16.可选的，所述封装结构包括多个导热凸块，所述多个导热凸块对称设置在所述存储器芯片的边缘区域。
17.可选的，所述存储器芯片的正面设置有所述导热凸块和所述导电凸块。
18.可选的，所述载板为基板，所述基板背离所述存储器芯片的一侧设置有多个焊球，所述多个焊球与所述多个第二导电通孔相对应且电连接。
19.可选的，所述载板为缓冲芯片，所述缓冲芯片背离所述存储器芯片的一侧设置有多个凸点，所述多个凸点与所述多个第二导电通孔相对应且电连接。
20.可选的，与所述导电凸块所在的存储器芯片相邻的存储器芯片或所述载板上还设置有焊盘，所述导电凸块与对应的所述焊盘键合连接。
21.本发明的三维堆叠存储器封装结构，包括载板、多个存储器芯片、多个非导电膜和塑封层；载板设置有多个第一导电通孔；存储器芯片设置有多个第二导电通孔，存储器芯片朝向载板的一侧还设置有多个导电凸块以及位于导电凸块外围的至少一个导热凸块，多个第二导电通孔和多个导电凸块均与多个第一导电通孔相对应，多个存储器芯片通过对应的导电凸块依次堆叠设置在载板上；非导电膜包裹对应的导电凸块和导热凸块；塑封层包裹载板和多个存储器芯片。本发明通过在存储器芯片的导电凸块外围设置至少一个导热凸块，在形成该封装结构时，可以在不增加焊接压力的情况下增大热传导效率，改善非导电膜的温度分布均匀性，提高非导电膜的填充性能。
附图说明
22.图1为现有技术中三维堆叠存储器封装结构的结构示意图；
23.图2为现有技术中存储器芯片热压键合连接示意图；
24.图3为非导电膜材料粘度与温度关系示意图；
25.图4为现有技术中存储器芯片热压键合过程中非导电膜中的温度传导示意图；
26.图5本发明一实施例中三维堆叠存储器封装结构的结构示意图；
27.图6本发明另一实施例中三维堆叠存储器封装结构的结构示意图。
具体实施方式
28.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
29.如图5和图6所示，本发明的提供一种三维堆叠存储器封装结构100，封装结构100包括载板110、多个存储器芯片120、多个非导电膜130和塑封层140。
30.载板110设置有多个第一导电通孔111。载板110的主要材质可以为玻璃、硅片或者金属等，本实施例不做具体以限定，可以根据实际需要进行选择。
31.存储器芯片120设置有多个第二导电通孔121，存储器芯片120朝向载板110的一侧还设置有多个导电凸块122以及位于导电凸块122外围的至少一个导热凸块123，也是就是
说，在本实施例中，至少一个导热凸块123设置在存储器芯片120的边缘区域，在存储器芯片在焊接过程中，增大了热传导效率。多个第二导电通孔121和多个导电凸块122均与多个第一导电通孔111相对应。多个存储器芯片120通过对应的导电凸块122依次堆叠设置在载板110上。在本实施例中，存储器芯片120的正面设置有多个导电凸块122和至少一个导热凸块123。
32.需要说明的是，在本实施例中，第一导电通孔111和第二导电通孔121均采用硅通孔，采用硅通孔技术实现硅通孔的垂直电气互连，降低了封装高度。
33.仍需要说明的是，对于导热凸块123的个数，本实施例也不做具体限定，可以根据实际需要进行选择。
34.非导电膜130包裹对应的导电凸块122和导热凸块123。非导电膜130对导电凸块122和导热凸块123起到保护作用。
35.塑封层140包裹载板110和多个存储器芯片120。塑封方法可以是膜层真空压合或传统塑封工艺，本实施例不做具体限定。
36.本发明提供的三维堆叠存储器封装结构，通过在存储器芯片的导电凸块外围设置至少一个导热凸块，在形成该封装结构时，可以在不增加焊接压力的情况下，增大热传导效率，改善非导电膜的温度分布均匀性，提高非导电膜的填充性能。
37.示例性的，如图5和图6所示，导热凸块123的高度低于其所在的存储器芯片120与相邻的存储器芯片120或载板110之间的间距。也就是说，导热凸块123的高度低于相邻两个存储器芯片120之间的间距以及存储器芯片120与载板110之间的间距。也就是说，导热凸块123不接触下层存储器芯片120，也不接触载板110，因此，不会增加焊接时的压力。
38.进一步优选的，如图5和图6所示，导热凸块123的高度低于导电凸块122的高度。
39.示例性的，如图5和图6所示，封装结构100包括多个导热凸块123，多个导热凸块123对称设置在存储器芯片120的边缘区域。也就是说，当存储器芯片120的正面设置有多个导热凸块123时，多个导热凸块123呈对称分布在存储器芯片的边缘区域。在本实施例中，多个导热凸块123对称分布在多个导电凸块122的边缘区域，这样可以增加没有导电凸块123处的存储器芯片120的边缘区域处的热传导，改善非导电膜130的温度均匀性。
40.示例性的，如图5和图6所示，更进一步优选的，导电凸块122包括第一子导电凸块122a和第二子导电凸块122b，第一子导电凸块122a夹设在存储器芯片120和第二子导电凸块122b之间，导热凸块123的高度与第一子导电凸块122a的高度相同。
41.示例性的，第一子导电凸块122a与导热凸块123的材料相同。在本实施例中，第一子导电凸块122a与导热凸块123的材料采用金属铜，也可以采用其他的具有良好导热性的金属材料，例如镍等，本实施例不做具体限定。第一子导电凸块122a与导热凸块123采用相同的金属材料，这样在制作时，可以采用电镀或者溅射的工艺同时形成第一子导电凸块122a和导热凸块123，简化了工艺。对于第二子导电凸块122b的材料本实施例不做具体限定，可以为金属锡等。
42.示例性的，如图5所示，在本实施例中，载板110可以为基板。当载板110为基板时，多个存储器芯片120的正面设置有多个导电凸块122和设置在导电凸块122外围的多个导热凸块123。多个存储器芯片120通过对应的导电凸块122依次堆叠设置在基板上。相邻两个存储器芯片120之间以及存储器芯片120和基板之间填充有非导电膜130，非导电膜130包裹多
个导电凸块122和多个导热凸块123。与导电凸块122所在的存储器芯片120相邻的存储器芯片120或基板上还设置有焊盘124，导电凸块122与对应的焊盘124键合连接。也就是说，存储器芯片120背离基板的一侧设置有焊盘124，基板朝向存储器芯片120的一侧也设置有焊盘124。基板背离存储器芯片120的一侧设置有多个焊球150，多个焊球150与多个第二导电通孔121相对应且电连接。封装结构100通过多个焊球150与外界连接。焊盘124可以为金属铜焊盘，也可以采用其他的金属材料，本实施例不做具体限定。
43.在本实施例中，如图5所示，多个存储器芯片120通过热压键合的方式堆叠设置在基板上，也就是说，通过压力和温度，将多个存储器芯片120的导电凸块122与焊盘124键合连接。也就是说，将导电凸块122与基板上的焊盘124进行焊接，相邻两个存储器芯片120之间也是将上层存储器芯片120的导电凸块122与下层存储器芯片120的焊盘124进行焊接。当然，多个存储器芯片120也可以采用其他的工艺堆叠设置在基板上，本实施例不做具体限定。在存储器芯片120的正面设置有多个导热凸块123，可以在导电凸块122与焊盘124进行焊接时，增大热传导效率，改善非导电膜的温度均匀性，提高非导电膜的填充性能。
44.示例性的，如图6所示，载板110可以为缓冲芯片。当载板110为缓冲芯片时，多个存储器芯片120的正面设置有多个导电凸块122和设置在导电凸块122外围的多个导热凸块123。多个存储器芯片120通过对应的导电凸块122依次堆叠设置在缓冲芯片上。相邻两个存储器芯片120之间以及存储器芯片120和缓冲芯片之间填充有非导电膜130，非导电膜130包裹多个导电凸块122和多个导热凸块123。与导电凸块122所在的存储器芯片120相邻的存储器芯片120或缓冲芯片上还设置有焊盘124，导电凸块122与对应的焊盘124键合连接。也就是说，存储器芯片120背离缓冲芯片的一侧设置有焊盘124，缓冲芯片朝向存储器芯片120的一侧也设置有焊盘124。缓冲芯片背离存储器芯片120的一侧设置有多个凸点160，多个凸点160与多个第二导电通孔121相对应且电连接。封装结构100通过凸点160与外界连接。凸点160可以为铜锡凸点，也可以采用其他材料，本实施例不做具体限定。焊盘124可以为金属铜焊盘，也可以采用其他的金属材料，本实施例不做具体限定。
45.在本实施例中，如图6所示，多个存储器芯片120通过热压键合的方式堆叠设置在缓冲芯片上，也就是说，通过压力和温度，将多个存储器芯片120的导电凸块122与焊盘124键合连接。也就是说，将导电凸块122与缓冲芯片上的焊盘124进行焊接，相邻两个存储器芯片120之间也是将上层存储器芯片120的导电凸块122与下层存储器芯片120的焊盘124进行焊接。当然，多个存储器芯片120也可以采用其他的工艺堆叠设置在缓冲芯片上，本实施例不做具体限定。在存储器芯片120的正面设置有多个导热凸块123，可以在导电凸块122与焊盘124进行焊接时，增大热传导效率，改善非导电膜的温度均匀性，提高非导电膜的填充性能。
46.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。