CN116741710A - 玻璃板上的铜连接玻璃模块 - Google Patents

Abstract

提供玻璃板上的铜连接玻璃模块。一种设备包含：一或多个裸片；由第一材料形成的中介层，所述中介层耦合到所述一或多个硅裸片，所述中介层包括形成在所述中介层的一侧上的互连层，其中所述互连层包含多个铜互连件；以及衬底，其包括顶层、玻璃芯及底层，其中所述中介层的所述互连层与所述衬底的所述顶层铜接合。

Description

玻璃板上的铜连接玻璃模块

相关申请案的交叉引用

本申请案主张2022年3月11日申请的标题为“玻璃板上的铜连接玻璃模块(COPPERCONNECTED GLASS MODULES ON A GLASS BOARD)”的第63/319,092号美国临时申请案的权益，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

版权声明

本专利文件的公开内容的部分含有受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人复制如专利及商标局专利文件或记录中所示的专利文件或专利公开，但另外保留所有版权。

技术领域

本公开大体上涉及用于包含中介层及玻璃衬底的半导体封装的方法、系统及设备。

背景技术

用于人工智能训练及其它高性能计算的复杂系统越来越多地由计算节点阵列构建，每一节点在系统级封装模块中实施，所述系统级封装模块通常含有一或多个处理器裸片、相应的高带宽存储器(HBM)模块，且在一些情况下含有驱动共同封装的光学器件或共同封装的铜输出的输入/输出(I/O)裸片。随着系统不断扩展，额外的计算能力、存储器容量及计算到存储器带宽以及模块外I/O带宽类似地增加，超过了常规系统级封装技术的能力。

因此，提供用于玻璃板上的铜连接玻璃模块的方法、系统及设备。

发明内容

在一个方面中，本公开涉及一种设备，其包括：一或多个裸片；中介层，其由第一材料形成，所述中介层耦合到所述一或多个裸片，所述中介层包括形成在所述中介层的一侧上的互连层，其中所述互连层包含多个铜互连件；以及衬底，其包括顶层、玻璃芯及底层，其中所述中介层的所述互连层与所述衬底的所述顶层铜接合。

在另一方面中，本公开涉及一种半导体装置，其包括：多个半导体模块，每一半导体模块分别包括：一或多个裸片；中介层，其由第一材料形成，所述中介层耦合到所述一或多个裸片，所述中介层包括形成在所述中介层的一侧上的第一互连层，其中所述第一互连层包含多个铜互连件；以及衬底，其包括第一顶层、第一玻璃芯及第一底层，其中所述中介层的所述第一互连层与所述衬底的所述顶层铜接合；电路板，其耦合到所述一或多个半导体模块，所述电路板包括第二顶层、第二底层及第二玻璃芯，其中所述衬底的所述第一底层与所述电路板的所述第二顶层铜接合。

在进一步方面中，本公开涉及一种方法，其包括：在中介层的第一侧上形成第一互连层，其中所述第一互连层包含第一多个铜互连件，其中所述第一互连层经配置以将所述中介层耦合到衬底，且其中所述中介层由第一材料形成；经由铜接合工艺将所述第一互连层接合到所述衬底的第一顶层，所述衬底包括所述第一顶层、第一玻璃芯及第一底层；在所述衬底的所述第一底层上形成第二互连层，其中所述第二互连层包含第二多个铜互连件，其中所述第二互连层经配置以将所述衬底耦合到电路板；以及经由所述铜接合工艺将所述第二互连层接合到所述电路板的第二顶层，所述电路板包括所述第二顶层及第二玻璃芯。

附图说明

可通过参考说明书的其余部分及附图来实现对特定实施例的性质及优点的进一步理解，其中使用相似的元件符号来指代类似的组件。在一些例子中，子标签与元件符号相关联以指示多个类似组件中的一者。当引用元件符号而未对现存子标签进行说明时，其旨在引用所有此类多个类似组件。

图1是根据各种实施例的具有玻璃衬底的半导体模块的示意性横截面图；

图2是根据各种实施例的玻璃板上的半导体模块阵列的示意性俯视图；

图3是根据各种实施例的玻璃板上的铜连接半导体模块阵列的示意性横截面图；

图4是根据各种实施例的玻璃板上的铜连接半导体模块阵列的示意性俯视图；以及

图5是根据各种实施例的制造铜连接半导体模块阵列的方法的流程图。

具体实施方式

各种实施例阐述玻璃模块及铜连接玻璃模块的阵列，以及制造玻璃模块及铜连接玻璃模块阵列的方法。

在一些实施例中，提供一种设备。所述设备包含：一或多个裸片；中介层，其由第一材料形成，所述中介层耦合到所述一或多个硅裸片，所述中介层包含形成在所述中介层的一侧上的互连层，其中所述互连层包含多个铜互连件；以及衬底，其包含顶层、玻璃芯及底层，其中所述中介层的所述互连层与所述衬底的所述顶层铜接合。

在一些实施例中，提供一种半导体装置。所述半导体装置包含多个半导体模块及电路板。每一半导体模块分别包含：一或多个裸片；中介层，其由第一材料形成，所述中介层耦合到所述一或多个裸片；以及衬底。所述中介层包含形成在所述中介层的一侧上的第一互连层，其中所述第一互连层包含多个铜互连件。所述衬底包含第一顶层、第一玻璃芯及第一底层，其中所述中介层的所述第一互连层与所述衬底的所述顶层铜接合。所述电路板耦合到所述一或多个半导体模块，所述电路板包含第二顶层、第二底层及第二玻璃芯，其中所述衬底的所述第一底层与所述电路板的所述第二顶层铜接合。

在进一步实施例中，提供一种制造铜连接玻璃模块的方法。所述方法包含：在中介层的第一侧上形成第一互连层，其中所述第一互连层包含第一多个铜互连件，其中所述第一互连层经配置以将所述中介层耦合到衬底，且其中所述中介层由第一材料形成；及经由铜接合工艺将所述第一互连层接合到所述衬底的第一顶层，所述衬底包含所述第一顶层、第一玻璃芯及第一底层。所述方法通过以下操作继续：在所述衬底的所述第一底层上形成第二互连层继续，其中所述第二互连层包含第二多个铜互连件，其中所述第二互连层经配置以将所述衬底耦合到电路板；及经由所述铜接合工艺将所述第二互连层接合到所述电路板的第二顶层，所述电路板包含所述第二顶层及第二玻璃芯。

在下面的描述中，出于解释的目的，阐述许多细节以提供对所描述的实施例的透彻理解。然而，对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可在没有这些细节的情况下实践其它实施例。本文描述若干实施例，且虽然各种特征归于不同的实施例，但应了解，关于一个实施例描述的特征也可与其它实施例合并。然而，出于同样的原因，不应将任何所描述的实施例的单个特征或若干特征视为对于本发明的每个实施例必不可少，这是因为本发明的其它实施例可省略此类特征。

类似地，当一个元件在本文中被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，应理解，元件可直接连接到另一元件，或在元件之间存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，应理解，在元件之间的“直接”连接中不存在中间元件。然而，直接连接的存在并不排除其中可能存在中间元件的其它连接。

类似地，当一个元件在本文中被称为“接合”到另一个元件时，应理解，元件可直接接合到另一元件(不具有任何中间元件)，或在接合的元件之间存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接接合”到另一元件时，应理解，在元件之间的“直接”接合中不存在中间元件。然而，直接接合的存在并不排除其中可能存在中间元件的其它形式的接合。

同样，当一个元件在本文中被称为“层”时，应理解，所述层可为单层或包含多个层。当一个层被描述为耦合或连接到另一层时，应理解，耦合或连接的层可包含存在于耦合或连接的层之间的中间元件。相比之下，当一个层被称为“直接”连接或耦合到另一层时，应理解，在层之间不存在中间元件。然而，直接耦合或连接的层的存在并不排除其中可能存在中间元件的其它连接。

此外，为了便于描述，可以特定顺序描述本文所描述的方法及过程。然而，应理解，除非上下文另有规定，否则中间过程可在所描述的过程的任何部分之前及/或之后发生，且可根据各种实施例重新排序、添加及/或省略另外各种过程。

除非另有指示，否则本文中用于表示数量、尺寸等的所有数字应理解为在所有例子中均由术语“约”修饰。在本申请案中，除非另有明确陈述，否则单数的使用包含复数，且除非另有指示，否则术语“及”及“或”的使用意味着“及/或”。此外，使用“包含”一词以及其它形式，如“包含(includes/included)”应被视为非排他性。此外，例如“元件”或“组件”的术语涵盖包括一个单元的元件及组件以及包括多于一个单元的元件及组件，除非另有特别陈述。

用于阵列化模块系统的常规半导体封装依靠于焊料接头将处理器裸片及相关联的HBM附接到均具有及不具有中介层的封装。常规组合件利用由有机树脂及聚合物形成的封装材料(例如，衬底及/或电路板)，所述材料与硅具有显著的热膨胀系数(CTE)失配。焊料提供一些顺应性，但系统的缩放受到热膨胀失配的限制。此外，由于普通焊料的低电迁移电阻，大量连接用于满足给定系统的电流(current/electrical current)要求，这增加了成本及封装大小。明确来说，封装衬底及板是复杂的，通常具有许多布线层及厚电介质层，这是由于需要将大量高速信号路由通过所述封装并通过印刷电路板(PCB)输出。

通过利用玻璃模块在玻璃板上创建玻璃模块阵列，CTE匹配材料可用于有源电路系统、中介层及封装芯以及板。因此，可使用具有更高电流密度容量的更多导电接头来将电路的顶层连接到底层，例如通过混合铜接合，从中介层连接到玻璃芯模块衬底，及例如通过直接铜接合从玻璃芯模块衬底连接到玻璃板。接头的增加的电流密度允许减小模块的尺寸，这进一步缩短板上传输长度，这进一步促进经由局部互连件(例如，通过模块之间的桥接裸片)的模块间通信。

此外，因为CTE可匹配，所以分区重叠的中介层(如下文所描述的)可具有大的表面积，从而允许到多个HBM堆叠的零偏移连接，这又允许HBM缓冲裸片中的“有源输送”(也在下文中描述)以更宽、更高的带宽密度的HBM到逻辑连接缩短HBM到逻辑通道。明确来说，在常规的中介层中，HBM上的接口电路系统(例如，与裸片通信的驱动器-接收器电路系统)无法直接位于计算裸片上的对应接口电路系统的对面。HBM被偏移，使得两个接口之间的互连件的某个部分以一定角度延伸。由于HBM的数量及大小通常超过裸片的周边所能支持的数量及大小，因此通常利用此类偏移。因此，HBM经放置成具有偏移，导致增加的互连件长度。

通过利用CTE匹配及分区重叠的中介层，可有效地扩展裸片周长，使得可无偏移地容纳所有HBM。偏移需要HBM上的接口电路系统与裸片上的接口电路系统之间的最小距离，以允许对角布线(通常限制为45度)。通过消除所有偏移，HBM上的接口电路系统可从大约位于HBM的中心的典型位置移动到直接面向裸片的边缘—从而允许HBM基底裸片上的“有源输送”—具有零偏移。明确来说，利用有源输送，HBM的信号可根据需要使用具有有源中继器的裸片上互连件，从位于HBM堆叠下方中央的DRAM接口输送到面向计算裸片的基底裸片边缘处的接口电路系统(或在这种情况下为中介层)。在中介层上的接口与HBM基底裸片上的接口在面对的边缘处对准的情况下，接口之间的通道长度被最小化，允许接口更高效(例如，更高的速度及密度、更低的功率)。

此外，由于模块外高速I/O通过物理顺应连接(例如，光纤阵列或无源铜缆线)实现，因此可优化玻璃模块芯及玻璃板中的穿玻璃通孔(TGV)以用于电力递送。明确来说，通过使用玻璃板的后表面进行电压下转换，可通过柔性缆线在高压下实现到板的电力递送，其中仅在短的垂直距离上载送高电流。

图1是根据各种实施例的半导体模块100的横截面图的示意图。半导体模块100包含玻璃衬底105、一或多个HBM裸片110a、110b、中介层115，其可包含一或多个中介层分区115a到115c、一或多个计算裸片120a、120b、填充裸片125及硅载体裸片130。应注意，半导体模块100的各种组件在图1中示意性地说明，且根据各种实施例，可对半导体模块100中的各种组件及其它布置进行修改。

在各种实施例中，玻璃衬底105可为半导体装置的衬底，其包含上层105a、芯105b及底层105c。在一些实例中，玻璃衬底105可包含具有与硅的CTE匹配的CTE的芯105b。在一些实例中，芯105b可为经配置以具有与硅的CTE匹配的CTE的玻璃。在一些实例中，玻璃可经配置以与中介层115(例如，中介层115的中介层分区115a到115c)及/或一个或多个计算裸片120a、120b的CTE匹配。裸片(例如一或多个计算裸片120a、120b、填充裸片125及硅载体裸片130)包含一块半导体材料(例如，硅或其它半导体)，在所述半导体材料上制造电路或一组电路(例如，IC)。中介层(例如中介层115)包含由硅或有机材料形成的电接口，所述电接口将裸片耦合到其它组件(包含其它裸片)及/或衬底(例如，封装衬底)。中介层可包含互连件，例如穿孔通孔、导电线及导电柱。例如玻璃衬底105的衬底(例如，封装衬底)包含平面结构(由硅、玻璃或其它合适的材料形成)，所述平面结构上可(例如，经由中介层)安装裸片及其它组件(例如，无源元件)。

在各种实例中，中介层115可由其上可形成铜互连层135的材料(例如，硅及/或有机化合物)形成。因此，中介层115的CTE可指形成中介层115的材料的CTE，而不是铜互连层135的材料(例如，铜)的CTE。例如，在一些实施例中，中介层115由硅形成。在进一步实例中，中介层115由有机化合物形成。因此，在一些实例中，芯105b的CTE可与硅的CTE匹配，或在其它实例中，与形成中介层115的有机材料的CTE匹配。

在各种实例中，可使用各种技术来调整玻璃衬底105的芯105b的CTE，例如控制玻璃的形成(例如，结晶)过程，以及通过用于形成玻璃的材料选择。此外，应理解，用于玻璃衬底105的芯105b的材料不限于任何一种类型的玻璃(其包含玻璃-陶瓷)材料，且可利用具有如所描述的CTE的任何合适的玻璃材料。

在一些实例中，中介层115可包含一或多个中介层分区115a到115c。因此，中介层115可为包含中介层的半导体模块100的层。如所属领域的技术人员所已知的，中介层包含电接口及/或物理接口，通过所述接口可促进从一或多个计算裸片120a、120b以及例如玻璃衬底105的连接。在一些实例中，中介层115(例如，中介层)可包含一或多个互连件，以将一或多个计算裸片120a、120b物理地及/或电地耦合到玻璃衬底105的一或多个布线层。中介层115的一或多个互连件包含例如穿硅通孔(TSV)及/或TGV、微凸块、铜垫及/或铜柱(CuP)。因此，在一些实施例中，中介层115的互连件可被称为“互连层”，例如铜互连层135，其可进一步包含多个铜互连件，如上文所描述的。

此外，如本文所使用的，层本身可包含一或多个层。因此，铜互连层135包含中介层115的一或多个层，其包含相应的互连件(例如，铜线或迹线、微带、铜垫、铜柱及穿孔通孔(例如TGV))。因此，在一些实施例中，铜互连层可包含一或多个重布层(RDL)层、布线层及/或互连件，中介层115可通过其接合(例如，铜接合)到玻璃衬底105。

在进一步实施例中，中介层115可被划分为对应于半导体模块100的不同裸片的一或多个中介层分区115a到115c。例如，在一些实施例中，中介层可经分区为与顶部裸片(例如，一或多个计算裸片120a、120b、填充裸片125及/或载体裸片130)重叠的一组裸片(如，一或多个中介层分区)。因此，可配置中介层裸片大小，使得在中介层分区115a到115c之间不需要缝合。例如，在一些实例中，中介层分区115a到115c可超过用于对中介层特征进行图案化的步进器的最大场大小，而不会使对图案互连线的曝光偏移，从而跨光罩场边界将图案“缝合”在一起。

在一些实例中，可经由无源桥接裸片实施不同中介层分区115a到115c之间的通信，如图2中所展示。因此，在一些实例中，一或多个中介层分区115a到115c可经配置以在重叠区域中与一或多个计算裸片120a、120b垂直通信。因此，在一些实施例中，一或多个中介层分区115a到115c的给定中介层分区可由顶部裸片(例如，一或多个计算裸片120a、120b、填充裸片125及/或载体裸片130)中的至少一者至少部分地重叠。在一些进一步实例中，多个顶部裸片可与一或多个中介层分区115a到115c中的个别中介层分区重叠。在又进一步实例中，一或多个中介层分区115a到115c中的个别中介层分区可由顶部裸片完全重叠。

在又进一步实例中，因为CTE在衬底105与中介层115之间匹配，所以可利用单个、单片中介层(未展示)，所述中介层与一或多个计算裸片120a、120b重叠。在一些进一步实例中，中介层115可经由铜接合耦合到衬底105。例如，在一些实施例中，中介层115的中介层(例如，一或多个中介层分区115a到115c及/或单个中介层)中的每一者可铜接合(例如，通过铜接合耦合)到衬底105的顶层105a。在各种实例中，铜接合包含通过铜接合工艺的接合。例如，铜接合工艺可包含(但不限于)混合铜接合(HCB)及/或直接铜接合(DCB)。因此，在一些实例中，中介层115可包含铜互连层135，其可与玻璃衬底105的顶层105a的铜接合。因此，在一些实例中，玻璃衬底105可在玻璃衬底的顶层上包含相应的铜布线层105a。顶层105a的铜布线层可包含各种互连件，例如铜线、铜迹线、微带线、铜垫及穿孔通孔(例如TGV)以及其它合适的互连件。因此，在一些实例中，玻璃衬底105的铜布线层可经配置以提供与耦合到玻璃衬底105上的其它裸片的电连接及/或物理连接，及/或与玻璃衬底105的底层105c的垂直连接(例如，通过TGV)，以进一步耦合到其它半导体封装100或电路板(例如，PCB)或其它衬底。在又进一步实例中，底层105c本身可包含铜布线层，类似于顶层105a的布线层。底层105c的铜布线层可包含互连件，例如微凸块、导线、垫、铜柱、TGV等，其经配置以允许衬底105耦合到例如电路板或其它衬底。在一些实例中，衬底105的铜布线层包含RDL的一或多个层。

半导体模块100可进一步包含HBM 110a、110b，其可例如经由HBM PHY裸片(例如，物理层接口裸片)、I/O裸片及/或通过中介层115(例如，经由一或多个中介层分区115a到115c)耦合到衬底105，并进一步耦合到一或多个计算裸片120a、120b。可提供填充裸片125以填充逻辑裸片120a、120b与相应的HBM 110a、110b之间的间隙。在一些实例中，可提供与一或多个逻辑裸片120a、120b重叠的硅载体裸片130，且硅载体裸片130经配置以向半导体模块100提供额外的刚性。

图2是根据各种实施例的半导体模块200的俯视图的示意图。半导体模块200包含玻璃衬底205、一或多个HBM裸片210、中介层215，其可包含一或多个中介层分区(例如，图1的中介层分区115a到115c)、一或多个计算裸片220a到220d、填充裸片225、硅载体裸片230、桥接裸片235及I/O裸片240。应注意，半导体模块200的各种组件在图2中示意性地说明，且根据各种实施例，可对半导体模块200中的各种组件及其它布置进行修改。

如先前关于图1所描述的，半导体模块200可包含经由中介层215耦合到衬底205的若干裸片。中介层215可包含一或多个中介层分区，其可进一步经由铜接合(例如，HCB及/或DCB)耦合到衬底205。在俯视图中，展示一或多个计算裸片220a到220d以及桥接裸片235及I/O裸片240。因此，图1可为沿线l-l截取的横截面，使得展示HBM210、填充裸片225、计算裸片220a、220b、中介层215及衬底205的截面图。如先前所描述的，中介层215的中介层及/或中介层分区的未被有源及/或无源顶部裸片覆盖的任何区域可被相应的填充裸片225覆盖。

在各种实施例中，因为衬底205的CTE与中介层215的中介层的CTE匹配，因此可利用更大的中介层裸片大小。明确来说，(例如，中介层215的)较大的中介层允许更大的计算面积及更大的周边，中介层可利用所述周边耦合到HBM 210及I/O裸片240，从而能够通过共同封装的光学器件及/或共同封装的铜缆线进行模块间通信及板外通信因此，I/O裸片240包含专用裸片，其经配置以处置裸片外(也称为“芯片外”)通信(例如，到给定裸片/IC的通信或来自给定裸片/IC的通信)。这包含板上(例如，在一或多个计算裸片220a到220d之间)的裸片到裸片通信，且进一步包含板外通信(例如，从半导体模块200的裸片到板外及/或作为不同模块的一部分的另一组件)。因此，在一些实例中，I/O裸片240可分别包含经配置以促进裸片外通信的一或多个通信电路。促进裸片外通信可包含例如在板上裸片与/或板外裸片之间管理、处理、路由及/或载送各种数据信号。

在各种实例中，桥接裸片235(也可互换地称为“桥接裸片”)是经配置以在此实例中充当中介层215的两个或更多个中介层分区之间的硅桥的裸片。因此，桥接裸片235可包含电耦合至少两个中介层分区的各种互连件(例如，导电线、穿孔通孔及/或垫)，从而允许数据信号在经由桥接裸片235耦合的至少两个中介层分区之间载送。

在一些进一步实施例中，HBM 210可位于模块外，且可例如经由共同封装的光学连接耦合到半导体模块200。在一些实施例中，到许多HBM 210的零偏移连接可为可能的，这又可允许HBM裸片中的有源输送以更宽、更高带宽密度的HBM到逻辑连接缩短HBM到逻辑通道。

图3及4说明此类半导体模块阵列的实例。

图3是根据各种实施例的玻璃板上的铜连接半导体模块阵列300的示意性横截面图。阵列300包含一或多个半导体模块305a到305n、铜互连层310、电路板315及多个穿玻璃通孔(TGV)320。应注意，阵列300的布置在图3中示意性地说明，且根据各种实施例，可对阵列300及半导体模块305a到305n的布置进行修改。

在各种实施例中，阵列300可包含一或多个半导体模块305a到305n，如关于图1及2所描述的。明确来说，半导体模块305a到305n可包含一或多个中介层，其经由铜接合耦合到具有玻璃芯的半导体衬底。与一或多个半导体模块305a到305n的半导体衬底一样，在各种实例中，电路板315可包含顶层315a、板芯315b及底层315c。电路板315可经进一步配置以具有与硅的CTE匹配的CTE。因此，在一些实例中，电路板315可为玻璃板，且板芯315b可为玻璃芯。在一些实例中，玻璃可为工程设计玻璃，其经配置以具有与例如一或多个半导体模块305a到305n的中介层的一或多个中介层的CTE，及/或一或多个半导体模块305a到305n的一或多个计算裸片的CTE匹配的CTE。

如所属领域的技术人员所已知的，材料的CTE是随温度而变化的特性。尽管可创建具有特定CTE值的材料并调整CTE值，但材料的CTE是不精确的，这是因为制造公差不精确且引入CTE变化。因此，在各种实例中，匹配CTE可包含在给定材料的CTE范围内的CTE。例如，在一些实施例中，当在给定材料的CTE范围内时，CTE可被认为是“匹配的”。例如，纯硅(Si)的CTE在每摄氏度百万分之2.6到3.3之间(例如，2.6到3.3ppm/℃)。因此，如果材料的CTE在2.6到3.3ppm/℃的范围内，那么可认为材料具有与Si匹配的CTE。类似地，如果材料在目标材料的CTE范围内，那么可认为材料具有目标材料的CTE。例如，如果材料具有在2.6到3.3ppm/℃的范围内的CTE，那么可认为材料具有Si的CTE。在其它实例中，当CTE在彼此的阈值范围内时，可认为CTE是匹配的。在一些实例中，如果CTE在相同温度下具有较高CTE的材料的CTE的10％的范围内，那么可认为CTE是匹配的。例如，如果在给定温度下，第一材料具有3ppm/℃的CTE，那么如果第二材料的CTE在给定温度下在2.7到3.3ppm/℃的范围内，那么第二材料可被认为具有与第一材料匹配的CTE。因此，如本文所使用的，术语“匹配(match/matching/matched)”以及其它类似术语不限于精确CTE值的精确匹配，且包含被所属领域的技术人员视为具有“匹配的CTE”且如材料工程设计领域中所使用的那样被视为具有在当前(及/或后来开发的)材料工程设计工艺条件下可能的程度上接近的相应的CTE值的材料。

在各种实例中，板外I/O信号可通过到共同封装的I/O物理顺应连接(例如柔性光纤及/或铜缆线)传入。因此，在一些实例中，电路板315上的布线可经由前(例如，顶层315a)及后(例如，底层315c)层上的单个铜布线层来实施。

在进一步实例中，在电路板315的板芯315b及一或多个半导体模块的衬底芯(例如，图1的衬底芯105b)两者是CTE匹配的玻璃的情况下，一或多个半导体模块305a到305n，且明确来说，相应半导体模块305a到305n的衬底可经由铜接合(例如HCB及/或DCB)耦合到电路板315a。在一些实例中，铜接合可包含(但不限于)热压铜接合及/或纳米颗粒铜接合。在一些进一步实例中，焊接(例如，焊球栅格阵列(BGA)等)可单独使用，或与铜接合结合使用。因此，在各种实施例中，阵列300可包含铜互连层310a到310n，其在半导体衬底的底层与电路板315的顶层之间铜接合。

在各种实施例中，电路板315可进一步包含一或多个TGV 320。由于模块外高速I/O可通过物理顺应连接(例如，光纤及/或铜缆线)进行，因此可优化穿过半导体衬底的玻璃芯及电路板315两者的TGV 320以用于电力递送。这与其中穿孔通孔是基于I/O信号的电特性及所考虑的信号质量来设计的一些常规封装形成对比。

图4是根据各种实施例的玻璃板上的铜连接半导体模块阵列400的示意性俯视图。阵列400可包含电路板405、一或多个半导体模块410a到410n及桥接裸片415。应注意，阵列400的组件在图4中示意性地说明，且根据各种实施例，可对半导体模块410a到410n及其它组件的布置进行修改。

在一些实施例中，一或多个半导体模块410a到410n可经布置成两行(或列，这取决于定向)。因此，图3可为沿线m-m截取的横截面，使得展示半导体模块410a到410n的单个行的截面图。在各种实施例中，相应半导体模块410a到410n的每一行的面向内部的边缘可经配置以传输串行化电输出。明确来说，在一些实例中，串行器-解串器(SerDes)I/O裸片可沿着每一相应的半导体模块的至少一个面向内部的边缘布置。类似地，共同封装的光学或无源铜I/O裸片可沿着每一相应的半导体模块的至少一个面向外部的边缘布置。在又进一步实施例中，模块之间的内部电连接可跨互连桥接裸片415布线，互连桥接裸片415可跨行放置在半导体模块之间。

图5是根据各种实施例的制造铜连接半导体模块阵列的方法500的流程图。方法500可在框505处通过在半导体模块的中介层的底层上形成互连层而开始。如先前所描述的，在各种实施例中，中介层可耦合到玻璃衬底。玻璃衬底可经配置以具有与硅的CTE匹配的CTE，且在这种情况下，具有与中介层的CTE匹配的CTE。因此，中介层可包含互连层，通过所述互连层中介层可经由铜接合耦合到玻璃衬底。因此，在一些实例中，互连层可为铜互连层，其中铜互连件(例如，铜线、迹线、微带、垫及/或具有铜金属化层的TGV)可形成在中介层的底层上。在各种实施例中，形成铜互连层可包含镀铜及/或沉积铜膜以形成互连层的相应互连件。

方法500可在框510处通过将中介层的互连层铜接合到玻璃衬底而继续。在一些实例中，铜接合互连层可铜接合到玻璃衬底的顶层。因此，在一些实例中，玻璃衬底可在玻璃衬底的顶层上包含相应的铜互连层。在又进一步实施例中，玻璃衬底的顶层可包含铜布线层。在各种实例中，铜接合可包含(但不限于)HCB、DCB或两者。在一些实例中，中介层与玻璃衬底之间的连接可进一步包含单独的或与铜接合连接结合的焊料连接。在一些实例中，衬底的玻璃芯可形成为具有与硅的CTE匹配的CTE。如先前所描述的，在一些实例中，玻璃芯可经工程设计为具有硅的CTE。衬底可包含一或多个玻璃层。在又进一步实例中，衬底的顶层可为玻璃芯的顶部表面，在所述顶部表面上可形成相应的铜布线层及/或其它铜互连件(例如，经由镀铜或铜膜沉积工艺)。因此，在一些进一步实例中，所述方法可包含在玻璃衬底的顶层(及/或顶部表面)上形成相应的互连层(例如，铜布线层)。在一些实例中，互连层可包含RDL的一或多个层。

方法500在框515处通过在玻璃衬底的底层上形成互连层而继续。在各种实施例中，与中介层一样，玻璃衬底可进一步耦合到玻璃电路板。玻璃电路板可类似地与硅CTE匹配。在一些实例中，玻璃电路板的CTE可与半导体封装的中介层及/或一或多个计算裸片的CTE匹配。如先前所描述的，包含所属领域的技术人员已知的技术的各种技术可用于调整玻璃衬底、中介层及/或玻璃电路板的CTE，例如控制玻璃的形成工艺(例如，结晶)，以及通过用于形成玻璃的材料选择。在又进一步实例中，使玻璃衬底、玻璃电路板及/或中介层的CTE匹配可包含选择由具有相同的CTE的材料形成的玻璃衬底、玻璃电路板及/或中介层。

因此，玻璃衬底可经进一步配置以包含互连层，通过所述互连层玻璃衬底在这种情况下可类似地被铜接合到玻璃电路板(或其它玻璃衬底)。因此，在一些实例中，互连层可为铜互连层(与常规焊料BGA相反)，其可形成在玻璃衬底的底层上。如先前所描述的，在一些实例中，互连层可包含(例如，经由镀铜或铜膜沉积工艺)在底部表面上形成的铜互连件。玻璃衬底的底层处的铜互连件可包含(但不限于)铜柱(例如，微凸块)、TGV、铜垫、铜线及/或迹线。在一些实例中，互连层可被称为铜布线层。在进一步实例中，互连层包含RDL的一或多个层。

在框520处，方法500可通过将玻璃衬底铜接合到玻璃电路板而继续。如先前所描述的，在各种实例中，铜接合可包含(但不限于)HCB、DCB或两者。在一些实例中，玻璃衬底与玻璃电路板之间的连接可进一步包含单独的或与铜接合连接结合的焊料连接。

方法500在框525处通过在玻璃电路板上以两行或更多行的阵列布置两个或更多个半导体模块而继续。如先前所描述的，可在玻璃电路板上形成具有玻璃半导体衬底的半导体模块阵列。因此，在一些实例中，半导体模块中的每一者可铜接合到玻璃电路板。在框530处，所述方法进一步包含沿着相应半导体模块的面向内部的边缘定位串行电输出I/O裸片。在各种实施例中，相应半导体模块的每一行的面向内部的边缘可经配置以用于串行化电输出。例如，相应SerDes I/O裸片可沿着每一相应的半导体模块的至少一个面向内部的边缘布置。在又进一步实施例中，模块之间的内部电连接可跨互连桥接裸片布线，互连桥接裸片可跨行放置在半导体模块之间，在相应的半导体模块对的面向内部的边缘之间。方法500进一步包含，在框535处，沿着半导体模块的至少一个面向外部的边缘定位板外通信I/O裸片。如先前所描述的，共同封装的光学或无源铜I/O裸片可沿着每一相应的半导体模块的至少一个面向外部的边缘布置以进行板外通信，其可通过物理顺应的连接介质(例如，光纤及/或铜缆线)进行。

上文关于各种实施例描述的技术及工艺可用于制造半导体模块100、200及/或半导体模块阵列300、400及/或其组件，如本文所描述的。

虽然已关于实施例描述一些特征及方面，但所属领域的技术人员将认识到，许多修改是可能的。例如，本文所描述的方法及过程可使用硬件组件、定制集成电路(IC)、可编程逻辑及/或其任何组合来实施。进一步来说，虽然为了便于描述，可关于特定的结构及/或功能组件来描述本文所描述的各种方法及过程，但由各种实施例提供的方法不限于任何特定的结构及/或功能架构，而是可以任何合适的硬件配置实施。类似地，根据若干实施例，虽然一些功能归因一或多个系统组件，但除非上下文另有规定，否则此功能可分布在各种其它系统组件之间。

此外，虽然为了便于描述，本文所描述的方法及过程的过程是以特定顺序描述的，但除非上下文另有规定，否则可据各种实施例重新排序、添加及/或省略各种过程。此外，关于一个方法或过程所描述的过程可并入其它所描述的方法或过程中；同样，根据特定结构架构及/或关于一个系统所描述的系统组件可被组织在替代结构架构中及/或并入其它所描述的系统中。因此，虽然为了便于描述及说明这些实施例的方面，描述具有或不具有一些特征的各种实施例，但本文中关于特定实施例描述的各种组件及/或特征可在其它所描述的实施例中被替换、添加及/或减去，除非上下文另有规定。因此，尽管上面描述若干实施例，但将了解，本发明旨在涵盖所附权利要求书的范围内的所有修改及等效物。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：

一或多个裸片；

中介层，其由第一材料形成，所述中介层耦合到所述一或多个裸片，所述中介层包括形成在所述中介层的一侧上的互连层，其中所述互连层包含多个铜互连件；以及

衬底，其包括顶层、玻璃芯及底层，其中所述中介层的所述互连层与所述衬底的所述顶层铜接合。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述玻璃芯及所述中介层的所述第一材料分别具有匹配的热膨胀系数。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述玻璃芯具有硅的热膨胀系数。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述衬底的所述顶层包含铜布线层。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述衬底的所述底层包含铜布线层。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述中介层包括一或多个中介层分区，每一中介层分区由所述一或多个裸片中的至少一者至少部分地重叠。

7.根据权利要求6所述的设备，其进一步包括：

一或多个桥接裸片，其中所述一或多个桥接裸片中的每一桥接裸片耦合到至少两个中介层分区。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述一或多个裸片包含：

一或多个第一I/O裸片，其经配置以促进板上通信；及

一或多个第二I/O裸片，其耦合到共同封装的光学器件或铜缆线中的至少一者，共同封装的光学器件或铜缆线中的所述至少一者经配置以进行板外通信。

9.一种半导体装置，其包括：

多个半导体模块，每一半导体模块分别包括：

一或多个裸片；

中介层，其由第一材料形成，所述中介层耦合到所述一或多个裸片，所述中介层包括形成在所述中介层的一侧上的第一互连层，其中所述第一互连层包含多个铜互连件；以及

衬底，其包括第一顶层、第一玻璃芯及第一底层，其中所述中介层的所述第一互连层与所述衬底的所述顶层铜接合；

电路板，其耦合到所述一或多个半导体模块，所述电路板包括第二顶层、第二底层及第二玻璃芯，其中所述衬底的所述第一底层与所述电路板的所述第二顶层铜接合。

10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述相应的第一玻璃芯、所述中介层的所述第一材料及第二玻璃芯中的每一者具有匹配的热膨胀系数。

11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中所述第二玻璃芯的所述热膨胀系数具有硅的热膨胀系数。

12.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述多个半导体模块经布置成两行半导体模块。

13.根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述一或多个裸片包含：

一或多个第一I/O裸片，其经配置以促进板上通信，且定位在所述相应的半导体模块的所述相应行的至少一个面向内部的边缘处；及

一或多个第二I/O裸片，其耦合到共同封装的光学器件或铜缆线中的至少一者，共同封装的光学器件或铜缆线中的所述至少一者经配置以进行板外通信，所述一或多个第二I/O裸片定位在所述相应的半导体模块的所述相应行的至少一个面向外部的边缘处。

14.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述相应的中介层中的每一者包括一或多个中介层分区，每一中介层分区由所述一或多个裸片中的至少一者至少部分地重叠。

15.一种方法，其包括：

在中介层的第一侧上形成第一互连层，其中所述第一互连层包含第一多个铜互连件，其中所述第一互连层经配置以将所述中介层耦合到衬底，且其中所述中介层由第一材料形成；

经由铜接合工艺将所述第一互连层接合到所述衬底的第一顶层，所述衬底包括所述第一顶层、第一玻璃芯及第一底层；

在所述衬底的所述第一底层上形成第二互连层，其中所述第二互连层包含第二多个铜互连件，其中所述第二互连层经配置以将所述衬底耦合到电路板；以及

经由所述铜接合工艺将所述第二互连层接合到所述电路板的第二顶层，所述电路板包括所述第二顶层及第二玻璃芯。

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：

形成所述第一玻璃芯及所述第二玻璃芯以使其具有等于所述中介层的所述第一材料的热膨胀系数的热膨胀系数。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述中介层包括一或多个中介层分区，其中将所述第一互连层铜接合到所述衬底的所述第一顶层包括将所述一或多个中介层分区中的每一者铜接合到所述衬底。

18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：

在所述电路板上将多个半导体模块布置成两行或更多行半导体模块的阵列，其中每一半导体模块包括具有相应的第二互连层的相应衬底，其中每一半导体模块经由相应的第二互连层铜接合到所述电路板。

19.根据权利要求18所述的方法，其中每一半导体模块分别包括耦合到相应的中介层的一或多个裸片，其中所述相应的一或多个裸片中的每一者包含经配置以促进板上通信的一或多个I/O裸片，其中布置所述多个半导体模块进一步包括在所述相应的半导体模块的所述相应行的至少一个面向内部的边缘处定位经配置以管理板上通信的所述一或多个I/O裸片。

20.根据权利要求18所述的方法，其中每一半导体模块分别包括耦合到相应的中介层的一或多个裸片，其中所述相应的一或多个裸片中的每一者包含耦合到共同封装的光学器件或铜缆线中的至少一者的一或多个I/O裸片，共同封装的光学器件或铜缆线中的所述至少一者经配置以进行板外通信，其中布置所述多个半导体模块进一步包括在所述相应的半导体模块的所述相应行的至少一个面向外部的边缘处定位耦合到共同封装的光学器件或铜缆线中的所述至少一者的所述一或多个I/O裸片。