【专利解密】为提高非导电膜性能 通富微电发明新型三维堆叠存储器封装结构

【嘉勤点评】通富微电发明的新型三维堆叠存储器封装结构方案，通过在存储器芯片的导电凸块外围设置多个导热凸块。从而可以在不增加焊接压力的情况下，增大热传导效率，改善非导电膜的温度均匀性，并提高非导电膜的填充性能。

集微网消息，目前，三维堆叠存储器封装，主要是通过硅通孔，把多个存储器芯片垂直连接，从而提升数据传送速度及存储器的容量。

而目前做芯片堆叠焊接，主要采用热压键合（TCB）工艺，在力和温度的作用下，原位进行焊接。而由于堆叠的凸块焊接间距小，同时芯片薄，目前主流的堆叠工艺都采用热压键合与非导电膜（NCF）相结合的方式。NCF预先贴合在晶圆表面，覆盖凸点，在焊接过程中流动填充在芯片与芯片之间，缓冲应力对芯片的影响同时保护凸块。

如上图，为现有技术中存储器芯片热压键合连接示意图，10为TCB的焊接头，其压住芯片1，通过压力和温度，将芯片通过凸块3焊接在基板4上，而芯片和基板之间填充有NCF材料5。

NCF材料的流动特性随着温度而变化，材料粘度与温度有着直接关联。而在TCB焊接过程中，在芯片区域下方的NCF材料中，有很典型的温度不均匀分布，温度呈现中间高，外围低的特点。一方面，温度在NCF中从中心向外围扩散，而另一方面，从芯片表面向NCF内垂直扩散。

而NCF作为有机材料，导热率低，目前的结构存在明显的温度梯度。在NCF中的温度梯度存在，意味着粘度差异，这样在挤压填充变形过程中，外围的NCF变形比中心难，容易形成结构形变，并导致虚焊的发生。

为解决上述问题，通富微电在2022年3月30日申请了一项名为“三维堆叠存储器封装结构”的发明专利（申请号：202210321546.1），申请人为通富微电子股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中发明的三维堆叠存储器封装结构的结构示意图，该封装结构100包括载板110、存储器芯片120、非导电膜130和塑封层140。载板上设置有多个第一导电通孔111，其主要材质为玻璃、硅片以及金属等。

存储器芯片设置有多个第二导电通孔121，存储器芯片朝向载板的一侧还设置有多个导电凸块122以及导热凸块123，该结构可以在存储器芯片在焊接过程中增大热传导效率。第二导电通孔和导电凸块均与第一导电通相对应，存储器芯片通过对应的导电凸块依次堆叠设置在载板上。第一导电通孔和第二导电通孔均采用硅通孔技术，实现了硅通孔的垂直电气互连，降低了封装高度。

非导电膜包裹对应的导电凸块和导热凸块，起到保护作用。可以看到，导热凸块的高度低于其所在的存储器芯片与相邻的存储器芯片之间的间距。即导热凸块的高度低于相邻两个存储器芯片之间的间距以及存储器芯片与载板之间的间距。因此，导热凸块不会接触下层存储器芯片以及接触载板，从而不增加焊接时的压力。

该三维堆叠存储器封装结构，通过在存储器芯片的导电凸块外围设置导热凸块，在形成该封装结构时，可以在不增加焊接压力的情况下，增大热传导效率。因此能够改善非导电膜的温度分布均匀性，并提高非导电膜的填充性能。

在该三维堆叠存储器封装结构的另外一个结构示意图中，载板110可以作为缓冲芯片，此时，存储器芯片通过对应的导电凸块依次堆叠设置在缓冲芯片上。相邻两个存储器芯片之间以及存储器芯片和缓冲芯片之间填充有非导电膜130，非导电膜包裹导电和导热凸块。

此外，该结构中还设置有焊盘124，导电凸块与对应的焊盘键合连接。也就是说，存储器芯片背离缓冲芯片的一侧设置有焊盘，缓冲芯片朝向存储器芯片的一侧也设置有焊盘。缓冲芯片背离存储器芯片的一侧设置有凸点160，这些凸点与第二导电通孔相对应且电连接。

存储器芯片通过热压键合的方式堆叠设置在缓冲芯片上，利用压力和温度将存储器芯片的导电凸块与焊盘键合连接。相邻两个存储器芯片之间也是将上层存储器芯片的导电凸块与下层存储器芯片的焊盘进行焊接。并且，在存储器芯片的正面也设置有多个导热凸块，可以在导电凸块与焊盘进行焊接时增大热传导效率。

以上就是通富微电发明的新型三维堆叠存储器封装结构方案，该方案通过在存储器芯片的导电凸块外围设置多个导热凸块。从而可以在不增加焊接压力的情况下，增大热传导效率，改善非导电膜的温度均匀性，提高非导电膜的填充性能。

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（校对/赵月）