CN102479763A - 一种散热增益型堆叠式半导体组件 - Google Patents

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林文强
王家忠
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Yuqiao Semiconductor Co Ltd
Bridge Semiconductor Corp
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Yuqiao Semiconductor Co Ltd
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L2224/29299—Base material
    • H01L2224/293—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29339—Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
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    • H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
    • H01L2224/821—Forming a build-up interconnect
    • H01L2224/82106—Forming a build-up interconnect by subtractive methods
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855—Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • H01L2224/83862—Heat curing
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    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92244—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
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    • H01L2225/1017—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support
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    • H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
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    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress
    • H01L2924/3511—Warping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
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Abstract

本发明公开了一种散热增益型堆叠式半导体组件，其包括半导体元件、散热座、黏着层、被覆穿孔、第一集成电路及第二集成电路。该散热座包括一凸块及一凸缘层。该凸块定义出一凹穴。该半导体元件设置于凸块上并位于凹穴处，且电性连接至该第一集成电路，并与凸块热连结。该凸块延伸进入黏着层的开口，且该凸缘层于凹穴入口处自凸块侧向延伸。该第一集成电路及第二集成电路朝相反方向延伸于半导体元件外。该被覆穿孔延伸穿过该黏着层，并提供第一集成电路与第二集成电路间的信号路由。该散热座为半导体元件提供散热效果。

Description

一种散热增益型堆叠式半导体组件
技术领域
本发明涉及一种半导体组件，尤其是一种具有凸块/凸缘层散热座及双集成电路的散热增益型堆叠式半导体组件，其包括半导体元件、散热座、黏着层、被覆穿孔及双集成电路。
背景技术
改善效能及降低尺寸与重量仍是电子系统领域持续追求的目标。目前已提出许多符合上述需求的技术方案，其通过使用不同结构、材料、设备、工艺节点及制作方法，以兼顾提高效能、实时上市及降低成本的考虑。在所有技术方案中，封装层级的技术创新被认为是最符合经济效益且最不耗时的选择。此外，当想要进一步将芯片尺寸降至纳米等级以下时，材料、设备及工艺开发等昂贵费用将导致该技术面临极大瓶颈，故目前已着重于封装技术，以满足更智能且更微小装置的需求。
如球门阵列封装(BGA)及方形扁平无引脚封装(QFN)的塑料封装通常是每一封装体中包含一枚芯片。为了提供更多功能并将信号延迟现象降至最低，目前可行的方式是将多枚芯片堆叠于一封装体中，以缩短互连长度(length of interconnection)并维持最小足印(footprint)。例如，叠置具有各自内存芯片的行动处理器晶粒，以改善元件速度、封装及功率消耗。此外，在模块中叠置多枚芯片的方式，可在不同工艺节点提供包括逻辑、存储、模拟、RF、整合型被动元件(IPC)及微机电系统(MEMS)等不同功能芯片，如28纳米高速逻辑及130纳米模拟。
虽然文献已报导许多三维封装结构，但仍有许多效能相关的缺失尚待改善。例如，在有限空间中叠置多个元件往往会面临到元件间噪声干扰(如电磁干扰)等不理想状况。据此，当元件进行高频率电磁波信号传输或接收时，上述问题将不利于堆叠元件的信号完整性。此外，由于半导体元件于高温操作下易产生效能衰退甚至立即故障的问题，因此包裹于热绝缘材料(如介电材)内的芯片所产生的热聚集会对组件造成严重损害。据此，目前亟需发展一种可解决电磁干扰问题、加速散热效果并维持低制作成本的堆叠式半导体组件。
Eichelberger的案号5,111,278的美国专利揭露一种三维堆叠式的多芯片模块，其是将半导体芯片设置于平坦基板上，并使用封装材料进行密封，其中该封装材料具有形成于连接垫上的盲孔。设置于封装材料上的导电图案是延伸至显露的打线垫，以便从模块上表面连接这些半导体芯片。该模块布有被覆穿孔，以连接上下电路，进而达到嵌埋式芯片的三维堆叠结构。然而，大部分塑料材料的导热性偏低，故该塑料组件会有热效能差且无法对嵌埋芯片提供电磁屏蔽保护作用的缺点。
Mowatt等人的案号5,432,677的美国专利、Miura等人的案号5,565,706的美国专利、Chen等人的案号6,680,529的美国专利及Sakamoto等人的案号7,842,887的美国专利揭露多种嵌埋式模块，以解决制作良率及可靠度问题。然而，该些专利案所提出的方案皆无法对散热问题提出适当的解决方式，或者无法对嵌埋式芯片提供有效的电磁屏蔽保护作用。
Hsu的案号7,242,092的美国专利及Wong的案号7,656,015的美国专利揭露一种组件，其是将半导体芯片容置于底部具有金属层的凹穴中，以加速嵌埋芯片的散热效果。除了该结构底部金属层散热效果有限的问题外，由于基板上的凹穴是通过对基板进行激光或电浆蚀刻而形成，故其主要缺点还包括形成凹穴时导致产量偏低及成本偏高的问题。
Enomoto的案号7,777,328的美国专利揭露一种散热增益型组件，其是通过微加工或磨除部分金属的方式，形成设置晶粒用的凹穴。金属板下凹深度控制不一致的现象易造成量产时产量及良率偏低的问题。此外，由于厚金属板会阻挡垂直连接至底表面的电性连接路径，故必须先形成布有通孔的树脂，接着再于金属块中形成金属化镀覆通孔。但此繁复的制程会导致制作良率过低及成本过高。
Ito等人的案号7,957,154的美国专利揭露一种组件，其是于开口内表面上形成金属层，以便可保护嵌埋的半导体芯片免于电磁干扰。与其它形成开口的方法一样，树脂开孔形成不一致的现象将导致此组件面临制备产量差及良率低的问题。此外，由于金属是通过电镀制程形成于开口中，故其厚度有限，对封装的热效能没什么改善效果。
有鉴于现有高功率及高效能半导体元件封装种种发展情形及限制，目前仍需发展一种符合成本效益、产品可靠、适于生产、多功能、提供良好信号完整性、具有优异散热性的半导体组件。
发明内容
本发明提供一种散热增益型堆叠式半导体组件，其包括一半导体元件、一散热座、一黏着层、一被覆穿孔、第一集成电路及第二集成电路。
在一较佳具体实施例中，该散热座包括一凸块及一凸缘层。该凸块定义出一凹穴。该半导体元件设置于凸块上且位于凹穴处，并电性连接至第一集成电路，同时热连结至该凸块。该凸块延伸进入黏着层的开口，而该凸缘层于凹穴入口处自凸块侧向延伸。第一集成电路及第二集成电路朝相反垂直方向延伸于半导体元件外。被覆穿孔延伸穿过黏着层，并提供第一集成电路与第二集成电路间的信号路由。该散热座可为半导体元件提供散热及电磁屏蔽作用。
根据本发明的一个方面，该散热座包括一凸块及一凸缘层，其中(i)该凸块邻接凸缘层并与凸缘层一体成形，且自凸缘层朝第二垂直方向延伸；(ii)该凸缘层自凸块朝垂直于第二垂直方向的侧面方向侧向延伸；且(iii)该凸块具有一凹穴，其面朝相反于第二垂直方向的第一垂直方向，且该凹穴于第二垂直方向上是由该凸块覆盖的，并于凸缘层处设有一入口。
该散热座更可包括一基座，其中(i)该凸块邻接该基座，并自基座朝第一垂直方向延伸；(ii)该基座自凸块朝该第二垂直方向延伸，并于该第二垂直方向上覆盖凸块，同时该基座自凸块侧向延伸；(iii)该凸缘层与该基座保持距离；且(iv)该凸块分隔该凹穴与该基座。
该散热座可由任何导热性材料制成。较佳为，该散热座可由金属制成。举例说明，该散热座基本上可由铜、铝或铜/镍/铝合金组成。该散热座也可由一内部铜、铝或铜/镍/铝合金核心及被覆接点组成，其中该等被覆接点可由金、银及/或镍组成。无论采用任一组成方式，该散热座皆可提供散热作用，将该半导体元件的热能扩散至下一层组件。
该黏着层包括一开口，且凸块延伸进入该开口。该黏着层接触凸块及凸缘层，并自凸块侧向延伸至组件的外围边缘。具体地说，该黏着层可侧向覆盖、环绕且同形被覆凸块侧壁。当具有基座时，该黏着层可接触基座，并介于基座与凸缘层之间。无论何种情况，该黏着层可位于凸缘层与具有一通孔的导电层间，并延伸进入凸块与导电层间的缺口，其中导电层可于面朝第二垂直方向的一表面上与凸块呈共平面，因此，该黏着层于邻接凸缘层处可具有第一厚度(朝第一/第二垂直方向)，而邻接凸块处则具有第二厚度(朝垂直于第一及第二垂直方向的侧面方向)，且第二厚度不同于第一厚度。
具有一或多个接触垫的半导体元件可设置于凸块上并延伸进入该凹穴。因此，该半导体元件可位于凹穴内或延伸于凹穴内外。无论何种情况，该凸块是在第二垂直方向上覆盖半导体元件。
第一集成电路可在第一垂直方向上覆盖并延伸于半导体元件、凸缘层及黏着层外，而第二集成电路可在第二垂直方向上覆盖并延伸于凸块及黏着层外。第一集成电路可自半导体元件及凸缘层朝第一垂直方向延伸，而第二集成电路则可自凸块(或基座)朝第二方向延伸。
第一集成电路可包括第一介电层及一或多条第一导线，而第二集成电路则可包括第二介电层及一或多条第二导线。例如，第一介电层自半导体元件、凸缘层及黏着层朝第一垂直方向延伸，且可延伸至组件的外围边缘；第二介电层则朝第二垂直方向延伸于凸块(或基座)及黏着层外，且第二介电层与凸缘层及第一介电层保持距离，并可延伸至组件的外围边缘。据此，凸块及凸缘层可位于黏着层与第一介电层间，并位于第一介电层与第二介电层间。
第一介电层包括一或多个第一盲孔，其是设置邻接于半导体元件的接触垫，且可选择性邻接凸缘层及选择性对准被覆穿孔。同样地，第二介电层可包括一或多个第二盲孔，其是设置邻接于凸块(或基座)及/或对准被覆穿孔。一或多条第一导线是设置于第一介电层上(也就是说，自第一介电层朝第一垂直方向延伸，并于第一介电层上侧向延伸)，并朝第二垂直方向延伸进入第一盲孔，以提供半导体元件接触垫的信号路由，并选择性电性连接凸缘层及/或被覆穿孔。同样地，一或多条第二导线是设置于第二介电层上(也就是说，自第二介电层朝第二垂直方向延伸，并于第二介电层上侧向延伸)，并朝第一垂直方向延伸进入第二盲孔至凸块(或基座)以电性连接凸块(或基座)，及/或延伸至内部接垫以电性连接被覆穿孔。此外，第一盲孔与第二盲孔可具有相同尺寸，第一介电层与第一导线可具有面朝第一垂直方向的平坦延长表面，而第二介电层与第二导线则可具有面朝第二垂直方向的平坦延长表面。
若需其它信号路由，第一集成电路及第二集成电路可包括额外的介电层、盲孔及导线层。例如，第一集成电路可更包括第三介电层、第三盲孔及第三导线，而第二集成电路可更包括第四介电层、第四盲孔及第四导线。具有一或多个第三盲孔的第三介电层是设置于第一介电层及第一导线上(也就是说，自第一介电层及第一导线朝第一垂直方向延伸)，且可延伸至组件的外围边缘。具有一或多个第四盲孔的第四介电层是设置于第二介电层及第二导线上(也就是说，自第二介电层及第二导线朝第二垂直方向延伸)，且可延伸至组件的外围边缘。第三及第四盲孔是分别设置邻接第一及第二导线。一或多条第三导线是设置于第三介电层上(也就是说，自第三介电层朝第一垂直方向延伸，并于第三介电层上侧向延伸)，并朝第二垂直方向延伸进入第三盲孔，以电性连接第一导线。同样地，一或多条第四导线是设置于第四介电层上(也就是说，自第四介电层朝第二垂直方向延伸，并于第四介电层上侧向延伸)，并朝第一垂直方向延伸进入第四盲孔，以电性连接第二导线。
第一及第二集成电路可分别包括第一及第二连接垫，以提供下一层组件或另一电子元件(如半导体芯片、塑料封装体或另一半导体组件)的电性接点。第一连接垫可于第一垂直方向上延伸至第一导线或延伸于第一导线外，且该第一连接垫包括面朝第一垂直方向的外露接触表面。第二连接垫可于第二垂直方向上延伸至第二导线或延伸于第二导线外，且该第二连接垫包括面朝第二垂直方向的外露接触表面。例如，第一连接垫可邻接第三导线并与第三导线一体成形，而第二连接垫可邻接第四导线并与第四导线一体成形。此外，第一导线可提供第一连接垫与被覆穿孔间的电性互连，而第二导线则可提供第二连接垫与被覆穿孔间的电性互连。据此，半导体组件可包括相互电性连接的电性接点，其是位于面朝相反垂直方向的相反表面上，以使该半导体组件为堆叠式的组件。
该被覆穿孔可提供第一集成电路与第二集成电路间的垂直方向信号路由。例如，被覆穿孔的第一端可延伸至第一集成电路的外导电层或内导电层并与之电性连接，而第二端则可延伸至第二集成电路的外导电层或内导电层并与之电性连接。或者，被覆穿孔的第一端可延伸并电性连接至与凸缘层保持距离、共平面且具有相同厚度的内部接垫，并通过第一盲孔的第一导线电性连接至第一集成电路。同样地，被覆穿孔的第二端可延伸并电性连接至与基座保持距离、共平面且于最靠近彼此处具有相同厚度的内部接垫，并通过第二盲孔中的第二导线电性连接至第二集成电路。无论采用何种方式，该被覆穿孔垂直延伸穿过黏着层，并与散热座保持距离，且位于第一集成电路与第二集成电路间的电性传导路径上。
根据本发明另一个方面，该半导体组件可更包括一具有一通孔的基板。该凸块延伸入黏着层的开口并穿过基板的通孔，且与基板保持距离。该黏着层接触凸块、凸缘层及基板，并位于凸块与基板之间以及凸缘层与基板之间，该黏着层亦自凸块侧向延伸至组件的外围边缘。无论何种情况，该黏着层可位于凸缘层与基板之间，并延伸进入凸块与基板间的缺口，其中基板可与凸块于面朝第二垂直方向的一表面上呈共平面，据此，该黏着层于邻接凸缘层处可具有第一厚度(朝第一/第二垂直方向)，而邻接凸块处则具有第二厚度(朝垂直于第一及第二垂直方向的侧面方向)，且第二厚度不同于第一厚度。该基板可延伸至组件的外围边缘，且可由有机材料(如环氧、玻璃-环氧、聚酰亚胺)制成。该基板也可由导热性材料(如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)、硅(Si)等)制成。或者，该基板可为单层结构或多层结构，如层压电路板或多层陶瓷板。此外，该基板可与一导电层压合，且该通孔可延伸穿过该基板及导电层。
半导体元件可设置于位于开口及通孔周缘内的凸块上，且通过位于该凹穴内的固晶材料热连结至凸块。例如，该半导体元件可位于该凹穴处，而第一集成电路则可延伸于该凹穴的内外。此外，第一介电层可延伸进入半导体元件与凸块间的间隙。或者，该固晶材料可填满半导体元件与凸块间的间隙，而第一介电层未延伸进入该间隙。此外，当半导体元件设于凹穴内且低于凹穴入口时，该第一导线可延伸穿过第一盲孔而进入凹穴。半导体元件可为封装或未封装的半导体芯片。举例说明，半导体元件可为包含半导体芯片的栅格数组(land grid array，LGA)封装或晶圆级封装(WLP)。或者，半导体元件可为半导体芯片。
该凸块可与凸缘层一体成形。例如，凸块与凸缘层可为单一金属体，或于界面处包含单一金属体，其中该单一金属体可为铜。此外，该凸块与该黏着层可于第二介电层处呈共平面，或者若具有基座则于基座处呈共平面。该凸块可包含一邻接第二介电层(基座)的第一弯折角与一邻接凸缘层的第二弯折角。该凸块也可具有冲压而成的特有不规则厚度。此外，该凸块于凸缘层处的直径或尺寸可大于相对于凸缘层的表面处的直径或尺寸。例如，该凸块可呈平顶锥柱形或金字塔形，其直径或尺寸朝着第一垂直方向延伸递增。据此，由于黏着层朝第二垂直方向延伸进入凸块与基板间或凸块与导电层间的缺口，故邻接凸块处的黏着层厚度呈递增趋势。该凸块也可为直径固定的圆柱形。据此，黏着层于凸块与基板间或凸块与导电层(压合于基板)间的缺口处具有固定厚度。该凸块也可为该半导体元件提供一凹形晶粒座。
凸块凹穴入口处的直径或尺寸可大于该凹穴底板处的直径或尺寸。例如，该凹穴可呈平顶锥柱形或金字塔形，其直径或尺寸自其底板沿着第一垂直方向朝其入口处递增。或者，该凹穴也可为一直径固定的圆柱形。该凹穴的入口及底板也可具有圆形、正方形或矩形的周缘。该凹穴亦可具有与凸块相符的形状，并延伸进入该开口及该通孔，同时沿该等垂直及侧面方向延伸跨越该凸块的大部分。
该凸缘层可位于第一集成电路与黏着层间。该凸缘层也可具有圆形、正方形或矩形的周缘。此外，该凸缘层可与组件的外围边缘保持距离或延伸至组件的外围边缘。
该黏着层可接触第一介电层及第二介电层并位于两者之间，并接触被覆穿孔且与第一导线及第二导线保持距离。
如上所述，被覆穿孔可提供垂直方向上的信号路由，并自第二集成电路的内导电层或外导电层或电性连接至第二集成电路的内部接垫，朝第一垂直方向延伸至第一集成电路的内导电层或外导电层或电性连接至第一集成电路的内部接垫。无论采用何种方式，当具有基板时，该被覆穿孔是垂直延伸穿过黏着层及基板，并与散热座保持距离，且位于第一集成电路与第二集成电路间的电性传导路径上。
该组件可为第一级或第二级单晶或多晶装置。例如，该组件可为包含单一芯片或多枚芯片的第一级封装体。或者，该组件可为包含单一封装体或多个封装体的第二级模块，其中每一封装体可包含单一芯片或多枚芯片。
本发明具有多项优点。凸块与凸缘层可一体成形，以对半导体元件提供优异的散热效果、电磁屏蔽作用并阻隔水气，进而达到较佳热效能、电效能及环境可靠度。机械形成的凸块凹穴可提供定义明确的空间，以放置半导体元件。因此，可避免层压过程中的嵌埋芯片偏移及破裂问题，进而提高制备良率并降低成本。该黏着层可位于凸块与导电层之间、凸块与基板之间以及凸缘层与基板之间，以便于散热座与基板之间提供坚固的机械性连结。该第一集成电路可通过被覆金属，以提供电性连接至半导体元件，其无需使用打线或焊接，故可提高可靠度。第一及第二集成电路可提供具有简单电路图案的信号路由或具有复杂电路图案的灵活多层信号路由。该被覆穿孔可提供两集成电路间的垂直信号路由，其中两集成电路个别具有位于组件两侧的连接垫，使得该组件具有堆叠功能。
本发明的上述及其它特征与优点将于下文中通过各种较佳实施例进一步加以说明。
附图说明
图1A及图1B为本发明一实施例的凸块与凸缘层剖视图。
图1C及图1D分别为图1B的俯视图及仰视图。
图2A及图2B为本发明一实施例的黏着层剖视图。
图2C及图2D分别为图2B的俯视图及仰视图。
图3A及图3B为本发明一实施例的基板与导电层压合结构剖视图。
图3C及图3D分别为图3B的俯视图及仰视图。
图4A至图4F为本发明一实施例的导热板制作方法剖视图。
图5A至图5K为本发明一实施例的堆叠式半导体组件制作方法剖视图，其中该组件包括导热板、半导体元件、被覆穿孔、第一集成电路及第二集成电路。
图6为本发明一实施例的三维堆叠结构剖视图，其包括堆叠式半导体组件及接置于第一集成电路的半导体元件。
图7为本发明一实施例的三维堆叠结构剖视图，其包括堆叠式半导体组件及接置于第二集成电路的半导体元件。
图8A至图8H为本发明另一实施例的堆叠式半导体组件制作剖视图，其中该组件具有连接至导热板两侧内部接垫的被覆穿孔。
图9至图10为本发明其它实施例的堆叠式半导体组件剖视图，其导热板不含基板。
主要元件符号说明
10           金属板          12，14     表面
16           凸块            16′       增厚凸块
18           凸缘层          18′       增厚凸缘层
20           凹穴            22，24     弯折角
26           渐缩侧壁        28         底板
30           黏着层          32         开口
34           基板            36         导电层
40           通孔            42         缺口
50           散热座          60         第一被覆层
61           第二被覆层      62，65     连接层
63           绝缘填充材料    64         基座
91，92       半导体元件      100        半导体组件
101，102     导热板          110        半导体芯片
111          顶面            112        底面
113          固晶材料        114        接触垫
181          第一开孔        182        第一内部接垫
183          第二内部接垫    201，202   第一集成电路
201′，202′ 第二集成电路    211        第一介电层
212          第二介电层      221        第一盲孔
222          第二盲孔        241        第一导线
242          第二导线        261        第三介电层
262        第四介电层      281        第三盲孔
282        第四盲孔        291        第三导线
292        第四导线        301        防焊层
311        防焊层开孔      341        第一连接垫
342        第二连接垫      361        第二开孔
401，403   穿孔            402，404   被覆穿孔
801，802   焊料凸块        D1，D2     距离
T1         第一厚度        T2         第二厚度
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例1
图1A及图1B为本发明一实施例的凸块与凸缘层制作方法剖视图，而图1C及图1D分别为图1B的俯视图及仰视图。
图1A为金属板10的剖视图，金属板10包含相对的主要表面12及14。图示的金属板10是一厚度为100微米的铜板。铜具有导热性高、可挠性佳及低成本等优点。金属板10可由多种金属制成，如铜、铝、铁镍合金42、铁、镍、银、金、其混合物及其合金。
图1B、图1C及图1D分别为金属板10形成凸块16、凸缘层18及凹穴20后的剖视图、俯视图及仰视图。凸块16及凹穴20是由金属板10以机械方式冲压而成。因此，凸块16为金属板10受冲压的部分，而凸缘层18则为金属板10未受冲压的部分。
凸块16邻接凸缘层18，并与凸缘层18一体成形，且自凸缘层18朝向下方向延伸。凸块16包含弯折角22及24、渐缩侧壁26与底板28。弯折角22及24是因冲压作业而弯折。弯折角22邻接凸缘层18与渐缩侧壁26，而弯折角24则邻接渐缩侧壁26与底板28。渐缩侧壁26是朝向上方向往外延伸，而底板28则沿着垂直于向上及向下方向的侧面方向(如左、右)延伸。因此，凸块16呈平顶金字塔形(类似一平截头体)，其直径自凸缘层18处朝底板28向下递减，也就是说，自底板28处朝凸缘层18向上递增。凸块16的高度(相对于凸缘层18)为300微米，于凸缘层18处的尺寸为10.5毫米×8.5毫米，于底板28处的尺寸则为10.25毫米×8.25毫米。此外，凸块16因冲压作业而具有不规则的厚度。例如，因冲压而拉长的渐缩侧壁26比底板28薄。为便于图示，凸块16在图中具有均一厚度。
呈平坦状的凸缘层18是沿侧面方向自凸块16侧伸而出，其厚度为100微米。
凹穴20是面朝向上方向，且延伸进入凸块16，并由凸块16从下方覆盖。凹穴20于凸缘层18处设有一入口。此外，凹穴20的形状与凸块16相符。因此，凹穴20也呈平顶金字塔形(类似一平截头体)，其直径自其位于凸缘层18的入口处朝底板28向下递减，也就是说，自底板28处朝其位于凸缘层18的入口向上递增。再者，凹穴20沿垂直及侧面方向延伸跨越凸块16的大部分，且凹穴20的深度为300微米。
图2A及图2B图为本发明一实施例的黏着层制作方法剖视图，而图2C及图2D分别为图2B的俯视图及仰视图。
图2A为黏着层30的剖视图，其中黏着层30为乙阶(B-stage)未固化环氧树脂的胶片，其为未经固化及图案化的片体，厚150微米。
黏着层30可为多种有机或无机电性绝缘体制成的各种介电膜或胶片。例如，黏着层30起初可为一胶片，其中树脂型态的热固性环氧树脂掺入一加强材料后部分固化至中期。所述环氧树脂可为FR-4，但其它环氧树脂(如多官能与双马来酰亚胺-三氮杂苯(BT)树脂等)也适用。在特定应用中，也适用氰酸酯、聚酰亚胺及聚四氟乙烯(PTFE)。该加强材料可为电子级玻璃(E-glass)，也可为其它加强材料，如高强度玻璃(S-glass)、低诱电率玻璃(D-glass)、石英、克维拉纤维(kevlar aramid)及纸等。该加强材料也可为织物、不织布或无方向性微纤维。可将诸如硅(研粉熔融石英)等填充物加入胶片中，以提升导热性、热冲击阻抗力与热膨胀匹配性。可利用市售预浸材，如美国威斯康星州奥克莱W.L.Gore&Associates的SPEEDBOARD C胶片就是一例。
图2B、图2C及图2D分别为具有开口32的黏着层30剖视图、俯视图及仰视图。开口32为贯穿黏着层30且尺寸为10.55毫米×8.55毫米的窗口。开口32是以机械方式击穿该胶片而形成，但也可使用其它技术制作，如激光切割。
图3A及图3B为本发明一实施例的层压结构制作方法剖视图，而图3C及图3D则分别为图3B的俯视图及仰视图。
图3A是一层压结构的剖视图，其包含基板34及导电层36。举例说明，基板34可为厚度150微米的玻璃-环氧材料，而与基板34接触且延伸于基板34上方的导电层36可为未经图案化且厚度30微米的铜板。
图3B、图3C及图3D分别为具有通孔40的层压结构(包括基板34及导电层36)剖视图、俯视图及仰视图。通孔40为一窗口，其贯穿导电层36及基板34且尺寸为10.55毫米×8.55毫米。通孔40是以机械方式击穿导电层36与基板34而形成，但也可使用其它技术制作，如激光切割并进行或未进行湿式蚀刻。开口32与通孔40具有相同尺寸。此外，开口32与通孔40可用相同的冲头在同一冲床上通过相同方式形成。
基板34在此绘示为一单层介电结构，但基板34也可为其它电性互连体，如多层印刷电路板或多层陶瓷板。同样地，基板34可另包含额外的内嵌电路层。
图4A至图4F为本发明一实施例的导热板制作方法剖视图，如图4F所示，该导热板包含凸块16、凸缘层18、黏着层30、基板34及导电层36。
图4A及图4B中的结构是呈凹穴向下的倒置状态，以便利用重力将黏着层30、基板34及导电层36设置于凸缘层18上，而图4C至图4F中的结构依旧维持凹穴向下。之后，图5A至图5K中的结构则再次翻转至如图1A至图1D所示的凹穴向上状态。简言之，凹穴20在图4A至图4F中朝下，而在图5A至图5K中则朝上。尽管如此，该结构体的相对方位并未改变。无论该结构体是否倒置、旋转或倾斜，凹穴20始终面朝第一垂直方向，并在第二垂直方向上由凸块16覆盖。同样地，无论该结构体是否倒置、旋转或倾斜，凸块16皆是朝第一垂直方向延伸至基板34外，并自凸缘层18朝第二垂直方向延伸。因此，第一与第二垂直方向是相对于该结构体而定向，彼此始终相反，且恒垂直于前述的侧面方向。
图4A为黏着层30设置于凸缘层18上的结构剖视图。黏着层30下降至凸缘层18上，使凸块16向上插入并贯穿开口32，最终则使黏着层30接触并定位于凸缘层18。较佳为，凸块16插入且贯穿开口32后是对准开口32且位于开口32内的中央位置而不接触黏着层30。
图4B为基板34及导电层36设置于黏着层上的结构剖视图。将压合有导电层36的基板34下降至黏着层30上，使凸块16向上插入通孔40，最终则使基板34接触并定位于黏着层30。
凸块16在插入(但并未贯穿)通孔40后是对准通孔40且位于通孔40内的中央位置而不接触基板34或导电层36。因此，凸块16与基板34之间具有一位于通孔40内的缺口42。缺口42侧向环绕凸块16，同时被基板34侧向包围。此外，开口32与通孔40相互对齐且具有相同尺寸。
此时，压合有导电层36的基板34安置于黏着层30上并与之接触，且延伸于黏着层30上方。凸块16延伸通过开口32后进入通孔40。凸块16比导电层36的顶面低30微米，且穿过通孔40朝向上方向外露。黏着层30接触凸缘层18与基板34且介于该两者之间。黏着层30接触基板34但与导电层36保持距离。在此阶段，黏着层30仍为乙阶(B-stage)未固化环氧树脂的胶片，而缺口42中则为空气。
图4C为黏着层30流入缺口42中的结构剖视图。黏着层30经由施加热及压力而流入缺口42中。在此图中，迫使黏着层30流入缺口42的方法是对导电层36施以向下压力及/或对凸缘层18施以向上压力，也就是说，将凸缘层18与基板34相对压合，以便对黏着层30施压；在此同时也对黏着层30加热。受热的黏着层30可在压力下任意成形。因此，位于凸缘层18与基板34间的黏着层30受到挤压后，改变其原始形状并向上流入缺口42。凸缘层18与基板34持续朝彼此压合，直到黏着层30填满缺口42为止。此外，黏着层30仍位于凸缘层18与基板34之间，且持续填满凸缘层18与基板34间缩小的间隙。
举例说明，可将凸缘层18及导电层36设置于一压合机的上、下压台(图未示)之间。此外，可将一上挡板及上缓冲纸(图未示)夹置于导电层36与上压台之间，并将一下挡板及下缓冲纸(图未示)夹置于凸缘层18与下压台之间。以此构成的叠合体由上到下依次为上压台、上挡板、上缓冲纸、基板34、导电层36、黏着层30、凸缘层18、下缓冲纸、下挡板及下压台。此外，可利用从下压台向上延伸并穿过凸缘层18对位孔(图未示)的工具接脚(图未示)，将此叠合体定位于下压台上。
而后，将上、下压台加热并相向推进，以便对黏着层30加热并施压。挡板可将压台的热分散，使热均匀施加于凸缘层18与基板34乃至于黏着层30。缓冲纸则将压台的压力分散，使压力均匀施加于凸缘层18与基板34乃至于黏着层30。起初，基板34接触并向下压合至黏着层30上。随着压台持续动作与持续加热，凸缘层18与基板34间的黏着层30受到挤压并开始熔化，因而向上流入缺口42，并在通过基板34后抵达导电层36。例如，未固化环氧树脂遇热熔化后，被压力挤入缺口42中，但加强材料及填充物仍留在凸缘层18与基板34之间。黏着层30在通孔40内上升的速度大于凸块16，终至填满缺口42。黏着层30也上升至稍高于通孔40的位置，并在压台停止动作前，溢流至凸块16顶面及导电层36顶面。若胶片厚度略大于实际所需厚度便可能发生上述状况。如此一来，黏着层30便在凸块16顶面及导电层36顶面形成一覆盖薄层。压台在触及凸块16后停止动作，但仍持续对黏着层30加热。
黏着层30于缺口42内向上流动的方向如图中向上粗箭号所示，凸块16与凸缘层18相对于基板34的向上移动如向上细箭号所示，而基板34相对于凸块16与凸缘层18的向下移动则如向下细箭号所示。
图4D为黏着层30已固化的结构剖视图。
举例说明，压台停止移动后仍持续夹合凸块16与凸缘层18并供热，以便将已熔化而未固化的乙阶(B-stage)环氧树脂转换为丙阶(C-stage)固化或硬化的环氧树脂。因此，环氧树脂是以类似已知多层压合的方式固化。环氧树脂固化后，压台分离，以便将结构体从压合机中取出。
固化的黏着层30可在凸块16与基板34之间以及凸缘层18与基板34之间提供牢固的机械性连结。黏着层30可承受一般操作压力而不致变形损毁，遇过大压力时则仅暂时扭曲。再者，黏着层30可吸收凸块16与基板34之间以及凸缘层18与基板34之间的热膨胀不匹配。
在此阶段，凸块16与导电层36大致共平面，而黏着层30与导电层36则延伸至面朝向上方向的顶面。例如，凸缘层18与基板34间的黏着层30厚120微米，较其初始厚度150微米减少30微米；也就是说，凸块16在通孔40中升高30微米，而基板34则相对于凸块16下降30微米。凸块16的高度300微米基本上等同于导电层36(30微米)、基板34(150微米)与下方黏着层30(120微米)的结合高度。此外，凸块16仍位于开口32与通孔40内的中央位置并与基板34保持距离，而黏着层30则填满凸缘层18与基板34间的空间并填满缺口42。黏着层30在缺口42内延伸跨越基板34。换言之，缺口42中的黏着层30是朝向上方向及向下方向延伸并跨越缺口42外侧壁的基板34的厚度。黏着层30也包含缺口42上方的薄顶部分，其接触凸块16的顶面与导电层36的顶面，并在凸块16上方延伸10微米。
图4E为研磨移除凸块16、黏着层30及导电层36顶部后的结构剖视图。例如，利用旋转钻石砂轮及蒸馏水处理结构体的顶部。起初，钻石砂轮仅对黏着层30进行研磨。持续研磨时，黏着层30则因受磨表面下移而变薄。最后，钻石砂轮将接触凸块16与导电层36(不一定同时接触)，因而开始研磨凸块16与导电层36。持续研磨后，凸块16、黏着层30及导电层36均因受磨表面下移而变薄。研磨持续至去除所需厚度为止。之后，以蒸馏水冲洗结构体去除污物。
上述研磨步骤将黏着层30的顶部磨去20微米，将凸块16的顶部磨去10微米，并将导电层36的顶部磨去10微米。厚度减少对凸块16或黏着层30均无明显影响，但导电层36的厚度却从30微米大幅缩减至20微米。在研磨后，凸块16、黏着层30及导电层36会于基板34上方面朝向上方向的平滑拼接侧顶面上呈共平面。
在此阶段中，如图4E所示，导热板101包括黏着层30、基板34、导电层36及散热座50。此时该散热座50包括凸块16及凸缘层18。凸块16于弯折角22处与凸缘层18邻接，并自凸缘层18朝向上方向延伸，且与凸缘层18一体成形。凸块16进入开口32及通孔40，并位于开口32与通孔40内的中央位置。此外，凸块16的顶部与黏着层30的邻接部分呈共平面。凸块16与基板34保持距离，并呈尺寸沿向下延伸方向递增的平顶金字塔形。
凹穴20面朝向下方向，并延伸进入凸块16、开口32及通孔40，且始终位于凸块16、开口32及通孔40内的中央位置。此外，凸块16于向上方向覆盖凹穴20。凹穴20具有与凸块16相符的形状，且沿垂直及侧面方向延伸跨越凸块16的大部分，并维持平顶金字塔形，其尺寸自位于凸缘层18处的入口向上递减。
凸缘层18自凸块16侧向延伸，同时延伸于黏着层30、基板34、开口32与通孔40下方，并与黏着层30接触，但与基板34保持距离。
黏着层30在缺口42内与凸块16及基板34接触，并位于凸块16与基板34之间，同时填满凸块16与基板34间的空间。此外，黏着层30在缺口42外则与基板34及凸缘层18接触。黏着层30沿侧面方向覆盖且包围凸块16的渐缩侧壁26，并自凸块16侧向延伸至组件外围边缘并固化。据此，黏着层30于邻接凸缘层18处具有第一厚度T1，而于邻接凸块16处具有第二厚度T2，其中第一厚度T1与第二厚度T2不同。也就是说，凸缘层18与基板34间垂直方向上的距离D1，不同于凸块16与基板34间侧面方向上的距离D2。此外，当黏着层30延伸离开凸缘层18并进入凸块16与基板34间的缺口42时，由于凸块16朝凸缘层18延伸时的尺寸呈递增状态，故黏着层30于邻接凸块16处的厚度也呈现递增趋势。导热板101可通过单一凸块或多个凸块来容纳多个半导体元件，而非仅可容纳单一半导体元件。因此，可将多个半导体元件设置于单一凸块上，或将半导体元件分别设置于不同凸块上。
若欲在导热板101上形成复数个凸块以容纳复数个半导体元件，则可在金属板10上冲压出额外的凸块16，并调整黏着层30以包含更多开口32，同时调整基板34及导电层36以包含更多通孔40。
接着，如图4F所示，于预定位置上形成分别穿透凸缘层18及导电层36的第一开孔181及第二开孔361，以利后续制作被覆穿孔。
图5A至图5K为本发明一实施例的堆叠式半导体组件制作方法剖视图，其中该半导体组件包括导热板、半导体元件、被覆穿孔、第一集成电路及第二集成电路。
如图5K所示，堆叠式半导体组件100包括导热板101、半导体芯片110、固晶材料113、第一集成电路201、第二集成电路201′、被覆穿孔402，404及防焊层301。半导体芯片110包括顶面111、底面112及接触垫114。顶面111为包含接触垫114的作用表面，而底面112为热接触表面。导热板101包括黏着层30、基板34、导电层36及散热座50。散热座50包括凸块16及凸缘层18。第一集成电路201包括第一介电层211、第一导线241、第三介电层261及包含第一连接垫341的第三导线291，而第二集成电路201′包括第二介电层212、第二导线242、第四介电层262及包含第二连接垫342的第四导线292。
图5A为图4F反转后的导热板101剖视图。
图5B为导热板101通过固晶材料113将半导体芯片110设置于凸块16上的剖视图。将顶面111(即作用表面)含有接触垫114的半导体芯片110下降至凹穴20中，并留置于固晶材料113上与之接触。尤其，凸块16会从下方覆盖半导体芯片110，并提供用于容置半导体芯片110的凹形晶粒座。固晶材料113会与凸块16及半导体芯片110接触，并夹置于凸块16与半导体芯片110之间。
固晶材料113原为具有高导热性的含银环氧树脂膏，并以网版印刷的方式选择性印刷于凸块16的凹穴20内，然后利用一抓取头及一自动化图案辨识系统，以步进重复的方式将半导体芯片110放置于该环氧树脂银膏上。随后，加热该环氧树脂银膏，使其于相对低温(如190℃)下硬化形成固化的固晶材料113。半导体芯片110的厚度为275微米，固晶材料113的厚度为20微米，因此，半导体芯片110与下方固晶材料113的结合高度为295微米，此高度较凹穴20的深度(300微米)少5微米。半导体芯片110的长度为10毫米、宽度为8毫米。
接着，于导热板101两侧分别形成第一及第二集成电路，其步骤如下所述。
图5C为具有第一介电层211及第二介电层212的结构剖视图。第一介电层211及第二介电层212(如环氧树脂、玻璃-环氧、聚酰亚胺及其类似材料)分别设置于导热板101的两表面上。第一介电层211于上方覆盖半导体芯片顶面111(即作用表面)、接触垫114、固晶材料113、凸块16、凸缘层18及黏着层30上，而第二介电层212于下方覆盖凸块16、黏着层30、基板34及导电层36。第一介电层211延伸进入凹穴20并填满凹穴20中的剩余空间，以与凸块16、半导体芯片110及固晶材料113接触，并夹置于凸块16与半导体芯片110之间。第一介电层211也于凹穴20外与凸缘层18及黏着层30接触，并填满第一开孔181，而第二介电层212则填满第二开孔361并接触凸块16、黏着层30、基板34及导电层36。可通过各种方法来制作第一介电层211及第二介电层212，其包括膜压合、辊轮涂布、旋转涂布及喷涂沉积法。也可对第一介电层211及第二介电层212进行电浆蚀刻，或使用附着力促进剂涂布第一介电层211及第二介电层212，以提高黏着力。在此，第一介电层211及第二介电层212可具有约50微米的厚度。
图5D为具有穿孔401的结构剖视图。穿孔401是对应凸缘层18及导电层36其中一组的第一开孔181及第二开孔361，且轴向对准并位于第一开孔181及第二开孔361的中心处。穿孔401沿垂直方向延伸贯穿第一介电层211、凸缘层18、黏着层30、基板34、导电层36及第二介电层212。穿孔401是经由机械钻孔形成的，其也可通过其它技术形成，如激光钻孔及电浆蚀刻并进行或未进行湿蚀刻。
图5E为第一介电层211形成有第一盲孔221的结构剖视图。第一盲孔221穿过第一介电层211，以显露接触垫114及凸缘层18的选定部位。又如图5E所示，第二盲孔222穿过第二介电层212，以显露凸块16的选定部位。这些第一盲孔221及第二盲孔222可通过各种方法形成，其包括激光钻孔、电浆蚀刻或微影工艺。可使用脉冲激光，以提高激光钻孔效能。或者，也可使用激光扫描光束搭配金属屏蔽。在此，第一及第二盲孔221，222具有约50微米的直径，其具有相同尺寸及形状。
参见图5F，将第一导线241形成于第一介电层211上，其中第一导线241自第一介电层211向上延伸，并于第一介电层211上侧向延伸，且向下延伸进入第一盲孔221，以与接触垫114及凸缘层18形成电性接触。又如图5F所示，第二导线242形成于第二介电层212上，其中第二导线242自第二介电层212向下延伸，并于第二介电层212上侧向延伸，且向上延伸进入第二盲孔222，以与凸块16形成电性接触。可通过各种方法形成单层或多层第一及第二导线241，242，其包括电镀、无电电镀、蒸镀、溅镀及其组合。
举例说明，可先将结构体浸入一活化剂溶液中，因而使第一介电层211及第二介电层212可与无电镀铜产生触媒反应，接着以无电电镀方式形成薄铜层，以作为晶种层，然后再以电镀方式将具有预定厚度的第二铜层镀于晶种层上，以沉积形成分别为第一导电层及第二导电层的第一导线241及第二导线242。或者，于晶种层上沉积电镀铜层前，可利用溅镀方式，于第一及第二介电层211，212上及第一及第二盲孔221，222内形成作为晶种层的薄膜(如钛/铜)。一旦达到预定厚度，再对第一导电层及第二导电层(即电镀铜层与晶种层的结合体)进行图案化，以分别形成第一导线241及第二导线242。可通过各种技术进行第一导线241及第二导线242的图案化步骤，其包括湿蚀刻、电化学蚀刻、激光辅助蚀刻及其组合。
又如图5F所示，穿孔401内也形成连接层62，以形成被覆穿孔402。连接层62为中空管状，其于侧面方向覆盖穿孔401内侧壁，并垂直延伸以电性连接第一导线242及第二导线242。或者，该连接层62也可填满穿孔401，据此，被覆穿孔402为金属柱，且穿孔401中不具有填充绝缘填充材料的空间。
为便于图标，第一导线241及第二导线242于剖视图中被绘示为一连续电路迹线。也就是说，第一及第二导线241，242可提供X与Y方向的水平信号路由，并可穿过第一及第二盲孔221，222以提供垂直信号路由(由上至下)。此外，第一导线241可电性连接半导体芯片110、凸缘层18及被覆穿孔402，而第二导线242可电性连接凸块16及被覆穿孔402。
图5G为形成第三介电层261的结构剖视图，其中第三介电层261设置于第一导线241及第一介电层211上。又如图5G所示，第四介电层262则设置于第二导线242及第二介电层212上。第三介电层261及第四介电层262朝垂直方向延伸进入被覆穿孔402，并填满穿孔401剩余空间。如第一及第二介电层211，212所述，第三及第四介电层261，262可为环氧树脂、玻璃-环氧、聚酰亚胺及其类似材料，并可通过各种方法形成，其包括膜压合、旋转涂布、辊轮涂布及喷涂沉积法。第三及第四介电层261，262厚度为50微米。较佳为，第一介电层211、第二介电层212、第三介电层261及第四介电层262为相同材料，且以相同方式形成相同厚度。
图5H为形成穿孔403的结构剖视图。穿孔403对应凸缘层18及导电层36另一组的第一开孔181及第二开孔361，且轴向对准并位于第一开孔181及第二开孔361的中心处。穿孔403沿垂直方向延伸贯穿第三介电层261、第一介电层211、凸缘层18、黏着层30、基板34、导电层36、第二介电层212及第四介电层262。穿孔403是经由机械钻孔形成的，其也可通过其它技术形成，如激光钻孔及电浆蚀刻并进行或未进行湿蚀刻。
图5I为第三介电层261及第四介电层262分别形成有第三盲孔281及第四盲孔282的结构剖视图。第三盲孔281及第四盲孔282分别穿透第三介电层261及第四介电层262，以显露第一导线241及第二导线242的选定部位。如第一及第二盲孔221，222所述，第三及第四盲孔281，282可通过各种方法形成，其包括激光钻孔、电浆蚀刻或微影工艺。第三及第四盲孔281，282具有50微米的直径。较佳为，第一盲孔221、第二盲孔222、第三盲孔281及第四盲孔282是以相同方法形成的且具有相同尺寸。
请参见图5J，于第三介电层261上形成第三导线291。第三导线291自第三介电层261向上延伸，并于第三介电层261上侧向延伸，且向下延伸进入第三盲孔281，以与第一导线241电性接触。又如图5J所示，第四导线292形成于第四介电层262上，其中第四导线292自第四介电层262向下延伸，并于第四介电层262上侧向延伸，且向上延伸进入第四盲孔282，以与第二导线242电性接触。
可通过各种方法沉积形成分别为第三导电层及第四导电层的第三导线291及第四导线292，其包括电解电镀、无电电镀、溅镀及其组合。接着，再通过各种方法进行图案化，其包括湿蚀刻、电化学蚀刻、激光辅助蚀刻及其组合。较佳为，第一导线241、第二导线242、第三导线291及第四导线292为相同材料，并以相同方式形成相同厚度。
又如图5J所示，穿孔403中沉积形成连接层65，以形成被覆穿孔404。可使用制作第三及第四导线291，292所使用的相同活化剂溶液、无电镀铜晶种层及电镀铜层，以沉积连接层65。较佳为，连接层65、第三导线291及第四导线292为相同材料，并以相同方式同时沉积形成相同厚度。
连接层65为中空管状，其于侧面方向覆盖穿孔403内侧壁，并垂直延伸以电性连接第三导线291及第四导线292。或者，该连接层65亦可填满穿孔403，据此，被覆穿孔404为金属柱，且穿孔403中不具有填充绝缘填充材料的空间。
在此阶段中，如图5J所示，堆叠式半导体组件100包括导热板101、半导体芯片110、固晶材料113、第一集成电路201、第二集成电路201′及被覆穿孔402，404。导热板101包括黏着层30、基板34及散热座50。其中，散热座50包括凸块16及凸缘层18。第一集成电路201包括第一介电层211、第一导线241、第三介电层261及第三导线291，而第二集成电路201′包括第二介电层212、第二导线242、第四介电层262及第四导线292。此外，被覆穿孔402，404基本上由导热板101与第一及第二集成电路201，201′所共享。
凸块16于弯折角22处邻接凸缘层18，并于弯折角24及底板28处邻接第二介电层212。凸块16自第二介电层212朝向上方向延伸，自凸缘层18朝向下方向延伸，并与凸缘层18一体成形。凸块16延伸进入开口32及通孔40后，仍位于开口32及通孔40内的中央位置。凸块16的底部与黏着层30接触第二介电层212的相邻部分共平面。凸块16也接触黏着层30，并与基板34保持距离，同时维持平顶金字塔形，其尺寸自第二介电层212处朝凸缘层18向上递增。黏着层30在缺口42内接触且介于凸块16与基板34之间，并填满凸块16与基板34间的空间。黏着层30在缺口42外则接触基板34与凸缘层18，同时亦接触第二介电层212及连接层62，65。黏着层30延伸于凸块16与凸缘层18之间以及凸块16与第二介电层212之间，同时位于凸缘层18与第二介电层212之间以及凸缘层18与基板34之间。黏着层30也从凸块16侧向延伸至组件的外围边缘。此时黏着层30已固化。黏着层30沿侧面方向覆盖且包围凸块16的渐缩侧壁26，且于向上方向覆盖第二介电层212位于凸块16周缘外的部分，同时也于向上方向覆盖基板34且于向下方向覆盖凸缘层18。黏着层30邻接凸缘层18处具有第一厚度，而邻接凸块16处则具有第二厚度，其中第一厚度与第二厚度不同。
被覆穿孔402与散热座50、第三导线291及第四导线292保持距离，并于第一导线241与第二导线242间的电性传导路径上，自第一导线241穿过第一介电层211、凸缘层18、黏着层30、基板34、导电层36及第二介电层212而垂直延伸至第二导线242。此外，被覆穿孔404与散热座50、第一导线241及第二导线242保持距离，并于第三导线291与第四导线292间的电性传导路径上，自第三导线291穿过第三介电层261、第一介电层211、凸缘层18、黏着层30、基板34、导电层36、第二介电层212及第四介电层262而垂直延伸至第四导线292。因此，被覆穿孔402自第一集成电路201的内导电层延伸至第二集成电路201′的内导电层，并与第一及第二集成电路201，201′的外导电层保持距离，而被覆穿孔404则自第一集成电路201的外导电层延伸至第二集成电路201′的外导电层，并与第一及第二集成电路201，201′的内导电层保持距离。
若需要的话，第一及第二集成电路201，201′可再包括额外的互连层(interconnect layers)(即具有第五盲孔的第五介电层及第五导线等)。
散热座50可为半导体元件110提供散热、电磁屏蔽及阻隔水气的作用。
图5K为防焊层301设置于第三介电层261、第三导线291、第四介电层262及第四导线292上的结构剖视图。防焊层301沿垂直方向延伸进入被覆穿孔404，并填满穿孔403剩余空间。防焊层301包括显露第三导线291及第四导线292选定部位的防焊层开孔311，以定义出第一及第二连接垫341，342。第一及第二连接垫341，342可用于形成导电接点(如焊料凸块、锡球、接脚及其类似物)，以与外部元件或印刷电路板电性导通并机械连接。防焊层开孔311可通过各种方法形成，其包括微影工艺、激光钻孔及电浆蚀刻。
图6为三维堆叠结构剖视图，其是通过第一连接垫341上的焊料凸块801，将另一半导体元件91接置于堆叠式半导体组件100的第一集成电路201处。此外，该堆叠式半导体组件100可通过第二连接垫342上的焊料凸块802，将其第二集成电路201′接置于印刷电路板或另一半导体元件(图未示)。焊料凸块801，802可通过各种方法制作，其包括：通过网印方式涂上锡膏后再进行回火工艺或通过电镀。
图7为另一三维堆叠结构剖视图，其是通过第二连接垫342上的焊料凸块802，将另一半导体元件92接置于堆叠式半导体组件100的第二集成电路201′处。此外，该堆叠式组件100可通过第一连接垫341上的焊料凸块801，将其第一集成电路201接置于印刷电路板或另一半导体元件(图未示)。
集成电路201，201′可包括额外的互连层(interconnect layer)，以使第一及第二连接垫341，342位于适当位置。
实施例2
图8A至图8H为本发明另一个方面的堆叠式半导体组件制作剖视图，其中该半导体组件具有连接至导热板内部接垫的被覆穿孔。
图8A为图1A至图4E所示步骤制得的导热板101剖视图。
图8B为具有穿孔401的结构剖视图。穿孔401沿垂直方向延伸穿过凸缘层18、黏着层30、基板34及导电层36。穿孔401是以机械钻孔方式形成的，其也可通过其它技术形成，如激光钻孔及电浆蚀刻。
图8C为穿孔401外形成第一被覆层60且穿孔401内形成连接层62及绝缘填充材料63的结构剖视图。第一被覆层60于向上方向上覆盖凸块16及凸缘层18，并自凸块16及凸缘层18向上延伸。第一被覆层60也于向下方向上覆盖凸块16、黏着层30及导电层36，并自凸块16、黏着层30及导电层36向下延伸。
又如图8C所示，在穿孔401中沉积连接层62，以形成被覆穿孔402。连接层62为中空管状，其于侧面方向覆盖穿孔401侧壁并垂直延伸，以将凸缘层18及其上第一被覆层60电性连接至导电层36及其上第一被覆层60，而绝缘填充材料63填满穿孔401剩余空间。或者，该连接层62也可填满穿孔401，据此，被覆穿孔402为金属柱，且穿孔401中不具有填充绝缘填充材料的空间。
为便于图示，凸块16、凸缘层18、第一被覆层60、导电层36及连接层62均以单层显示。由于铜为同质被覆，金属层间的界线(均以虚线绘示)可能不易察觉甚至无法察觉。然而，黏着层30与第一被覆层60间、黏着层30与连接层62间、基板34与连接层62间的界线则清楚可见。
图8D为第二被覆层61沉积于第一被覆层60及绝缘填充材料63上的结构剖视图。第二被覆层61为未经图案化的铜层，其自第一被覆层60及绝缘填充材料63向上及向下延伸并覆盖此两者。
为便于图示，凸块16、凸缘层18、第一被覆层60、第二被覆层61、导电层36及连接层62均以单层显示。由于铜为同质被覆，金属层间的界线(均以虚线绘示)可能不易察觉甚至无法察觉。为便于图示，增厚凸块16′及增厚凸缘层18′仍视为凸块16及凸缘层18。然而，第二被覆层61与绝缘填充材料63间、连接层62与黏着层30间、连接层62与基板34间、连接层62与绝缘填充材料63间的界线则清楚可见。
图8E为第一内部接垫182形成于被覆穿孔402上的结构剖视图，其中第一内部接垫182是通过微影工艺及湿蚀刻，对上表面的凸缘层18、第一被覆层60及第二被覆层61进行选择性图案化而形成的。第一内部接垫182与被覆穿孔402邻接并与之电性连接，同时自被覆穿孔402于向上方向上侧向延伸且覆盖被覆穿孔402，并与凸块16及凸缘层18保持距离。又如图8E所示，通过微影工艺及湿蚀刻，对下表面的第二被覆层61、第一被覆层60及导电层36进行选择性图案化，以形成基座64及第二内部接垫183。基座64邻接凸块16，并接触黏着层30及基板34。第二内部接垫183则与基座64及凸块16保持距离，同时与被覆穿孔402邻接并电性连接。
在此阶段，如图8E所示，导热板101包括黏着层30、基板34、散热座50、第一内部接垫182、第二内部接垫183及被覆穿孔402。散热座50包括凸块16、凸缘层18及基座64。
凸块16于弯折角22处邻接凸缘层18，并于弯折角24及底板28处邻接基座64。凸块16自基座64朝向上方向延伸，自凸缘层18朝向下方向延伸，并与凸缘层18一体成形。凸块16延伸进入开口32及通孔40后，仍位于开口32及通孔40内的中央位置。凸块16的底部与黏着层30接触基座64的相邻部分共平面。凸块16也接触黏着层30，并与基板34保持距离，同时维持平顶金字塔形，其尺寸自基座64处朝凸缘层18向上递增。
基座64与凸块16邻接，并侧向延伸超过开口32与通孔40，且从下方覆盖凸块16、开口32与通孔40。基座64接触黏着层30与基板34，并向下延伸超过黏着层30及基板34。基座64邻接凸块16处具有第一厚度(即第一被覆层60与第二被覆层61的结合厚度)，邻接基板34处则具有大于第一厚度的第二厚度(即导电层36、第一被覆层60与第二被覆层61的结合厚度)，基座64尚具有面朝向下方向的平坦表面。
第一内部接垫182自黏着层30向上延伸，并与凸缘层18保持距离，同时与被覆穿孔402邻接且一体成形。第一内部接垫182与凸缘层18具有相同厚度，且于面朝上的表面上互呈共平面。
第二内部接垫183自基板34向下延伸，并与基座64保持距离，同时与被覆穿孔402邻接并一体成形。第二内部接垫183具有结合导电层36、第一被覆层60及第二被覆层61的厚度。据此，基座64与第二内部接垫183于最靠近彼此处具有相同厚度，而于基座64邻接凸块16处则具有不同厚度。此外，基座64与第二内部接垫183于面朝下的表面上呈共平面。
黏着层30在缺口42内接触且介于凸块16与基板34之间，并填满凸块16与基板34间的空间。黏着层30在缺口42外则接触基板34与凸缘层18，同时也接触基座64及连接层62。黏着层30延伸于凸块16与凸缘层18之间以及凸块16与基座64之间，同时位于凸缘层18与基座64之间以及凸缘层18与基板34之间。黏着层30也从凸块16侧向延伸至组件的外围边缘。此时黏着层30已固化。黏着层30沿侧面方向覆盖且包围凸块16的渐缩侧壁26，且覆盖基座64位于凸块16周缘外的部分，同时也覆盖基板34且于向下方向覆盖凸缘层18。黏着层30邻接凸缘层18处具有第一厚度，而邻接凸块16处则具有第二厚度，其中第一厚度与第二厚度不同。
图8F为导热板101通过固晶材料113将半导体芯片110设置于凸块16上的剖视图。
图8G为具有第一介电层211及第二介电层212的结构剖视图，其中第一介电层211及第二介电层212分别设置于导热板101两侧。第一介电层211向上延伸超过半导体芯片顶面111(即作用表面)、接触垫114、固晶材料113、凸块16、凸缘层18、第一内部接垫182及被覆穿孔402。第一介电层211延伸进入凹穴20，遂而与凸块16、半导体芯片110及固晶材料113接触，并夹置于凸块16与半导体芯片110之间。第一介电层211也于凹穴20外与凸缘层18、黏着层30及第一内部接垫182接触。第二介电层212则接触基座64及第二内部接垫183，并向下延伸超过基座64及第二内部接垫183。第二介电层212延伸进入基座64与第二内部接垫183间的间隙，遂而与基板34接触。又如图8G所示，形成分别穿过第一介电层211及第二介电层212的第一盲孔221及第二盲孔222，其中第一盲孔221显露接触垫114及第一内部接垫182，而第二盲孔222则显露基座64及第二内部接垫183。
参见图8H，将第一导线241形成于第一介电层211上，其中第一导线241自第一介电层211向上延伸，并于第一介电层211上侧向延伸，且向下延伸穿过第一盲孔221，以与接触垫114及第一内部接垫182形成电性接触。又如图8H所示，第二介电层212上形成有第二导线242，其中第二导线242自第二介电层212向下延伸，并于第二介电层212上侧向延伸，且向上延伸穿过第二盲孔222，以与基座64及第二内部接垫183形成电性接触。
据此，如图8H所示，第一集成电路202包括第一介电层211及第一导线241，而第二集成电路202′包括第二介电层212及第二导线242。导热板101包括黏着层30、基板34、散热座50、第一内部接垫182、第二内部接垫183及被覆穿孔402。散热座50包括凸块16、凸缘层18及基座64。被覆穿孔402与散热座50及组件两表面保持距离，并于第一导线241与第二导线242间的电性传导路径上，自第一内部接垫182穿过黏着层30及基板34而延伸至第二内部接垫183。
实施例3-4
图9至图10为导热板中不包含基板的堆叠式半导体组件的剖视图。
这些实施例使用厚导电层36，且未使用基板。例如，导电层36的厚度为130微米(而非30微米)，如此一来便可防止导电层36在使用时弯曲或晃动。若制成基座64，如图10所示，基座64及第二内部接垫183也因此增厚。导热板102则未使用基板。据此，基座64在邻接凸块16处具有第一厚度，而邻接黏着层30处则具有大于第一厚度的第二厚度。此外，基座64与第二内部接垫183在最靠近彼此处具有相同厚度，而在基座64邻接凸块16处则具有不同厚度，同时基座64与第二内部接垫183在面朝下的表面上为共平面。
另外，如上所述，黏着层30在邻接凸缘层18处具有第一厚度，而在邻接凸块16处具有不同于第一厚度的第二厚度。也就是说，凸缘层18与导电层36(视为基座64的一部份)间垂直方向上的距离，不同于凸块16与导电层36间侧面方向上的距离。再者，如上所述，当黏着层30向下延伸至凸块16与导电层36间的缺口时，由于凸块16向上延伸时的尺寸呈递增状态，故黏着层30在邻接凸块16处的厚度也呈现递增趋势。
导热板102的制作方式与导热板101类似，但必须对导电层36进行适当调整。例如，先将黏着层30设置于凸缘层18上，再将导电层36单独设置于黏着层30上，接着对黏着层30加热及加压，使黏着层30流动并固化，最后再以研磨方式使凸块16、黏着层30及导电层36的侧向表面成为平面。据此，黏着层30接触凸块16、凸缘层18及导电层36，并侧向覆盖、包围且同形被覆凸块16的渐缩侧壁26。被覆穿孔402自第一导线241穿过第一介电层211、凸缘层18、黏着层30、导电层36及第二介电层212而延伸至第二导线242(如图9所示)；或者，被覆穿孔404自第三导线291穿过第三介电层261、第一介电层211、凸缘层18、黏着层30、导电层36、第二介电层212及第四介电层262而延伸至第四导线292(亦如图9所示)；又或者，被覆穿孔402自第一内部接垫182仅穿过黏着层30而延伸至第二内部接垫183(如图10所示)。
上述的半导体组件与导热板仅为说明范例，本发明尚可通过其它多种实施例实现。此外，上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其它实施例混合搭配使用。例如，基板可包括陶瓷材料或环氧类层压体，且可嵌埋有单层导线或多层导线。导热板可包含多个凸块，且这些凸块是排成一数组以供多个半导体元件使用。此外，集成电路为配合额外的半导体元件，可包含更多导线。
本发明中半导体元件可独自使用一散热座，或与其它半导体元件共享一散热座。例如，可将单一半导体元件设置于一散热座上，或将多个半导体元件设置于一散热座上。举例而言，可将四枚排列成2x2数组的小型芯片黏附于凸块，而集成电路可包括额外的导线，以连接更多的接触垫。相较每一芯片设置一微小凸块，此作法更具经济效益。
本发明的半导体元件可为已封装或未封装芯片。此外，该半导体元件可为裸芯片、栅格数组封装(LGA)或方形扁平无引脚封装(QFN)等。可利用多种连结媒介将半导体元件机械性连结、电性连结及热连结至导热板，包括利用焊接及使用导电及/或导热黏着剂等方式实现。
本发明的散热座可将半导体元件所产生的热能迅速、有效且均匀散发至下一层组件。散热座也可对半导体元件提供有效的电磁屏蔽作用并阻隔水气。散热座可包含一体成形的凸块与凸缘层。此外，凸块可依半导体元件量身订做。例如，凸块的底板可为正方形或矩形，以便与半导体元件热接点的形状相同或相似。在上述任一设计中，散热座均可采用多种不同的导热金属结构。
该凸块与凸缘层可为一导热金属板，如厚度为100-300微米的铜板，其较一般电路(约18微米)厚许多。此外，凸缘层可通过金属化导热盲孔(做为热导管)而热连结至集成电路的外导电层。例如，凸缘层可通过第一及第三盲孔中的第一及第三导线，或通过延伸穿过第一及第三介电层的被覆穿孔而热连结至第一集成电路的外导电层。凸缘层也可通过延伸穿过黏着层、基板、导电层及第二与第四介电层的被覆穿孔而热连结至第二集成电路的外导电层。据此，该凸缘层可提高散热座的热效能。
林文强(Charles)等人于2011年5月20日提出的第13/111,966号美国专利申请：“具有凸柱/基座散热座及导热孔的半导体芯片组件”另揭露一种包含凸柱、基座、底层及导热孔的散热座，其中导热孔自基座穿过支撑板而延伸至底层。此美国专利申请的内容也并入本文以作参酌。
散热座可与半导体元件电性连接或电性隔离。例如，第一导线延伸进入接触垫及凸缘层上方的第一盲孔，以便可电性连接半导体元件至凸缘层。之后，散热座可进一步电性接地，以便将半导体元件电性接地，并对半导体元件提供电磁屏蔽作用。
本发明的黏着层可在散热座与基板之间提供坚固的机械性连结。例如，黏着层可自凸块侧向延伸并越过导线，最后到达组件的外围边缘。黏着层可填满散热座与基板间的空间，且为一具有结合线均匀分布的无孔洞结构。黏着层也可吸收散热座与基板之间因热膨胀所产生的不匹配现象。黏着层的材料可与基板及介电层相同或不同。此外，黏着层可为低成本的介电材料，其无需具备高导热性。再者，本发明的黏着层不易脱层。
另外，可调整黏着层的厚度，使黏着层实质填满所述缺口，并使几乎所有黏着剂在固化及/或研磨后均位于结构体内。例如，可通过试误法来决定理想的胶片厚度。
基板可为导热板提供机械性支撑。例如，基板可防止导热板于金属研磨、芯片设置及集成电路制作的过程中弯曲变形。基板可选用低成本材料，其无需具备高导热性。据此，基板可由已知有机材料(如环氧、玻璃-环氧、聚酰亚胺等)制成。此外，也可使用导热材料(如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)、硅(Si)等)做为基板材料。在此，基板可为单层结构或多层结构，如层压电路板或多层陶瓷板。据此，基板可包括额外的嵌埋式电路层。
可先将导电层设置于基板上，再于导电层及基板中形成通孔，接着将导电层及基板设置于黏着层上，以便使导电层于向上方向显露，而基板则与导电层及黏着层接触，并介于两者之间，以分隔导电层及黏着层。此外，凸块延伸进入通孔，并通过通孔而朝向上方向显露。在此例中，该导电层的厚度可为10至50微米，例如30微米，此厚度一方面够厚，足以提供可靠的信号传导，一方面则够薄，有利于降低重量及成本。此外，该基板恒为导热板的一部分。
导电层可单独设置于黏着层上。例如，可先在导电层上形成通孔，然后将该导电层设置于黏着层上，使该导电层接触该黏着层并朝向上方向外露，在此同时，凸块则延伸进入该通孔，并透过该通孔朝向上方向外露。在此例中，该导电层的厚度可为100至200微米，例如125微米，此厚度一方面够厚，故搬运时不致弯曲晃动，一方面则够薄，故不需过度蚀刻即可形成图案。
也可将导电层与一载体同时设置于黏着层上。例如，可先利用一薄膜将导电层黏附于一诸如双定向聚对苯二甲酸乙二酯胶膜(Mylar)的载体，然后仅在导电层上形成通孔(即，不在载体上形成通孔)，接着将导电层及载体设置于黏着层上，使载体覆盖导电层且朝向上方向外露，并使薄膜接触且介于载体与导电层之间，至于导电层则接触且介于薄膜与黏着层之间，在此同时，凸块则对准该通孔，并由载体从上方覆盖。待黏着层固化后，可利用紫外光分解该薄膜，以便将载体从导电层上剥除，从而使导电层朝向上方向外露，之后便可对导电层进行研磨及图案化，以形成基座及端子。在此例中，导电层的厚度可为10至50微米，例如30微米，此厚度一方面够厚，足以提供可靠的信号传导，一方面则够薄，可降低重量及成本；至于载体的厚度可为300至500微米，此厚度一方面够厚，故搬运时不致弯曲晃动，一方面又够薄，有助于减少重量及成本。该载体仅为一暂时固定物，并非永久属于导热板的一部分。
第一及/或第二集成电路可作为信号层、功率层或接地层，其视其相应半导体元件焊垫的目的而定。导线也可包含各种导电金属，例如铜、金、镍、银、钯、锡、其混合物及其合金。理想的组成既取决于外部连结媒介的性质，也取决于设计及可靠度方面的考虑。此外，所属技术领域的技术人员应可了解，在本发明半导体组件中所用的铜可为纯铜，但通常是以铜为主的合金，如铜-锆(99.9％铜)、铜-银-磷-镁(99.7％铜)及铜-锡-铁-磷(99.7％铜)，以便提高如抗张强度与延展性等机械性能。
在一般情况下，最好设有所述的基板、被覆层、防焊层及额外的增层结构，但于某些实施例中则可省略之。例如，若需使用厚导电层，则可省去基板，以降低成本。同样地，若第一导线已足以提供半导体元件与被覆穿孔间所需的信号路由，则无须再形成第三导线。
本发明导热板的作业格式可为单一或多个导热板，视制造设计而定。例如，可个别制作单一导热板。或者，可利用单一金属板、单一黏着层、单一基板、单一导电层及单一被覆层同时批次制造多个导热板，而后再行分离。同样地，针对同一批次中的各导热板，也可利用单一金属板、单一黏着层、单一基板、单一导电层及单一被覆层同时批次制造多组分别供单一半导体元件使用的散热座与导线。
例如，可在一金属板上冲压出多个凸块；而后将具有对应这些凸块的开口的未固化黏着层设置于凸缘层上，使每一凸块均延伸贯穿其对应开口；然后将基板及导电层(其具有对应这些凸块的通孔)设置于黏着层上，使每一凸块均延伸贯穿其对应开口并进入对应通孔；而后利用压台将凸缘层与该基板彼此靠合，迫使黏着层进入这些通孔内介于这些凸块与基板间的缺口；然后固化黏着层，继而研磨这些凸块、黏着层及导电层以形成一侧向表面。
本发明半导体组件的作业格式可为单一组件或多个组件，其取决于制造设计。例如，可单独制造单一组件，或者，可同时批次制造多个组件，之后再将各导热板一一分离。同样地，也可将多个半导体元件电性连结、热连结及机械性连结至批次量产中的每一导热板。
可通过单一步骤或多道步骤使各导热板彼此分离。例如，可将多个导热板批次制成一平板，接着将多个半导体元件设置于该平板上，然后再将该平板所构成的多个半导体组件一一分离。或者，可将多个导热板批次制成一平板，而后将该平板所构成的多个导热板分切为多个导热板条，接着将多个半导体元件分别设置于这些导热板条上，最后再将各导热板条所构成的多个半导体组件分离为个体。此外，在分割导热板时可利用机械切割、激光切割、分劈或其它适用技术。
在本文中，“邻接”一词的意思是元件是一体成形(形成单一个体)或相互接触(彼此无间隔或未隔开)的。例如，凸块邻接基座与凸缘层，但并未邻接基板。
“重叠”一词的意思是位于上方并延伸于一下方元件的周缘内。“重叠”包含延伸于该周缘的内、外或坐落于该周缘内。例如，在凹穴朝上的状态下，本发明中的半导体元件是重叠于凸块的，这是因为一假想垂直线可同时贯穿该半导体元件与该凸块，不论半导体元件与凸块之间是否存有另一同样被该假想垂直线贯穿的元件(如固晶材料)，且也不论是否有另一假想垂直线仅贯穿凸块而未贯穿半导体元件(也就是位于半导体元件的周缘外)。同样地，凸块是重叠于基座的，凸缘层是重叠于黏着层的，且基座被凸块重叠。此外，“重叠”与“位于上方”同义，“被重叠”则与“位于下方”同义。
“接触”一词的意思是直接接触。例如，基板接触黏着层但并未接触凸块。
“覆盖”一词的意思是于垂直及/或侧面方向上完全覆盖。例如，在凹穴朝上的状态下，若基座侧向延伸超出通孔外且接触基板，则该基座从下方覆盖凸块，但该凸块并未从上方覆盖该基座。
“层”字包含图案化及未图案化的层体。例如，当层压结构体包括导电层且基板设置于黏着层上时，导电层可为基板上一空白未图案化的平板；而当半导体元件设置于散热座上之后，第一导电层可为第一介电层上具有间隔导线的电路图案。此外，“层”可包含复数叠合层。
“开口”、“通孔”与“穿孔”等词均指贯穿孔洞。例如，凹穴朝下的状态下，凸块插入黏着层的开口后，其朝向上方向从黏着层中露出。同样地，凸块插入层压结构的通孔后，其朝向上方向从层压结构中露出。
“插入”一词的意思是元件间的相对移动。例如，“将凸块插入通孔中”包含：凸缘层固定不动而由基板朝凸缘层移动；基板固定不动而由凸缘层朝基板移动；以及凸缘层与基板两者彼此靠合。又例如，“将凸块插入(或延伸至)通孔内”包含：凸块贯穿(穿入并穿出)通孔；以及凸块插入但未贯穿(穿入但未穿出)通孔。
“彼此靠合”一语的意思是元件间的相对移动。例如，“凸缘层与基板彼此靠合”包含：凸缘层固定不动而由基板朝凸缘层移动；基板固定不动而由凸缘层朝基板移动；以及凸缘层与基板相互靠近。
“对准”一词的意思是元件间的相对位置。例如，当黏着层已设置于凸缘层上、基板及导电层已设置于黏着层上、凸块已插入并对准开口且通孔已对准开口时，无论凸块是插入通孔的还是位于通孔下方且与其保持距离的，凸块均已对准通孔。
“设置于”一语包含与单一或多个支撑元件间的接触与非接触。例如，一半导体元件设置于凸块上，不论此半导体元件是实际接触该凸块的还是与该凸块以一固晶材料相隔的。
“黏着层于缺口内…”一语的意思是位于缺口中的黏着层。例如，“黏着层于缺口内延伸跨越基板”的意思是缺口内的黏着层延伸跨越基板。同样地，“黏着层于缺口内接触且介于凸块与基板之间”的意思是缺口中的黏着层接触且介于缺口内侧壁的凸块与缺口外侧壁的基板之间。
“基座自凸块侧向延伸”一语的意思是基座于邻接凸块处侧向延伸而出。例如，在凹穴朝上的状态下，基座自凸块侧向延伸并因而接触黏着层，此与基座是否侧向延伸至凸块外、侧向延伸至凸缘层或从下方覆盖凸块无关。同样地，若基座与凸块于凸块底板处占据相同的空间范围，则基座并未侧向延伸超过凸块。
“电性连接(或连结)”一词的意思是直接或间接电性连接(或连结)。例如，“被覆穿孔电性连接(或连结)第一导线”包含：被覆穿孔邻接第一导线；被覆穿孔通过第三导线而电性连接(或连结)至第一导线。
“上方”一词的意思是向上延伸，且包含邻接与非邻接元件以及重叠与非重叠元件。例如，在凹穴朝上的状态下，凸块延伸于基座上方，同时邻接、重叠于基座并自基座突伸而出。
“下方”一词的意思是向下延伸，且包含邻接与非邻接元件以及重叠与非重叠元件。例如，在凹穴朝上的状态下，基座延伸于凸块下方，邻接凸块，被凸块重叠，并自凸块向下突伸而出。同样地，凸块即使并未邻接基板或被基板重叠，其仍可延伸于基板下方。
“第一垂直方向”及“第二垂直方向”并非取决于半导体组件(或导热板)的定向，凡所属技术领域的技术人员即可轻易了解其实际所指的方向。例如，凸块朝第一垂直方向垂直延伸至基座外，并朝第二垂直方向垂直延伸至凸缘层外，这与组件是否倒置及/或组件是否设置于一散热装置上无关。同样地，凸缘层沿一侧向平面自凸块“侧向”伸出，这与组件是否倒置、旋转或倾斜无关。因此，该第一及第二垂直方向彼此相对且垂直于侧面方向，此外，侧向对齐的元件在垂直于第一与第二垂直方向的侧向平面上彼此共平面。再者，当凹穴向上时，第一垂直方向为向上方向，第二垂直方向为向下方向；当凹穴向下时，第一垂直方向为向下方向，第二垂直方向为向上方向。
本发明的半导体组件具有多项优点。该组件的可靠度高、价格平实且极适合量产。该组件尤其适用于易产生高热且需优异散热效果方可有效及可靠运作的高功率半导体元件、大型半导体芯片以及多个半导体元件(例如以数组方式排列的多枚小型半导体芯片)。
本发明的制作方法具有高度适用性，且以独特、进步的方式结合运用各种成熟的电性连结、热连结及机械性连结技术。此外，本发明的制作方法不需昂贵工具即可实施。因此，相较于传统封装技术，此制作方法可大幅提升产量、良率、效能与成本效益。再者，本发明的组件极适合于铜芯片及无铅的环保要求。
在此所述的实施例为例示之用，其中这些实施例可能会简化或省略本技术领域已熟知的元件或步骤，以免模糊本发明的特点。同样地，为使附图清晰，附图也可能省略重复或非必要的元件及元件符号。
所属技术领域的技术人员针对本文所述的实施例应该可以轻而易举地想到各种变化及修改的方式。例如，前述的材料、尺寸、形状、大小、步骤的内容与步骤的顺序皆仅为范例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (50)

1.一种散热增益型堆叠式半导体组件，包括：
一散热座，其包括一凸块及一凸缘层，其中(i)该凸块邻接该凸缘层并与该凸缘层一体成形，且自该凸缘层朝第二垂直方向延伸，(ii)该凸缘层自该凸块朝垂直于该第二垂直方向的侧面方向侧向延伸，且(iii)该凸块具有一凹穴，其面朝相反于该第二垂直方向的第一垂直方向，且该凹穴于该第二垂直方向上是由该凸块覆盖的，并于该凸缘层处设有一入口；
一基板，其包括一通孔；
一黏着层，其包括一开口，其中该凸块延伸进入该开口及该通孔，且该黏着层接触该凸块、该凸缘层及该基板，同时该黏着层位于该凸块与该基板之间以及该凸缘层与该基板之间，并自该凸块侧向延伸至该组件的外围边缘；
一半导体元件，其包括一接触垫且设置于该凸块上，并延伸进入该凹穴；
一第一介电层，其自该半导体元件及该凸缘层朝该第一垂直方向延伸，且朝该第一垂直方向延伸于该黏着层及该基板外，并与该基板保持距离且包括一对准该接触垫的第一盲孔；
一第一导线，其自该第一介电层朝该第一垂直方向延伸，并于该第一介电层上侧向延伸，同时朝该第二垂直方向穿过该第一盲孔而延伸至该接触垫，以电性连接该半导体元件；
一第二介电层，其朝该第二垂直方向延伸于该凸块、该黏着层及该基板外，并与该凸缘层及该第一介电层保持距离；
一第二导线，其自该第二介电层朝该第二垂直方向延伸，并于该第二介电层上侧向延伸；以及
一被覆穿孔，其延伸穿过该黏着层及该基板，以提供该第一导线与该第二导线间之电性连接。
2.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该半导体元件是位于该凹穴处并通过设置于该凹穴内的一固晶材料而热连结至该凸块。
3.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块具有一冲压而成的特有不规则厚度。
4.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块包含一邻接该第二介电层的第一弯折角与一邻接该凸缘层的第二弯折角。
5.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块与该黏着层于该第二介电层处共平面。
6.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凹穴朝该等垂直方向及该等侧面方向延伸跨越该凸块的大部分。
7.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸缘层接触该黏着层及该第一介电层，并介于该黏着层与该第一介电层之间。
8.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该黏着层接触并介于该凸缘层与该基板之间以及该第一介电层与该第二介电层之间，同时也接触该被覆穿孔，并与该第一导线及该第二导线保持距离。
9.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该黏着层于邻接该凸缘层处具有第一厚度，而于邻接该凸块处具有不同于该第一厚度的第二厚度。
10.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层更包括对准该凸缘层的另一第一盲孔，且该第一导线朝该第二垂直方向延伸穿过该另一第一盲孔，以电性连接该凸缘层。
11.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层更包括对准该被覆穿孔的另一第一盲孔，且该第一导线朝该第二垂直方向穿过该另一第一盲孔而延伸至与该凸缘层保持距离、共平面且具有相同厚度的一内部接垫，以电性连接该被覆穿孔。
12.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层更延伸进入该凹穴。
13.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一导线更延伸穿过该第一盲孔而进入该凹穴。
14.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第二介电层包括一对准该凸块的第二盲孔，且该第二导线朝该第一垂直方向穿过该第二盲孔而延伸至该凸块，以电性连接该凸块。
15.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第二介电层包括一对准该被覆穿孔的第二盲孔，且该第二导线朝该第一垂直方向穿过该第二盲孔而延伸至一内部接垫，以电性连接该被覆穿孔。
16.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该被覆穿孔与该散热座保持距离。
17.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层与该第二介电层具有相同材料及相同厚度，该第一导线与该第二导线具有相同材料及相同厚度，该第一介电层与该第一导线具有面朝该第一垂直方向的平坦延长表面，而该第二介电层与该第二导线则具有面朝该第二垂直方向的平坦延长表面。
18.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸缘层、该基板、该第一介电层及该第二介电层延伸至该组件的外围边缘。
19.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该散热座更包括一基座，且(i)该凸块邻接该基座，并自该基座朝该第一垂直方向延伸，(ii)该基座自该凸块朝该第二垂直方向延伸，并于该第二垂直方向上覆盖该凸块，同时该基座自该凸块侧向延伸，(iii)该凸缘层与该基座保持距离，(iv)该凸块分隔该凹穴与该基座，(v)该黏着层接触该基座，并位于该基座与该凸缘层之间，且(iv)该第二介电层自该基座朝该第二垂直方向延伸。
20.如权利要求19所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块包含一邻接该基座的第一弯折角与一邻接该凸缘层的第二弯折角。
21.如权利要求19所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块与该黏着层于该基座处共平面。
22.如权利要求19所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第二介电层包括一对准该被覆穿孔的第二盲孔，且该第二导线朝该第一垂直方向穿过该第二盲孔而延伸至与该基座保持距离、共平面且于最靠近彼此处具有相同厚度的一内部接垫，以电性连接该被覆穿孔。
23.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，更包括：
一第一连接垫，其于该第一垂直方向上延伸至该第一导线或延伸于该第一导线外，并面朝该第一垂直方向，其中该第一导线提供该第一连接垫与该被覆穿孔间的电性连接；以及
一第二连接垫，其于该第二垂直方向上延伸至该第二导线或延伸于该第二导线外，并面朝该第二垂直方向，其中该第二导线提供该第二连接垫与该被覆穿孔间的电性连接。
24.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，更包括：
一第三介电层，其自该第一介电层及该第一导线朝该第一垂直方向延伸，且包括一对准该第一导线的第三盲孔；以及
一第三导线，其自该第三介电层朝该第一垂直方向延伸，并于该第三介电层上侧向延伸，同时朝该第二垂直方向穿过该第三盲孔而延伸至该第一导线，以电性连接该第一导线。
25.如权利要求1所述的散热增益型堆叠式半导体组件，更包括：
一第四介电层，其自该第二介电层及该第二导线朝该第二垂直方向延伸，且包括一对准该第二导线的第四盲孔；以及
一第四导线，其自该第四介电层朝该第二垂直方向延伸，并于该第四介电层上侧向延伸，同时朝该第一垂直方向穿过该第四盲孔而延伸至该第二导线，以电性连接该第二导线。
26.一种散热增益型堆叠式半导体组件，包括：
一散热座，其包括一凸块及一凸缘层，其中(i)该凸块邻接该凸缘层并与该凸缘层一体成形，且自该凸缘层朝第二垂直方向延伸，(ii)该凸缘层自该凸块朝垂直于该第二垂直方向的侧面方向侧向延伸，且(iii)该凸块具有一凹穴，其面朝相反于该第二垂直方向的第一垂直方向，且该凹穴于该第二垂直方向上是该凸块覆盖的，并于该凸缘层处设有一入口；
一黏着层，其包括一开口，其中该凸块延伸进入该开口，且该黏着层接触该凸块及该凸缘层，并侧向覆盖、包围且同形被覆该凸块的一侧壁，同时该黏着层自该凸块侧向延伸至该组件的外围边缘；
一半导体元件，其包括一接触垫且设置于该凸块上，并延伸进入该凹穴；
一第一介电层，其自该半导体元件及该凸缘层朝该第一垂直方向延伸，且朝该第一垂直方向延伸于该黏着层外并包括一对准该接触垫的第一盲孔；
一第一导线，其自该第一介电层朝该第一垂直方向延伸，并于该第一介电层上侧向延伸，同时朝该第二垂直方向穿过该第一盲孔而延伸至该接触垫，以电性连接该半导体元件；
一第二介电层，其朝该第二垂直方向延伸于该凸块及该黏着层外，并与该凸缘层及该第一介电层保持距离；
一第二导线，其自该第二介电层朝该第二垂直方向延伸，并于该第二介电层上侧向延伸；以及
一被覆穿孔，其延伸穿过该黏着层，以提供该第一导线与该第二导线间的电性连接。
27.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该半导体元件是位于该凹穴处并通过设置于该凹穴内的一固晶材料而热连结至该凸块。
28.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块具有一冲压而成的特有不规则厚度。
29.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块包含一邻接该第二介电层的第一弯折角与一邻接该凸缘层的第二弯折角。
30.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块与该黏着层于该第二介电层处共平面。
31.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凹穴朝该等垂直方向及该等侧面方向延伸跨越该凸块的大部分。
32.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸缘层接触该黏着层及该第一介电层，并介于该黏着层与该第一介电层之间。
33.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该黏着层接触并介于该第一介电层与该第二介电层之间，同时也接触该被覆穿孔，并与该第一导线及该第二导线保持距离。
34.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该黏着层于邻接该凸缘层处具有第一厚度，而于邻接该凸块处具有不同于该第一厚度的第二厚度。
35.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层更包括对准该凸缘层的另一第一盲孔，且该第一导线朝该第二垂直方向延伸穿过该另一第一盲孔，以电性连接该凸缘层。
36.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层更包括对准该被覆穿孔的另一第一盲孔，且该第一导线朝该第二垂直方向穿过该另一第一盲孔而延伸至与该凸缘层保持距离、共平面且具有相同厚度的一内部接垫，以电性连接该被覆穿孔。
37.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层更延伸进入该凹穴。
38.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一导线更延伸穿过该第一盲孔而进入该凹穴。
39.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第二介电层包括一对准该凸块的第二盲孔，且该第二导线朝该第一垂直方向穿过该第二盲孔而延伸至该凸块，以电性连接该凸块。
40.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第二介电层包括一对准该被覆穿孔的第二盲孔，且该第二导线朝该第一垂直方向穿过该第二盲孔而延伸至一内部接垫，以电性连接该被覆穿孔。
41.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该被覆穿孔与该散热座保持距离。
42.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第一介电层与该第二介电层具有相同材料及相同厚度，该第一导线与该第二导线具有相同材料及相同厚度，该第一介电层与该第一导线具有面朝该第一垂直方向的平坦延长表面，而该第二介电层与该第二导线则具有面朝该第二垂直方向的平坦延长表面。
43.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸缘层、该第一介电层及该第二介电层延伸至该组件的外围边缘。
44.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该散热座更包括一基座，且(i)该凸块邻接该基座，并自该基座朝该第一垂直方向延伸，(ii)该基座自该凸块朝该第二垂直方向延伸，并于该第二垂直方向上覆盖该凸块，同时该基座自该凸块侧向延伸，(iii)该凸缘层与该基座保持距离，(iv)该凸块分隔该凹穴与该基座，(v)该黏着层接触该基座，并位于该基座与该凸缘层之间，且(iv)该第二介电层自该基座朝该第二垂直方向延伸。
45.如权利要求44所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块包含一邻接该基座的第一弯折角与一邻接该凸缘层的第二弯折角。
46.如权利要求44所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该凸块与该黏着层于该基座处共平面。
47.如权利要求44所述的散热增益型堆叠式半导体组件，其中，该第二介电层包括一对准该被覆穿孔的第二盲孔，且该第二导线朝该第一垂直方向穿过该第二盲孔而延伸至与该基座保持距离、共平面且于最靠近彼此处具有相同厚度的一内部接垫，以电性连接该被覆穿孔。
48.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，更包括：
一第一连接垫，其于该第一垂直方向上延伸至该第一导线或延伸于该第一导线外，并面朝该第一垂直方向，其中该第一导线提供该第一连接垫与该被覆穿孔间的电性连接；以及
一第二连接垫，其于该第二垂直方向上延伸至该第二导线或延伸于该第二导线外，并面朝该第二垂直方向，其中该第二导线提供该第二连接垫与该被覆穿孔间的电性连接。
49.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，更包括：
一第三介电层，其自该第一介电层及该第一导线朝该第一垂直方向延伸，且包括一对准该第一导线的第三盲孔；以及
一第三导线，其自该第三介电层朝该第一垂直方向延伸，并于该第三介电层上侧向延伸，同时朝该第二垂直方向穿过该第三盲孔而延伸至该第一导线，以电性连接该第一导线。
50.如权利要求26所述的散热增益型堆叠式半导体组件，更包括：
一第四介电层，其自该第二介电层及该第二导线朝该第二垂直方向延伸，且包括一对准该第二导线的第四盲孔；以及
一第四导线，其自该第四介电层朝该第二垂直方向延伸，并于该第四介电层上侧向延伸，同时朝该第一垂直方向穿过该第四盲孔而延伸至该第二导线，以电性连接该第二导线。
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