DE112008002459B4 - Integrierte-Schaltkreis-Bausteine mit hoch-dichten bumpless bild-up layers und einem Substrat mit dichtevermindertem Kern oder einem kernlosen Substrat - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (300, 402), die Folgendes umfasst:mehrere erste Elemente (100), die jeweils Folgendes enthalten:einen mikroelektronischen Chip (102), der eine aktive Fläche (104) und mindestens eine Seite aufweist,ein Verkapselungsmaterial (106) neben der mindestens einen Seite des mikroelektronischen Chips (102), wobei das neben der mindestens einen Seite des mikroelektronischen Chips (102) angeordnete Verkapselungsmaterial (106) mindestens eine Fläche enthält, die planar zu der aktiven Fläche (104) des mikroelektronischen Chips (102) verläuft,eine erste dielektrische Materialschicht (110), die auf mindestens einem Abschnitt der aktiven Fläche (104) des mikroelektronischen Chips (102) und der mindestens einen Fläche des Verkapselungsmaterials (106) angeordnet ist,mehrere Aufbauschichten (112), die auf der ersten dielektrischen Materialschicht (110) angeordnet sind, undmehrere Leiterbahnen (114), die auf der ersten dielektrischen Materialschicht (110) und den Aufbauschichten (112) angeordnet sind und in elektrischem Kontakt mit der aktiven Fläche (104) des mikroelektronischen Chips (102) stehen; undein zweites Element (200), das mit den mehreren ersten Elementen (100) gekoppelt ist, wobei das zweite Element (200) ein Substrat enthält, das mehrere dielektrische Materialschichten (204, 206) und Leiterbahnen (216) aufweist, um leitfähigen Kontakte (212) auf einer Oberseite (208) leitend mit leitfähigen Kontakten (214) auf einer Unterseite (210) zu koppeln, wobei die leitfähigen Kontakte (212) auf der Oberseite (208) leitfähig mit den Leiterbahnen (114) der mehreren ersten Elemente (100) gekoppelt sind,.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein das Gebiet der Konstruktion Integrierter-Schaltkreis-Bausteine und insbesondere Integrierte-Schaltkreis-Bausteine mit hoch-dichten Bumpless Build-Up Layers (BBULs, kontakthügellose Aufbauschichten) und einem Substrat mit dichtevermindertem Kern oder einem kernlosen Substrat.
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Im Zuge immer kleiner werdender Transistoren und einer zunehmenden Anzahl von Funktionen, die in mikroelektronischen Bauelementen untergebracht werden, müssen auch die Geometrien der Verbindungen zwischen Chip und Bausteinsubstrat kleiner werden. Derzeit wird der Chip mittels einer Lötverbindung mit dem Bausteinsubstrat verbunden, die gemeinhin als eine Flipchip-Verbindung bezeichnet wird. Die herkömmlichen Flipchip-Prozesse werden mit immer kleiner werdendem Kontakthügelabstand zunehmend komplexer, weil sich die Unterfüllung des Raumes zwischen den Flipchip-Kontakthügel schwierig gestaltet.
- Die Offenlegungsschrift
US 2002/0074641 A1 - Die Offenlegungsschrift
US 2007/0074900 A1 - Die Patentschrift
US 6 970 362 B1 offenbart einen mehrlagigen Interposer mit zwei eingebetteten disktreten Kondensatoren. Der Interposer ist zwischen einem Die und einem Primärsubstrat angeordnet und mit diesen über Lötstellen elektrisch verbunden. - Die Offenlegungsschrift
JP 2003-163 323 A - Figurenliste
- Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und in denen Folgendes dargestellt ist:
-
1 ist eine grafische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht eines ersten Bausteinelements mit hoch-dichten Bumpless Build-Up Layers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 ist eine grafische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht eines zweiten Bausteinelements, das ein Substrat mit dichtevermindertem Kern oder ein kernloses Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält; -
3 ist eine grafische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Integrierter-Schaltkreis-Baustein gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
4 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften elektronischen Vorrichtung, die zum Implementieren eines Integrierten-Schaltkreis-Bausteins gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geeignet ist. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
1 ist eine grafische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht eines ersten Bausteinelements mit hoch-dichten Bumpless Build-Up Layers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie gezeigt, enthält das erste Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement100 einen oder mehrere mikroelektronische Chips102 , eine aktive Fläche104 des mikroelektronischen Chips, ein Verkapselungsmaterial106 , einen Kern108 des mikroelektronischen Bausteins, eine erste dielektrische Materialschicht110 , Aufbauschichten112 , Leiterbahnen114 und leitfähige Kontakte116 . - Der mikroelektronische Chip
102 soll jede Art von Integriertem-Schaltkreis-Chip repräsentieren. In einer Ausführungsform ist der mikroelektronische Chip102 ein Mehrkern-Mikroprozessor. Der mikroelektronische Chip102 enthält eine aktive Fläche104 , welche die elektrischen Verbindungen enthält, die für das Funktionieren des mikroelektronischen Chips102 erforderlich sind. - Der mikroelektronische Chip
102 wird durch ein Verkapselungsmaterial106 auf mindestens einer Seite an seinem Platz gehalten. Das Verkapselungsmaterial106 enthält mindestens eine Fläche, die zu der aktiven Fläche104 im Wesentlichen planar verläuft. In einer Ausführungsform ist die aktive Fläche104 auf einer Halteplatte angeordnet, während das Verkapselungsmaterial106 um den mikroelektronischen Chip102 herum angeordnet ist. Das Verkapselungsmaterial106 kann sich über die Rückseite (gegenüber der aktiven Fläche104 ) des mikroelektronischen Chips102 erstrecken. - Der Kern
108 des mikroelektronischen Bausteins kann in dem ersten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement100 enthalten sein, um mechanische Unterstützung und Stabilität während des Aufbauprozesses zu verleihen. Der Kern108 des mikroelektronischen Bausteins kann eine Öffnung aufweisen, in der der mikroelektronische Chip102 angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist der Kern108 des mikroelektronischen Bausteins nicht in dem ersten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement100 enthalten, und das Verkapselungsmaterial106 kann in einem größeren Umfang eingesetzt werden. - Eine erste dielektrische Materialschicht
110 ist auf mindestens einem Abschnitt der aktiven Fläche104 und des Verkapselungsmaterials106 angeordnet. Mittels einschlägig bekannter Verarbeitungsverfahren werden Aufbauschichten112 nacheinander auf der ersten dielektrischen Materialschicht110 angeordnet. - Leiterbahnen
114 sind auf der ersten dielektrischen Materialschicht110 und den Aufbauschichten112 angeordnet und stehen mit der aktiven Fläche104 in elektrischem Kontakt. Leitfähige Kontakte116 sind mit den Leiterbahnen114 gekoppelt und ermöglichen es, das erste Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement100 beispielsweise mittels einer Lötverbindung elektrisch mit dem zweiten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement200 , das unten beschrieben wird, zu koppeln. In einer Ausführungsform enthalten die leitfähigen Kontakte116 Lötkontakthügel. In einer weiteren Ausführungsform enthalten die leitfähigen Kontakte116 Kontaktflecke. -
2 ist eine grafische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht eines zweiten Bausteinelements, das ein Substrat mit dichtevermindertem Kern oder ein kernloses Substrat enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie gezeigt, enthält das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement200 einen oder mehrere Substratkerne202 , obere Aufbauschichten204 , untere Aufbauschichten206 , eine Oberseite208 , eine Unterseite210 , obere leitfähige Kontakte212 , untere leitfähige Kontakte214 , Leiterbahnen216 , eingebettete Komponenten218 , einen oberen Abstand220 und einen unteren Abstand222 . - Das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement
200 ist mit dem ersten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement100 gekoppelt, um einen Integrierten-Schaltkreis-Baustein zu bilden. Das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement200 kann einen Substratkern202 enthalten, um mechanische Unterstützung zu verleihen. Die oberen Aufbauschichten204 und unteren Aufbauschichten206 können mittels einschlägig bekannter Verarbeitungsverfahren ausgebildet werden. In einer Ausführungsform ist der Substratkern202 nicht in dem zweiten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement200 enthalten, und es können Aufbauschichten allein, zum Beispiel ein organisches Mehrschichtsubstrat, verwendet werden. - Obere leitfähige Kontakte
212 sind auf der Oberseite208 angeordnet. Die oberen leitfähigen Kontakte212 ermöglichen es, das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement200 beispielsweise mittels einer Lötverbindung elektrisch mit dem ersten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement100 zu koppeln. In einer Ausführungsform enthalten die oberen leitfähigen Kontakte212 Lötkontakthügel. In einer weiteren Ausführungsform enthalten die oberen leitfähigen Kontakte212 Kontaktflecke. - Untere leitfähige Kontakte
214 sind auf der Unterseite208 angeordnet. Die unteren leitfähigen Kontakte212 ermöglichen es, das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement200 beispielsweise mittels einer Sockelverbindung elektrisch mit anderen Bauelementen, zum Beispiel einer gedruckten Leiterplatte, zu koppeln. In einer Ausführungsform umfassen die unteren leitfähigen Kontakte214 eine Kontaktfleck-Gitteranordnung. In einer weiteren Ausführungsform umfassen die unteren leitfähigen Kontakte214 eine Kugelgitteranordnung. In einer weiteren Ausführungsform umfassen die unteren leitfähigen Kontakte214 eine Kontaktstift-Gitteranordnung. - Leiterbahnen
216 sind durch das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement200 hindurch verlegt, um die oberen leitfähigen Kontakte212 leitend mit den unteren leitfähigen Kontakten214 zu koppeln. - In dem Substrat des zweiten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelements
200 können eingebettete Komponenten218 enthalten sein. In einer Ausführungsform gehört zu den eingebetteten Komponenten218 mindesten ein Speicherbaustein. In einer weiteren Ausführungsform gehört zu den eingebetteten Komponenten218 mindestens eine diskrete Komponente, wie zum Beispiel ein Kondensator, eine Induktionsspule, ein Widerstand, ein Logikbaustein oder dergleichen. - Das zweite Integrierte-Schaltkreis-Bausteinelement
200 ist dafür ausgelegt, Signale von einem oberen Abstand220 zu einem unteren Abstand222 zu übertragen. In einer Ausführungsform ist der obere Abstand220 so eng wie praktisch möglich, um das Herstellen von Lötverbindungen zwischen dem ersten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement100 und dem zweiten Integrierten-Schaltkreis-Bausteinelement200 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform beträgt der obere Abstand220 etwa 80 bis etwa 130 Mikrometer. In einer Ausführungsform beträgt der untere Abstand222 etwa 400 bis etwa 800 Mikrometer. -
3 ist eine grafische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Integrierten-Schaltkreis-Baustein gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie gezeigt, enthält der Integrierte-Schaltkreis-Baustein300 mehrere erste Bausteinelemente100 , die mit einem zweiten Bausteinelement200 gekoppelt sind. Obgleich hier vier erste Bausteinelemente100 gezeigt sind, kann jede beliebige Anzahl enthalten sein. In einer Ausführungsform sind sechzehn erste Bausteinelemente100 mit einem zweiten Bausteinelement200 gekoppelt. Ein Unterfüllmaterial302 , wie zum Beispiel ein Epoxidharz, kann zwischen die ersten Elemente100 und das zweite Element200 gegossen werden. Das Unterfüllmaterial302 kann den Raum zwischen den Verbindungen, zum Beispiel (nicht gezeigten) Lötverbindungen, zwischen den leitfähigen Kontakten116 und den leitfähigen Kontakten212 im Wesentlichen ausfüllen. -
4 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften elektronischen Vorrichtung, die zum Implementieren eines Integrierten-Schaltkreis-Bausteins gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geeignet ist. Die elektronische Vorrichtung400 soll eine breite Vielfalt herkömmlicher und nicht-herkömmlicher elektronischer Vorrichtungen, Laptop-Computer, Desktop-Computer, Mobiltelefone, Drahtloskommunikations-Teilnehmereinheiten, Drahtloskommunikationstelefonie-Infrastrukturelemente, PDAs (persönliche digitale Assistenten), Settop-Boxen oder sonstige elektrische Vorrichtungen repräsentieren, die einen Nutzen aus den Lehren der vorliegenden Erfindung realisieren könnten. Gemäß dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die elektronische Vorrichtung400 einen oder mehrere Prozessoren402 , eine Speichersteuereinheit404 , einen Systemspeicher406 , eine Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit408 , Netzwerk-Steuereinheit410 und ein oder mehrere Eingabe/Ausgabe-Geräte412 enthalten, die wie in4 gezeigt angeschlossen sind. Der eine oder die mehreren Prozessoren402 oder andere Integrierte-Schaltkreis-Komponenten der elektronischen Vorrichtung400 können einen Zwei-Element-Baustein umfassen, wie zuvor als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. - Der eine oder die mehreren Prozessoren
402 können eine breite Vielfalt von Steuerungslogik repräsentieren, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor und/oder einen programmierbaren Logikbaustein (PLD) und/oder ein programmierbares Logikarray (PLA) und/oder einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) und/oder einen Mikrocontroller und dergleichen, obgleich der vorliegenden Erfindung diesbezüglich keinerlei Grenzen auferlegt sind. In einer Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Prozessoren402 Intel -kompatible Prozessoren. Der eine oder die mehreren Prozessoren402 können einen Befehlssatz aufweisen, der mehrere Maschinenanweisungen enthält, die zum Beispiel durch ein Anwendungsprogramm oder ein Betriebssystem aufgerufen werden können. - Die Speichersteuereinheit
404 kann einen beliebigen Typ eines Chipsatzes oder einer Steuerlogik repräsentieren, der bzw. die den Systemspeicher406 mit den anderen Komponenten der elektronischen Vorrichtung400 verbindet. In einer Ausführungsform kann die Verbindung zwischen dem einen oder den mehreren Prozessoren402 und der Speichersteuereinheit404 eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Speichersteuereinheit404 als eine Nordbrücke bezeichnet werden. - Der Systemspeicher
406 kann einen beliebigen Typ eines oder mehrerer Speicherbausteine repräsentieren, die zum Speichern von Daten und Befehlen verwendet werden, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren402 verwendet wurden oder verwendet werden. In der Regel besteht der Systemspeicher406 aus einem dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), obgleich der Erfindung in dieser Hinsicht keine Grenzen auferlegt sind. In einer Ausführungsform kann der Systemspeicher406 aus einem Rambus-DRAM (RDRAM) bestehen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Systemspeicher406 aus einem synchronen DRAM mit doppelter Datenrate (DDRSDRAM) bestehen. - Die Eingabe/Ausgabe (E/A)-Steuereinheit 408 kann einen beliebigen Typ eines Chipsatzes oder einer Steuerlogik repräsentieren, der bzw. die das eine oder die mehreren E/A-Geräte 412 mit den anderen Komponenten der elektronischen Vorrichtung
400 verbindet. In einer Ausführungsform kann die E/A-Steuereinheit 408 als eine Südbrücke bezeichnet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die E/A-Steuereinheit 408 der Peripheral Component Interconnect (PCI)-Express™-Basisspezifikation, Revision1.0a , PCI Special Interest Group, herausgegeben am 15. April 2003, entsprechen. - Die Netzwerk-Steuereinheit
410 kann jedes beliebige Gerät repräsentieren, das es der elektronischen Vorrichtung400 ermöglicht, mit anderen elektronischen Vorrichtungen oder Bauelementen zu kommunizieren. In einer Ausführungsform kann die Netzwerk-Steuereinheit410 dem Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) 802.11b-Standard (zugelassen am 16. September 1999, Zusatz zum ANSI/IEEE-Standard802.11 , Ausgabe1999 ), entsprechen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Netzwerk-Steuereinheit410 eine Ethernet-Netzwerkschnittstellenkarte sein. - Das eine oder die mehreren Eingabe/Ausgabe (E/A)-Geräte 412 können einen beliebigen Typ eines Bauelementes, eines Peripheriegerätes oder einer Komponente repräsentieren, das bzw. die Eingaben in die elektronische Vorrichtung
400 einspeist oder Ausgaben aus der elektronischen Vorrichtung400 verarbeitet.
Claims (14)
- Vorrichtung (300, 402), die Folgendes umfasst: mehrere erste Elemente (100), die jeweils Folgendes enthalten: einen mikroelektronischen Chip (102), der eine aktive Fläche (104) und mindestens eine Seite aufweist, ein Verkapselungsmaterial (106) neben der mindestens einen Seite des mikroelektronischen Chips (102), wobei das neben der mindestens einen Seite des mikroelektronischen Chips (102) angeordnete Verkapselungsmaterial (106) mindestens eine Fläche enthält, die planar zu der aktiven Fläche (104) des mikroelektronischen Chips (102) verläuft, eine erste dielektrische Materialschicht (110), die auf mindestens einem Abschnitt der aktiven Fläche (104) des mikroelektronischen Chips (102) und der mindestens einen Fläche des Verkapselungsmaterials (106) angeordnet ist, mehrere Aufbauschichten (112), die auf der ersten dielektrischen Materialschicht (110) angeordnet sind, und mehrere Leiterbahnen (114), die auf der ersten dielektrischen Materialschicht (110) und den Aufbauschichten (112) angeordnet sind und in elektrischem Kontakt mit der aktiven Fläche (104) des mikroelektronischen Chips (102) stehen; und ein zweites Element (200), das mit den mehreren ersten Elementen (100) gekoppelt ist, wobei das zweite Element (200) ein Substrat enthält, das mehrere dielektrische Materialschichten (204, 206) und Leiterbahnen (216) aufweist, um leitfähigen Kontakte (212) auf einer Oberseite (208) leitend mit leitfähigen Kontakten (214) auf einer Unterseite (210) zu koppeln, wobei die leitfähigen Kontakte (212) auf der Oberseite (208) leitfähig mit den Leiterbahnen (114) der mehreren ersten Elemente (100) gekoppelt sind,.
- Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei das erste Element (100) einen Kern (108) eines mikroelektronischen Bausteins enthält, der eine Öffnung aufweist, in der der mikroelektronische Chip (102) angeordnet ist. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei das zweite Element (200) einen Substratkern (202) enthält. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei das zweite Element (200) mindestens einen Speicherbaustein enthält, die zwischen der Oberseite (208) und der Unterseite (210) eingebettet ist. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei das zweite Element (200) mindestens eine diskrete elektronische Komponente (218) enthält, die zwischen der Oberseite (208) und der Unterseite (210) eingebettet ist. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die leitfähigen Kontakte (214) auf der Unterseite (210) des zweiten Elements (200) eine Kontaktfleck-Gitteranordnung umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die leitfähigen Kontakte (214) auf der Unterseite (210) des zweiten Elements (200) eine Kugelgitteranordnung umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die leitfähigen Kontakte (212) auf der Oberseite (208) des zweiten Elements (200) Kontakthügel umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die mehreren ersten Elemente (100) vier erste Elemente (100) umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die mehreren ersten Elemente (100) sechzehn erste Elemente (100) umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die leitfähigen Kontakte (212) auf der Oberseite (208) des zweiten Elements (200) einen Abstand von 80 bis 130 Mikrometer umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , wobei die leitfähigen Kontakte (214) auf der Unterseite (210) des zweiten Elements (200) einen Abstand von 400 bis 800 Mikrometer umfassen. - Vorrichtung (300, 402) nach
Anspruch 1 , die des Weiteren eine Epoxidharzunterfüllung (302) zwischen den mehreren ersten Elementen (100) und dem zweiten Element (200) umfasst. - Elektronische Vorrichtung (400), die Folgendes umfasst: eine Netzwerk-Steuereinheit (410); einen Systemspeicher (406); und einen Prozessor wobei der Prozessor als Vorrichtung (402) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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