CN116469870A - 中介层、半导体封装结构及其形成方法 - Google Patents

中介层、半导体封装结构及其形成方法 Download PDF

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CN116469870A CN202310383839.7A CN202310383839A CN116469870A CN 116469870 A CN116469870 A CN 116469870A CN 202310383839 A CN202310383839 A CN 202310383839A CN 116469870 A CN116469870 A CN 116469870A
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Abstract

本公开实施例提供一种中介层、半导体封装结构及其形成方法，其中，中介层用于传递半导体封装结构中多个堆叠结构之间的电信号，中介层包括：核心层和散热结构；核心层至少包括第一区域；散热结构至少沿第一方向贯穿第一区域；第一方向为核心层的厚度方向。

Description

中介层、半导体封装结构及其形成方法
技术领域
本公开涉及半导体封装技术领域，涉及但不限于一种中介层、半导体封装结构及其形成方法。
背景技术
随着集成度的不断增加，要求半导体器件的尺寸越来越小。目前，芯片可以通过多层堆叠的方式进行封装，以缩小封装结构的体积。然而，芯片在工作时，产生热量的区域较为集中，封装结构的散热性能差，影响封装结构的性能。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供中介层、半导体封装结构及其形成方法。
第一方面，本公开实施例提供一种中介层，用于传递半导体封装结构中多个堆叠结构之间的电信号，包括：核心层和散热结构；
所述核心层至少包括第一区域；
所述散热结构至少沿第一方向贯穿所述第一区域；所述第一方向为所述核心层的厚度方向。
在一些实施例中，所述散热结构包括：至少一个沿所述第一方向贯穿所述第一区域的散热柱；
多个所述散热柱在所述第一区域中均匀或非均匀地间隔排布。
在一些实施例中，所述散热结构还包括：第一散热层和/或第二散热层；
所述第一散热层覆盖所述散热柱顶表面，或者，覆盖所述散热柱和所述第一区域的顶表面；
所述第二散热层覆盖所述散热柱底表面，或者，覆盖所述散热柱和所述第一区域的底表面。
在一些实施例中，所述散热结构还包括：位于所述第一散热层表面的至少一个散热凸块；
多个所述散热凸块在所述第一散热层的表面间隔排布。
第二方面，本公开实施例提供一种半导体封装结构，包括：第一封装单元、如上述实施例中所述的中介层和第二封装单元；
所述第一封装单元、所述中介层和所述第二封装单元沿所述第一方向由下至上依次键合；其中，所述第一封装单元至少包括贴附于第一基板上的第一芯片；所述第一区域覆盖所述第一芯片；
所述散热结构位于所述第一芯片上。
在一些实施例中，还包括：导热层和第三散热层；其中，
所述导热层位于所述第一芯片与所述散热结构之间，且与所述第一芯片和所述散热结构直接热接触；
所述第三散热层位于所述中介层与所述第二封装单元之间，且与所述中介层和所述第二封装单元直接热接触。
第三方面，本公开实施例提供一种半导体封装结构的形成方法，包括：
提供第一封装单元、第二封装单元和中介层；其中，所述第一封装单元至少包括贴附于第一基板上的第一芯片；所述中介层至少包括核心层和散热结构，所述散热结构至少沿第一方向贯穿所述核心层的第一区域；
将所述中介层和所述第二封装单元依次堆叠至所述第一封装单元的表面；其中，所述第一区域覆盖所述第一芯片；
所述第一方向为所述第一基板的厚度方向。
在一些实施例中，所述中介层的形成方法包括：
提供核心层，所述核心层至少包括第一区域；
刻蚀所述第一区域，形成贯穿所述第一区域的至少一个盲孔结构；
在所述盲孔结构中形成散热柱；其中，所述散热柱构成所述散热结构。
在一些实施例中，所述中介层的形成方法还包括：
形成覆盖所述散热柱顶表面和所述第一区域顶表面的第一散热层，以及覆盖所述散热柱底表面和所述第一区域底表面的第二散热层；所述散热柱、所述第一散热层和所述第二散热层构成所述散热结构。
在一些实施例中，所述中介层的形成方法还包括：
在所述第一散热层的表面，形成散热凸块。
在一些实施例中，在所述中介层堆叠至所述第一封装单元的表面之前，所述方法还包括：
在所述第一芯片的表面形成导热层；所述导热层与所述第一芯片直接热接触。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在将所述第二封装单元堆叠至所述中介层之前，在所述中介层表面形成第三散热层；
或者，
在将所述第二封装单元堆叠至所述中介层之后，所述第二封装单元与所述中介层之间的空隙构成所述第三散热层。
本公开实施例提供一种中介层、半导体封装结构及其形成方法，其中，提供的中介层包括：核心层和散热结构；核心层至少包括第一区域；散热结构至少沿第一方向贯穿第一区域。由于在半导体封装结构中的中介层中设置了散热结构，如此，可以通过中介层中的散热结构将芯片发出的热量导出，从而减少了半导体封装结构中的热量的聚集，提高了半导体封装结构的性能。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为相关技术中半导体封装结构的结构示意图；
图2至图9为本公开实施例提供的中介层的结构示意图；
图10和图11为本公开实施例提供的半导体封装结构的结构示意图；
图12为本公开实施例提供的半导体封装结构的形成方法流程示意图；
图13至图21为本公开实施例提供的半导体封装结构形成过程中的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本公开必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
目前，POP(Package on Package)封装主要应用于手机和平板电脑的应用(Application Processor，AP)芯片。POP封装受限于封装结构和封装材料性能，导致芯片的散热性能较差，从而限制了芯片的最大功耗，最终使得封装结构的性能受限。
图1为相关技术中半导体封装结构的结构示意图，如图1所示，半导体封装结构100包括：芯片110和中介层(interposer)120。其中，芯片110和中介层120之间通常填充有塑封料130。由于塑封料130的导热性能差，使得芯片110在工作时产生的热量不易散出。
另外，中介层120的外表面通常形成有阻焊层140。由于阻焊层140的材料为有机高分子复合材料，进一步阻止了芯片110热量的散出，从而使得半导体封装结构100内部热量聚集，影响芯片110的性能。
基于此，本公开实施例提供一种中介层、半导体封装结构及其形成方法，其中，提供的中介层包括：核心层和散热结构；核心层至少包括第一区域；散热结构至少沿第一方向贯穿第一区域。由于在半导体封装结构中的中介层中设置了散热结构，如此，可以通过中介层中的散热结构将芯片发出的热量导出，从而减少了半导体封装结构中的热量的聚集，提高了半导体封装结构的性能。
下面，结合附图对本公开实施例中的中介层、半导体封装结构及其形成方法进行详细说明。
在一些实施例中，请参考图2至图9，其示出了本公开实施例提供的中介层的结构示意图。如图2至图9所示，中介层200包括：核心层210和散热结构220；核心层210至少包括第一区域A；散热结构220至少沿第一方向贯穿第一区域A。
需要说明的是，本公开实施例中的中介层200可以用于传递半导体封装结构中多个堆叠结构之间的电信号。这里，多个堆叠结构可以是多个芯片、电路板，或者，芯片和电路板；半导体封装结构可以是POP封装或者2.5D封装、3D封装等封装结构。通过中介层200可以提高半导体封装结构中的散热性能，进而提高半导体封装结构的可靠性。
本公开实施例中，中介层中的散热结构用于对待散热件进行散热处理，因此，散热结构位于待散热件的表面(或正上方)。这里，待散热件例如可以为芯片。
还需要说明的是，散热结构220沿第一方向贯穿第一区域A是指：散热结构220至少从第一区域A的顶表面连接至底表面。散热结构220贯穿第一区域A的部分可以是直线型、U型、L型或者曲线型。散热结构220的材料可以是铜、金、钴或者其他任意一种适合的导热材料。
值得注意的是，第一方向为核心层210的厚度方向，例如为图2至图9中的X轴方向。
本公开实施例中，核心层210的材料可以是任意合适的介电材料，可以是非有机介电材料，例如，硅、氧化硅或者氮化硅等，还可以是有机介电材料，例如有机聚合物，包括聚酰亚胺(Polyimide，PI)、苯并环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)或聚苯并二噁唑(Poly-p-phenylene benzobisoxazole，PBO)等。
本公开实施例中，核心层210可以是单层结构，还可以是多层堆叠结构。多层堆叠结构，可以均由非有机介电材料层堆叠而成，也可以同时包括有有机介电材料层和非有机介电材料层。
由于在半导体封装结构中的中介层中设置了散热结构，如此，可以通过中介层中的散热结构将芯片发出的热量导出，从而减少了半导体封装结构中的热量的聚集，提高了半导体封装结构的性能。
在一些实施例中，请继续参考图2至图9，核心层210还包括：位于第一区域A四周的第二区域B，第二区域B环绕第一区域A，即第一区域A和第二区域B共同构成核心层210。中介层200还包括：设置于第二区域B中的第一互连结构。作为示意，该实施例中，第一互连结构包括第一连接焊盘240和第一连接导线230；其中，第一连接导线230贯穿第二区域B，第一连接焊盘240位于第二区域B的顶表面和底表面上，且与第一连接导线230电连接。第一连接焊盘240用于与后续形成在中介层200之上或之下的封装单元电连接，且可以通过第一连接焊盘240和第一连接导线230实现不同封装单元之间的电连接。
需要说明的是，图2至图9中的结构仅为中介层200中第一互连结构的简单示意。在一些实施例中，所述第二区域B内的第一互连结构除了垂直于中介层200厚度方向(即X轴方向)的垂直互连柱之外，还可以包括平行于中介层200表面方向的水平互连线，以形成重布线结构。
本公开实施例中，第一互连结构中第一连接焊盘240和第一连接导线230的材料可以是任意一种导电性能较好的材料，例如，铜。
在一些实施例中，散热结构220、第一连接焊盘240和第一连接导线230的材料可以为同一种材料，例如为铜。这样，散热结构220、第一连接焊盘240和第一连接导线230可以同时形成，如此，可以简化中介层200制备工艺，节约成本。
在一些实施例中，请继续参考图2至图9，中介层200还包括：第一阻焊层250。第一阻焊层250覆盖核心层210的顶表面和底表面、且覆盖部分第一连接焊盘240。第一阻焊层250用于绝缘相邻的第一连接焊盘240，避免短路。第一阻焊层250可以由高分子复合材料组成。
在一些实施例中，请继续参见图2和图3，散热结构220包括：至少一个沿X轴方向贯穿第一区域A的散热柱220a；多个散热柱220a在第一区域A中均匀或非均匀地间隔排布。
具体地，请继续参见图2，散热结构220包括多个沿X轴方向贯穿第一区域A的散热柱220a；多个散热柱220a在第一区域A中均匀地间隔排布。这样，可以使得热量均匀的扩散出。
在其他实施例中，还可以根据热量集中的区域，将多个散热柱220a在第一区域A中非均匀设置。例如，当待散热件中心的产热大时，可以将散热结构220的中心区域的散热柱220a设置的密集一些，四周的散热柱220a的排布密度可以小于中心区域的散热柱220a的排布密度，这样，使得散热结构220在热量较高的区域散热较快，从而实现针对不同的区域具有不同的散热速率，提高散热结构220的散热效率。
请继续参见图3，散热结构220包括单个沿X轴方向贯穿第一区域A的散热柱220a。这样，可以使得散热结构220与待散热件的接触的区域更大，从而更有利于热量的散出。
在一些实施例中，请继续参见图4至图8，散热结构220还包括第一散热层220b和/或第二散热层220c；第一散热层220b覆盖散热柱220a顶表面，或者，覆盖散热柱220a和第一区域A的顶表面；第二散热层220c覆盖散热柱220a底表面，或者，覆盖散热柱220a和第一区域A的底表面。
具体地，请继续参见图4，散热结构220包括：第一散热层220b和多个散热柱220a；多个散热柱220a沿X轴方向贯穿第一区域A，且多个散热柱220a在第一区域A中均匀地间隔排布；第一散热层220b覆盖散热柱220a和第一区域A的顶表面。这样，通过第一散热层220b可以增大散热结构220的散热面积，更加有效的将热量传递出。且第一散热层220b覆盖第一区域A的表面，可以增大中介层的机械强度，提高用于半导体封装结构时的可靠性，改善翘曲等问题。
请继续参见图5，散热结构220包括第一散热层220b和多个散热柱220a；多个散热柱220a沿X轴方向贯穿第一区域A，且多个散热柱220a在第一区域A中均匀地间隔排布；第一散热层220b覆盖散热柱220a顶表面。这样，通过第一散热层220b可以增大散热结构220的散热面积，更加有效的将热量传递出。
请继续参见图6，散热结构220包括第二散热层220c和多个散热柱220a；多个散热柱220a沿X轴方向贯穿第一区域A，且多个散热柱220a在第一区域A中均匀地间隔排布；第二散热层220c覆盖散热柱220a和第一区域A的底表面。这样，不仅可以提高中介层200与待散热件的热接触面，使得待散热件的热量尽快传递至散热结构220，还可以使得待散热件的整个平面，具有较好的散热均匀性。
请继续参见图7和图8，散热结构220包括：第一散热层220b、第二散热层220c和多个散热柱220a；多个散热柱220a沿X轴方向贯穿第一区域A，且多个散热柱220a在第一区域A中均匀地间隔排布；第一散热层220b覆盖散热柱220a和第一区域A的顶表面；第二散热层220c覆盖散热柱220a和第一区域A的底表面。这样，不仅可以使得中介层200中的散热结构220与待散热件的热接触的面积更大，使得待散热件的热量尽快传递至散热结构220，有利于将热量传递扩散出，还可以通过第一散热层220b和第二散热层220c增大中介层的机械强度，提高用于半导体封装结构时的可靠性，改善翘曲等问题。
在一些实施例中，请继续参考图2至图7，第二区域B在X轴方向的尺寸可以等于第一区域A在X轴方向上的尺寸。这样，第一区域A和第二区域B可以同时制备，从而可以简化核心层210的制备工艺，减少成本。
在其它实施例中，第二区域B在X轴方向的尺寸d2可以大于第一区域A在X轴方向上的尺寸d1(如图8所示)。这样，在保持中介层200的最大厚度不变的情况下，可以将第一散热层220b和/或第二散热层220c的厚度设置的更厚，更有利于热量传递和散热。
在其它实施例中，在图8所示的散热结构220的基础上，第一散热层220b和第二散热层220c的表面可以与第二区域B的表面齐平。这样，可以进一步缩小中介层的厚度，进而缩小后续形成的半导体封装结构的尺寸。
需要说明的是，第一散热层220b和第二散热层220c的表面可以与第二区域B的表面齐平，可以包括以下两种情况：第一种，第一散热层220b和第二散热层220c的表面可以与第二区域B中核心层210的表面齐平；第二种，第一散热层220b和第二散热层220c的表面可以与第二区域B中核心层210表面的第一阻焊层250的表面齐平。
在一些实施例中，请继续参考图9，散热结构220还包括：位于第一散热层220b表面的至少一个散热凸块220d；多个散热凸块220d在第一散热层220b的表面间隔排布。
本公开实施例中，通过在第一散热层220b表面设置散热凸块220d，可以使得散热结构220散热面积更大，从而有利于热量的散出。
在一些实施例中，多个散热凸块220d在第一散热层220b的表面均匀间隔排布。这样，不仅可以使得待散热件的热量可以均匀的扩散出，还可以使得待散热件的整个平面，具有较好的散热均匀性。
在一些实施例中，散热凸块220d可以是圆柱凸起、球状凸起或者其他可以实现的形状，本公开对此并不限定。
在一些实施例中，散热凸块220d可以和散热层(第一散热层220b和/或第二散热层220c)的材料可以不同，例如，散热凸块220d的材料可以是锡，散热层的材料可以是铜；或者，散热凸块220d可以和散热层(第一散热层220b和/或第二散热层220c)的材料可以相同，例如，散热凸块220d和散热层的材料均可以是铜。
需要说明的是，在其他实施例中，多个散热凸块220d可以在第一散热层220b的表面不均匀间隔排布。例如，当待散热件中心的产热大时，可以将散热结构220中心区域的散热凸块220d设置的密集一些，四周的散热凸块220d的排布密度可以小于中心区域的散热凸块220d的排布密度，这样，使得散热结构220在热量较高的区域具有较大的散热面积，从而实现针对不同的区域具有不同的散热速率，提高散热结构220的散热效率。
还需要说明的是，本公开实施例中仅例举了部分具有代表性的实施例，实际上还包括其他可行性的实施例，例如为上述实施例的组合，这里不进行一一限定，任何基于本申请实施例所做的合理的变换，都属于本申请实施例的保护范围。
在本公开的另一实施例中，请参考图10和图11，其示出了一种半导体封装结构的结构示意图。如图10和图11所示，半导体封装结构300包括：第一封装单元310、上述实施例中的中介层200和第二封装单元330；第一封装单元310、中介层200和第二封装单元330沿X轴方向由下至上依次键合；其中，第一封装单元310至少包括贴附于第一基板312上的第一芯片311；第一区域A覆盖第一芯片311。
需要说明的是，本公开实施例图10中，中介层200的具体结构可以参考上述实施例中的图7；本公开实施例图11中，中介层200的具体结构可以参考上述实施例中的图9，这里不再详细描述。
还需要说明的是，本公开实施例中的中介层200的结构还可以是上述实施例中的任意一种，这里不作限定。
在一些实施例中，请继续参见图10和图11，第二封装单元330至少包括贴附于第二基板332上的第二芯片331。
其中，第一基板312和第二基板332可以是无机封装基板或有机封装基板。第一芯片311和第二芯片331可以是系统级芯片(System on Chip，SOC)或存储芯片；其中，存储芯片包括静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)芯片、动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)芯片、相变存储器(Phase-Change Memory，PCM)芯片、NAND Flash(闪存)芯片或者Nor Flash芯片。需要说明的是，第一芯片311与第二芯片331可以不同。
在一个实施例中，第一芯片311可以为SOC芯片，功耗较大，工作过程中会产生较大的热量；第二芯片331可以为存储芯片。这样，由于第一芯片311产热大于第二芯片331，将散热结构和第一芯片311设置的更近，有利于第一芯片311热量的散出。
在其他实施例中，当第二芯片331的产热大于第一芯片311时，散热结构可以反过来设置。例如，可以将图9中的散热结构220反过来设置，即散热凸块220d设置在靠近第一芯片311一侧，这样，可以使得热量从第二芯片331散出，提高了半导体封装结构300整体的散热。
需要说明的是，第一芯片311与第一基板312电连接。具体地，第一芯片311可以是以倒装的方式焊接于第一基板312表面，或者，第一芯片311可以与第一基板312以打金线的方式电连接。
还需要说明的是，第二芯片331与第二基板332电连接。具体地，第二芯片331可以是以倒装的方式焊接于第二基板332表面，或者，第二芯片331可以与第二基板332以打金线的方式电连接。
在一些实施例中，请继续参见图10和图11，散热结构位于第一芯片311上。具体地，散热结构位于第一芯片311的表面上，或者，散热结构位于第一芯片311的正上方、且不与第一芯片311接触。这样，可以通过散热结构对第一芯片311进行有效地散热处理。
在一些实施例中，请继续参见图10和图11，半导体封装结构300还包括：导热层340；导热层340位于第一芯片311与散热结构之间，且与第一芯片311和散热结构直接热接触。导热层340用于直接将第一芯片311的热量传递至散热结构，如此，可以提高热量传递的速度，使得第一芯片311上的热量能够有效散出。
在一些实施例中，导热层340的材料可以是热界面材料(Thermal InterfaceMaterials，TIM)，TIM的主要成分可以包括有机导热胶和金属粉。
在一些实施例中，请继续参见图10和图11，半导体封装结构300还包括：第三散热层350；第三散热层350位于中介层200与第二封装单元330之间，且与中介层200和第二封装单元330直接热接触。第三散热层350可以将散热结构内部的热量导出，从而间接地实现将第一芯片上的热量导出，提高半导体封装结构的可靠性。
在一些实施例中，第三散热层350可以是空隙，也可以是任意一种适合的高导热材料层，例如，第三散热层350为导体层或者导热胶层，其中，导体层的材料可以包括铜、金、钴或者其他任意一种适合的导体材料。
需要说明的是，当第三散热层350为导体层时，第三散热层350需要与焊球、以及中介层200表面的水平互连线之间进行绝缘，以防止半导体封装结构短路。
在一些实施例中，请继续参考图10和图11，第一封装单元310还包括：第二互连结构和第二阻焊层251；作为示意，该实施例中，第二互连结构包括第二连接焊盘241和第二连接导线231。其中，第二连接导线231贯穿第一基板312，第二连接焊盘241位于第一基板312的顶表面和底表面上，且与第二连接导线231电连接。第二连接焊盘241用于与后续形成在第一封装单元310之上或之下的中介层的电连接，且可以通过第二连接焊盘241和第二连接导线231实现不同封装单元之间的电连接。
需要说明的是，图10和图11中的结构仅为第一封装单元310中第二互连结构的简单示意。在一些实施例中，第二互连结构除了垂直于第一封装单元310厚度方向(X轴方向)的垂直互连柱之外，还可以包括平行于第一封装单元310表面方向的水平互连线，以形成重布线结构。
本公开实施例中，请继续参考图10和图11，第一封装单元310还包括：位于第一基板312与第一芯片311之间的粘合层313。粘合层313的材料可以是模压树脂，例如为环氧树脂、环氧树脂与氧化铝的复合物、环氧树脂与二氧化硅的复合物等等。粘合层313填充于第一芯片311和第一基板312之间，用于固定第一芯片311，同时保护第一芯片311与第一基板312之间的倒装焊连接结构的可靠性。
在一些实施例中，请继续参考图10和图11，第二封装单元330还包括：第三互连结构和第三阻焊层252；作为示意，该实施例中，第三互连结构包括第三连接焊盘242和第三连接导线232。其中，第三连接导线232贯穿第二基板332，第三连接焊盘242位于第二基板332的顶表面和底表面上，且与第三连接导线232电连接。第三连接焊盘242用于与后续形成在第二封装单元330之上或之下的中介层的电连接，且可以通过第三连接焊盘242和第三连接导线232实现不同封装单元之间的电连接。
需要说明的是，图10和图11中的结构仅为第二封装单元330中第三互连结构的简单示意。在一些实施例中，第三互连结构除了垂直于第二封装单元330厚度方向的垂直互连柱之外，还可以包括平行于第二封装单元330表面方向的水平互连线，以形成重布线结构。
在一些实施例中，请继续参考图10和图11，半导体封装结构300还包括：位于第一连接焊盘240、第二连接焊盘241和第三连接焊盘242表面的连接元件360。通过连接元件360使得第一封装单元310、中介层200和第二封装单元330沿X轴方向由下至上依次键合，这里，连接元件360可以是焊球，例如为锡球。
本公开实施例中提供的半导体封装结构包括上述实施例中的中介层，由于中介层中设置有散热结构，如此，可以通过中介层中的散热结构将芯片发出的热量导出，从而减少了半导体封装结构中的热量的聚集，提高了半导体封装结构的性能。
下表1示出了不同材料的导热系数对比：
表1不同材料的导热系数
材料 塑封料 阻焊层 铜 TIM
导热系数(瓦/米·度) 0.7～0.9 0.2 400 3.8～4.7
通过上表可以看出，铜的导热系数最大，导热效果最好，TIM次之，阻焊层和塑封料的导热系数较小，导热效果较差，因此，本公实施例中可以采用铜形成散热结构220，也可以采用铜或者TIM作为第三散热层350。这样，可以实现更好的散热效果。
本公开的又一实施例中，请参考图12，其示出了一种半导体封装结构的形成方法，请参考图13至图21，其示出了上述实施例中图10和图11所示的半导体封装结构300形成过程中的结构示意图。下面结合图12至图21对半导体封装结构300的形成过程进行详细说明。
如图12所示，半导体封装结构300的形成方法包括步骤S101和步骤S102。
首先，参考图12至图21，执行步骤S101，提供第一封装单元310、第二封装单元330和中介层200；其中，第一封装单元310至少包括贴附于第一基板312上的第一芯片311；中介层200至少包括核心层210和散热结构220，散热结构220至少沿X轴方向贯穿核心层210的第一区域A。
在一些实施例中，请继续参考图13，提供第一封装单元310包括以下步骤一和步骤二。
步骤一、提供第一基板312和第一芯片311；其中，第一基板312包括第二连接焊盘241、第二连接导线231、第二阻焊层251和连接元件360。
步骤二、将第一芯片311固定于第一基板312上。
实施时，将第一芯片311以倒装的方式通过粘合层313固定于第一基板312的顶表面，并通过键合或焊接等方式将第一芯片311的焊接结构315与第一基板312顶表面的第二连接焊盘241键合。
在一些实施例中，请继续参考图14，提供第二封装单元330包括以下步骤三和步骤四。
步骤三、提供第二基板332和第二芯片331；其中，第二基板332包括第三连接焊盘242、第三连接导线232、第三阻焊层252和连接元件360。
步骤四、将第二芯片331固定于第二基板332上。
实施时，将第二芯片331以倒装的方式通过粘合层(未示出)固定于第二基板332的顶表面，并通过键合或焊接等方式将第二芯片331的焊接结构(未示出)与第二基板332顶表面的第三连接焊盘242键合。
在一些实施例中，请参考图15至图16，中介层200的形成方法包括以下步骤1至步骤3。
步骤1、提供核心层210，核心层210至少包括第一区域A；
步骤2、刻蚀第一区域A，形成贯穿第一区域A的至少一个盲孔结构；
步骤3、在盲孔结构中形成散热柱220a；其中，散热柱220a构成散热结构220。
实施时，首先，提供如图15所示的核心层210，核心层210包括第一区域A和第二区域B；在核心层210的顶表面和底表面电镀金属材料，形成如图15所示的第一种子层410和第二种子层420。其中，金属材料可以是铜。
需要说明的是，本公开实施例中第一区域A在X轴方向的尺寸d1等于第二区域B在X轴方向的尺寸d2；在其他实施例中，可以通过对第一区域A进行刻蚀，以减薄第一区域A的尺寸d1，使得第二区域B在X轴方向的尺寸d2大于第一区域A在X轴方向上的尺寸d1，如此，可以形成如图8所示的中介层200。
在一些实施例中，在形成第一种子层410和第二种子层420之后，可以通过高温烘烤去除第一种子层410和第二种子层420表面的水汽，以便于后续工艺进程。
接下来，刻蚀第一种子层410和核心层210，形成如图16所示的位于第一区域A和第二区域B中的多个盲孔结构C。本公开实施例中，可以采用任意一种适合的方法刻蚀第一种子层410和核心层210，例如，等离子刻蚀或者激光刻蚀。
最后，以第一种子层410和第二种子层420为生长基底，形成初始散热结构，其中，初始散热结构位于盲孔结构C中、且覆盖第一区域A的顶表面和底表面；回刻初始散热结构，直至暴露出核心层210以及位于盲孔结构C中的初始散热结构，形成位于第一区域A中的散热柱220a以及位于和第二区域B中的第一连接导线230(请参考图2进行理解)；散热柱220a构成如图2所示的散热结构220。
本公开实施例中，可以通过图形电镀工艺形成初始散热结构，可以通过湿法刻蚀、干法刻蚀或者平坦化等工艺回刻初始散热结构，形成具有平整表面的散热结构220。
需要说明的是，在其他实施例中，也可以在第一区域A中形成一个盲孔结构C，在盲孔结构C中形成如图3所示的散热结构220。
在一些实施例中，请继续参考图17，中介层200的形成方法还包括：形成覆盖散热柱220a顶表面和第一区域A顶表面的第一散热层220b，以及覆盖散热柱220a底表面和第一区域A底表面的第二散热层220c；散热柱220a、第一散热层220b和第二散热层220c构成散热结构220。
在一些实施例中，在形成初始散热结构之后，方法还包括：沿初始散热结构顶表面和底表面为刻蚀起点，回刻部分初始散热结构，形成如图17所示的散热柱220a、第一散热层220b和第二散热层220c。其中，散热柱220a、第一散热层220b和第二散热层220c构成如图10中的散热结构220。
在一些实施例中，还可以直接对初始散热结构进行平坦化处理，形成如图17所示的散热柱220a、第一散热层220b和第二散热层220c。
需要说明的是，在形成第一散热层220b和第二散热层220c的同时，还形成了形成位于第二区域B的第一连接焊盘240。
还需要说明的是，在其他实施例中，形成的散热结构220还可以包括：形成第一散热层220b和/或第二散热层220c；第一散热层220b覆盖散热柱220a顶表面，或者，覆盖散热柱220a和第一区域A的顶表面；第二散热层220c覆盖散热柱220a底表面，或者，覆盖散热柱220a和第一区域A的底表面。
在一些实施例中，请参考图18，中介层200的形成方法还包括：在第一散热层220b的表面，形成散热凸块220d；散热柱220a、第一散热层220b、第二散热层220c和散热凸块220d构成如图11中的散热结构220。
实施时，在形成初始散热结构之后，回刻初始散热结构，形成如图18所示的散热凸块220d、散热柱220a、第一散热层220b和第二散热层220c。其中，散热凸块220d、散热柱220a、第一散热层220b和第二散热层220c构成如图11中的散热结构220。
在一些实施例中，散热柱220a、第一散热层220b、第二散热层220c和散热凸块220d还可以通过以下步骤形成：在上述步骤2之后，首先，可以在刻蚀孔C中沉积或者电镀金属材料，形成位于第一区域A中的散热柱220a；接下来，可以通过光成像工序暴露出位于第一区域A表面(即顶表面和底表面)的第一种子层410、第二种子层420和散热柱220a，在暴露的第一种子层410、第二种子层420和散热柱220a的表面，通过电镀工艺生长出如图17所示的第一散热层220b和第二散热层220c。最后，以第一散热层220b为生长基底，在第一散热层220b表面生长如图18所示的散热凸块220d。
需要说明的是，在其它实施例中，散热凸块220d也可以通过刻蚀工艺形成。例如，可以在低于第一散热层220b的表面形成一整层结构，然后，对该整层结构进行刻蚀处理，形成散热凸块220d。
本公开实施例中，在形成散热结构220之后，中介层200的形成方法还包括以下步骤：
首先，去除暴露出的第一种子层410和第二种子层420，形成如图19所示的结构。
接下来，形成位于核心层210的顶表面和底表面，且暴露出部分第一连接导线230的第一阻焊层250(请参考图20)；
最后，对中介层200进行表面处理。例如，电镀镍、金，或者，化学镀镍、钯、金。
在一些实施例中，请参考图21，在将中介层200堆叠至第一封装单元310的表面之前，半导体封装结构300的方法还包括：在第一芯片311的表面形成导热层340；导热层340与第一芯片直接热接触。
实施时，可以在第一芯片311的表面涂布第一导热材料，形成第一导热层340；其中，导热材料可以是TIM，或者其他任意一种适合的材料。
在一些实施例中，半导体封装结构300的方法还包括：在将第二封装单元330堆叠至中介层200上之前，在中介层200的表面沉积第二导热材料，形成第三散热层350；第二导热材料可以是任意一种适合的高导热材料。
在其他实施例中，还可以不在中介层200的表面沉积第二导热材料，直接将中介层200与第二封装单元330键合，此时，中介层200和第二封装单元330之间的间隙可以构成第三散热层350。
接下来，参考图12、图11和图21，执行步骤S102，将中介层200和第二封装单元330依次堆叠至第一封装单元310的表面；其中，第一区域A覆盖第一芯片。
本公开实施例中，请参考图11，可以使用热压键合(thermal compressionbonding，TCB)工艺将中介层200通过连接元件360焊接第一封装单元310上，实现中介层200和第一封装单元310的互联；接下来，可以通过表面贴装技术(Surface MountedTechnology，SMT)将第二封装单元330通过连接元件360焊接至中介层200的表面。其中，在中介层200和第一封装单元310的互联之后，可以使用塑封料130填充中介层200和第一封装单元310之间的空隙。
需要说明的是，中介层200可以是上述实施例中的任意一种，例如，当中介层200为图7所示的结构时，可以形成如图10所示的半导体封装结构。
在一些实施例中，请参考图21，在将中介层200堆叠至第一封装单元310的表面之前，半导体封装结构300的方法还包括：在第一芯片311的表面形成导热层340；导热层340与第一芯片直接热接触。
实施时，可以在第一芯片311的表面涂布第一导热材料，形成第一导热层340；其中，导热材料可以是TIM，或者其他任意一种适合的材料。
本公开实施例中，可以通过热压键合(Thermal Compression Bonding，TCB)工艺将中介层200和第二封装单元330通过连接元件360依次堆叠至第一封装单元310，实现第一封装单元310、中介层200和第二封装单元330之间的电连接。
在一些实施例中，半导体封装结构300的方法还包括：在将第二封装单元330堆叠至中介层200上之前，在中介层200的表面沉积第二导热材料，形成第三散热层350；第二导热材料可以是任意一种适合的高导热材料。
在其他实施例中，还可以不在中介层200的表面沉积第二导热材料，直接将中介层200与第二封装单元330键合，此时，中介层200和第二封装单元330之间的间隙可以构成第三散热层350。
本公开实施例形成的半导体封装结构与上述实施例中的半导体封装结构类似，对于本公开实施例未详尽披露的技术特征，请参照上述实施例进行理解，这里，不再赘述。
本公开实施例提供的半导体封装结构包括中介层，中介层具有散热结构，由于散热结构位于第一芯片上，如此，可以通过散热结构对第一芯片进行散热处理，提高所形成的半导体封装结构的性能。
在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过非目标的方式实现。以上所描述的结构实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合。
本公开所提供的几个方法或结构实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或结构实施例。
以上，仅为本公开的一些实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种中介层，用于传递半导体封装结构中多个堆叠结构之间的电信号，包括：核心层和散热结构；
所述核心层至少包括第一区域；
所述散热结构至少沿第一方向贯穿所述第一区域；所述第一方向为所述核心层的厚度方向。
2.根据权利要求1所述的中介层，所述散热结构包括：至少一个沿所述第一方向贯穿所述第一区域的散热柱；
多个所述散热柱在所述第一区域中均匀或非均匀地间隔排布。
3.根据权利要求2所述的中介层，所述散热结构还包括：第一散热层和/或第二散热层；
所述第一散热层覆盖所述散热柱顶表面，或者，覆盖所述散热柱和所述第一区域的顶表面；
所述第二散热层覆盖所述散热柱底表面，或者，覆盖所述散热柱和所述第一区域的底表面。
4.根据权利要求3所述的中介层，所述散热结构还包括：位于所述第一散热层表面的至少一个散热凸块；
多个所述散热凸块在所述第一散热层的表面间隔排布。
5.一种半导体封装结构，包括：第一封装单元、如权利要求1至4任一项所述的中介层和第二封装单元；
所述第一封装单元、所述中介层和所述第二封装单元沿所述第一方向由下至上依次键合；其中，所述第一封装单元至少包括贴附于第一基板上的第一芯片；所述第一区域覆盖所述第一芯片；
所述散热结构位于所述第一芯片上。
6.根据权利要求5所述的半导体封装结构，还包括：导热层和第三散热层；其中，
所述导热层位于所述第一芯片与所述散热结构之间，且与所述第一芯片和所述散热结构直接热接触；
所述第三散热层位于所述中介层与所述第二封装单元之间，且与所述中介层和所述第二封装单元直接热接触。
7.一种半导体封装结构的形成方法，所述方法包括：
提供第一封装单元、第二封装单元和中介层；其中，所述第一封装单元至少包括贴附于第一基板上的第一芯片；所述中介层至少包括核心层和散热结构，所述散热结构至少沿第一方向贯穿所述核心层的第一区域；
将所述中介层和所述第二封装单元依次堆叠至所述第一封装单元的表面；其中，所述第一区域覆盖所述第一芯片；
所述第一方向为所述第一基板的厚度方向。
8.根据权利要求7所述的方法，所述中介层的形成方法包括：
提供核心层，所述核心层至少包括第一区域；
刻蚀所述第一区域，形成贯穿所述第一区域的至少一个盲孔结构；
在所述盲孔结构中形成散热柱；其中，所述散热柱构成所述散热结构。
9.根据权利要求8所述的方法，所述中介层的形成方法还包括：
形成覆盖所述散热柱顶表面和所述第一区域顶表面的第一散热层，以及覆盖所述散热柱底表面和所述第一区域底表面的第二散热层；所述散热柱、所述第一散热层和所述第二散热层构成所述散热结构。
10.根据权利要求9所述的方法，所述中介层的形成方法还包括：
在所述第一散热层的表面，形成散热凸块。
11.根据权利要求7至10任一项所述的方法，在所述中介层堆叠至所述第一封装单元的表面之前，所述方法还包括：
在所述第一芯片的表面形成导热层；所述导热层与所述第一芯片直接热接触。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
在将所述第二封装单元堆叠至所述中介层之前，在所述中介层表面形成第三散热层；
或者，
在将所述第二封装单元堆叠至所述中介层之后，所述第二封装单元与所述中介层之间的空隙构成所述第三散热层。
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