CN101221909A - 散热型封装件的制法及其所应用的散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，主要是将半导体芯片接置并电性连接于芯片承载件上，且于该半导体芯片上接置一散热结构，该散热结构表面设有一覆盖层且于其边缘凸设有顶抵部，其中该散热结构平面尺寸大于封装件预定完成的平面尺寸，以将该接置有半导体芯片及散热结构的芯片承载件置于一封装模具的模腔中并填充封装材料，形成包覆该散热结构及半导体芯片的封装胶体，其中当散热结构下方的模流流速大于上方的模流流速，进而向上推挤散热结构时，即可通过该顶抵部触抵于该模腔顶面，而避免散热结构发生翘曲，其后即可依预定完成的封装件平面尺寸进行切割及移除该覆盖层上的封装胶体，以形成散热型封装件。

Description

散热型封装件的制法及其所应用的散热结构

技术领域

本发明涉及一种半导体封装件的制法，尤指一种散热型封装件的制法及其所应用的散热结构。

背景技术

随着对电子产品轻薄短小化的要求，整合高密度电子元件及电子电路的半导体芯片的半导体封装件，已逐渐成为封装产品的主流。然而，由于该种半导体封装件于运行时所产生的热量较高，若不实时将半导体芯片的热量快速释除，积存的热量会严重影响半导体芯片的电性功能与产品稳定度。另一方面，为避免封装件内部电路受到外界水尘污染，半导体芯片表面必须外覆一封装胶体予以隔绝，但是构成该封装胶体的封装树脂却是一热传导性甚差的材料，其热导系数仅0.8w/m°K，是以，半导体芯片铺设多个电路的主动面上产生的热量无法有效通过该封装胶体传递到大气外，而往往导致热积存现象产生，使芯片性能及使用寿命备受考验。因此，为提高半导体封装件的散热效率，遂有于封装件中增设散热件的构想应运而生。

但是若散热件亦为封装胶体所完全包覆时，半导体芯片产生的热量的散热途径仍须通过封装胶体，散热效果的提升仍然有限，甚而无法符合散热的需求，因而，为有效逸散芯片热量，即须将散热件充分显露出封装胶体以直接逸散半导体芯片运行时所产生的热量。

请参阅图1所示，为美国专利第5,726,079号所揭露的半导体封装件。该种现有的半导体封装件1其在芯片10上直接黏设有一散热片11，使该散热片11的顶面11a外露出用以包覆该芯片10的封装胶体12而直接与大气接触，藉以提供芯片10产生的热量得传递至散热片11而逸散至大气中，而毋须经过导热性差的封装胶体12。

然而，该种半导体封装件1在制造上存在有若干的缺点。首先，该散热片11与芯片10黏接后，置入封装模具的模腔中以进行形成该封装胶体12的模压作业(Molding)时，该散热片11的顶面11a必须顶抵至模腔的顶壁，否则即会使封装胶体溢胶于散热片11的顶面11a上，如此除会影响该散热片11的散热效率外，并会造成制成品外观上的不良，故往往须予去胶(Deflash)的处理；然而，去胶处理不但耗时，增加封装成本，且亦会导致制成品的受损。相对地，若散热片11顶抵住模腔的顶壁的力量过大，则往往会使质脆的芯片10因过度的压力而裂损。

此外，为使散热片11的顶面11a至基板13的上表面的距离能恰等于模具的模腔的深度，散热片11与芯片10的黏接、芯片10与基板13的黏接以及散热片11的厚度即须精准控制与制作，然此种精密度上的要求，会使封装成本增加并提高制程复杂度，故在实务上有其实施的困难性。

请参阅图2A及图2B，鉴于前现有技术的缺陷，美国专利第6,458,626号(专利权人同于本申请案的申请人)揭露一种散热片能直接黏置于芯片上而不会产生压损芯片或溢胶形成于散热片外露表面上的问题的半导体封装件。该半导体封装件其在散热片21欲外露于大气中的表面上形成一与封装胶体24间的黏结性差的覆盖层25(例如为镀金层)，再将该散热片21直接黏置于一接置在基板23的芯片20上，继而进行模压制程从而以封装胶体24完全包覆该散热片21及芯片20，并使封装胶体24覆盖于散热片21的覆盖层25上(如图2A所示)，如此，模压制程所使用的模具的模腔的深度大于芯片20与散热片21的厚度和，故在模具合模后，模具不会触及散热片21而使芯片20无受压导致裂损的虞；接着，进行切割步骤，并将散热片21上方的封装胶体24去除，其中当形成于散热片21上的覆盖层25与散热片21间的黏结性大于其与封装胶体24间的黏结性时，将封装胶体24剥除后，该覆盖层25仍存留于散热片21上，但因覆盖层25与封装胶体24间的黏结性差，封装胶体24不致残留(如图2B所示)，以供芯片20运行时所产生的热量可通过该散热片21及覆盖层25而逸散，且无溢胶问题。相关的技术内容复可参阅美国专利第6,844,622及6,444,498号等。

复请参阅图3，前述的半导体封装件的散热片面积甚大，在将已接置有芯片30及散热片31的基板33置于封装模具36的模腔360中进行封装模压作业时，因散热片31上方可供封装树脂模流通过的空间远较下方来的小，是以该散热片31下方的模流流速远大于上方的模流流速，造成该散热片31上、下方的模流流速不平衡，进而导致散热片31产生向上的翘曲，从而造成外观不良，甚至破坏散热片31与芯片30的黏着而发生脱层现象，或是影响芯片30与基板33的电性连接质量(例如覆晶芯片电性连接至该基板所使用的焊块发生裂损问题)。

虽然可调整增加散热片上方可供模流通过的空间，然而如此将增加散热片上方封装胶体的用量，况且该散热片上方封装胶体于后续制程中即须移除，是以将导致制程材料的浪费及成本的增加。

因此，如何提供一种散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，从而可避免于封装模压作业时压伤半导体芯片及产生溢胶问题，同时更可避免封装制程中发生散热片翘曲，甚至破坏散热片与芯片的黏着、芯片与基板的电性连接，以及制程材料的浪费与成本增加等问题，实为目前亟待解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，以避免封装制程中发生散热片翘曲，甚至破坏散热片与芯片的黏着及芯片与芯片承载件的电性连接等问题。

本发明的再一目的在于提供一种散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，以避免制程材料的浪费与成本增加等问题。

本发明的另一目的在于提供一种散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，不致于封装模压过程中压伤半导体芯片或发生溢胶问题，进而提升制成品的良率。

为达到上述及其它目的，本发明的散热型封装件的制法，包括：将半导体芯片接置并电性连接于芯片承载件上，且于该半导体芯片上接置一散热结构，该散热结构包含有一具相对第一表面及第二表面的本体及朝该第一表面方向凸设于该本体边缘的顶抵部，其中该第一表面上设有一覆盖层，该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸，以供该散热结构通过其第二表面而接置于该半导体芯片；进行封装作业，将该接置有半导体芯片及散热结构的芯片承载件置于一封装模具的模腔中并填充封装材料，之后移除该封装模具，藉以形成包覆该散热结构及半导体芯片的封装胶体；进行切割作业，依预定完成的封装件平面尺寸进行切割；以及进行移除作业，以移除位于该覆盖层上的封装胶体。

该覆盖层的材料可选择为与散热结构的接合力大于其与封装胶体的接合力，例如为金或镍等金属层，从而于移除作业时，自该覆盖层上移除位于该覆盖层上的封装胶体而外露出该覆盖层，藉以使半导体芯片产生的热量得以通过散热结构及覆盖层而逸散至外界。再者，该覆盖层的材料亦可选择为与封装胶体的接合力大于其与散热结构的接合力，例如为胶片、环氧树脂或有机层，从而于移除作业时，同时移除该覆盖层与位于该覆盖层上的封装胶体，藉以直接外露出该散热结构上表面，以导出半导体芯片热量。

另外，本发明亦揭示一种散热结构，用以接置于半导体芯片上，以形成整合有散热结构的散热型封装件，该散热结构包括：一具有相对第一表面及第二表面的本体；以及朝该第一表面方向凸设于该本体边缘的顶抵部。该散热结构复包括有设于该第一表面上的覆盖层，且该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸。

亦即本发明的散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，主要即于半导体芯片上接置一表面设有覆盖层的散热结构，该散热结构的边缘形成有多个朝该覆盖层方向凸设的顶抵部，且该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸，从而于进行封装作业而将接置有半导体芯片及该散热结构的芯片承载件置于封装模具的模腔中，以于该模腔中填充封装材料，其中当散热结构下方的模流流速大于上方的模流流速，进而向上推挤散热结构时，由于在该散热结构边缘形成有多个朝该覆盖层方向凸设的顶抵部，因此得以利用该顶抵部触抵于该模腔顶面，以避免散热结构发生翘曲，甚至散热片与芯片产生脱层以及影响芯片与芯片承载件电性连接质量等问题，同时亦毋须因加大模腔空间而导致封装材料浪费与成本增加。之后即可移除该封装模具，以形成包覆该散热结构及半导体芯片的封装胶体，并依预定完成的封装件平面尺寸进行切割，及移除位于覆盖层上的封装胶体，以形成整合有散热结构的散热型封装件。

附图说明

图1为美国专利第5,726,079号所揭露的散热型半导体封装件示意图；

图2A及图2B为美国专利第6,458,626号所揭露的散热型半导体封装件示意图；

图3为现有散热型半导体封装件于封装模压作业发生散热片翘曲问题示意图；

图4A至图4F为本发明的散热型封装件的制法及其所应用的散热结构第一实施例的示意图；

图5为本发明的散热结构第二实施例的示意图；

图6为本发明的散热型封装件的制法第二实施例的示意图；以及

图7为本发明的散热型封装件的制法第三实施例的示意图。

符号说明

1    半导体封装件

10   芯片

11   散热片

11a  顶面

12   封装胶体

13   基板

20   芯片

21   散热片

23   基板

24   封装胶体

25   覆盖层

30   芯片

31   散热片

33   基板

36   封装模具

360  模腔

40   半导体芯片

400  导电凸块

41   散热结构

41a  第一表面

41b  第二表面

410  本体

411  顶抵部

43   芯片承载件

44   封装胶体

440  封装材料

45   覆盖层

46   封装模具

460  模腔

H    距离

h    高度

51   散热结构

511  顶抵部

60   半导体芯片

61   散热结构

64   封装胶体

65   覆盖层

70   半导体芯片

700  焊线

73   芯片承载件

78   间隔层

具体实施方式

以下系通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。

第一实施例

请参阅图4A至图4F，为本发明的散热型封装件的制法第一实施例的示意图。本发明的散热型封装件的制法可因应需求而采用于单一芯片承载件上或采批次方式而于具多个芯片承载件的模块片上进行制程。

如图4A及图4B所示，其中该图4B为对应于图4A的俯视图，首先将半导体芯片接置并电性连接于芯片承载件43上，且将一散热结构41接置于该半导体芯片40上。

该散热结构41包含有一具有相对第一表面41a及第二表面41b的本体410及朝该第一表面41a方向凸设于该本体410边缘的顶抵部411，且于该散热结构41第一表面41a上覆盖有一覆盖层45，其中该散热结构41平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸(如虚线所示)，亦即使该顶抵部411位于预定完成的封装件平面尺寸以外，以将该散热结构41通过其第二表面41b间隔导热胶而接置于该半导体芯片40上。

该芯片承载板43例如为球栅阵列(BGA)基板、平面栅格阵列(LGA)基板、或导线架，而该半导体芯片40例如为覆晶式半导体芯片，以通过多个导电凸块400而电性连接至该芯片承载件43。

该覆盖层45的材料可选择为与散热结构41的接合力大于其与封装胶体的接合力，例如为金或镍等金属层。

如图4C及图4D所示，进行封装模压作业，将该接置有半导体芯片40及散热结构41的芯片承载件43置于一封装模具46的模腔460中，并于该模腔460中填充封装材料440，其中该散热结构41的顶抵部411高度h系小于该散热结构41至该模腔460顶面距离H约0.03~0.1mm，其中以0.05mm为佳。于封装模压作业中，当散热结构41下方的封装材料的模流流速大于上方的模流流速，进而向上推挤该散热结构41时，由于在该散热结构41边缘形成有多个朝该覆盖层45方向凸设的顶抵部411，从而可通过该顶抵部411触抵于该模腔460顶面，而避免散热结构41发生翘曲问题。

接着即可移除该封装模具46，藉以于该芯片承载件43上形成包覆该散热结构41及半导体芯片40的封装胶体44。

如图4E及图4F所示，进行切割作业，依预定完成的封装件平面尺寸切割该芯片承载件43、封装胶体44及散热结构41***部分，其中由于该散热结构41的平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸，因此于切割作业后即可移去凸设于该散热结构41边缘的顶抵部411。

之后即进行移除作业，以移除位于覆盖层45上的封装胶体44，其中，由于该覆盖层45的材料(例如为金或镍等金属层)为与散热结构41的接合力大于其与封装胶体44的接合力，因此即可移除位于该覆盖层45上的封装胶体44而外露出该覆盖层45，藉以使半导体芯片40产生的热量得以通过散热结构41及覆盖层45而逸散至外界。

另外，本发明亦揭示一种散热结构41，包括：一具有相对第一表面41a及第二表面41b的本体410；以及朝该第一表面41a方向凸设于该本体410边缘的顶抵部411。另该散热结构41复包括有设于该第一表面41a上的覆盖层45，其中该散热结构用以接置于半导体芯片上，以形成整合有散热结构的散热型封装件，且该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸。

复请参阅图5，为本发明的散热结构第二实施例的示意图，本实施的散热结构51中相比于前述实施例除可将凸设于边缘的顶抵部设于该散热结构的角隅外，复可将顶抵部511设于各边中间处，以供封装模压作业中，该散热结构51可通过该顶抵部511触抵于封装模具的模腔顶面，以防止散热结构翘曲问题。

第二实施例

请参阅图6，为本发明的散热型封装件的制法第二实施例的示意图。本实施例的散热型封装件的制法与前述实施例大致相同，主要差异在于形成在该散热结构61上的覆盖层65材料例如为胶片、环氧树脂(epoxy)、或如蜡(wax)的有机层，其与封装胶体64的接合力大于其与散热结构61的接合力，因此于移除作业时，将同时移除该覆盖层65与位于该覆盖层65上的封装胶体64，藉以直接外露出该散热结构61上表面，进而导出半导体芯片60热量。

第三实施例

请参阅图7，为本发明的散热型封装件的制法第三实施例的示意图。如图所示，本实施例的散热型封装件的制法与前述实施例大致相同，其主要差异在于将一打线式半导体芯片70接置于芯片承载件73上，并通过多个焊线700电性连接至该芯片承载件73，且于该半导体芯片70上可先接置有如废芯片或散热件的间隔层78，以将散热结构71通过该间隔层78而接置于该半导体芯片70上，避免该散热结构71触碰至该焊线700。

因此，本发明的散热型封装件的制法及其所应用的散热结构，主要即于半导体芯片上接置一表面设有覆盖层的散热结构，该散热结构的边缘形成有多个朝该覆盖层方向凸设的顶抵部，且该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸，从而于进行封装作业而将接置有半导体芯片及该散热结构的芯片承载件置于封装模具的模腔中，以于该模腔中填充封装材料，其中当散热结构下方的模流流速大于上方的模流流速，进而向上推挤散热结构时，由于在该散热结构边缘形成有多个朝该覆盖层方向凸设的顶抵部，因此得以利用该顶抵部触抵于该模腔顶面，以避免散热结构发生翘曲，甚至散热片与芯片产生脱层以及影响芯片与芯片承载件电性连接质量等问题，同时亦毋须因加大模腔空间而导致封装材料浪费与成本增加。之后即可移除该封装模具，以形成包覆该散热结构及半导体芯片的封装胶体，并依预定完成的封装件平面尺寸进行切割，及移除位于覆盖层上的封装胶体，以形成整合有散热结构的散热型封装件。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。尤其应特别注意，该芯片承载件的选择，以及芯片与芯片承载件的电性连接方式的采用，任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。

Claims (20)

1.一种散热型封装件的制法，包括：

将半导体芯片接置并电性连接于芯片承载件上，且于该半导体芯片上接置一散热结构，该散热结构包含有一具相对第一表面及第二表面的本体及朝该第一表面方向凸设于该本体边缘的顶抵部，其中该第一表面上设有一覆盖层，且该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸，以供该散热结构通过其第二表面而接置于该半导体芯片；

进行封装作业，将该接置有半导体芯片及散热结构的芯片承载件置于一封装模具的模腔中并填充封装材料，之后再移除该封装模具，藉以形成包覆该散热结构及半导体芯片的封装胶体；

进行切割作业，依预定完成的封装件平面尺寸进行切割；以及

进行移除作业，以移除位于该覆盖层上的封装胶体。

2.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该芯片承载件为基板及导线架的其中一者，且该半导体芯片可以覆晶及打线的其中一方式而电性连接至该芯片承载件。

3.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该顶抵部位于预定完成的封装件平面尺寸以外。

4.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该散热结构的顶抵部高度小于该散热结构至该模腔顶面距离约0.03~0.1mm，其中以0.05mm为佳。

5.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，于封装作业中，当散热结构下方的封装材料的模流流速大于上方的模流流速，进而向上推挤该散热结构时，该散热结构的顶抵部触抵于该模腔顶面。

6.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该顶抵部选择凸设于散热结构边缘的角隅及各边中间处。

7.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该覆盖层与散热结构的接合力大于其与封装胶体的接合力，以于移除作业时，移除位于该覆盖层上的封装胶体而外露出该覆盖层。

8.根据权利要求7所述的散热型封装件的制法，其中，该覆盖层为金属层。

9.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该覆盖层与封装胶体的接合力大于其与散热结构的接合力，以于移除作业时，同时移除该覆盖层与位于该覆盖层上的封装胶体。

10.根据权利要求9所述的散热型封装件的制法，其中，该覆盖层为胶片、环氧树脂、及有机层的其中一者。

11.根据权利要求1所述的散热型封装件的制法，其中，该半导体芯片为打线式半导体芯片，以通过多个焊线电性连接至该芯片承载件，并将该散热结构通过一间隔层而接置于该半导体芯片上。

12.根据权利要求11所述的散热型封装结构制法，其中，该间隔层为废芯片及散热件的其中一者。

13.一种散热结构，包括：

一具有相对第一表面及第二表面的本体；以及

朝该第一表面方向凸设于该本体边缘的顶抵部。

14.根据权利要求13所述的散热结构，其中，该顶抵部选择凸设于散热结构边缘的角隅及各边中间处。

15.根据权利要求13所述的散热结构，复包括有设于该散热结构第一表面上的覆盖层。

16.根据权利要求15所述的散热结构，其中，该散热结构用以接置于半导体芯片上，并包覆封装胶体，以形成整合有散热结构的散热型封装件，且该散热结构平面尺寸大于预定完成的封装件平面尺寸。

17.根据权利要求16所述的散热结构，其中，该覆盖层与散热结构的接合力大于其与封装胶体的接合力。

18.根据权利要求17所述的散热结构，其中，该覆盖层为金属层。

19.根据权利要求16所述的散热结构，其中，该覆盖层与封装胶体的接合力大于其与散热结构的接合力。

20.根据权利要求19所述的散热结构，其中，该覆盖层为胶片、环氧树脂、及有机层的其中一者。

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