TWI447891B - 用於鄰近通訊的積體電路封裝 - Google Patents

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TWI447891B
TWI447891B TW097135880A TW97135880A TWI447891B TW I447891 B TWI447891 B TW I447891B TW 097135880 A TW097135880 A TW 097135880A TW 97135880 A TW97135880 A TW 97135880A TW I447891 B TWI447891 B TW I447891B
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James G Mitchell
John E Cunningham
Ashok V Krishnamoorthy
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Sun Microsystems Inc
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Description

用於鄰近通訊的積體電路封裝
本發明係關於用於封裝積體電路之技術。更明確地說，本發明係關於有利於晶片間鄰近通訊之多晶片模組。
目前在半導體技術上的進步使將包含數億電晶體之大尺寸系統整合入單一半導體晶片(或晶粒)變得可能。將此種大尺寸系統整合入單一半導體晶片增加此種系統能作業的速度，因為在系統組件間的訊號不必跨越晶片範圍，且不會受到冗長的晶片至晶片傳播延遲。再者，將此種大尺寸系統整合入單一半導體晶片相當程度地減少製造成本，因為需要較少的半導體晶片以執行給定的計算工作。
不幸地，此等在半導體技術上的進步尚未藉由在晶片間通訊技術上的對應進步而達成。半導體晶片典型地係整合在包含用於晶片間通訊之許多訊號線層的印刷電路板上。然而，半導體晶片上的訊號線係以較印刷電路板上的訊號線約100倍以上的密度裝配。所以，半導體晶片上僅有極小一部分的訊號線能跨越該印刷電路板佈線至其他晶片。此間題已產生隨著半導體整合密度之持續增加而持續成長的瓶頸。
研究員已開始調查用於半導體晶片間通訊之替代技術。一個有希望的技術包括將電容式發射器及接收器陣列整合在半導體晶片上，以利於晶片間通訊。若第一晶片位於與第二晶片面對面的位置，使得該第一晶片上的發射器焊墊電容耦合該第二晶片上的接收器焊墊，該第一晶片能直接傳輸訊號至該第二晶片，無需經由印刷電路板中的中介訊號線發送該等訊號。
電容耦合在該等發射器焊墊及該等接收器焊墊(其通常稱為鄰近連接器)間需要同時在該等焊墊界定之平面上及垂直於該平面的方向上的精確對準。在該等發射器焊墊及該等接收器焊墊間的錯位可能導致各接收器焊墊跨越二發射器焊墊，因此破壞已接收訊號。理論上，為使通訊變為可能，必需對準晶片使得錯位少於該等焊墊間之間距的一半。責際上，該等對準需求可能更嚴厲。此外，減少錯位能改善晶片間的通訊效能並減少電力消耗。
不幸地，適當地對準晶片係非常有挑戰性的。既存方法包含有利於焊墊位置之自對準及自調整的機械載置結構。圖1描繪一此種方法，在該方法中使用負特徵，諸如蝕刻孔112、及微球體114，以對準在多晶片模組(MCM)中的半導體晶粒110(並從而對準鄰近連接器)。能使用在半導體晶粒110上製造電路之前、之間、或之後發生的減少製程(亦即，移除材料之光微影製程)光微影地界定此等蝕刻孔。此使與電路及該等鄰近連接器有關的蝕刻孔112能精確地位於半導體晶粒110上。因此，蝕刻孔112及電路間的該光微影對準在頂及底半導體晶粒110上的電路間建立精確對準。
需注意在X、Y、及Z方向上的對準及半導體晶粒110間的角對準僅取決於蝕刻孔112及微球體114的相對尺寸、及半導體晶粒110上的蝕刻孔112的定向及位置。明確地說，半導體晶粒110上之電路間的側向對準係以「榫合」方式達成，提供合適尺寸之微球體114以裝入蝕刻孔112。明顯地，過大的微球體114不能裝入蝕刻孔112，而過小的微球體114不能適當地對準頂及底半導體晶粒110。然而，若微球體114正確地位於蝕刻孔112的凹陷中(例如，彼等之赤道精確地位於或高於半導體晶粒110-1的表面並精確地位於或低於半導體晶粒110-2的表面)，則頂及低半導體晶粒110上的電路係準確對準的。相似地，在Z方向上的對準係蝕刻孔112之光微影特徵尺寸、蝕刻孔112的蝕刻深度、及微球體114之直徑的函數。
雖然此方法有用並可應用在包含二個或多個半導體晶粒110之MCMs的封裝及組裝上，其仍遭受將微球體114置入蝕刻孔112不係能由晶圓代工廠輕易執行之平行、晶圓規模製程的限制。取而代之的係微球體114通常係在製造後置入個別的半導體晶粒110中。所以，此方法可能增加組裝MCMs之製程的複雜度及成本。
此外，鄰近通訊在MCMs的設計及組裝上提出挑戰，包含：提供電力至該等晶片；有效地冷卻該等晶片；作為MCMs至外部輸入/輸出(I/O)機制的介面；測試；在擾動存在時的可靠性，諸如熱應力、振動、及機械衝擊；及再加工MCMs以修復及/或取代失效組件的能力。
因此，需要不含上列問題之有利於鄰近通訊的方法及設備。
本發明之一個實施例提供多晶片模組(MCM)。此MCM包含第一半導體晶粒及第二半導體晶粒，其中能係該第一半導體晶粒或該第二半導體晶粒之給定半導體晶粒包含鄰近該給定半導體晶粒之表面的鄰近連接器。此外，該給定半導體晶粒組態成藉由一個或多個鄰近連接器經由鄰近通訊以與該其他半導體晶粒通訊訊號。再者，該MCM包含對準板及耦合至該對準板的頂板。此對準板包含組態成容納該第一半導體晶粒之第一負特徵及組態成容納該第二半導體晶粒之第二負特徵，且該頂板包含正特徵。需注意該正特徵係耦合至該第一半導體晶粒，且該正特徵有利於該第一半導體晶粒的機械定位。
在部分量施例中，該機械定位界定鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器及鄰近該第二半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器的相對位置。需注意該等相對位置係在包含鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器的平面中之第一預先決定距離內，且該等相對位置係在實質垂直於該平面之方向上的第二預先決定距離內。
在部分責施例中，該MCM包含耦合至鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器及耦合至鄰近該第二半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器的組件。此組件可能使用第一耦合元件以耦合至該給定之半導體晶粒。例如，該第一耦合元件可能包含微球體。
在部分實施例中，該第一半導體晶粒的該表面面對該第二半導體晶粒之該表面。然而在部分實施例中，該第一半導體晶粒的該表面與該第二半導體晶粒之該表面二者面對相同的方向。
在部分實施例中，該鄰近通訊包含光學通訊。再者，在部分實施例中，鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器係電容地耦合至鄰近該第二半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器。
在部分實施例中，該正特徵包含凸起，且該凸起的至少一部分具有角錐形。再者，可包含該第一負特徵或該第二負特徵之給定負特徵包含凹陷，且該凹陷的至少一部分具有角錐形。
在部分實施例中，該MCM包含耦合至該對準板之基板，其中該第一半導體晶粒使用有利於該機械定位之第二耦合元件耦合至該基板。此等第二耦合元件可能包含微球體。在部分實施例中，該等微球體定位在該基板中的凹陷及在該對準板中的凹陷內。再者，該等第二耦合元件可能有利於該第一半導體晶粒的定向。
在部分實施例中，該基板組態成從該第一半導體晶粒冷卻。
在部分實施例中，該第一半導體晶粒使用有利於該機械定位之第三耦合元件耦合至該第二半導體晶粒。此等第三耦合元件可能包含微球體。
在部分實施例中，該頂板包含在該頂板之第一表面上具有第一尺寸之第一連接器及在該頂板之第二表面上具有第二尺寸之第二連接器。需注意該頂板組態成耦合該等第一連接器至該給定之半導體晶粒並耦合該等第一連接器至第二連接器。此外，該第二尺寸大於該第一尺寸。
其他實施例提供用於組裝該MCM之方法。在此程序中，將第一半導體晶粒定位於該MCM中之該對準板中的第一負特徵中，其中該定位包含使用第四耦合元件將該第一半導體晶粒耦合至該MCM中的該基板。然後，將第二半導體晶粒定位在該對準板中的第二負特徵中，其中該定位包含使用第五耦合元件將該第二半導體晶粒耦合至該基板。其次，該第一半導體晶粒使用第三耦合元件耦合至該第二半導體晶粒。需注意可包含該第一耦合元件、該第二耦合構件、或該第三耦合元件之給定耦合元件，有利於鄰近該第一半導體晶粒的第一表面之鄰近連接器對準鄰近該第二半導體晶粒的第二表面之鄰近連接器。
呈現以下描述以使熟悉本發明之任何人士能獲得及使用本發明，並以特定應用及其需求的方式在上下文中提供。對該等已揭示責施例的不同修改對熟悉本發明之人士會係顯而易見的，且本文所界定之一般原理可能無需離開本發明的精神或範圍，而施用在其他實施例及應用上。從而，本發明並不傾向於受所顯示之實施例所限制，但待給予與本文所揭示之該等原理及特性一致之最廣泛範圍。
將描述方法、半導體晶粒、MCM、及包含該MCM之系統的實施例。需注意該MCM，有時將其稱為巨集晶片，包含晶片模組(CMs)之陣列或單晶片模組(SCMs)，且給定之SCM包含至少一個半導體晶粒。此外，該半導體晶粒使用電(電容耦合)訊號之鄰近通訊及/或光學訊號之鄰近通訊(彼等有時分別稱為電鄰近通訊或光鄰近通訊)與其他半導體晶粒、SCMs、及/或該MCM中的裝置通訊。此鄰近通訊係經由位於或鄰近於該半導體晶粒之表面的鄰近焊墊或連接器而發生。
藉由在一個或多個該等半導體晶粒表面上的特徵，有利於鄰近連接器對附近或相鄰之半導體晶粒或組件的對準。針對給定之半導體晶粒，此等特徵可能包含正特徵(其凸起或延伸於周遭區域的上方)及/或負特徵(其定位於相對低於或凹陷於周遭區域的位置)。需注意可能使用添加(亦即，材料沈積)及/或減少(亦即，材料移除)製程以界定該等特徵。在部分實施例中，在第一半導體晶粒上的特徵配對於或耦合至第二半導體晶粒上的特徵。此外在部分實施例中，正及/或負特徵(諸如角錐形蝕刻孔或槽)係與晶片間耦合元件(諸如，微球體或球)結合使用。例如，可能使用該等微球體以對準組件及/或耦合電力或光學訊號至該等半導體晶粒。
該MCM的製造可能包含該等半導體晶粒、SCMs、及/或組件的流體自組裝。明確地說，可能使用以化學為基及/或幾何為基之選擇將一種或多種類型之耦合元件定位在該MCM之一部分中的特徵(諸如基板及/或半導體晶粒)中。例如，以幾何為基之選擇可能包含基於至少部分該等耦合元件之尺寸及/或形狀的選擇。此外，以化學為基之選擇可能包含至少部分該等耦合元件對至少部分該等特徵的化學鍵結(例如離子、共價、永久偶極、及/或凡得瓦)。此鍵結可能係在包含核酸(諸如去氧核糖核酸或DNA)之化合物間。在部分實施例中，該流體組裝包含：重力、機械攪拌、靜電驅動力、及/或靜磁驅動力。需注意用於組裝該MCM之此技術能在晶圓規模製程中實現，因此有利於：更簡單的組裝、快速組裝(例如，以平行方式)、及/或較低成本。
該半導體晶粒及/或該MCM之實施例可能在不同應用中使用，包含：電話學、儲存區域網路、資料中心、網路(諸如區域網路)、及/或電腦系統(電漿多處理器電腦系統)。例如，該半導體晶粒可能包含在耦合至多處理器刀鋒之底板中的交換器中，或在耦合至不同類型組件的交換器(諸如處理器、記憶體，I/O裝置、及/或周邊裝置)中。在部分實施例中，該半導體晶粒及/或該MCM包含電腦系統之至少一部分功能。
現在將描述半導體晶粒及MCM之實施例。圖2呈現描繪包含鄰近連接器212(其可能係電容、光學、電感、及/或以導電為基之連接器)的裝置200之實施例的方塊圖。裝置200可能包含至少一個半導體晶粒210，其中半導體晶粒210可能包含對應於沈積在半導體基材上之層的積體電路電子裝置。需注意半導體晶粒210可能封裝在SCM及/或MCM中，其中該MCM可能包含二個或多個SCMs。在封裝在，例如，該SCM或該MCM中後，半導體晶粒210有時稱為「晶片」。
在一個實施例中，鄰近連接器212可能位於或鄰近於半導體晶粒210、該SCM、及/或該MCM的至少一表面。在其他實施例中，半導體晶粒210、該SCM、及/或該MCM可能耦合至鄰近連接器212。在模範實施例中，鄰近連接器212實質位於或接近於半導體晶粒210的一個或多個角落(鄰近連接器212-1及212-2)及/或邊緣(鄰近連接器212-3)。在其他實施例中，鄰近連接器212可能位於一個或多個隨意位置，該等隨意位置位於或鄰近於半導體晶粒210的表面。此外，雖然未圖示，在部分責施例中，焊球或焊墊(例如C4焊墊或塊)也可能包含在半導體晶粒210之表面上。例如，焊墊陣列可能定位在接近該表面的中央處。可能使用此等焊墊以耦合訊號至半導體晶粒210，包含：電力、接地(GND)、控制訊號、及/或I/O訊號。
如同對鄰近連接器212-1的描繪，在該表面之第一方向(X)216上的相鄰連接器或焊墊間有第一間距214-1且在該表面之第二方向(Y)218上的相鄰連接器或焊墊間有第二間距214-2。在部分實施例中，第一間距214-1及第二間距214-2幾乎相等。
圖3呈現描繪包含使用電容耦合鄰近通訊(其如圖解所示般的使用)以通訊之半導體晶粒210的MCM300之實施例的方塊圖。半導體晶粒210可能包含至少位於或鄰近於半導體晶粒210之表面308的鄰近連接器212。例如，鄰近連接器212可能位於保護層的下方，使得彼等位於表面308以下。此外，鄰近連接器212的子組可能耦合至發射電路310(諸如發射裝置)及接收電路312(諸如接收器)。發射電路310之一者、相鄰半導體晶粒210上之鄰近連接器212的至少一子組、及接收電路312之一者可能組成通訊通道。例如，該通訊通道可能包含：發射電路310-1、部分鄰近連接器212、及接收電路312-1。需注意發射電路310及接收電路312可能使用電壓模式訊號方式(亦即，電壓模式驅動器及接收器)。此外，半導體晶粒210也可能包含佈線及電子裝置(未圖示)以中繼該等資料訊號至半導體晶粒210上的電子裝置，諸如：邏輯、記憶體(例如，封包緩衝記憶體)、I/O埠、解多工器、多工器、及/或交換元件。
為使用鄰近通訊以通訊資料訊號，在相鄰半導體晶粒210上的發射及接收鄰近連接器212可能僅具有，起碼，有限的錯位，亦即，質實精確的對準。為密集地裝配鄰近連接器，亦即，鄰近連接器212在相鄰焊墊間具有小間隔或間距214(圖2)，相鄰半導體晶粒210上的二個或多個鄰近連接器212間的對準可能係在第一方向(X)216(圖2)上的數微米範圍內及/或第二方向(Y)218(圖2)上的數微米範圍內，其中該第一方向(X)216及該第二方向(Y)218係在包含至少部分該等鄰近連接器212的第一平面中。該對準可能係在幾乎垂直該第一平面的第三方向(Z)上的數微米範圍內。需注意MCM300描繪在第三方向(Z)上的錯位314。
在部分實施例中，鄰近連接器212可能在六個自由度上對準，包含：第一方向(X)216(圖2)；第二方向(Y)218(圖2)；第三方向(Z)；由第一方向(X)216(圖2)及第二方向(Y)218(圖2)所界定之在第一平面中的角度；由第一方向(X)216(圖2)及第三方向(Z)所界定之在第二平面中的角度；由第二方向(Y)218(圖2)及第三方向(Z)所界定之在第三平面中的角度。需注意X216、Y218、及Z係普通的3度空間正交軸。亦需注意若相鄰半導體晶粒210之任一表面，例如表面308-1，係非平面(例如，由於四極扭曲)，可能導入其他對準問題。
在部分實施例中，容許第一方向(X)216(圖2)、第二方向(Y)218(圖2)、及/或第三方向上的錯位少於相鄰焊墊212間的間距214(圖2)的一半。例如，在第一方向(X)216(圖2)及/或第二方向(Y)218(圖2)上的錯位可能少於25μm，且在第三方向(Z)上的錯位314可能少於5μm。在部分實施例中，錯位314係介於1至10μm間。
諸如在相鄰半導體晶粒210(及/或在組件，諸如耦合二個或多個半導體晶粒210之橋接晶片)上的鄰近連接器212之相對位置的自對準及/或自調整解決方法，可能減少且/或消除在第三方向(Z)上的錯位314。例如，可能使用具有彈性順應性(或係似彈簧)之結構。在其他實施例中，可能使用反饋控制迴路以減少且/或消除在第三方向(Z)上的錯位314。此外，如下文另行描述的，可能藉由耦合位於或鄰近於表面308之對準特徵316以有利於半導體晶粒210(且因此，至少部分鄰近連接器212)的對準。
減少或消除錯位314，可能依次導致相鄰半導體晶粒210上的一個或多個鄰近連接器212至少部分重疊並可能因此增加電容耦合資料訊號之幅度。此外，當該解決方法與諸如電子操縱之技術合併使用時(其中資料訊號係基於第一平面中的對準而發送至給定之鄰近連接器212)，可能減少在第一平面(亦即，至少包含部分鄰近連接器212的該平面)上的錯位。所以，該等解決方法可能有利於半導體晶粒210、SCMs、及/或MCMs間的鄰近通訊。該解決方法也可能減少且/或消除半導體晶粒210、SCMs、及/或MCMs對嚴密容差、精確製造、及/或精確組裝的需求。
在上下文所描述的實施例中，相鄰半導體晶粒210上的鄰近連接器212使用供晶片間通訊用的電容耦合。在其他實施例中，不同連接器可能重疊於相鄰半導體晶粒210上。例如，本發明之一實施例使用光學鄰近連接器，資料訊號在該等鄰近連接器中係在相鄰半導體晶粒210上的端點間光學通訊。此外，可能將光學波導、光纖、光源(諸如二極體或雷射)、及/或收發器整合入用於晶片間通訊之半導體晶粒210(或伴隨之電路板)中。其他實施例使用磁鄰近連接器，資料訊號在該等鄰近連接器中係在緊密相鄰之半導體晶粒210上的端點，或導電連接器(例如焊球)間磁通訊。
在部分實施例中，半導體晶粒210包含在MCM中的半導體晶粒陣列中。例如，如圖3所描繪，在此種陣列中的半導體晶粒210可能以面對面方式定位，使得在半導體晶粒210之角落(且更常在側邊)上的鄰近連接器212重疊並使用，例如，電容耦合鄰近通訊以耦合相鄰半導體晶粒間的訊號。在其他實施例中，半導體晶粒210係朝上(或朝下)的，且相鄰半導體晶粒間的訊號係經由朝下(或朝上)之橋接晶片電容耦合。
雖然將裝置200(圖2)及MCM300描繪成在給定組態中具有大量組件，在其他實施例中，裝置200(圖2)及/或MCM300可能包含更少的組件或其他組件、可能將二個或多個組件組合成單一組件、且/或可能改變一個或多個組件的位置。此外，MCM300的功能可能以硬體及/或軟體方式實現。
現在將描述對準特徵，諸如對準特徵316，的責施例。通常，可能使用種類繁多之特徵，包含正特徵及負特徵。此等特徵可能以種類繁多之材料製造，包含半導體、金屬、玻璃、藍寶石、及/或二氧化矽。在以下的描述中，使用矽作為說明範例。此外，該等特徵可能使用添加及/或減少製程製造，包含濺鍍、等向蝕刻、及/或非等向蝕刻。在部分實施例中，特徵係使用光微影及/或直接寫入技術界定。
圖4A-4C提供說明在半導體晶粒410上製造之負特徵的實施例400、430、及450，包含：溝槽、蝕刻孔或槽412、角錐440、及/或截角錐460。如先前所提及，也可能使用減少製程製造負特徵，例如，藉由選擇性蝕刻矽基材。需注意該蝕刻可能係自限制或自終結的，例如沿<111>晶向之非等向微影以產生角錐440(圖4B)。然而在部分實施例中，蝕刻停止係使用，例如，CMOS技術所界定，以產生截角錐460(在截角錐中，側面係沿著<111>晶向，且底部係，例如，沿著<100>晶向)。或者，可能藉由在結束前停止非等向蝕刻(諸如當已達到預期蝕刻深度時)以製造截角錐460。
雖未圖示，正特徵可能包含：半球、隆起、高帽形或塊、角錐、及/或截角錐或凸形。例如，可能光微影地界定及退火光阻或金屬塊以容許表面張力將該材料拉成半球形(其可能於隨後硬烤)。在部分實施例中，此等特徵配對於或耦合於對應之有利於「榫接」組合的負特徵，因此提供並保持精確對準。
雖然將實施例400(圖4A)、430(圖4B)、及450(及下文所描述的實施例)描繪成具有給定組態之具有有限數量的負特徵，其他實施例可能包含更少的組件或其他組件、可能將二個或多個組件組合成單一組件、且/或可能改變一個或多個組件的位置。例如，可能在一個或多個方向上製造該等負及/或正特徵。因此，在部分實施例中，正特徵，諸如半球具有六角緊密封裝組態。此外，可能將種類繁多的材料用在正及/或負特徵上。且在部分實施例中，給定的半導體晶粒包含正及負特徵二者，因此打破對稱性且保證晶片僅能以一實際配置或定向組合。
在部分實施例中，使用一個或多個正及/或負特徵的形狀以決定半導體晶粒的定向，或限制在MCM中能與給定之半導體晶粒配對的可能半導體晶粒(因此有利於MCM的自組合)。此於圖5中描繪，其提供包含鍵形特徵512的半導體晶粒510之實施例500的方塊圖。此外在部分實施例中，使用一個或多個特徵之配置以限制半導體晶粒的定向或配對。此於圖6中描繪，其提供包含基板610及特徵612之實施例600的方塊圖。需注意半導體晶粒及/或組件(諸如橋裝晶片)在MCM的組裝期間耦合至基板610。
在部分量施例中，該等半導體晶粒上的一個或多個特徵包含在耦合之半導體晶粒間提供應力減輕(例如，由相對移動或溫度差導致之應力)之材料，諸如軟金屬。此外，在此種特徵中或上的金屬層也可能容許MCM中的耦合元件(諸如微球體)耦合電力至一個或多個半導體晶粒。在此等實施例中，該等耦合元件係以金屬製成或具有金屬(導電)塗佈(諸如黃金)。可能或可能不使用此等耦合元件以對準該等半導體晶粒。例如，在部分實施例中，使用正及負特徵以利於對準，並使用微球體以耦合電力及/接地至該等半導體晶粒。
在部分實施例中，使用球面透鏡或微球體以對準半導體晶粒及/或在半導體晶粒間耦合光學訊號。例如，微球體可能從整合在第一半導體晶粒上的波導將光映射至整合在第二半導體晶粒上的波導上，因此有利於在該等半導體晶粒間光學通訊。在其他實施例中，使用以選擇性的光學增益材料摻雜之球形共振腔以使第一半導體晶粒精確地對準第二半導體晶粒。此等球形共振腔可能有利於整合在第一半導體晶粒上的第一波導與整合在第二半導體晶粒上的第二波導間的方位角耦合。此外，在此等半導體晶粒間光學通訊期間，該等球形共振腔可能有利於光學濾波及光學增益。
因此，該等微球體可能包含，諸如藍寶石、玻璃、二氧化矽、導電材料(例如，金屬)、及/或非導電材料之材料。
在以下的描述中，將耦合元件(諸如微球體)與負特徵合併使用(作為範例)以對準在MCM中的半導體晶粒。如前文所提及的，通常難以在晶圓規模製程期間將該等耦合元件置入該等特徵中。原則上，可能在晶圓規模製程期間，使用流體自組裝以將物件，諸如耦合元件，排序及定位在該等特徵中。例如，組裝可能係基於該等耦合元件及/或該等特徵的幾何形狀(亦即，尺寸、形狀、及/或定向)。然而，雖然此種以幾何為基的技術提供高方向選擇性(如圖5及6所描繪的)，可能限制定位址選擇性(亦即，保證將給定類型之耦合元件置入或耦合至給定類型的特徵中的能力)。特別係在包含具有多種：尺寸、形狀、及/或定向之耦合元件及/或特徵的非均勻環境中，係項挑戰。
相反地，在該等耦合元件上及/或該等特徵中以化學為基之塗佈(例如，諸如表面活性劑之助黏劑)能提供高定址選擇性。雖然可能使用任意的化學化合物以實現以化學為基之流體自組裝，在本討論中使用以下包含一個或多個核酸或核苷酸(諸如DNA)之化學物作為說明範例。
核苷酸係由共價鍵結至核苷或去氧核糖(deoxyribose sugar)衍生物之正磷酸二酯體及嘌呤或嘧啶鹼基(nucleobase)之任一者所組成。鹼基包含嘌呤，諸如：腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)，及嘧啶，亦即，胸嘧啶(T)及胞嘧啶(C)。此等核苷酸能經由彼等之正磷酸二酯體鍵彼此鍵結以形成直鏈(或股)，該等正磷酸二酯體鍵必需在相鄰之核苷酸的5'或3'碳原子之任一者處結束或開始(亦即，在去氧核糖中的第五或第三個碳原子)。因為暴露之3'或5'定址係在相反端，此配置給予該等鏈方向。需注意各端係以-OH或磷酸酯基之任一者包覆。
在該股中的核苷酸(也稱為鹼基)序列能係任意的且慣例上將其寫為從該5'端至該3'端的序列(例如，5'-AGGTC-3')。此代表所謂的單股DNA分子。此外，正磷酸二酯體鍵的幾何形狀及核苷的形狀建立單股DNA在反平行方向上圍繞另一者的可能性。因此，若任二股係以反平行方式定向且能形成螺旋結構，或雙股DNA分子，其係幾何相容的。
DNA輔助自組裝係將人工合成單股DNA自組裝成DNA分子的技術。此等DNA分子具有針對特定其他DNA分子的對應端顯示強烈吸引力並與其優先匹配之端，因此促進該等分子的匹配或配對成為晶格。需注意已示範由數千分子所組成之大型二維晶格的自組裝，且即使係三維晶格亦可期待。此次結構成為超結構之自發自有序能係用於複雜系統之自組裝的有力工具。
使DNA適於自組裝的重要特質係具有非常高的選擇性與其補體混成之能力。此外，在金屬化製程期間將雙股DNA變換成高導電歐姆的能力使DNA組裝的使用在微米及奈米長度規模中對建立電路連接有用。需注意該混成或自組裝係由DNA之熱力性質所指導，該性質給予在互補股間形成獨特對之能力。也需注意可能使用此等技術以在10nm(分子規模)及數公分的長度規模間以強定址選擇性建立自組裝結構。例如，簡單實驗已顯示能使用DNA以混成導電金球以在陣列中選擇特定位置。
不幸地，有一些與DNA輔助自組裝相關的問題。明確地說，奈米規模組件的自組裝可能會受限制製程產率之表面積增加效益所阻礙。換言之，可能具有需要減少之競爭非特定交互作用，以強化特定(例如，DNA結合)組裝事件。此外，DNA分子的組裝與溫度成反比。所以，DNA輔助自組裝係具有可能不確定結果之固有隨機製程且不能保證此製程的結束。
此等問題(及先前討論的問題)可能在流體組裝期間藉由組合以幾何為基之選擇及以化學為基之選擇而定址以提供高定址選擇。在部分實施例中，高選擇性之隨機組裝製程(諸如DNA輔助自組裝)包含強同質強制功能。此組裝製程係快速且平行的(因此，減少組裝時間及成本)，並有利於將對準微結構(亦即，耦合元件)選擇性定位於主半導體晶粒及/或MCM(諸如該基板或橋接晶片)中的其他組件中的對應特徵(諸如蝕刻孔)中。此外，此等技術的組合有助於以高產率結束組裝並適於異質組裝。
圖7呈現描繪用於組裝MCM的技術之實施例700的方塊圖，在該MCM中，微球體716係置於基板710中的對應角錐形特徵712中。在此實施例中，角錐形特徵712包含化學塗佈714且微球體716包含化學塗佈718。此等塗佈提供以化學為基之選擇性。此外，微球體716及/或角錐形特徵712的幾何形狀提供以幾何為基之選擇性，如同微球體716及角錐形特徵712的不同尺寸(因此，可能將微球體716-1定位在角錐形712-1中並可能將微球體716-2定位在角錐形特徵712-2中)所描繪的。使用此組裝技術，能以高精確度及產率將對準微結構或耦合元件(諸如微球體716)自組裝入基板710(諸如矽晶片)中的適當角錐形特徵712中。需注意此等耦合元件可能有不同的：目的、材料、尺寸、及/或形狀。
在模範實施例中，塗佈714及/或718包含一個或多個核酸或核苷酸，亦即，使用DNA輔助流體自組裝以將微球體716定位在角錐形特徵712中。可能藉由塗佈具有第一型人造DNA股(亦即，塗佈718的至少一部分)之一組微結構(諸如，微球體716的至少一部分)而達成。然後，可能使用光微影遮罩以將第二組DNA股(亦即，塗佈714的至少一部分)置入待組裝微結構組之基板710中的對應目標特徵組(亦即，角錐形特徵712的至少一部分)中，該第二組DNA股互補於第一型DNA股並與該第一型DNA股具有高度吸引力。
在部分實施例中，重複此等操作並使用多類型的塗佈對。例如，第二微結構組係以第三型人造DNA股塗佈並可能使用其他光微影遮罩以將第四型人造DNA股置入對應之目標特徵組中。需注意該第三及第四人型造DNA股彼此具有高度吸引力並也可能具有對該第一及第二型人造DNA股的強烈排斥。可能重複此等操作直至所有微球體716及所有角錐形特徵712均包含塗佈714及718。
在本組裝製程之部分實施例中，可能繼續施用包含不同微球體716(亦即，具有不同尺寸、形狀、及/或塗佈718)的流體。例如，可能將包含較大微球體之第一流體(諸如溶劑)、具有給定形狀之微球體(諸如圓柱形或球形)、及/或具有第一型塗佈之微球體施用在基板710上。此流體可能與基板710保持充份的接觸時間(例如，數分鐘)，以容許此等微球體耦合至對應的角錐形特徵712。然後，可能移除該流體並可能移除在基板710表面上但未在合適的角錐形特徵712中或與其化學鍵結之任何殘餘或過剩之微球體。例如，可能藉由蒸發該流體並可能使用上升或清洗操作以移除殘餘的微球體。其次，可能以具有漸小微球體、具有其他形狀之微球體、及/或具有不同類型塗佈之微球體之一個或多個額外流體重複此等操作。或者在部分實施例中，平行地將多種微球體施用至基板710上，亦即，使用單一流體。
需注意可能使用不同尺度決定給定流體與基板710所需的接觸時間長度。例如，可能保持接觸直至以微球體716填充一比例以上或全部的角錐形特徵712。在部分實施例中，填充因子係藉由量測在影像中以明暗顯現之角錐形特徵712的數量(或更常見的，基於已量測的反射率)而決定。
在部分實施例中，在MCM的組裝完成後溶解至少一部分的微球體716。例如，部分微球球716可能包含聚苯乙烯，可能使用丙酮或其他有機溶劑將其溶解。此外，在部分實施例中，使用過濾操作以回收或再循環額外的微球體。
在部分實施例中，使用驅動力以加速該流體組裝。例如，選擇性的驅動器720可能在端722及基板710間施用DC或時變場。在部分實施例中，該驅動力包含：機械攪拌(諸如超音波)、電場，磁場、及/或電磁場。此外，在部分實施例中，使用重力以從過剩微球體中分離鍵結微球體，其可能簡單地滾動於傾斜的基板710之表面上。需注意使用驅動力可能減少該流體自組裝製程對溫度變化及/或表面張力的敏感性。
在模範責施例中，在指稱作微電泳之電化學輸送製程中，該驅動力係電場。然而，此技術僅可應用於非導電、均勻耦合元件(諸如玻璃微球體)上，且僅限於沿著特定方向(亦即，沿著施用電揚的方向)上移動。
使用一個或多個此等實施例，MCM可能以高精確性及高定址選擇性組裝。此外，藉由組合以幾何為基之選擇性與以化學為基之選擇性，可能將隨機製程(諸如以DNA為基之流體自組裝)轉變為已知之高產率製程。
現在將描述MCM之實施例。圖8呈現描繪MCM800之方塊圖。此MCM(有時指稱為岩硬封裝)提供已改善之模組化及功能性，且係高度可製造的。明確地說，MCM800係多層組裝，其包含：基板/冷卻平板810、對準板812、一個或多個晶片814(諸如圖2中的半導體晶粒210)、耦合相鄰晶片814上之鄰近連接器的一個或多個橋接晶片816、插入平板818、及頂板820。
可能將負特徵或對準孔(諸如在組件之前及/或後表面上的角錐形特徵822及/或截角錐形特徵824)與耦合元件(諸如大微球體或球826及/或精細微球體或球828)合併使用以相互耦合此等層。需注意在晶片814中的對準孔係與基板/冷卻平板810中的對應對準孔配對。因此，基板/冷卻平板810可能以合適的水平及垂直對準定位晶片814。此外，基板/冷卻平板810可能移除來自晶片814的熱。相似地，插入平板818及頂板820可能提供適當的精確性及適用之水平及垂直對準，及電力、接地、控制訊號、及/或I/O訊號至晶片814及/或橋接晶片816。
在模範實施例中，大微球體826具有300μm±1μm的直徑且精細微球體828具有100μm±0.5μm之直徑。此外，角錐形特徵822及截角錐形特徵824可能有利於具有5μm容差之組件的對準，而角錐形特徵830可能有利於具有1μm容差之組件的對準。因此，精確對準可能以受對準孔之微影準確性及精細微球體828直徑所限制的精確度發生於橋接晶片816及晶片814間(並與在MCM800中切開組件時所發生的鋸切錯誤無關)。
需注意MCM800有利於使用階層方式(具有以粗糙對準達成的結構，及以精細對準達成的結構)的對準。此階層方式：減少組件成本；容許更容易的組裝；並增加對準對擾動(諸如振動、熱應力、及機械衝擊)的韌性。此外，因為關鍵尺寸僅具有數微米的準確性，部分組件的製造可能以鬆散微粒計數及/或低製造成本技術(諸如絲網法)執行。
雖然將MCM800(及下文所描述的實施例)描繪成在給定組態中具有大量組件，在其他實施例中，MCM800可能包含更少組件或其他組件、可能將二個或多個組件組合成單一組件、且/或可能改變一個或多個組件的位置。例如，在部分實施例中，橋接晶片816係以其他晶片所取代。在對稱(交替)晶片組態中，將此等其他晶片上的鄰近連接器定位成與晶片814上的鄰近連接器面對面。然而，在部分實施例中，部分的晶片814係面對面的，而其他的晶片814係朝上的並耦合至使用朝下之橋接晶片816的相鄰晶片。
圖9A及9B呈現分別描繪圖8中的MCM800之一部分(包含基板/冷卻平板810及對準板812)的側視及頂視之方塊圖900及930。在此MCM中，基板/冷卻平板810可能自MCM傳離在晶片814(圖8)及/或橋接晶片816(圖8)中所產生的熱。例如，基板/冷卻平板810可能包含從矽晶圓(該基板具有對準孔)製成之定位於以微影界定之鑲嵌銅層(該冷卻層)的上方之層。此鑲嵌銅層可能包含對應於各晶片位置之微通道，因此有利於使用熱傳輸技術(諸如液體及/或氣體冷卻)冷卻晶片814(圖8)。
需注意可能使用許多熱介面材料(TIMs)增加在晶片814(圖8)及基板/冷卻平板810間的熱傳導性，包含：合金焊料、鑽石(諸如使用化學氣相沈積所製造的鑽石薄膜)、相變化材料、熱油、熱油脂、及/或熱環氧樹脂。在部分實施例中，TIM充滿強化在熱源(圖8中的晶片814)及散熱槽(基板/冷卻平板810)間之熱傳導性的側定向奈米粒填料。此外，在部分實施例中，可能在晶圓規模製程期間，實現一個或多個此等方式以達成低單位成本。
可能使用對準板812在水平(X-Y)平面上為晶片814(圖8)(使用負特徵，諸如井940)及橋接晶片816(使用負特徵，諸如開口槽942)提供粗糙或草率對準。此外，如前文所提及的，基板/冷卻平板810可能使用截角錐形824樣式以對準並界定晶片814(圖8)陣列的定向。亦需注意若使用相同的微影製程界定在基板/冷卻平板810及晶片814(圖8)上的對準孔，在基板/冷卻平板810上對準之晶片814(圖8)會以微米等級之對準準確性分享整體定位。
圖10A及10B呈現分別描繪圖8中的MCM800之一部分(包含基板/冷卻平板810、對準板812、晶片814、及橋接晶片816)的側視及頂視之方塊圖1000及1030。方塊圖1030描繪基板/冷卻平板810容納一個或多個晶片尺寸及/或決取於對準孔中之微球體的配置之一個或多個定向(使用一個或多個橋接晶片尺寸及/或一個或多個井尺寸)的能力。例如，微球體可能使用：取放製程、前文描述之流體自組裝製程(包含重力、以化學為基、及/或以幾何為基的選擇)、及/或微電泳，以選擇性地耦合至對準孔。
需注意定位及定向給定晶片(且排除具有不同微球體/對準孔組態的晶片)之最小對準孔(或，更常用的，負特徵)的數量為二。因此，在部分實施例中，基板/冷卻平板810包含對準孔及/或能容納不同晶片814之對準孔樣式(所謂的「通用」基板)。然而，在部分實施例中，基板/冷卻平板810包含對準孔及/或與給定類型晶片對應之對準孔樣式。
在部分實施例中，將晶片814薄化並在前及後表面上具有對準孔。相似地，也可能薄化橋接晶片816以改善彈性，因此容納在晶片814中的厚度變化。在模範實施例中，晶片814具有200μm的厚度且橋接晶片816具有50-100μm的厚度。
圖10b描繪全滿MCM，在該MCM中，所有的井940均包含晶片814且所有的晶片814均耦合至橋接晶片816。需注意此MCM的組裝可能發生在一系列操作中。例如，在給定操作期間，可能將微球體定位在一個或多個井940中的對準孔中。然後，可能在一個或多個其他操作期間，將晶片814定位在適當的井940中。在定位晶片814後，可能在一個或多個後續操作期間，將微球體定位在一個或多個晶片814的頂表面上的對準孔及/或一個或多個槽942(圖9B)中的對準孔中。其次，可能在一個或多個最終操作期間，將橋接晶片816定位在適當的晶片814上。在該組裝製程結束時，會以充份的水平及垂直準確性定位晶片814及橋接晶片816，以使晶片間能鄰近通訊。
在部分實施例中，晶片814的底表面不含對準孔，因此提供晶片814更多側向自由度(其有時指稱為浮動晶片組態)。在此例子中，區域對準係使用橋接晶片816而達成。例如，在晶片814的頂表面上的對準孔及微球體可能相對於橋接晶片816對準此等晶片，並可能使用在槽942(圖9B)中的對準孔及微球體以相對於基板/冷卻平板810對準橋裝晶片816。
需注意在組裝期間，將可能重定位為給定橋接晶片之相鄰晶片814插入以將該陣列鎖定於整體對準中。理論上，該對準能接近一微米(或以下)。在實際的光微影中可能累積變異，因此將該對準限制成略大於一微米。然而，在包含所欲之對準時，此方式能容忍在該等對準孔位置中的大變異。明確地說，該等對準孔的位置最多可能變化至該等微球體之直徑的一半且晶片814的整體對準仍可能達成理論上的限制。此鬆散組合容差降低該等組件的成本，並從而降低該MCM的成本。
在部分責施例中，基板/冷卻平板810包含具有不同定址深度之井940以利於將相鄰晶片814朝上及朝下定位。此配置能消除部分或全部的橋裝晶片816。
圖11呈現描繪MCM800(圖8)中的插入平板1100之底視的方塊圖。此插入平板可能使用矽製造，並可能包含傳輸力並因此與晶片814(圖8)粗糙對準之正特徵，諸如凸截角錐形或凸形1110(其與圖9B中之井940配對)。此外，插入平板1100可能提供電力、接地、控制、及/或I/O訊號(以下統稱為訊號)至晶片814(圖8)及/或橋接晶片816(圖8)。例如，連接器1112可能電耦合該等訊號至：焊球、焊墊(諸如接近晶片814中央之C4焊墊陣列)、及/或晶片814(圖8)上的接頭。因此，在部分實施例中，連接器1112提供電力至晶片814(圖8)的一側且所產生的熱係從晶片814(圖8)的其他側導通至基板/冷卻平板810(圖8)。
需注意在部分實施例中，給定接頭係使用金屬加襯或金屬填充之對準孔實現，其連同金屬或金屬塗佈之微球體一路貫穿組件(諸如給定之晶片及/或給定之橋接晶片)。在部分實施例中，接頭係使用雷射或機械鑽孔及其後的金屬化而製造。
此外，在插入平板1100中之定位在槽942上方的其他連接器或軌跡線(未圖示)可能電耦合該等訊號至：焊球、焊墊、及/或橋接晶片816(圖8)上的接頭。或者，可能使用金屬或金屬塗佈之微球體將該等訊號從晶片814(圖8)耦合至橋接晶片816(圖8)。
在部分實施例中，可能使用連接器1114將該等訊號從插入平板1100的頂表面耦合至底表面(顯示於圖11中)。此等連接器可能包含可能使用射出成型或環氧樹脂分配技術所製造之具有半球體、金屬塗佈凸起(諸如以矽凝膠製造之凸起)的接頭。此等凸起可能傳輸力並在MCM800(圖8)中的垂直方向上提供順應性。在部分實施例中，在橋接晶片816(圖8)(亦即，在槽942中)上方的其他凸起(未圖示)也傳輸力並在垂直方向上提供順應性。此外，連接器1112可能，例如，使用沿焊膏或金泥之軌跡線(未圖示)，耦合至連接器1114。
在部分實施例中，連接器1112包含有彈性、叉指狀之彈簧陣列，其組態成耦合至在晶片814(圖8)上之80-μm寬的C4焊墊。例如，連接器1112各者可能包含6μm寬並具有10μm間距之176000個彈簧。此等彈簧可能耦合至在給定晶片上的8500個C4焊墊，因此提供可觀的重覆性(並從而，提供可靠性)。因此，該等彈簧可能塗佈以：黃金、焊料、及/或焊膏。如下文所另行討論的，在MCM800(圖8)的測試(及任何再加工)完成之後，可能回填此焊料以使連接更可靠及/或持久。然而，需注意為維護MCM800(圖8)的順應性，可能不在橋接晶片816(圖8)的上方使用焊料。
在模範實施例中，插入平板1100具有600μm的厚度。此外，提供至給定晶片的電力可能係50-100W，且提供至給定之橋接晶片的電力可能係1W。
圖12呈現描繪圖8中之MCM800的一部分(包含插入平板818及頂板820)之側視的方塊圖1200。頂板820可能使用彈簧1210電耦合該等訊號至插入平板818之頂板上的焊墊1212。需注意此等彈簧在受壓時伸展，且此等彈簧1210的邊緣可能自焊墊1212的表面上移除氧化物。在模範實施例中，頂板820係由塑膠或陶瓷製成，且彈簧1210係由鈹金合金製成。
如先前提及的，在插入平板818中的接頭可能從焊墊1212耦合該等訊號至該插入平板的底表面(描繪於圖11中)。需注意焊墊1212可能大於在插入平板818的底表面上的對應焊墊或連接器。因此，插入平板818可能執行對齊程序，在該程序中，訊號係從MCM800(圖8)中的粗糙對準區域耦合至精細對準區域。例如，焊墊1212可能具有0.5至1mm的寬度及0.25mm的間隔(對應於位於頂板820上方之耦合至彈簧1210的外部球形陣列或BGA)，而在插入平板818的底表面上的焊墊或連接器可能具有80μm的寬度及40μm的間隔(亦即，較小的數量級)。
圖13呈現描繪已組裝之MCM1300之側視的方塊圖。在此MCM中，壓縮蓋1310提供同時持有該組裝之夾持機構，並經由金屬化接頭另外將該等訊號從頂板820耦合至外部BGA，使得MCM1300會與既存之BGA封裝相容。例如，可能將焊球柵(未圖示)定位在該壓縮蓋1310的頂部上。需注意藉由回填此等焊球，可能耦合該MCM1300至電路板。
壓縮蓋1310在緊密接觸中提供持有全部組裝(從基板/冷卻平板810至頂板820)之夾持力。所以，微球體保持在對準孔中，晶片814保持在井940(圖9B)中，且晶片814及橋接晶片816均夾持在個別的鎖定位置中並保持精確的整體對準。此外，在典型的振動及機械衝擊狀況下，減少內部組件的側向及垂直位移。此壓縮蓋也保持在MCM1300中的焊墊、彈簧、及連接器間的低電組電連接。且壓縮蓋1310對該等內部組件提供環境保護，因此防護暴露於：潮濕、腐蝕蒸氣、及碎片。
在模範實施例中，MCM1300具有2.5mm的厚度。此外，壓縮蓋1310提供1-2公斤或1-5磅的均勻力。例如，在組裝前，壓縮蓋1310可能具有垂曲線或拋物線形狀。此弓形平衡形狀有助於均勻地將該力散佈於MCM1300中之內部組件全體陣列的上方。在部分實施例中，也可能使用螺栓(未圖示)固定MCM1300。
需注意在部分實施例中，壓縮蓋1310包含一個或多個洞以容許光纖及/或帶狀電纜存取MCM1300。此外，洞也可能蝕刻入頂板820及/或插入平板818中。在部分實施例中，該電纜可能耦合至：電壓調整器、記憶體(諸如隨機存取記憶體)、及/或儲存裝置(諸如磁碟驅動器)。
在迄今的討論中，在MCM1300中的組件不需要彼此焊接或永久連接。此彈性容許MCM1300在測試期間再加工(例如，可能藉由部分分解MCM1300以置換缺陷組件)。需注意，因為MCM1300中之一個或多個晶片814上的電路可能實現全體電腦系統之功能，MCM1300的自測試可能更徹底，因此提供(任何)缺陷組件之已改善確認。
現在將描述用於組裝MCM之製程的實施例。圖14提供描繪用於組裝MCM之程序1400的流程圖。在此程序中，將第一半導體晶粒定位於該MCM中之對準板中的第一負特徵內，其中該定位包含使用第一耦合元件將該第一半導體晶粒耦合至該MCM中的該基板(1410)。然後，將第二半導體晶粒定位於該對準板中的第二負特徵內，其中該定位包含使用第二耦合元件將該第二半導體晶粒耦合至該基板(1412)。其次，該第一半導體晶粒使用第三耦合元件耦合至該第二半導體晶粒(1414)。需注意可包含該第一耦合元件、該第二耦合構件、或該第三耦合元件之給定耦合元件有利於鄰近該第一半導體晶粒的第一表面之鄰近連接器對準鄰近該第二半導體晶粒的第二表面之鄰近連接器。
在程序1400的部分實施例中，可能有額外的或較少的操作，該等操作的順序可能改變，且可能將二個或多個操作組合成單一操作。
需注意先前描述的MCMs可能包含在系統中。例如，圖15呈現描繪電腦系統1500之實施例的方塊圖，該電腦系統包含一個或多個處理器1510、通訊介面1512、使用者介面1514、及將此等組件相互耦合之一個或多個訊號線1522。需注意一個或多個處理器單元1510可能支援平行處理及/或多緒操作、通訊介面1512可能具有持續通訊連接、且一個或多個訊號線1522可能構成通訊匯流排。此外，使用者介面1514可能包含：顯示器1516、鍵盤1518、及/或指標，諸如滑鼠1520。
電腦系統1500可能包含記憶體1524，其可能包含高速隨機存取記憶體及/或非揮發性記憶體。更明確地說，記憶體1524可能包含：ROM、RAM、EPROM、EEPROM、FLASH、一個或多個智慧卡、一個或多個磁碟儲存裝置、及/或一個或多個光學儲存裝置。記憶體1524可能儲存作業系統1526，諸如SOLARIS、LINUX、UNIX、OS X、或WINDOWS，其包含用於管理用於執行硬體相依工作之不同基本系統服務的程序(或指令組)。記憶體1524也可能儲存在通訊模組1528中的程序(或指令組)。可能使用該通訊程序以與一個或多個電腦及/或伺服器通訊，包含在電腦系統1500遠端之電腦及/或伺服器。
記憶體1524也可能包含一個或多個程式模組(或指令組)1530。在記憶體1524中的程式模組1530中的指令可能以高階程序語言、物件導向程式語言、及/或組合或機械語言責現。可能編譯或解譯該程式語言，亦即，其可組態成或將其組態成由一個或多個處理器單元1510所執行。
電腦系統1500可能包含一個或多個巨集晶片1508(例如一個或多個MCMs)，該等巨集晶片包含在先前實施例中所述之半導體晶粒及/或組件。
電腦系統1500可能包含較少組件或額外組件、二個或多個組件可能組合成單一組件、且/或可能改變一個或多個組件的位置。在部分實施例中，如本技術中為人所熟知的，電腦系統1500的功能性可能多數以硬體且少數以軟體實現，或少數以硬體且多數以軟體實現。
雖然將電腦系統1500描繪成具有大量離散項目，圖15傾向於係可能存在於電腦系統1500中的不同特徵之功能描述，而非本文所描述之實施例的結構簡圖。實際上，且如熟悉本發明之人士所認知的，電腦系統1500的功能可能散佈在大數量之伺服器或電腦上，以不同的伺服器或電腦群組執行特定之子功能組。在部分實施例中，電腦系統1500的部分或全部功能性可能在一個或多個特定應用積體電路(ASICs)及/或一個或多個數位訊號處理器(DSPs)上實現。
本發明實施例在前文中之描述僅係為說明及描述的目的而呈現。彼等不傾向於係徹底詳盡的或係將本發明限制為所揭示的形式。因此，許多修改及變化對熟悉本發明之責踐者會係明顯的。另外，並不傾向於以上文中的揭示限制本發明。本發明的範圍係由隨附之申請專利範圍所界定。
110、110-1、110-2、210、410、510‧‧‧半導體晶粒
112‧‧‧蝕刻孔
114、716、716-1~716-5‧‧‧微球體
200‧‧‧裝置
212、212-1~212-5‧‧‧鄰近連接器
214‧‧‧間距
214-1‧‧‧第一間距
214-2‧‧‧第二間距
216‧‧‧第一方向(X)
218‧‧‧第二方向(Y)
300、800、1300、1410‧‧‧MCM
308、308-1~308-2‧‧‧表面
310、310-1~310-2‧‧‧發射電路
312、312-1~312-2‧‧‧接收電路
314‧‧‧錯位
316‧‧‧對準特徵
400、430、450、500、600、700‧‧‧實施例
412、942‧‧‧槽
440‧‧‧角錐
460、814‧‧‧截角錐
512‧‧‧鍵形特徵
610、710‧‧‧基板
612‧‧‧特徵
712、712-1、712-2、822、830‧‧‧角錐形特徵
714、718‧‧‧化學塗佈
720‧‧‧驅動器
722‧‧‧端
810‧‧‧基板/冷卻平板
812、1412‧‧‧對準板
814‧‧‧晶片
816‧‧‧橋接晶片
818、1100‧‧‧插入平板
820‧‧‧頂板
824‧‧‧截角錐形特徵
826‧‧‧大型對準球
828‧‧‧精細對準球
940‧‧‧井
942‧‧‧開口槽
1000、1030、1200‧‧‧方塊圖
1110‧‧‧凸形
1112、1114‧‧‧連接器
1210‧‧‧彈簧
1212‧‧‧焊墊
1310‧‧‧壓縮蓋
1400‧‧‧程序
1414‧‧‧耦合元件
1500．．．電腦系統
1508．．．巨集晶片
1510．．．處理器
1512．．．通訊介面
1514．．．使用者介面
1516．．．顯示器
1518．．．鍵盤
1520．．．滑鼠
1522．．．訊號線
1524．．．記憶體
1526．．．作業系統
1528．．．通訊模組
1530．．．程式模組
圖1係描繪既存之多晶片模組(MCM)的方塊圖。
圖2係描繪包含根據本發明實施例的鄰近連接器之裝置的方塊圖。
圖3係描繪包含半導體晶粒之MCM的方塊圖，該等半導體晶粒使用根據本發明實施例的鄰近通訊以通訊。
圖4A係描繪根據本發明實施例之半導體晶粒的方塊圖。
圖4B係描繪根據本發明實施例之半導體晶粒的方塊圖。
圖4C係描繪根據本發明實施例之半導體晶粒的方塊圖。
圖5係描繪根據本發明實施例之半導體晶粒的方塊圖。
圖6係描繪根據本發明實施例之基板的方塊圖。
圖7係描繪根據本發明實施例之用於組裝MCM之技術的方塊圖。
圖8係描繪根據本發明實施例之MCM的方塊圖。
圖9A係描繪根據本發明實施例之MCM之一部分的方塊圖。
圖9B係描繪根據本發明實施例之MCM之一部分的方塊圖。
圖10A係描繪根據本發明實施例之MCM之一部分的方塊圖。
圖10B係描繪根據本發明責施例之MCM之一部分的方塊圖。
圖11係描繪根據本發明實施例之在MCM中的插入平板的方塊圖。
圖12係描繪根據本發明實施例之MCM之一部分的方塊圖。
圖13係描繪根據本發明責施例之MCM的方塊圖。
圖14係描繪根據本發明實施例之用於組裝MCM之程序的流程圖。
圖15係描繪根據本發明實施例之電腦系統的方塊圖。
需注意在該等圖式中，相似的參考數字指示對應的零件。
810．．．基板/冷卻平板
812．．．對準板
818．．．插入平板
820．．．頂板
816-1．．．橋接晶片
814-1．．．晶片
826-1．．．大型對準球
828-1．．．精細對準球
830-1．．．角錐形
824-1．．．截角錐形
822-1．．．角錐形

Claims (19)

  1. 一種多晶片模組(MCM)，包含：一第一半導體晶粒及一第二半導體晶粒，其中可為該第一半導體晶粒或該第二半導體晶粒之一給定半導體晶粒，包含鄰近該給定半導體晶粒之一表面的鄰近連接器，且其中該給定半導體晶粒組態成藉由一個或多個該等鄰近連接器經由鄰近通訊以與該其他半導體晶粒通訊訊號；一對準板，其包含組態成容納該第一半導體晶粒之一第一負特徵及組態成容納該第二半導體晶粒之一第二負特徵；一插入平板，其耦合至該對準板，其中該插入平板包括一正特徵，且其中該插入平板包括連接器以從該插入平板之頂面耦合信號至該插入平板之底面；一頂板，其耦合至該插入平板，其中該頂板從該頂板之頂面耦合信號至該插入平板之頂面；以及一壓縮蓋，其耦合至該頂板及該對準版，其中該壓縮蓋係組態成提供夾持力以保持該對準板及該頂板在接觸中；其中該正特徵耦合至該第一半導體晶粒；以及其中該正特徵有利於該第一半導體晶粒之機械定位。
  2. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該機械定位界定鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器及鄰近該第二半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器的相對位置，其中該等相對位置係在包含鄰近該第一半導體晶粒的 該表面之該等鄰近連接器的一平面中之一第一預先決定距離內，且其中該等相對位置係在實質垂直於該平面之一方向上的一第二預先決定距離內。
  3. 如申請專利範圍第1項之MCM，另外包含耦合至鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器及耦合至鄰近該第二半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器的一組件。
  4. 如申請專利範圍第3項之MCM，其中該組件使用一組耦合元件而耦合至該給定半導體晶粒。
  5. 如申請專利範圍第4項之MCM，其中該組耦合元件包含微球體。
  6. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該第一半導體晶粒的該表面面對該第二半導體晶粒之該表面。
  7. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該鄰近通訊包含光學通訊。
  8. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中鄰近該第一半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器係電容地耦合至鄰近該第二半導體晶粒的該表面之該等鄰近連接器。
  9. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該正特徵包含一凸起，且其中該凸起的至少一部分具有角錐形。
  10. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中可包含該第一負特徵或該第二負特徵之一給定負特徵包含一凹陷，且其中該凹陷的至少一部分具有角錐形。
  11. 如申請專利範圍第1項之MCM，另外包含耦合至 該對準板之一基板，其中該第一半導體晶粒使用有利於該機械定位之一組耦合元件而耦合至該基板。
  12. 如申請專利範圍第11項之MCM，其中該組耦合元件包含微球體。
  13. 如申請專利範圍第12項之MCM，其中該等微球體定位在該基板中的凹陷內及在該對準板中的凹陷內。
  14. 如申請專利範圍第11項之MCM，其中該組耦合元件另外有利於該第一半導體晶粒的定向。
  15. 如申請專利範圍第11項之MCM，其中該基板組態成從該第一半導體晶粒冷卻。
  16. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該第一半導體晶粒使用有利於該機械定位之一組耦合元件而耦合至該第二半導體晶粒。
  17. 如申請專利範圍第16項之MCM，其中該組耦合元件包含微球體。
  18. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該頂板包含在該頂板之一第一表面上具有一第一尺寸之第一連接器及在該頂板之一第二表面上具有一第二尺寸之第二連接器；其中該頂板組態成耦合該等第一連接器至該給定之半導體晶粒並耦合該等第一連接器至第二連接器；以及其中該第二尺寸大於該第一尺寸。
  19. 如申請專利範圍第1項之MCM，其中該壓縮蓋包括一或多個洞，其中至少一個光纖或帶狀纜線係被路由穿過該等洞之各者且耦合至該MCM。
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