DE102019121149A1 - Integriertes schaltungs-package und verfahren - Google Patents

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openings
package component
stiffness
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Shu-Rong Chun
Kuo Lung Pan
Pei-Hsuan Lee
Chien Ling Hwang
Yu-Chia Lai
Tin-Hao Kuo
Hao-Yi Tsai
Chen-Hua Yu
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung Folgendes auf: eine Package-Komponente mit integrierten Schaltungs-Dies, einem Verkapselungsmaterial um die integrierten Schaltungs-Dies, einer Umverteilungsstruktur über dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies, und Sockeln über der Umverteilungsstruktur; eine mechanische Verstrebung, die physisch mit den Sockeln verbunden ist, wobei die mechanische Verstrebung Öffnungen aufweist, wobei jede der Öffnungen einen jeweiligen der Sockel freilegt; ein thermisches Modul, das physisch und thermisch mit dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies verbunden ist; und Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die mechanische Verstrebung und die Package-Komponente erstrecken.

Description

  • Prioritätsanspruch und Querverweis
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Dezember 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 62/784.941, die durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Hintergrund
  • Mit der Entwicklung von Halbleitertechnologien werden Integrierte Schaltungs-Dies immer kleiner. Außerdem werden mehr Funktionen in die Dies integriert. Dementsprechend hat die Anzahl von Eingangs-/Ausgangs(E/A)-Pads, die für die Dies benötigt werden, zugenommen, während die für die E/A-Pads verfügbare Fläche kleiner geworden ist. Die Dichte der E/A-Pads ist im Laufe der Zeit rasch gestiegen, was die Schwierigkeit des Die-Packaging erhöht hat.
  • Bei einigen Packaging-Technologien werden integrierte Schaltungs-Dies von Wafern vereinzelt, bevor sie verkappt werden. Ein Vorteil dieser Packaging-Technologie ist die Möglichkeit, Fan-out-Packages herzustellen, bei denen die E/A-Pads auf einem Die auf eine größere Fläche verteilt werden können. Dadurch kann die Anzahl von E/A-Pads auf den Oberflächen der Dies erhöht werden.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 zeigt eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungs-Dies gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 2 bis 11 zeigen verschiedene Darstellungen von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung einer Package-Komponente, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 12 und 13 zeigen verschiedene Darstellungen eines Prozesses zum Fixieren einer Package-Komponente zwischen einem thermischen Modul und einer mechanischen Verstrebung, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 14 und 15 zeigen Aspekte einer mechanischen Verstrebung, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 16A bis 16C sind Top-Down-Ansichten einer mechanischen Verstrebung, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 17A bis 17C sind Top-Down-Ansichten einer mechanischen Verstrebung, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 18A bis 18C sind Top-Down-Ansichten einer mechanischen Verstrebung, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 19 zeigt eine Schnittansicht einer Modul-Installation in einer System-auf-Wafer-Einheit, gemäß einigen Ausführungsformen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so hergestellt werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
  • Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird eine System-auf-Wafer-Einheit durch Festklemmen einer Package-Struktur zwischen einem thermischen Modul und einer mechanischen Verstrebung hergestellt. Die mechanische Verstrebung weist eine steife Schicht und eine weiche Schicht auf. Die steife Schicht stützt die System-auf-Wafer-Einheit mechanisch ab, sodass eine Durchbiegung verringert wird. Die weiche Schicht ist zwischen der steifen Schicht und der Package-Struktur angeordnet und passt sich an darunter befindliche Strukturelemente an, wie etwa Strukturelemente der Package-Struktur. Die weiche Schicht trägt zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit des Drucks bei, der von der mechanischen Verstrebung auf das thermische Modul und die Package-Struktur aufgebracht wird. Dadurch kann die Wärme-Abführung von der Einheit verbessert werden.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungs-Dies 50 gemäß einigen Ausführungsformen. Der integrierte Schaltungs-Die 50 wird bei der späteren Bearbeitung zu einem integrierten Schaltungs-Package verkappt. Der integrierte Schaltungs-Die 50 kann Folgendes sein: ein Logik-Die, z. B. ein Hauptprozessor (CPU), ein Grafikprozessor (GPU), ein Ein-Chip-System (SoC), ein Anwendungsprozessor (AP), ein Microcontroller usw.; ein Speicher-Die, z. B. ein DRAM-Die (DRAM: dynamischer Direktzugriffsspeicher), ein SRAM-Die (SRAM: statischer Direktzugriffsspeicher) usw.; ein Power-Management-Die, z. B. ein PMIC-Die (PMIC: integrierter Power-Management-Schaltkreis); ein Hochfrequenz-Die (HF-Die); ein Sensor-Die; ein MEMS-Die (MEMS: mikroelektromechanisches System); ein Signalverarbeitungs-Die, z. B. ein DSP-Die (DSP: digitale Signalverarbeitung); ein Front-End-Die, z. B. ein analoger Front-End-Die (AFE-Die); ein ASIC-Die (ASIC: anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis); ein Universalschaltkreis (FPGA) oder dergleichen oder eine Kombination davon.
  • Der integrierte Schaltungs-Die 50 kann in einem Wafer hergestellt werden, der unterschiedliche Bauelementbereiche aufweisen kann, die in späteren Schritten vereinzelt werden, um eine Mehrzahl von integrierten Schaltungs-Dies herzustellen. Der integrierte Schaltungs-Die 50 kann mit geeigneten Herstellungsprozessen bearbeitet werden, um integrierte Schaltkreise herzustellen. Der integrierte Schaltungs-Die 50 weist zum Beispiel ein Halbleitersubstrat 52, wie etwa Silizium, das dotiert oder undotiert ist, oder eine aktive Schicht eines Halbleiter-auf-Isolator(SOI)-Substrats auf. Das Halbleitersubstrat 52 kann Folgendes umfassen: andere Halbleitermaterialien, wie etwa Germanium; einen Verbindungshalbleiter, wie etwa Siliziumcarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter, wie etwa SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP; oder Kombinationen davon. Andere Substrate, wie etwa mehrschichtige oder Gradient-Substrate, können ebenfalls verwendet werden. Das Halbleitersubstrat 52 hat eine aktive Seite (z. B. die Seite, die in 1 nach oben zeigt), die gelegentlich als eine Vorderseite bezeichnet wird, und eine inaktive Seite (z. B. die Seite, die in 1 nach unten zeigt), die gelegentlich als eine Rückseite bezeichnet wird. Auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats 52 können Bauelemente hergestellt werden. Die Bauelemente können aktive Bauelemente (z. B. Transistoren, Dioden usw.), Kondensatoren, Widerstände usw. sein. Über der Vorderseite des Halbleitersubstrats 52 ist eine Verbindungsstruktur angeordnet, die die Bauelemente miteinander verbindet, sodass ein integrierter Schaltkreis entsteht. Die Verbindungsstruktur kann zum Beispiel von Metallisierungsstrukturen in dielektrischen Schichten auf dem Halbleitersubstrat 52 gebildet werden. Die Metallisierungsstrukturen umfassen Metallleitungen und Durchkontaktierungen, die in einer oder mehreren dielektrischen Low-k-Schichten hergestellt sind. Die Metallisierungsstrukturen der Verbindungsstruktur sind mit den Bauelementen des Halbleitersubstrats 52 elektrisch verbunden.
  • Der integrierte Schaltungs-Die 50 weist weiterhin Pads 62, wie etwa Aluminiumpads, auf, zu denen Außenanschlüsse hergestellt werden. Die Pads 62 sind auf der aktiven Seite des integrierten Schaltungs-Dies 50, wie etwa in und/oder auf der Verbindungsstruktur, angeordnet. Eine oder mehrere Passivierungsschichten 64 sind auf dem integrierten Schaltungs-Die 50, wie etwa auf Teilen der Verbindungsstruktur und den Pads 62, angeordnet. Öffnungen erstrecken sich durch die Passivierungsschichten 64 bis zu den Pads 62. Die-Verbindungselemente 66, wie etwa leitfähige Säulen (die zum Beispiel aus einem Metall wie Kupfer hergestellt sind), erstrecken sich durch die Öffnungen in den Passivierungsschichten 64 und sind physisch und elektrisch mit jeweiligen der Pads 62 verbunden. Die Die-Verbindungselemente 66 können zum Beispiel durch Plattieren oder dergleichen hergestellt werden. Die Die-Verbindungselemente 66 verbinden die jeweiligen integrierten Schaltkreise des integrierten Schaltungs-Dies 50 elektrisch.
  • Optional können Lotbereiche (z. B. Lotkugeln oder Lötkontakthügel) auf den Pads 62 angeordnet werden. Die Lotkugeln können zum Durchführen einer Chipsondenprüfung (CP-Prüfung) an dem integrierten Schaltungs-Die 50 verwendet werden. Die CP-Prüfung kann an dem integrierten Schaltungs-Die 50 durchgeführt werden, um zu ermitteln, ob der integrierte Schaltungs-Die 50 ein erwiesenermaßen guter Die (KGD) ist. Somit werden nur integrierte Schaltungs-Dies 50, die KGDs sind, weiterbearbeitet und verkappt, und Dies, die die CP-Prüfung nicht bestehen, werden nicht verkappt. Nach der Prüfung können die Lotbereiche in späteren Bearbeitungsschritten entfernt werden.
  • Auf der aktiven Seite des integrierten Schaltungs-Dies 50, wie etwa auf den Passivierungsschichten 64 und den Die-Verbindungselementen 66, kann eine dielektrische Schicht 68 hergestellt werden (oder auch nicht). Die dielektrische Schicht 68 verkapselt die Die-Verbindungselemente 66 seitlich und grenzt seitlich an den integrierten Schaltungs-Die 50 an. Zunächst kann die dielektrische Schicht 68 die Die-Verbindungselemente 66 verdecken, sodass sich die Oberseite der dielektrischen Schicht 68 über den Oberseiten der Die-Verbindungselemente 66 befindet. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen Lotbereiche auf den Die-Verbindungselementen 66 angeordnet sind, kann die dielektrische Schicht 68 auch die Lotbereiche verdecken. Alternativ können die Lotbereiche vor dem Herstellen der dielektrischen Schicht 68 entfernt werden.
  • Die dielektrische Schicht 68 kann ein Polymer, wie etwa Polybenzoxazol (PBO), Polyimid, Benzocyclobuten (BCB) oder dergleichen; ein Nitrid, wie etwa Siliziumnitrid oder dergleichen; ein Oxid, wie etwa Siliziumoxid, Phosphorsilicatglas (PSG), Borsilicatglas (BSG), Borphosphorsilicatglas (BPSG) oder dergleichen; oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. Die dielektrische Schicht 68 kann zum Beispiel durch Schleuderbeschichtung, Laminierung, chemische Aufdampfung (CVD) oder dergleichen hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Die-Verbindungselemente 66 während der Herstellung des integrierten Schaltungs-Dies 50 durch die dielektrische Schicht 68 freigelegt. Bei einigen Ausführungsformen bleiben die Die-Verbindungselemente 66 verdeckt und werden während eines späteren Prozesses zum Verkappen des integrierten Schaltungs-Dies 50 freigelegt. Durch das Freilegen der Die-Verbindungselemente 66 können alle Lotbereiche entfernt werden, die auf den Die-Verbindungselementen 66 vorhanden sein können.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der integrierte Schaltungs-Die 50 ein gestapeltes Bauelement, das mehrere Halbleitersubstrate 52 aufweist. Der integrierte Schaltungs-Die 50 kann zum Beispiel eine Speichervorrichtung, wie etwa eine HMC-Vorrichtung (HMC: Hybridspeicherwürfel), eine HBM-Vorrichtung (HBM: Speicher mit hoher Bandbreite) oder dergleichen sein, die mehrere Speicher-Dies aufweist. Bei diesen Ausführungsformen weist der integrierte Schaltungs-Die 50 mehrere Halbleitersubstrate 52 auf, die durch Substrat-Durchkontaktierungen (TSVs) miteinander verbunden sind. Die Halbleitersubstrate 52 können jeweils eine Verbindungsstruktur aufweisen (oder auch nicht).
  • Die 2 bis 11 zeigen verschiedene Darstellungen von Zwischenstufen während eines Prozesses zur Herstellung einer Package-Komponente 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die 2 bis 9 und 11 sind Schnittansichten, und 10 ist eine Top-Down-Ansicht. Die Package-Komponente 100 ist ein neu konfigurierter Wafer mit mehreren Package-Bereichen, wobei in jedem der Package-Bereiche ein oder mehrere integrierte Schaltungs-Dies 50 verkappt werden. Die Package-Bereiche weisen Rechenstellen 101 und Verbindungsstellen 102 auf. Die Rechenstellen 101 können jeweils z. B. logische Funktionen, Speicherfunktionen oder dergleichen haben, und die Package-Komponente 100 kann eine einzelne Rechenvorrichtung mit den Rechenstellen 101 und den Verbindungsstellen 102 sein, wie etwa eine System-auf-Wafer(SoW)-Vorrichtung. Die Package-Komponente 100 kann zum Beispiel ein KI-Beschleuniger (KI: künstliche Intelligenz) sein, und jede Rechenstelle 101 kann ein neutraler Netzwerkknoten für den KI-Beschleuniger sein. Die Verbindungsstellen 102 können z. B. jeweils Außenanschlüsse haben, und die Rechenstellen 101 der Package-Komponente 100 können über die Verbindungsstellen 102 mit externen Systemen verbunden werden. Beispielhafte Systeme für die Package-Komponente 100 sind KI-Server, Hochleistungs-Rechensysteme (HPC-Systeme), Hochleistungs-Rechenvorrichtungen, Cloud-Computing-Systeme, Edge-Computing-Systeme und dergleichen. Es sind zwei Rechenstellen 101, z. B. Rechenstellen 101A und 101B, und nur eine Verbindungsstelle 102, z. B. eine Verbindungsstelle 102A, dargestellt, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die Package-Komponente 100 zahlreiche Rechenstellen 101 und Verbindungsstellen 102 aufweisen kann und die Stellen in verschiedener Weise angeordnet werden können. Beispielhafte Layouts für die Package-Komponente 100 sind in 10 dargestellt und werden unter Bezugnahme auf diese erörtert. Die 2 bis 9 und 11 zeigen nur einen Teil der Package-Komponente 100, und zwar den Teil, der durch den Querschnitt A - A von 10 dargestellt ist.
  • In 2 wird ein Trägersubstrat 103 bereitgestellt, und auf dem Trägersubstrat 103 wird eine Haftschicht 104 hergestellt. Das Trägersubstrat 103 kann ein Glas-Trägersubstrat, ein Keramik-Trägersubstrat oder dergleichen sein. Das Trägersubstrat 103 kann ein Wafer sein, sodass mehrere Packages gleichzeitig auf dem Trägersubstrat 103 hergestellt werden können. Die Haftschicht 104 kann zusammen mit dem Trägersubstrat 103 von darüber befindlichen Strukturen entfernt werden, die in späteren Schritten hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Haftschicht 104 ein geeigneter Klebstoff, Epoxid, Die-Befestigungsschicht (DAF) oder dergleichen, und sie wird über der Oberfläche des Trägersubstrats 103 aufgebracht.
  • Dann werden die integrierten Schaltungs-Dies 50 an der Haftschicht 104 befestigt. Integrierte Schaltungs-Dies 50 eines gewünschten Typs werden in einer gewünschten Menge jeweils an den Rechenstellen 101A und 101B und der Verbindungsstelle 102A befestigt. Bei einigen Ausführungsformen wird eine erste Art von integrierter Schaltungs-Die, wie etwa ein SoC-Die 50A, an jeder Rechenstelle 101A und 101B befestigt, und eine zweite Art von integrierter Schaltungs-Die, wie etwa ein E/A-Schnittstellen-Die 50B, wird an der Verbindungsstelle 102A befestigt. Obwohl an jeder Stelle nur ein integrierter Schaltungs-Die 50 dargestellt ist, dürfte wohlverstanden sein, dass mehrere integrierte Schaltungs-Dies zueinander benachbart an mehreren oder allen Stellen befestigt werden können. Wenn mehrere integrierte Schaltungs-Dies an jeder Rechenstelle 101A und 101B befestigt werden, können sie den gleichen Technologieknoten oder unterschiedliche Technologieknoten haben. Zum Beispiel können die integrierten Schaltungs-Dies 50 Dies, die in einem 10-nm-Technologieknoten hergestellt sind, Dies, die in einem 7-nm-Technologieknoten hergestellt sind, oder dergleichen oder Kombinationen davon umfassen.
  • In 3 wird ein Verkapselungsmaterial 106 auf den und um die verschiedenen Komponenten abgeschieden. Nach dem Abscheiden sind die integrierten Schaltungs-Dies 50 mit dem Verkapselungsmaterial 106 verkapselt. Das Verkapselungsmaterial 106 kann eine Formmasse, ein Epoxid oder dergleichen sein und kann durch Formpressen, Pressspritzen oder dergleichen über dem Trägersubstrat 103 aufgebracht werden. Das Verkapselungsmaterial 106 kann in einer flüssigen oder halbflüssigen Form aufgebracht werden und anschließend gehärtet werden. Bei einigen Ausführungsformen wird das Verkapselungsmaterial 106 so über dem Trägersubstrat 103 abgeschieden, dass die integrierten Schaltungs-Dies 50 vergraben oder verdeckt werden, und dann wird ein Planarisierungsprozess an dem Verkapselungsmaterial 106 durchgeführt, um die Die-Verbindungselemente 66 der integrierten Schaltungs-Dies 50 freizulegen. Nach dem Planarisierungsprozess sind Oberseiten des Verkapselungsmaterials 106, der Die-Verbindungselemente 66 und der dielektrischen Schichten 68 koplanar. Der Planarisierungsprozess kann zum Beispiel eine chemisch-mechanische Polierung (CMP) sein.
  • In den 4 bis 6 wird eine Umverteilungsstruktur 108 mit einem feinstrukturierten Teil 108A und einem grobstrukturierten Teil 108B (siehe 6) über dem Verkapselungsmaterial 106 und den integrierten Schaltungs-Dies 50 hergestellt. Die Umverteilungsstruktur 108 umfasst Metallisierungsstrukturen, dielektrische Schichten und Metallisierungen unter dem Kontakthügel (UBMs). Die Metallisierungsstrukturen können auch als Umverteilungsschichten oder Umverteilungsleitungen bezeichnet werden. Die Umverteilungsstruktur 108 ist als ein Beispiel mit sechs Schichten von Metallisierungsstrukturen dargestellt. In der Umverteilungsstruktur 108 können mehr oder weniger dielektrische Schichten und Metallisierungsstrukturen hergestellt werden. Wenn weniger dielektrische Schichten und Metallisierungsstrukturen hergestellt werden sollen, können später beschriebene Schritte und Prozesse weggelassen werden. Wenn mehr dielektrische Schichten und Metallisierungsstrukturen hergestellt werden sollen, können später beschriebene Schritte und Prozesse wiederholt werden. Der feinstrukturierte Teil 108A und der grobstrukturierte Teil 108B der Umverteilungsstruktur 108 weisen Metallisierungsstrukturen und dielektrische Schichten mit unterschiedlichen Größen auf.
  • In 4 wird der feinstrukturierte Teil 108A der Umverteilungsstruktur 108 hergestellt. Der feinstrukturierte Teil 108A der Umverteilungsstruktur 108 weist dielektrische Schichten 110, 114, 118 und 122 und Metallisierungsstrukturen 112, 116 und 120 auf. Bei einigen Ausführungsformen werden die dielektrischen Schichten 114, 118 und 122 aus dem gleichen dielektrischen Material und mit der gleichen Dicke hergestellt. Ebenso werden bei einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturelemente der Metallisierungsstrukturen 112, 116 und 120 aus dem gleichen leitfähigen Material und mit der gleichen Dicke hergestellt. Insbesondere haben die dielektrischen Schichten 114, 118 und 122 eine erste Dicke T1, die klein ist und z. B. etwa 3 µm bis etwa 15 µm beträgt, und die leitfähigen Strukturelemente der Metallisierungsstrukturen 112, 116 und 120 haben eine zweite Dicke T2, die klein ist und z. B. etwa 0,5 µm bis etwa 6 µm beträgt.
  • Als ein Beispiel zum Herstellen des feinstrukturierten Teils 108A der Umverteilungsstruktur 108 wird die dielektrische Schicht 110 auf dem Verkapselungsmaterial 106, den dielektrischen Schichten 68 und den Die-Verbindungselementen 66 abgeschieden. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 110 aus einem lichtempfindlichen Material, wie etwa PBO, Polyimid, BCB oder dergleichen, hergestellt, das unter Verwendung einer lithografischen Maske strukturiert werden kann. Die dielektrische Schicht 110 kann durch Schleuderbeschichtung, Laminierung, CVD oder dergleichen oder eine Kombination davon hergestellt werden. Anschließend wird die dielektrische Schicht 110 strukturiert. Durch das Strukturieren werden Öffnungen erzeugt, die Teile der Die-Verbindungselemente 66 freilegen. Das Strukturieren kann mit einem geeigneten Verfahren erfolgen, wie etwa durch Belichten der dielektrischen Schicht 110, wenn sie ein lichtempfindliches Material ist, oder durch Ätzen, zum Beispiel anisotropes Ätzen. Wenn die dielektrische Schicht 110 ein lichtempfindliches Material ist, kann sie nach der Belichtung entwickelt werden.
  • Dann wird die Metallisierungsstruktur 112 hergestellt. Die Metallisierungsstruktur 112 umfasst Leitungsteile (die auch als leitfähige Leitungen oder Leiterbahnen bezeichnet werden) auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 110 sowie Durchkontaktierungsteile (die auch als leitfähige Durchkontaktierungen bezeichnet werden), die sich durch die dielektrische Schicht 110 erstrecken, um die Die-Verbindungselemente 66 der integrierten Schaltungs-Dies 50 physisch und elektrisch zu verbinden. Als ein Beispiel zum Herstellen der Metallisierungsstruktur 112 wird eine Seed-Schicht über der dielektrischen Schicht 110 und in den Öffnungen hergestellt, die sich durch die dielektrische Schicht 110 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen ist die Seed-Schicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht mit einer Mehrzahl von Teilschichten sein kann, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Seed-Schicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Seed-Schicht kann zum Beispiel durch physikalische Aufdampfung (PVD) oder dergleichen hergestellt werden. Dann wird auf der Seed-Schicht ein Fotoresist hergestellt, das anschließend strukturiert wird. Das Fotoresist kann durch Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt werden und kann für die Strukturierung belichtet werden. Die Struktur des Fotoresists entspricht der Metallisierungsstruktur 112. Durch das Strukturieren werden Öffnungen durch das Fotoresist erzeugt, um die Seed-Schicht freizulegen. In den Öffnungen des Fotoresists und auf den freigelegten Teilen der Seed-Schicht wird dann ein leitfähiges Material abgeschieden. Das leitfähige Material kann durch Plattierung, wie etwa Elektroplattierung oder stromlose Plattierung, oder dergleichen abgeschieden werden. Das leitfähige Material kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen sein. Die Kombination aus dem leitfähigen Material und darunter befindlichen Teilen der Seed-Schicht bildet die Metallisierungsstruktur 112. Dann werden das Fotoresist und die Teile der Seed-Schicht entfernt, auf denen das leitfähige Material nicht abgeschieden worden ist. Das Fotoresist kann mit einem geeigneten Ablösungs- oder Stripping-Verfahren, zum Beispiel unter Verwendung eines Sauerstoff-Plasmas oder dergleichen, entfernt werden. Nachdem das Fotoresist entfernt worden ist, werden die freigelegten Teile der Seed-Schicht zum Beispiel mit einem geeigneten Ätzprozess, wie etwa durch Nass- oder Trockenätzung, entfernt.
  • Dann wird die dielektrische Schicht 114 auf der Metallisierungsstruktur 112 und der dielektrischen Schicht 110 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 114 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die dielektrische Schicht 110 hergestellt werden. Dann wird die Metallisierungsstruktur 116 hergestellt. Die Metallisierungsstruktur 116 umfasst Leitungsteile auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 114 sowie Durchkontaktierungsteile, die sich durch die dielektrische Schicht 114 erstrecken, zum physischen und elektrischen Verbinden der Metallisierungsstruktur 112. Die Metallisierungsstruktur 116 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die Metallisierungsstruktur 112 hergestellt werden.
  • Dann wird die dielektrische Schicht 118 auf der Metallisierungsstruktur 116 und der dielektrischen Schicht 114 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 118 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die dielektrische Schicht 110 hergestellt werden. Dann wird die Metallisierungsstruktur 120 hergestellt. Die Metallisierungsstruktur 120 umfasst Leitungsteile auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 118 sowie Durchkontaktierungsteile, die sich durch die dielektrische Schicht 118 erstrecken, zum physischen und elektrischen Verbinden der Metallisierungsstruktur 116. Die Metallisierungsstruktur 120 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die Metallisierungsstruktur 112 hergestellt werden.
  • Dann wird die dielektrische Schicht 122 auf der Metallisierungsstruktur 120 und der dielektrischen Schicht 118 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 122 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die dielektrische Schicht 110 hergestellt werden.
  • In 5 wird der grobstrukturierte Teil 108B der Umverteilungsstruktur 108 hergestellt. Der grobstrukturierte Teil 108B der Umverteilungsstruktur 108 weist dielektrische Schichten 126, 130 und 134 und Metallisierungsstrukturen 124, 128 und 132 auf. Bei einigen Ausführungsformen werden die dielektrischen Schichten 126, 130 und 134 aus dem gleichen dielektrischen Material und mit der gleichen Dicke hergestellt. Ebenso werden bei einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturelemente der Metallisierungsstrukturen 124, 128 und 132 aus dem gleichen leitfähigen Material und mit der gleichen Dicke hergestellt. Insbesondere haben die dielektrischen Schichten 126, 130 und 134 eine dritte Dicke T3, die groß ist und z. B. etwa 10 µm bis etwa 80 µm beträgt, und die leitfähigen Strukturelemente der Metallisierungsstrukturen 124, 128 und 132 haben eine vierte Dicke T4, die groß ist und z. B. etwa 3 µm bis etwa 50 µm beträgt. Die dritte Dicke T3 ist größer als die erste Dicke T1 (siehe 4), und die vierte Dicke T4 ist größer als die zweite Dicke T2 (siehe 4).
  • Als ein Beispiel zum Herstellen des grobstrukturierten Teils 100B der Umverteilungsstruktur 108 wird die Metallisierungsstruktur 124 hergestellt. Die Metallisierungsstruktur 124 umfasst Leitungsteile auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 122 sowie Durchkontaktierungsteile, die sich durch die dielektrische Schicht 122 erstrecken, zum physischen und elektrischen Verbinden der Metallisierungsstruktur 120. Als ein Beispiel zum Herstellen der Metallisierungsstruktur 124 wird eine Seed-Schicht über der dielektrischen Schicht 122 und in den Öffnungen hergestellt, die sich durch die dielektrische Schicht 122 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen ist die Seed-Schicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht mit einer Mehrzahl von Teilschichten sein kann, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Seed-Schicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Seed-Schicht kann zum Beispiel durch PVD oder dergleichen hergestellt werden. Dann wird auf der Seed-Schicht ein Fotoresist hergestellt, das anschließend strukturiert wird. Das Fotoresist kann durch Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt werden und kann für die Strukturierung belichtet werden. Die Struktur des Fotoresists entspricht der Metallisierungsstruktur 124. Durch das Strukturieren werden Öffnungen durch das Fotoresist erzeugt, um die Seed-Schicht freizulegen. In den Öffnungen des Fotoresists und auf den freigelegten Teilen der Seed-Schicht wird dann ein leitfähiges Material abgeschieden. Das leitfähige Material kann durch Plattierung, wie etwa Elektroplattierung oder stromlose Plattierung, oder dergleichen abgeschieden werden. Das leitfähige Material kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen sein. Die Kombination aus dem leitfähigen Material und den darunter befindlichen Teilen der Seed-Schicht bildet die Metallisierungsstruktur 124. Dann werden das Fotoresist und die Teile der Seed-Schicht entfernt, auf denen das leitfähige Material nicht abgeschieden worden ist. Das Fotoresist kann mit einem geeigneten Ablösungs- oder Stripping-Verfahren, zum Beispiel unter Verwendung eines Sauerstoff-Plasmas oder dergleichen, entfernt werden. Nachdem das Fotoresist entfernt worden ist, werden die freigelegten Teile der Seed-Schicht zum Beispiel mit einem geeigneten Ätzprozess, wie etwa durch Nass- oder Trockenätzung, entfernt.
  • Dann wird die dielektrische Schicht 126 auf der Metallisierungsstruktur 124 und der dielektrischen Schicht 122 abgeschieden. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 126 aus einem lichtempfindlichen Material, wie etwa PBO, Polyimid, BCB oder dergleichen, hergestellt, das unter Verwendung einer lithografischen Maske strukturiert werden kann. Die dielektrische Schicht 126 kann durch Schleuderbeschichtung, Laminierung, CVD oder dergleichen oder eine Kombination davon hergestellt werden. Anschließend wird die Metallisierungsstruktur 128 hergestellt. Die Metallisierungsstruktur 128 umfasst Leitungsteile auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 126 sowie Durchkontaktierungsteile, die sich durch die dielektrische Schicht 126 erstrecken, zum physischen und elektrischen Verbinden der Metallisierungsstruktur 124. Die Metallisierungsstruktur 128 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die Metallisierungsstruktur 124 hergestellt werden.
  • Dann wird die dielektrische Schicht 130 auf der Metallisierungsstruktur 128 und der dielektrischen Schicht 126 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 130 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die dielektrische Schicht 126 hergestellt werden. Dann wird die Metallisierungsstruktur 132 hergestellt. Die Metallisierungsstruktur 132 umfasst Leitungsteile auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 130 sowie Durchkontaktierungsteile, die sich durch die dielektrische Schicht 130 erstrecken, zum physischen und elektrischen Verbinden der Metallisierungsstruktur 128. Die Metallisierungsstruktur 132 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die Metallisierungsstruktur 124 hergestellt werden.
  • Dann wird die dielektrische Schicht 134 auf der Metallisierungsstruktur 132 und der dielektrischen Schicht 130 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 134 kann in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die dielektrische Schicht 126 hergestellt werden.
  • In 6 werden UBMs 136 für einen Außenanschluss an die Isolationsstruktur 108 hergestellt. Die UBMs 136 umfassen Kontakthügelteile auf und entlang der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 134 sowie Durchkontaktierungsteile, die sich durch die dielektrische Schicht 134 erstrecken, zum physischen und elektrischen Verbinden der Metallisierungsstruktur 132. Dadurch werden die UBMs 136 mit den integrierten Schaltungs-Dies 50 elektrisch verbunden. Die UBMs 136 können in einer ähnlichen Weise und aus einem ähnlichen Material wie die Metallisierungsstruktur 132 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen haben die UBMs 136 eine andere Größe als die Metallisierungsstrukturen 112, 116, 120, 124, 128 und 132.
  • In 7 wird eine Trägersubstrat-Ablösung durchgeführt, um das Trägersubstrat 103 von dem Verkapselungsmaterial 106 und den integrierten Schaltungs-Dies 50 abzulösen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Ablösen ein Entfernen des Trägersubstrats 103 und der Haftschicht 104 z. B. mit einem Schleif- oder Planarisierungsprozess, wie etwa einer CMP. Nach dem Entfernen liegen Rückseiten der integrierten Schaltungs-Dies 50 frei, und Rückseiten des Verkapselungsmaterials 106 und der integrierten Schaltungs-Dies 50 sind auf gleicher Höhe. Die Struktur wird dann auf einem Band 138 platziert. Wie später näher dargelegt wird, erfährt die Package-Komponente 100 eine starke Wafer-Durchbiegung, wenn sie von dem Trägersubstrat 103 abgelöst wird.
  • In 8 werden leitfähige Verbindungselemente 140 auf den UBMs 136 hergestellt. Die leitfähigen Verbindungselemente 140 können BGA-Verbindungselemente (BGA: Ball Grid Array), Lotkugeln, Metallsäulen, C4-Kontakthügel (C4: Chipverbindung mit kontrolliertem Kollaps), Mikrobumps, mit dem ENEPIG-Verfahren hergestellte Kontakthügel (ENEPIG: Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) oder dergleichen sein. Die Verbindungselemente 140 können ein leitfähiges Material, wie etwa Lot, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn oder dergleichen, oder eine Kombination davon aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen werden die Verbindungselemente 140 dadurch hergestellt, dass zunächst eine Schicht aus Lot oder Lotpaste durch Aufdampfung, Elektroplattierung, Drucken, Lotübertragung, Kugelplatzierung oder dergleichen hergestellt wird. Nachdem die Schicht aus Lot auf der Struktur hergestellt worden ist, kann eine Aufschmelzung durchgeführt werden, um das Material in die gewünschten Kontakthügelformen zu bringen.
  • In 9 werden Sockel 142 und Verbindungselemente 143 an der Umverteilungsstruktur 108 befestigt. Die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 sind Anschlussstellen für einen Außenanschluss an die Package-Komponente 100. Die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 weisen Pads 144, wie etwa Aluminiumpads, auf, an die Außenanschlüsse hergestellt werden. Die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 werden mittels der leitfähigen Verbindungselemente 140 an die UBMs 136 montiert. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Sockel 142 an den Rechenstellen 101A und 101B befestigt, und die Verbindungselemente 143 werden an der Verbindungsstelle 102A befestigt. Es wird eine Unterfüllung 146 zum Füllen von Spalten zwischen den Sockeln 142 und den Verbindungselementen 143 und der Umverteilungsstruktur 108 hergestellt. Die Unterfüllung 146 kann mit einem Kapillarfluss-Verfahren hergestellt werden, nachdem die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 befestigt worden sind, oder sie kann mit einem geeigneten Abscheidungsverfahren hergestellt werden, bevor die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 befestigt werden.
  • Die Sockel 142 sind elektrische und physische Anschlussstellen für Module (die später näher erörtert werden), die an den Rechenstellen 101A und 101B nach der Herstellung der Package-Komponente 100 installiert werden können. Zum Beispiel kann ein Nutzer der Package-Komponente 100 Module in den Sockeln 142 installieren, um vollständige funktionelle Systeme an den Rechenstellen 101A und 101B herzustellen. Die Art der Module, die für die Installation gewählt wird, hängt von der Art der funktionellen Systeme ab, die an den Rechenstellen 101A und 101B gewünscht werden. Beispiele für Module, die in den Sockeln 142 installiert werden können, sind Speichermodule, Spannungsreglermodule, Stromversorgungsmodule, IPD-Module (IPD: integriertes passives Bauelement) und dergleichen. Die Sockel 142 können unterschiedliche Komponenten, wie etwa ein Chassis und Kontaktstifte, umfassen, die unterschiedliche Materialien aufweisen können. Obwohl die Sockel 142 aus mehreren unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, haben die Sockel 142 gemeinsam eine mittlere Steifigkeit, die durch ihren Elastizitätsmodul quantifiziert werden kann. Die Sockel 142 haben eine große mittlere Steifigkeit, wie etwa einen Elastizitätsmodul von etwa 10 GPa bis etwa 30 GPa. Wie später näher dargelegt wird, haben Strukturelemente, die später über den Sockeln 142 hergestellt werden, eine niedrigere mittlere Steifigkeit als die Sockel 142.
  • Die Verbindungselemente 143 sind elektrische und physische Anschlussstellen für die Package-Komponente 100 an externe Systeme. Wenn zum Beispiel die Package-Komponente 100 als Teil eines größeren externen Systems, wie etwa eines Datenverarbeitungszentrums, installiert wird, können die Verbindungselemente 143 zum Verbinden der Package-Komponente 100 mit dem externen System verwendet werden. Beispiele für die Verbindungselemente 143 sind Anschlussbuchsen für Bandkabel, flexible gedruckte Schaltungen oder dergleichen.
  • Die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 können in verschiedenen Layouts an der Umverteilungsstruktur 108 befestigt werden. Das in 9 gezeigte Layout ist nur ein Beispiel. 10 ist eine Top-Down-Ansicht der Package-Komponente 100, die ein weiteres Beispiel für die Sockel 142 und die Verbindungselemente 143 zeigt. Jeder Sockel 142 ist direkt über den SoC-Dies 50A einer entsprechenden Rechenstelle 101A oder 101B angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden. Die Verbindungselemente 143 sind um den Umfang der Package-Komponente 100 angeordnet, sodass die für die Sockel 142 verfügbare Fläche größer wird. Die Verbindungsstelle 102A kann ein oder mehrere Verbindungselemente 143 aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungselemente 143 seitlich von den E/A-Schnittstellen-Dies 50B versetzt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Verbindungselemente 143 direkt über den E/A-Schnittstellen-Dies 50B angeordnet.
  • In 11 werden Schraubenlöcher 148 durch die Package-Komponente 100 erzeugt. Die Schraubenlöcher 148 können durch Bohren, wie etwa Laserbohren, mechanisches Bohren oder dergleichen, erzeugt werden. Die Schraubenlöcher 148 können dadurch erzeugt werden, dass ein Profil für die Schraubenlöcher 148 gebohrt wird und dann das Material, das von dem Profil getrennt wird, entfernt wird.
  • Die 12 und 13 zeigen verschiedene Darstellungen eines Prozesses zum Fixieren der Package-Komponente 100 zwischen einem thermischen Modul 200 und einer mechanischen Verstrebung 300, gemäß einigen Ausführungsformen. Das thermische Modul 200 kann eine Wärmesenke, ein Wärmeverteiler, eine Kühlplatte oder dergleichen sein. Die mechanische Verstrebung 300 ist eine steife Abstützung, bei der Teile der Sockel 142 physisch ineinander greifen, sodass die Sockel 142 fixiert werden, wenn Module installiert oder demontiert werden. Eine Durchbiegung der Package-Komponente 100, wie etwa die, die durch die Ablösung des Trägersubstrats verursacht wird, kann durch Festklemmen der Package-Komponente 100 zwischen dem thermische Moduln 200 und der mechanischen Verstrebung 300 reduziert werden. 12 ist eine dreidimensionale Darstellung, die ein Viertel der Package-Komponente 100, des thermischem Moduls 200 und der mechanischen Verstrebung 300 während der Montage gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Der Klarheit der Erörterung halber sind in 12 einige Einzelheiten weggelassen. 13 ist eine Schnittansicht, die Teile der Package-Komponente 100, des thermischem Moduls 200 und der mechanischen Verstrebung 300 nach der Montage zeigt, und 13 wird in Verbindung mit 12 beschrieben. 13 ist entlang dem Referenzquerschnitt B - B von 12 dargestellt.
  • Die Package-Komponente 100 wird von dem Band 138 entfernt und wird zwischen dem thermischen Modul 200 und der mechanischen Verstrebung 300 mit Schrauben 202 befestigt. Die Schrauben 202 werden durch die Schraubenlöcher 148 der Package-Komponente 100, durch entsprechende Schraubenlöcher 204 in dem thermischen Modul 200 und durch entsprechende Schraubenlöcher 302 in der mechanischen Verstrebung 300 gedreht. Befestigungselemente 206 werden auf die Schrauben 202 geschraubt und festgezogen, um die Package-Komponente 100 zwischen dem thermischen Modul 200 und der mechanischen Verstrebung 300 festzuklemmen. Die Befestigungselemente 206 können z. B. Muttern sein, die auf die Schrauben 202 geschraubt werden. Die Befestigungselemente 206 werden an den Schrauben 202 auf beiden Seiten der resultierenden System-auf-Wafer-Einheit befestigt, z. B. auf der Seite mit dem thermischen Modul 200 (die gelegentlich als die Rückseite bezeichnet wird) und auf der Seite mit der mechanischen Verstrebung 300 (die gelegentlich als die Vorderseite bezeichnet wird.
  • Bevor die verschiedenen Komponenten aneinander befestigt werden, wird ein thermisches Grenzflächenmaterial (TIM) 208 (siehe 13) auf die Rückseite der Package-Komponente 100 aufgebracht, sodass das thermische Modul 200 physisch und thermisch mit den integrierten Schaltungs-Dies 50 verbunden wird. Beim Befestigen werden die Befestigungselemente 206 festgezogen, wodurch die mechanische Kraft vergrößert wird, die von dem thermischen Modul 200 und der mechanischen Verstrebung 300 auf die Package-Komponente 100 aufgebracht wird. Die Befestigungselemente 206 werden festgezogen, bis das thermische Modul 200 einen gewünschten Druck auf das TIM 208 ausübt. Zum Beispiel kann das Festziehen der Befestigungselemente 206 mit einem Drehmoment von etwa 0,01 Nm bis etwa 3,5 Nm erfolgen.
  • Die mechanische Verstrebung 300 weist eine steife Schicht 306 und eine weiche Schicht 308 auf der steifen Schicht 306 auf. Die weiche Schicht 308 kann z. B. mit Schrauben (nicht dargestellt) an der steifen Schicht 306 befestigt werden. Die 14 und 15 zeigen Aspekte der mechanischen Verstrebung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die steife Schicht 306 wird aus einem Material mit einer großen Steifigkeit hergestellt, wie etwa einem Metall, z. B. nichtrostendem Stahl, Kupfer oder dergleichen. Die steife Schicht 306 hat eine größere Dicke T1 , die etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, z. B. etwa 4 µm, beträgt. Die weiche Schicht 308 wird aus einem Material mit einer geringen Steifigkeit hergestellt, wie etwa Kautschuk, Silikon, einem Elastomer, Metallfolie oder dergleichen. Beispiele für Elastomere sind Naturkautschuke, Styren-Butadien-Blockcopolymere, Polyisopren, Polybutadien, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Silikonelastomere, Fluorelastomere, Polyurethanelastomere, Nitrilkautschuke und dergleichen. Beispiele für Metallfolien sind Aluminiumfolie, Kupferfolie, Blattgold und dergleichen. Die weiche Schicht 308 hat eine kleine Dicke T2 , die etwa 0,1 µm bis etwa 3 µm oder etwa 0,3 µm bis etwa 1,5 µm beträgt. Die Dicke T2 der weichen Schicht 308 ist kleiner als die Dicke T1 der steifen Schicht 306. Außerdem ist die mittlere Steifigkeit der weichen Schicht 308 kleiner als die mittlere Steifigkeit der steifen Schicht 306, z. B. ist der mittlere Elastizitätsmodul der weichen Schicht 308 kleiner als der mittlere Elastizitätsmodul der steifen Schicht 306. Zum Beispiel kann der Elastizitätsmodul der weichen Schicht 308 etwa 0,001 Pa bis etwa 69 Pa betragen, und der Elastizitätsmodul der steifen Schicht 306 kann etwa 70 Pa bis etwa 500 Pa betragen. Die mittlere Steifigkeit der weichen Schicht 308 ist außerdem kleiner als die mittlere Steifigkeit der Materialien der Sockel 142, z. B. ist der mittlere Elastizitätsmodul der weichen Schicht 308 kleiner als der mittlere Elastizitätsmodul der Sockel 142.
  • Da die Steifigkeit der weichen Schicht 308 kleiner als die Steifigkeit der steifen Schicht 306 und der Sockel 142 ist, passt sich während des Festklemmens zwischen dem thermischen Modul 200 und der mechanischen Verstrebung 300 die weiche Schicht 308 an die Form der Sockel 142 an. Daher trägt beim Aufbringen einer mechanischen Kraft die weiche Schicht 308 zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Druckverteilung über dem TIM 208 an den Rechenstellen 101A und 101B bei, insbesondere wenn die Sockel 142 uneinheitliche Höhen haben. Der thermische Widerstand des TIM 208 hängt von dem Druck ab, der auf das TIM 208 ausgeübt wird, wobei ein größerer Druck zu einem niedrigeren thermischen Widerstand führt. Wenn jedoch ein ausreichender Druck aufgebracht worden ist, kann der thermische Widerstand des TIM 208 nicht mehr sinken, wenn noch mehr Druck aufgebracht wird. Durch Festziehen der Befestigungselemente 206 über den Punkt hinaus, an dem keine weitere Senkung des thermischen Widerstands erreicht werden kann, und durch Erhöhen der Gleichmäßigkeit der Druckverteilung über dem TIM 208 kann der thermische Widerstand im Wesentlichen aller Bereiche des TIM 208 innerhalb der Grenzen des Materials des TIM 208 minimiert werden.
  • Die mechanische Verstrebung 300 hat einen inneren Rahmen 300A und einen äußeren Rahmen 300B. Die steife Schicht 306 und die weiche Schicht 308 haben Teile des inneren Rahmens 300A und Teile des äußeren Rahmens 300B. Der innere Rahmen 300A und der äußere Rahmen 300B definieren zusammen Öffnungen 304 in der mechanischen Verstrebung 300. Nach der Installation der mechanischen Verstrebung 300 legen die Öffnungen 304 Teile der Sockel 142 frei, und Randbereiche der Öffnungen 304 sind physisch in Kontakt mit Randbereichen der Sockel 142 und überdecken diese. Die Öffnungen 304 ermöglichen Zugang zu den Sockeln 142 und stützen die Sockel 142 während der Modul-Installation ab.
  • Die steife Schicht 306 und die weiche Schicht 308 können verschiedene Formen und/oder Größen haben. Zum Beispiel haben die Teile des inneren Rahmens 300A der steifen Schicht 306 und der weichen Schicht 308 die gleiche Breite W1, die etwa 1 µm bis etwa 20 µm betragen kann. Die Teile des äußeren Rahmens 300B der steifen Schicht 306 und der weichen Schicht 308 können die gleichen Formen und Größen haben (siehe z. B. 14), oder sie können unterschiedliche Formen und Größen haben (siehe z. B. 15). Bei einigen Ausführungsformen (siehe z. B. 14) haben die Teile des äußeren Rahmens 300B der steifen Schicht 306 und der weichen Schicht 308 die gleiche Breite W2, die etwa 65 µm bis etwa 217 µm betragen kann. Bei einigen Ausführungsformen (siehe z. B. 15) haben die Teile des äußeren Rahmens 300B der steifen Schicht 306 eine große Breite W3 , die etwa 148 µm bis etwa 300 µm betragen kann, und die Teile des äußeren Rahmens 300B der weichen Schicht 308 haben eine kleine Breite W4 , die etwa 65 µm bis etwa 217 µm betragen kann. Weitere Einzelheiten zu den möglichen Formen für die mechanische Verstrebung 300 werden später näher erörtert.
  • Die 16A bis 16C sind Top-Down-Ansichten der mechanischen Verstrebung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind verschiedene Formen für den inneren Rahmen 300A gezeigt, die für die steife Schicht 306 und/oder die weiche Schicht 308 verwendet werden können. Auch die Öffnungen 304, die von dem inneren Rahmen 300A definiert werden, können mehrere Formen haben. Zum Beispiel können die Öffnungen 304, die von dem inneren Rahmen 300A definiert werden, quadratische Formen (siehe z. B. 16A), runde Formen (siehe z. B. 16B), achteckige Formen (siehe z. B. 16C) oder dergleichen haben. Es dürfte wohlverstanden sein, dass auch andere Formen möglich sind. Insbesondere können die Öffnungen 304, die von dem inneren Rahmen 300A definiert werden, eine runde Form (z. B. die Form eines Kreises, eines Ovals, einer Ellipse usw.) oder eine polygonale Form (z. B. eine regelmäßige oder unregelmäßige polygonale Form) haben.
  • Die 17A bis 17C sind Top-Down-Ansichten der mechanischen Verstrebung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind verschiedene Formen für den äußeren Rahmen 300B gezeigt, die für die steife Schicht 306 und/oder die weiche Schicht 308 verwendet werden können. Der äußere Rahmen 300B kann mehrere Formen haben. Zum Beispiel kann der äußere Rahmen 300B eine quadratische Form (siehe z. B. 17A), die Form eines nicht-angeschnittenen Kreises (siehe z. B. 17B), die Form eines angeschnittenen Kreises (siehe z. B. 17C) oder dergleichen haben. Es dürfte wohlverstanden sein, dass auch andere Formen möglich sind. Insbesondere kann der äußere Rahmen 300B eine runde Form (z. B. die Form eines Kreises, eines Ovals, einer Ellipse usw.) oder eine polygonale Form (z. B. eine regelmäßige oder unregelmäßige polygonale Form) haben.
  • Die 18A bis 18C sind Top-Down-Ansichten der mechanischen Verstrebung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind verschiedene Formen für den inneren Rahmen 300A und den äußeren Rahmen 300B gezeigt, die für die steife Schicht 306 und/oder die weiche Schicht 308 verwendet werden können. Auch die Schraubenlöcher 302 und die Öffnungen 304, die von dem inneren Rahmen 300A und dem äußeren Rahmen 300B definiert werden, können mehrere Formen haben. Zum Beispiel können die Schraubenlöcher 302 und die Öffnungen 304 in einem regelmäßigen Muster (siehe z. B. 18A), einem unregelmäßigen symmetrischen Muster (siehe z. B. 18B) oder einem unregelmäßigen asymmetrischen Muster (siehe z. B. 18C) angeordnet werden.
  • 19 zeigt eine Schnittansicht der resultierenden System-auf-Wafer-Einheit nach der Installation von Modulen 400 in den Sockeln 142. 19 ist entlang dem Referenzquerschnitt B - B von 12 dargestellt. Wie vorstehend dargelegt worden ist, können die Module 400 Speichermodule, Spannungsreglermodule, Stromversorgungsmodule, IPD-Module und dergleichen sein. Die Module 400 weisen leitfähige Verbindungselemente 402 auf, die in entsprechende Steckbuchsen zum physischen und elektrischen Verbinden mit den Kontaktstiften der Sockel 142 gesteckt werden. Die Module 400 werden dadurch in den Sockeln 142 fixiert, sodass vollständige funktionelle Systeme an den Rechenstellen 101A und 101B entstehen. Nach der Installation befinden sich die Module 400 in den Öffnungen 304 der mechanischen Verstrebung 300.
  • Es können noch weitere Strukturelemente und Prozesse verwendet werden. Zum Beispiel können Prüfstrukturen zum Unterstützen der Verifikationsprüfung der 3D-Packaging- oder 3DIC-Bauelemente verwendet werden. Die Prüfstrukturen können zum Beispiel Prüfpads, die in einer Umverteilungsschicht oder auf einem Substrat hergestellt sind und die Prüfung der 3D-Packaging- oder 3DIC-Bauelemente ermöglichen, die Verwendung von Sonden und/oder Sondenkarten und dergleichen umfassen. Die Verifikationsprüfung kann an Zwischenstrukturen sowie an Endstrukturen durchgeführt werden. Außerdem können die hier beschriebenen Strukturen und Verfahren in Verbindung mit Prüfmethodologien verwendet werden, die eine Zwischenverifikation von erwiesenermaßen guten Dies umfassen, um die Ausbeute zu steigern und die Kosten zu senken.
  • Ausführungsformen können Vorzüge erzielen. Durch Festklemmen der Package-Komponente 100 zwischen dem thermischen Modul 200 und der mechanischen Verstrebung 300 kann die Durchbiegung der Package-Komponente 100 reduziert werden. Die weiche Schicht 308 der mechanischen Verstrebung 300 passt sich während des Festklemmens an die Formen der darunter befindlichen Sockel 142 an, insbesondere wenn die Sockel 142 uneinheitliche Höhen haben. Dadurch kann die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung über dem TIM 208 verbessert werden. Außerdem kann die Wärme-Abführung von der Einheit verbessert werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung Folgendes auf: eine Package-Komponente mit integrierten Schaltungs-Dies, einem Verkapselungsmaterial um die integrierten Schaltungs-Dies, einer Umverteilungsstruktur über dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies, und Sockeln über der Umverteilungsstruktur; eine mechanische Verstrebung, die physisch mit den Sockeln verbunden ist, wobei die mechanische Verstrebung Öffnungen aufweist, wobei jede der Öffnungen einen jeweiligen der Sockel freilegt; ein thermisches Modul, das physisch und thermisch mit dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies verbunden ist; und Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die mechanische Verstrebung und die Package-Komponente erstrecken.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung sind die Öffnungen Quadrate. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung sind die Öffnungen Kreise. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung sind die Öffnungen unregelmäßige Polygone. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung haben die Öffnungen und die Schrauben ein Layout mit einem regelmäßigen Muster. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung haben die Öffnungen und die Schrauben ein Layout mit einem unregelmäßigen symmetrischen Muster. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung haben die Öffnungen und die Schrauben ein Layout mit einem unregelmäßigen asymmetrischen Muster.
  • Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung Folgendes auf: eine Package-Komponente mit einem integrierten Schaltungs-Die, einer Umverteilungsstruktur über dem integrierten Schaltungs-Die, und einem Sockel über der Umverteilungsstruktur; eine mechanische Verstrebung, die an einer ersten Seite der Package-Komponente befestigt ist, wobei die mechanische Verstrebung einen inneren Rahmenteil und einen den inneren Rahmenteil umschließende äußeren Rahmenteil aufweist, wobei der innere Rahmenteil Randbereiche des Sockels physisch kontaktiert, wobei die mechanische Verstrebung eine steife Schicht und eine weiche Schicht, die zwischen der steifen Schicht und dem Sockel angeordnet ist, aufweist, wobei die steife Schicht eine erste Steifigkeit hat und die weiche Schicht eine zweite Steifigkeit hat, wobei die zweite Steifigkeit kleiner als die erste Steifigkeit ist; ein thermisches Modul, das an einer zweiten Seite der Package-Komponente befestigt ist, wobei das thermische Modul physisch und thermisch mit dem integrierten Schaltungs-Die verbunden ist; und Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die mechanische Verstrebung und die Package-Komponente erstrecken.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat der Sockel eine dritte Steifigkeit, wobei die zweite Steifigkeit kleiner als die dritte Steifigkeit ist. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung umfasst die steife Schicht ein Metall. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung umfasst die weiche Schicht eine Metallfolie. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung umfasst die weiche Schicht ein Elastomer. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat die steife Schicht eine erste Dicke und die weiche Schicht hat eine zweite Dicke, wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung haben der äußere Rahmenteil der steifen Schicht und der äußere Rahmenteil der weichen Schicht die gleiche Breite. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat der äußere Rahmenteil der steifen Schicht eine erste Breite und der äußere Rahmenteil der weichen Schicht hat eine zweite Breite, wobei die erste Breite größer als die zweite Breite ist. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat der äußere Rahmenteil der steifen Schicht eine quadratische Form. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat der äußere Rahmenteil der steifen Schicht die Form eines nicht-angeschnittenen Kreises. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat der äußere Rahmenteil der steifen Schicht die Form eines angeschnittenen Kreises.
  • Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren die folgenden Schritte auf: Herstellen einer Package-Komponente mit integrierten Schaltungs-Dies, einem Verkapselungsmaterial um die integrierten Schaltungs-Dies, einer Umverteilungsstruktur über dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies, und Sockeln über der Umverteilungsstruktur; Montieren der Package-Komponente zwischen einem thermischen Modul und einer mechanischen Verstrebung mit Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die Package-Komponente und die mechanische Verstrebung erstrecken, wobei die mechanische Verstrebung Öffnungen aufweist, wobei nach der Montage jede der Öffnungen einen jeweiligen der Sockel freilegt; und Festziehen von Befestigungselementen auf den Schrauben, um eine Kraft zu vergrößern, die von dem thermischen Modul und der mechanischen Verstrebung auf die Package-Komponente aufgebracht wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens weist die mechanische Verstrebung Folgendes auf: eine steife Schicht mit einer ersten Steifigkeit; und eine weiche Schicht, die zwischen der steifen Schicht und den Sockeln angeordnet ist, wobei die weiche Schicht eine zweite Steifigkeit hat, wobei die zweite Steifigkeit kleiner als die erste Steifigkeit ist.
  • Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Erfindung besser verstehen können. Fachleuten dürfte klar sein, dass sie die vorliegende Erfindung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute dürften ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Auslegungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Vorrichtung mit: einer Package-Komponente, die integrierte Schaltungs-Dies, ein Verkapselungsmaterial um die integrierten Schaltungs-Dies, eine Umverteilungsstruktur über dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies, und Sockel über der Umverteilungsstruktur aufweist; einer mechanischen Verstrebung, die physisch mit den Sockeln verbunden ist, wobei die mechanische Verstrebung Öffnungen aufweist, wobei jede der Öffnungen einen jeweiligen der Sockel freilegt; einem thermischen Modul, das physisch und thermisch mit dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies verbunden ist; und Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die mechanische Verstrebung und die Package-Komponente erstrecken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Öffnungen Quadrate sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Öffnungen Kreise sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Öffnungen unregelmäßige Polygone sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen und die Schrauben ein Layout mit einem regelmäßigen Muster haben.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Öffnungen und die Schrauben ein Layout mit einem unregelmäßigen symmetrischen Muster haben.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Öffnungen und die Schrauben ein Layout mit einem unregelmäßigen asymmetrischen Muster haben.
  8. Vorrichtung mit: einer Package-Komponente, die einen integrierten Schaltungs-Die, eine Umverteilungsstruktur über dem integrierten Schaltungs-Die, und einen Sockel über der Umverteilungsstruktur aufweist; einer mechanischen Verstrebung, die an einer ersten Seite der Package-Komponente befestigt ist, wobei die mechanische Verstrebung einen inneren Rahmenteil und einen den inneren Rahmenteil umschließende äußeren Rahmenteil aufweist, wobei der innere Rahmenteil Randbereiche des Sockels physisch kontaktiert, wobei die mechanische Verstrebung eine steife Schicht und eine weiche Schicht, die zwischen der steifen Schicht und dem Sockel angeordnet ist, aufweist, wobei die steife Schicht eine erste Steifigkeit hat und die weiche Schicht eine zweite Steifigkeit hat, wobei die zweite Steifigkeit kleiner als die erste Steifigkeit ist; einem thermischen Modul, das an einer zweiten Seite der Package-Komponente befestigt ist, wobei das thermische Modul thermisch und physisch mit dem integrierten Schaltungs-Die verbunden ist; und Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die mechanische Verstrebung und die Package-Komponente erstrecken.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Sockel eine dritte Steifigkeit hat, wobei die zweite Steifigkeit kleiner als die dritte Steifigkeit ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die steife Schicht ein Metall umfasst.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die weiche Schicht eine Metallfolie umfasst.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die weiche Schicht ein Elastomer umfasst.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die steife Schicht eine erste Dicke hat und die weiche Schicht eine zweite Dicke hat, wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der äußere Rahmenteil der steifen Schicht und der äußere Rahmenteil der weichen Schicht die gleiche Breite haben.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der äußere Rahmenteil der steifen Schicht eine erste Breite hat und der äußere Rahmenteil der weichen Schicht eine zweite Breite hat, wobei die erste Breite größer als die zweite Breite ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der äußere Rahmenteil der steifen Schicht eine quadratische Form hat.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der äußere Rahmenteil der steifen Schicht die Form eines nicht-angeschnittenen Kreises hat.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der äußere Rahmenteil der steifen Schicht die Form eines angeschnittenen Kreises hat.
  19. Verfahren mit den folgenden Schritten: Herstellen einer Package-Komponente mit integrierten Schaltungs-Dies, einem Verkapselungsmaterial um die integrierten Schaltungs-Dies, einer Umverteilungsstruktur über dem Verkapselungsmaterial und den integrierten Schaltungs-Dies, und Sockeln über der Umverteilungsstruktur; Montieren der Package-Komponente zwischen einem thermischen Modul und einer mechanischen Verstrebung mit Schrauben, die sich durch das thermische Modul, die Package-Komponente und die mechanische Verstrebung erstrecken, wobei die mechanische Verstrebung Öffnungen aufweist, wobei nach der Montage jede der Öffnungen einen jeweiligen der Sockel freilegt; und Festziehen von Befestigungselementen auf den Schrauben, um eine Kraft zu vergrößern, die von dem thermischen Modul und der mechanischen Verstrebung auf die Package-Komponente aufgebracht wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die mechanische Verstrebung Folgendes aufweist: eine steife Schicht mit einer ersten Steifigkeit; und eine weiche Schicht, die zwischen der steifen Schicht und den Sockeln angeordnet ist, wobei die weiche Schicht eine zweite Steifigkeit hat, wobei die zweite Steifigkeit kleiner als die erste Steifigkeit ist.
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