CN102130084B - 具有凸柱/基座的散热座及讯号凸柱的半导体芯片组体 - Google Patents
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Abstract
一半导体芯片组体至少包含一半导体器件、一散热座、一导线及一黏着层。该半导体器件是电性连接于该导线且热连接于该散热座。该散热座至少包含一导热凸柱及一基座。该导热凸柱从该基座向上延伸进入该黏着层的一第一开口,而该基座则从该导热凸柱侧向延伸。该导线至少包含一焊垫、一端子及一讯号凸柱。该讯号凸柱从该端子向上延伸进入该黏着层的一第二开口。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片组体,特别是涉及一种由半导体器件、导线、黏着层及散热座组成的半导体芯片组体及其制造方法。相关申请案的相互参照:
本申请案为2009年11月11日提出申请的第12/616,773号美国专利申请案的部分延续案,该案的内容以引用的方式并入本文。本申请案也为2009年11月11日提出申请的第12/616,775号美国专利申请案的部分延续案,该案的内容同样以引用的方式并入本文。本申请案另主张2009年11月3日提出申请的第61/257,830号美国临时专利申请案的优先权,该案的内容也以引用的方式并入本文。
前述2009年11月11日提出申请的第12/616,773号美国专利申请案及前述2009年11月11日提出申请的第12/616,775号美国专利申请案均为2009年9月11日提出申请的第12/557,540号美国专利申请案的部分延续案,且也均为2009年9月11日提出申请的第12/557,541号美国专利申请案的部分延续案。
前述2009年9月11日提出申请的第12/557,540号美国专利申请案及前述2009年9月11日提出申请的第12/557,541号美国专利申请案均为2009年3月18日提出申请的第12/406,510号美国专利申请案的部分延续案。该第12/406,510号美国专利申请案主张2008年5月7日提出申请的第61/071,589号美国临时专利申请案、2008年5月7日提出申请的第61/071,588号美国临时专利申请案、2008年4月11日提出申请的第61/071,072号美国临时专利申请案及2008年3月25日提出申请的第61/064,748号美国临时专利申请案的优先权,上述各案的内容均以引用的方式并入本文。前述2009年9月11日提出申请的第12/557,540号美国专利申请案及前述2009年9月11日提出申请的第12/557,541号美国专利申请案也主张2009年2月9日提出申请的第61/150,980号美国临时专利申请案的优先权,其内容以引用的方式并入本文。
背景技术
诸如经封装与未经封装的半导体芯片等半导体器件可提供高电压、高频率及高效能的应用;这些应用为执行特定功能,所需消耗的功率甚高,然而功率愈高则半导体器件生热愈多。此外,在封装密度提高及尺寸缩减后,可供散热的表面积缩小,更导致生热加剧。
半导体器件在高温操作下易产生效能衰退及使用寿命缩短等问题,甚至可能立即故障。高热不只影响芯片效能,也可能因热膨胀不匹配而对芯片及其周遭器件产生热应力作用。因此,必须使芯片迅速有效散热方能确保其操作的效率与可靠度。一条高导热性路径通常是将热能传导并发散至一表面积较芯片或芯片所在的晶粒座更大的区域。
发光二极管(LED)近来已普遍成为白炽光源、荧光光源与卤素光源的替代光源。LED可为医疗、军事、招牌、讯号、航空、航海、车辆、可携式设备、商用与住家照明等应用领域提供高能源效率及低成本的长时间照明。例如,LED可为灯具、手电筒、车头灯、探照灯、交通号志灯及显示器等设备提供光源。
LED中的高功率芯片在提供高亮度输出的同时也产生大量热能。然而,在高温操作下,LED会发生色偏、亮度降低、使用寿命缩短及立即故障等问题。此外,LED在散热方面有其限制,进而影响其光输出与可靠度。因此,LED格外突显市场对于具有良好散热效果的高功率芯片的需求。
LED封装体通常包含一LED芯片、一基座、电接点及一热接点。所述基座是热连接至LED芯片并用以支撑该LED芯片。电接点则电性连接至LED芯片的阳极与阴极。热接点经由该基座热连接至LED芯片,其下方载具可充分散热以预防LED芯片过热。
业界积极以各种设计及制造技术投入高功率芯片封装体与导热板的研发,以期在此极度成本竞争的环境中满足效能需求。
塑料球栅阵列(PBGA)封装是将一芯片与一层压基板包裹于一塑料外壳中,然后再以锡球黏附于一印刷电路板(PCB)的上。所述层压基板包含一通常由玻璃纤维构成的介电层。芯片产生的热能可经由塑料及介电层传至锡球,进而传至印刷电路板。然而,由于塑料与介电层的导热性低,PBGA的散热效果不佳。
方形扁平无引脚(QFN)封装是将芯片设置在一焊接于印刷电路板的铜质晶粒座上。芯片产生的热能可经由晶粒座传至印刷电路板。然而,由于其导线架中介层的路由能力有限,使得QFN封装无法适用于高输入/输出(I/O)芯片或被动器件。
导热板为半导体器件提供电性路由、热管理与机械性支撑等功能。导热板通常包含一用于讯号路由的基板、一提供热去除功能的散热座或散热装置、一可供电性连接至半导体器件的焊垫,以及一可供电性连接至下一层组体的端子。该基板可为一具有单层或多层路由电路***及一或多层介电层的层压结构。该散热座可为一金属基座、金属块或埋设金属层。
导热板接合下一层组体。例如,下一层组体可为一具有印刷电路板及散热装置的灯座。在此范例中,一LED封装体是安设于导热板上,该导热板则安设于散热装置上,导热板/散热装置次组体与印刷电路板又安设于灯座中。此外,导热板经由导线电性连接至该印刷电路板。该基板将电讯号自该印刷电路板导向LED封装体,而该散热座则将LED封装体的热能发散并传递至该散热装置。因此,该导热板可为LED芯片提供一重要的热路径。
授予Juskey等人的第6,507,102号美国专利揭示一种组体,其中一由玻璃纤维与固化的热固性树脂所构成的复合基板包含一中央开口。一具有类似前述中央开口正方或长方形状的散热块是黏附于该中央开口侧壁因而与该基板结合。上、下导电层分别黏附于该基板的顶部及底部,并通过贯穿该基板的电镀导孔互为电性连接。一芯片是设置于散热块上并打线接合至上导电层,一封装材料是模设成形于芯片上,而下导电层则设有锡球。
制造时,该基板原为一置于下导电层上的乙阶(B-stage)树脂胶片。散热块是插设于中央开口,因而位于下导电层上,并与该基板以一间隙相隔。上导电层则设于该基板上。上、下导电层经加热及彼此压合后,使树脂熔化并流入前述间隙中固化。上、下导电层形成图案,因而在该基板上形成电路布线,并使树脂溢料显露于散热块上。然后去除树脂溢料,使散热块露出。最后再将芯片安置于散热块上并进行打线接合与封装。
因此,芯片产生的热能可经由散热块传至印刷电路板。然而在量产时,以手工方式将散热块放置于中央开口内的作业极为费工,且成本高昂。再者,由于侧向的安装容差小,散热块不易精确定位于中央开口中,导致基板与散热块间易出现间隙以及打线不均的情形。如此一来,该基板只部分黏附于散热块,无法自散热块获得足够支撑力,且容易脱层。此外,用于去除部分导电层以显露树脂溢料的化学蚀刻液也将去除部分未被树脂溢料覆盖的散热块,使散热块不平且不易结合,最终导致组体的良率降低、可靠度不足且成本过高。
授予Ding等人的第6,528,882号美国专利揭露一种高散热球栅阵列封装体,其基板包含一金属芯层,而芯片则安置于金属芯层顶面的晶粒座区域。一绝缘层是形成于金属芯层的底面。盲孔贯穿绝缘层直通金属芯层,且孔内填有散热锡球,另在该基板上设有与散热锡球相对应的锡球。芯片产生的热能可经由金属芯层流向散热锡球,再流向印刷电路板。然而,夹设于金属芯层与印刷电路板之间的绝缘层却对流向印刷电路板的热流造成限制。
授予Lee等人的第6,670,219号美国专利公开一种凹槽向下球栅阵列(CDBGA)封装体,其中一具有中央开口的接地板是设置于一散热座上以构成一散热基板。一具有中央开口的基板通过一具有中央开口的黏着层设置于该接地板上。一芯片是安装于该散热座上由接地板中央开口所形成的一凹槽内,且该基板上设有锡球。然而,由于锡球是位于基板上,散热座并无法接触印刷电路板,导致该散热座的散热作用只限热对流而非热传导,因而大幅限缩其散热效果。
授予Woodall等人的第7,038,311号美国专利提供一种高散热BGA封装体,其散热装置为倒T形且包含一柱部与一宽基底。一设有窗型开口的基板是安置于宽基底上,一黏着层则将柱部与宽基底黏附于该基板。一芯片是安置于柱部上并打线接合至该基板,一封装材料是模制成形于芯片上,该基板上则设有锡球。柱部延伸穿过该窗型开口,并由宽基底支撑该基板,至于锡球则位于宽基底与基板周缘间。芯片产生的热能可经由柱部传至宽基底,再传至印刷电路板。然而,由于宽基底上必须留有容纳锡球的空间,宽基底只在对应于中央窗口与最内部锡球间的位置突伸于该基板下方。如此一来,该基板在制造过程中便不平衡,且容易晃动及弯曲,进而导致芯片的安装、打线接合以及封装材料的模制成形均十分困难。此外,该宽基底可能因封装材料的模制成形而弯折,且一旦锡球崩塌,便可能使该封装体无法焊接至下一层组体。因此,此封装体的良率偏低、可靠度不足且成本过高。
Erchak等人的美国专利申请公开案第2007/0267642号提出一种发光装置组体,其中一倒T形的基座包含一基板、一突出部及一具有通孔的绝缘层,绝缘层上并设有电接点。一具有通孔与透明上盖的封装体是设置于电接点上。一LED芯片是设置于突出部并以打线连接该基板。该突出部是邻接该基板并延伸穿过绝缘层与封装体上的通孔,进入封装体内。绝缘层是设置于该基板上,且绝缘层上设有电接点。封装体是设置于所述电接点上并与绝缘层保持间距。该芯片产生的热能可经由突出部传至该基板,进而到达一散热装置。然而,所述电接点不易设置于绝缘层上,难以与下一层组体电性连接,且无法提供多层路由。
现有封装体与导热板具有重大缺点。举例而言,诸如环氧树脂等低导热性的电绝缘材料对散热效果造成限制,然而,以陶瓷或碳化硅填充的环氧树脂等具有较高导热性的电绝缘材料则具有黏着性低且量产成本过高的缺点。该电绝缘材料可能在制作过程中或在操作初期即因受热而脱层。该基板若为单层电路***则路由能力有限,但若该基板为多层电路***,则其过厚的介电层将降低散热效果。此外,前案技术尚有散热座效能不足、体积过大或不易热连接至下一层组体等问题。前案技术的制造工序也不适于低成本的量产作业。
有鉴于现有高功率半导体器件封装体及导热板的种种发展情形及相关限制,业界实需一种具成本效益、效能可靠、适于量产、多功能、可灵活调整讯号路由且具有优异散热性的半导体芯片组体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体芯片组体。
本发明的另一目的在于提供一种制作一半导体芯片组体的方法。
本发明半导体芯片组体,其至少包含一半导体器件、一散热座、一导线与一黏着层。该半导体器件是电性连接至该导线并热连接至该散热座。该散热座至少包含一导热凸柱与一基座。该导热凸柱自该基座向上延伸并进入该黏着层的一第一开口,该基座则自该导热凸柱侧向延伸。该导线至少包含一焊垫、一端子与一讯号凸柱。该讯号凸柱自该端子向上延伸并进入该黏着层的一第二开口。
根据本发明的一样式,一半导体芯片组体至少包含一半导体器件、一黏着层、一散热座与一导线。该黏着层至少具有第一开口及第二开口。该散热座至少包含一导热凸柱及一基座,其中该导热凸柱是邻接该基座并沿一向上方向延伸于该基座上方,该基座则沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于该导热凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向从该导热凸柱侧向延伸而出。该导线至少包含一焊垫、一端子与一讯号凸柱,其中该讯号凸柱是延伸于该焊垫下方及该端子上方,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱。
该半导体器件是位于该导热凸柱上方并重叠于该导热凸柱。该半导体器件是电性连接至该焊垫,从而电性连接至该端子;并且热连接至该导热凸柱,从而热连接至该基座。该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,并从该导热凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子。该焊垫是延伸于该黏着层上方,而该端子则延伸于该黏着层下方。该导热凸柱延伸进入该第一开口,该讯号凸柱则延伸进入该第二开口。此外,所述导热凸柱与所述讯号凸柱具有相同厚度且彼此共平面,该基座与该端子也具有相同厚度且彼此共平面。
该导线可包含该焊垫、该端子、该讯号凸柱及一路由线。该路由线可邻接该焊垫。该讯号凸柱可邻接该路由线与该端子,延伸于该焊垫与该路由线下方,且延伸于该端子上方。该焊垫与该路由线可重叠于该黏着层。该端子可被该黏着层重叠。该讯号凸柱可延伸贯穿该黏着层。该焊垫、该端子、该讯号凸柱与该路由线可接触该黏着层。一位于该焊垫与该端子间的导电路径可包含该讯号凸柱与该路由线。
根据本发明的另一样式,一半导体芯片组体至少包含一半导体器件、一黏着层、一散热座、一基板与一导线。该黏着层至少具有第一开口及第二开口。该散热座至少包含一导热凸柱及一基座,其中该导热凸柱是邻接该基座并沿一向上方向延伸于该基座上方,该基座则沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于该导热凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向从该导热凸柱侧向延伸而出。该基板至少包含一焊垫与一介电层,且第一及第二通孔延伸穿过该基板。该导线至少包含该焊垫、一端子与一讯号凸柱,其中该讯号凸柱是延伸于该焊垫下方及该端子上方,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱。
该半导体器件是位于该导热凸柱上方并重叠于该导热凸柱。该半导体器件是电性连接至该焊垫,从而电性连接至该端子;并且热连接至该导热凸柱,从而热连接至该基座。该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,且延伸进入该第一通孔中一介于该导热凸柱与该基板之间的第一缺口,同时延伸进入该第二通孔中一介于该讯号凸柱与该基板之间的第二缺口,并于所述缺口中延伸跨越该介电层。该黏着层从该导热凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子,且是介于该导热凸柱与该介电层之间、该讯号凸柱与该介电层之间以及该基座与该介电层之间。该基板是设置于该黏着层上,并延伸于该基座上方。
该焊垫是延伸于该介电层上方,而该端子则延伸于该黏着层下方。
该导热凸柱延伸进入该第一开口及该第一通孔,该讯号凸柱则延伸进入该第二开口及该第二通孔。此外,所述导热凸柱与所述讯号凸柱具有相同厚度且彼此共平面,该基座与该端子也具有相同厚度且彼此共平面。
该散热座可包含一盖体,该盖体是位于该导热凸柱的顶部上方,邻接该导热凸柱的顶部,同时从上方覆盖该导热凸柱的顶部,并沿所述侧面方向从该导热凸柱的顶部侧向延伸而出。例如,该盖体可为矩形,更进一步地,可为正方形,而该导热凸柱的顶部可为圆形。在此例中,该盖体的尺寸及形状可经过设计,以配合该半导体器件的热接触表面,至于该导热凸柱顶部的尺寸及形状则未依该半导体器件的热接触表面而设计。该盖体也可接触并覆盖该黏着层一邻接该导热凸柱并与该导热凸柱共平面的部分。该盖体也可在该介电层上方与该焊垫共平面。此外,该导热凸柱可热连接该基座与该盖体。该散热座可由该导热凸柱与该基座组成,或由该导热凸柱、该基座与该盖体组成。该散热座也可由铜、铝或铜/镍/铝合金组成。无论采用哪一组成方式,该散热座皆可提供散热作用,将该半导体器件的热能扩散至下一层组体。
该半导体器件可设置于该散热座上。例如,该半导体器件可设置于该散热座及该基板上,重叠于该导热凸柱与该焊垫,通过一第一焊锡电性连接至该焊垫,并通过一第二焊锡热连接至该散热座。或者,该半导体器件可设置于该散热座而非该基板上,重叠于该导热凸柱而非该基板,通过一打线电性连接至该焊垫,并通过一固晶材料热连接至该散热座。
该半导体器件可为一经封装或未经封装的半导体芯片。例如,该半导体器件可为一包含LED芯片的LED封装体,其是设置于该散热座与该基板上,重叠于该导热凸柱与该焊垫,经由一第一焊锡电性连接至该焊垫,且经由一第二焊锡热连接至该散热座。或者,该半导体器件可为一半导体芯片,其是设置于该散热座而非该基板上,重叠于该导热凸柱而非该基板,经由一打线电性连接至该焊垫,且经由一固晶材料热连接至该散热座。
该黏着层可在该第一缺口中接触该导热凸柱及该介电层,并在该第二缺口中接触该讯号凸柱及该介电层,且于所述缺口之外接触该基座、该端子及该介电层。该黏着层也可于所述侧面方向覆盖及环绕所述导热凸柱、所述讯号凸柱,且同形被覆于所述导热凸柱、所述讯号凸柱的侧壁。该黏着层可与所述导热凸柱和所述讯号凸柱的顶部及底部共平面。
该黏着层可自该导热凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子。例如,该黏着层与该端子可延伸至该组体的***边缘;在此例中,该黏着层是从该导热凸柱侧向延伸至该端子。或者,该黏着层可延伸至该组体的***边缘,而该端子则与该组体的***边缘保持距离;在此情况下,该黏着层是从该导热凸柱侧向延伸且越过该端子。
该导热凸柱可与该基座一体成形。例如,该导热凸柱与该基座可为单一金属体或于其接口包含单一金属体,其中该单一金属体可为铜。该导热凸柱也可延伸贯穿该第一通口。该导热凸柱也可在该介电层上方与该黏着层共平面。该导热凸柱也可为平顶锥柱形,其直径是从该基座处朝其邻接盖体的平坦顶部向上递减。
该讯号凸柱可与该端子一体成形。例如,该讯号凸柱与该端子可为单一金属体或于其接口包含单一金属体,其中该单一金属体可为铜。该讯号凸柱也可延伸贯穿该第二通口。该讯号凸柱也可在该介电层上方与该黏着层共平面。该讯号凸柱也可为平顶锥柱形,其直径是从该端子处朝其邻接路由线的平坦顶部向上递减。
该基座可从下方覆盖该导热凸柱,同时支撑该基板,并与该组体的***边缘保持距离。
该基板可与该导热凸柱及该基座保持距离。该基板也可为一层压结构。
该导线可与该散热座保持距离。该焊垫可接触该介电层,该端子可接触该黏着层,而该讯号凸柱则可接触该黏着层与该介电层。此外,该端子可邻接该讯号凸柱,延伸于该讯号凸柱下方,并从该讯号凸柱侧向延伸。
该焊垫可作为该半导体器件的一电接点,该端子可作为下一层组体的一电接点,且该焊垫与该端子可在该半导体器件与该下一层组体间提供垂直讯号路由。
该组体可为一第一级或第二级单晶或多晶装置。例如,该组体可为一包含单一芯片或多枚芯片的第一级封装体。或者,该组体可为一包含单一LED封装体或多个LED封装体的第二级模块,其中各该LED封装体可包含单一LED芯片或多枚LED芯片。
本发明制作一半导体芯片组体的方法,其包含:提供一导热凸柱、一讯号凸柱及一基座;设置一黏着层于该基座上,此步骤包含将该导热凸柱***该黏着层的一第一开口,并将该讯号凸柱***该黏着层的一第二开口;设置一导电层于该黏着层上,此步骤包含将该导热凸柱对准该导电层的一第一通孔,并将该讯号凸柱对准该导电层的一第二通孔;使该黏着层向上流入该第一通孔内一介于该导热凸柱与该导电层之间的第一缺口以及该第二通孔内一介于该讯号凸柱与该导电层之间的第二缺口;固化该黏着层;提供一导线,该导线至少包含一焊垫、一端子、该讯号凸柱与该导电层的一选定部分;设置一半导体器件于一散热座上,其中该散热座至少包含该导热凸柱及该基座;电性连接该半导体器件至该导线;以及热连接该半导体器件至该散热座。
根据本发明的一样式,一种制作一半导体芯片组体的方法包含:(1)提供一导热凸柱、一讯号凸柱、一基座、一黏着层及一导电层,其中(a)该导热凸柱是邻接该基座,沿一向上方向延伸于该基座上方,延伸进入该黏着层的一第一开口,并对准该导电层的一第一通孔,(b)该讯号凸柱是邻接该基座,沿该向上方向延伸于该基座上方,延伸进入该黏着层的一第二开口,并对准该导电层的一第二通孔,(c)该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于所述导热凸柱和所述讯号凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向自所述导热凸柱和所述讯号凸柱侧向延伸而出,(d)该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,并位于该基座与该导电层之间,且未固化,此外,(e)该导电层是设置于该黏着层上,并延伸于该黏着层上方;(2)使该黏着层向上流入该第一通孔内一介于该导热凸柱与该导电层之间的第一缺口以及该第二通孔内一介于该讯号凸柱与该导电层之间的第二缺口;(3)固化该黏着层;(4)提供一导线,该导线至少包含一焊垫、一端子、该讯号凸柱与该导电层的一选定部分;(5)设置一半导体器件于一至少包含该导热凸柱与该基座的散热座上,其中该半导体器件重叠于该导热凸柱;(6)电性连接该半导体器件至该焊垫,借此电性连接该半导体器件至该端子,其中该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱;以及(7)热连接该半导体器件至该导热凸柱,借此热连接该半导体器件至该基座。
根据本发明的另一样式,一种制作一半导体芯片组体的方法包含:(1)提供一导热凸柱、一讯号凸柱与一基座,其中该导热凸柱是邻接且一体成形于该基座,并沿一向上方向延伸于该基座上方,该讯号凸柱是邻接且一体成形于该基座,并沿该向上方向延伸于该基座上方,且该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于所述导热凸柱和所述讯号凸柱下方,并自所述导热凸柱和所述讯号凸柱沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向侧向延伸而出;(2)提供一黏着层,其中第一开口及第二开口延伸贯穿该黏着层;(3)提供一导电层,其中第一及第二通孔延伸贯穿该导电层;(4)设置该黏着层于该基座上,此步骤包含将该导热凸柱***该第一开口,并将该讯号凸柱***该第二开口,其中该黏着层是延伸于该基座上方,该导热凸柱延伸进入该第一开口,而该讯号凸柱则延伸进入该第二开口;(5)设置该导电层于该黏着层上,此步骤包含将该导热凸柱对准该第一通孔,并将该讯号凸柱对准该第二通孔,其中该导电层是延伸于该黏着层上方,该黏着层是介于该基座与该导电层之间且未固化;(6)加热熔化该黏着层;(7)使该基座与该导电层彼此靠合,借此使该导热凸柱在该第一通孔内向上移动,并使该讯号凸柱在该第二通孔内向上移动,同时对该基座与该导电层之间的熔化黏着层施加压力,该压力迫使该熔化黏着层向上流入该第一通孔内一介于该导热凸柱与该导电层之间的第一缺口以及该第二通孔内一介于该讯号凸柱与该导电层之间的第二缺口;(8)加热固化该熔化黏着层,借此将所述导热凸柱、所述讯号凸柱及该基座机械性黏附至该导电层;(9)提供一导线,该导线至少包含一焊垫、一端子、一路由线与该讯号凸柱,其中该导线包含该导电层的一选定部分,且一位于该焊垫与该端子间的导电路径包含该路由线与该讯号凸柱;(10)设置一半导体器件于一散热座上,该散热座至少包含该导热凸柱与该基座,其中该半导体器件重叠于该导热凸柱;(11)电性连接该半导体器件至该焊垫,借此电性连接该半导体器件至该端子;以及(12)热连接该半导体器件至该导热凸柱,借此热连接该半导体器件至该基座。
设置该导电层可包含:将该导电层单独设置于该黏着层上,或者,先将该导电层黏附于一载体,再将该导电层与该载体一同设置于该黏着层上,以使该载体重叠于该导电层,而该导电层则接触该黏着层且介于该黏着层与该载体间,接着在该黏着层固化后,先去除该载体,再提供该导线。
根据本发明的另一样式,一种制作一半导体芯片组体的方法包含:(1)提供一导热凸柱、一讯号凸柱、一基座、一黏着层及一基板,其中(a)该基板至少包含一导电层与一介电层,(b)该导热凸柱是邻接该基座,沿一向上方向延伸于该基座上方,延伸穿过该黏着层的一第一开口,并延伸进入该基板的一第一通孔,(c)该讯号凸柱是邻接该基座,沿该向上方向延伸于该基座上方,延伸穿过该黏着层的一第二开口,并延伸进入该基板的一第二通孔,(d)该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于所述导热凸柱和所述讯号凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向自所述导热凸柱和所述讯号凸柱侧向延伸而出,(e)该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,并位于该基座与该基板之间,且未固化,(f)该基板是设置于该黏着层上,延伸于该黏着层上方,且该导电层是延伸于该介电层上方,(g)一第一缺口是位于该第一通孔内,且介于该导热凸柱与该基板之间,此外,(h)一第二缺口是位于该第二通孔内,且介于该讯号凸柱与该基板之间;(2)使该黏着层向上流入所述缺口;(3)固化该黏着层;(4)设置一半导体器件于一至少包含该导热凸柱与该基座的散热座上,其中该半导体器件重叠于该导热凸柱,一导线至少包含一焊垫、一端子、该讯号凸柱及该导电层的一选定部分,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱;(5)电性连接该半导体器件至该焊垫,借此电性连接该半导体器件至该端子;以及(6)热连接该半导体器件至该导热凸柱,借此热连接该半导体器件至该基座。
根据本发明的又一样式,一种制作一半导体芯片组体的方法包含:(1)提供一导热凸柱、一讯号凸柱与一基座,其中该导热凸柱是邻接且一体成形于该基座,并沿一向上方向延伸于该基座上方,该讯号凸柱是邻接且一体成形于该基座,并沿该向上方向延伸于该基座上方,该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于所述导热凸柱和所述讯号凸柱下方,并自所述导热凸柱和所述讯号凸柱沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向侧向延伸而出;(2)提供一黏着层,其中第一开口及第二开口延伸贯穿该黏着层;(3)提供一至少包含一导电层与一介电层的基板,其中第一及第二通孔延伸贯穿该基板;(4)设置该黏着层于该基座上,此步骤包含将该导热凸柱穿过该第一开口,并将该讯号凸柱穿过该第二开口,其中该黏着层是延伸于该基座上方,该导热凸柱延伸贯穿该第一开口,该讯号凸柱则延伸贯穿该第二开口;(5)设置该基板于该黏着层上,此步骤包含将该导热凸柱***该第一通孔,并将该讯号凸柱***该第二通孔,其中该基板延伸于该黏着层上方,该导电层延伸于该介电层上方,该导热凸柱延伸贯穿该第一开口并进入该第一通孔,该讯号凸柱延伸贯穿该第二开口并进入该第二通孔,该黏着层是介于该基座与该基板之间且未固化,一第一缺口是位于该第一通孔内且介于该导热凸柱与该基板之间,此外,一第二缺口是位于该第二通孔内且介于该讯号凸柱与该基板之间;(6)加热熔化该黏着层;(7)使该基座与该基板彼此靠合,借此使该导热凸柱在该第一通孔内向上移动,并使该讯号凸柱在该第二通孔内向上移动,同时对该基座与该基板之间的熔化黏着层施加压力,其中该压力迫使该熔化黏着层向上流入所述缺口,且所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该熔化黏着层是延伸于该介电层上方;(8)加热固化该熔化黏着层,借此将所述导热凸柱、所述讯号凸柱及该基座机械性黏附至该基板;(9)设置一半导体器件于一散热座上,该散热座至少包含该导热凸柱与该基座,其中该半导体器件重叠于该凸柱,一导线至少包含一焊垫、一端子、该讯号凸柱及该导电层的一选定部分,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱;(10)电性连接该半导体器件至该焊垫,借此电性连接该半导体器件至该端子;以及(11)热连接该半导体器件至该导热凸柱,借此热连接该半导体器件至该基座。
提供该导热凸柱、该讯号凸柱与该基座可包含:提供一金属板;于该金属板上形成一图案化的蚀刻阻层,其选择性曝露该金属板;蚀刻该金属板,使其形成该图案化的蚀刻阻层所定义的图案,借此于该金属板上形成一凹槽,其延伸进入但未贯穿该金属板;而后去除该图案化的蚀刻阻层,其中该导热凸柱包含该金属板的一第一未受蚀刻部分,该第一未受蚀刻部分是突出于该基座上方,且被该凹槽侧向环绕,该讯号凸柱则包含该金属板的一第二未受蚀刻部分,该第二未受蚀刻部分是突出于该基座上方,且被该凹槽侧向环绕,该基座也为该金属板的一未受蚀刻部分,此未受蚀刻部分是位于所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该凹槽下方。
提供该黏着层可包含:提供一未固化环氧树脂的胶片。使该黏着层流动可包含:熔化该未固化环氧树脂;并挤压该基座与该基板之间的该未固化环氧树脂。固化该黏着层可包含:固化该熔化的未固化环氧树脂。
提供该散热座可包含:在固化该黏着层之后与设置该半导体器件之前,在该导热凸柱上提供一盖体,该盖***于该导热凸柱的一顶部上方,邻接该导热凸柱的顶部,同时从上方覆盖该导热凸柱的顶部,且自该导热凸柱的顶部沿所述侧面方向侧向延伸而出。
提供该焊垫可包含:在固化该黏着层之后,去除该导电层的选定部分。
提供该焊垫也可包含:在固化该黏着层之后,研磨所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层及该导电层,以使所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层及该导电层在一面向该向上方向的上侧表面是彼此侧向齐平;而后去除该导电层的选定部分,以使该焊垫包含该导电层的选定部分。所述研磨可包含:研磨该黏着层而不研磨所述导热凸柱和所述讯号凸柱;而后研磨所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层及该导电层。所述去除可包含:利用一可定义该焊垫的图案化蚀刻阻层对该导电层进行湿式化学蚀刻。
提供该焊垫也可包含:在研磨完成后,于所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层与该导电层上沉积导电金属以形成一第二导电层;然后去除这些导电层的选定部分,以使该焊垫包含这些导电层的选定部分。沉积导电金属以形成该第二导电层可包含:将一第一被覆层以无电镀被覆的方式设于所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层与该导电层上;而后将一第二被覆层以电镀方式设于该第一被覆层上。所述去除可包含:利用可定义该焊垫的图案化蚀刻阻层对这些导电层进行湿式化学蚀刻。
提供该端子可包含:在固化该黏着层之后,去除该基座的选定部分。所述去除可包含:利用可定义该端子的图案化蚀刻阻层对该基座进行湿式化学蚀刻,以使该端子包含该基座的一未受蚀刻部分,此未受蚀刻部分邻接该讯号凸柱,且与该基座分离,彼此隔开,所以已非该基座的一部分。如此一来,该焊垫与该端子便可于同一湿式化学蚀刻步骤中利用不同的图案化蚀刻阻层同时形成。
提供该盖体可包含:去除该第二导电层的选定部分。提供该盖体也可包含:先完成前述研磨,然后利用可定义该盖体的图案化蚀刻阻层去除该第二导电层的选定部分,以使该盖体包含该第二导电层的选定部分。如此一来,该焊垫与该盖体便可通过同一研磨工序,并于同一湿式化学蚀刻步骤中利用同一图案化蚀刻阻层同时形成。
使该黏着层流动可包含:以该黏着层填满所述缺口。使该黏着层流动也可包含:挤压该黏着层,使其通过所述缺口,到达所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该基板上方,并及于所述导热凸柱和所述讯号凸柱顶面与该基板顶面邻接所述缺口的部分。
固化该黏着层可包含:将所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该基座机械性结合于该基板。
设置该半导体器件可包含:将该半导体器件设置于该盖体上。设置该半导体器件也可包含:将该半导体器件设置于该导热凸柱、该盖体、该第一开口与该第一通孔上方,并使该半导体器件重叠于该导热凸柱、该盖体、该第一开口与该第一通孔,但不重叠于该讯号凸柱、该第二开口与该第二通孔。
设置该半导体器件可包含:提供一第一焊锡与一第二焊锡,其中该第一焊锡位于一包含LED芯片的LED封装体与该焊垫之间,该第二焊锡则位于该LED封装体与该盖体之间。电性连接该半导体器件可包含:在该LED封装体与该焊垫之间提供该第一焊锡。热连接该半导体器件可包含:在该LED封装体与该盖体之间提供该第二焊锡。
设置该半导体器件可包含:在一半导体芯片与该盖体之间提供一固晶材料。电性连接该半导体器件可包含:在该芯片与该焊垫之间提供一打线。热连接该半导体器件可包含:在该芯片与该盖体之间提供该固晶材料。
该黏着层可接触所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该基座、该盖体与该介电层,从下方覆盖该基板,于所述侧面方向覆盖并环绕所述导热凸柱、所述讯号凸柱,并延伸至该组体制造完成后与同批生产的其他组体分离所形成的***边缘。
当该组体制造完成且与同批生产的其他组体分离后,该基座可从下方覆盖该半导体器件、该导热凸柱与该盖体,同时支撑该基板,并与该组体的***边缘保持距离。
本发明的有益效果在于:本发明具有多项优点。该散热座可提供优异的散热效果,并使热能不流经该黏着层。因此,该黏着层可为低导热性的低成本电介质且不易脱层。该导热凸柱与该基座可一体成形以提高可靠度。该盖体可为该半导体器件量身订做以提升热连接的效果。该黏着层可介于所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该基板之间以及该基座与该基板之间,借以在该散热座与该基板之间提供坚固的机械性连接。该导线可形成简单的电路图案以提供讯号路由,或形成复杂的电路图案以实现具弹性的多层讯号路由。该导线也可在该介电层上方的该焊垫与该黏着层下方的该端子间提供垂直讯号路由。该基座可为该基板提供机械性支撑,防止其弯曲变形。该组体可利用低温工序制造,不只降低应力,也提高可靠度。该组体也可利用电路板、导线架与卷带式基板制造厂可轻易实施的高控制工序加以制造。
本发明的上述及其他特征与优点将于下文中通过各种实施例进一步加以说明。
附图说明
图1至图4为剖面图,说明本发明一实施例中用以制作一凸柱及一基座的方法;
图5及图6分别为图4的俯视图及仰视图;
图7及图8为剖面图,说明本发明一实施例中用以制作一黏着层的方法;
图9及图10分别为图8的俯视图及仰视图;
图11及图12为剖面图,说明本发明一实施例中用以制作一基板的方法;
图13及图14分别为图12的俯视图及仰视图;
图15至图26为剖面图,说明本发明一实施例中用以制作一导热板的方法,该导热板在其黏着层上设有一基板;
图27及图28分别为图26的俯视图及仰视图;
图29、30及图31分别为本发明一实施例中一导热板的剖面图、俯视图及仰视图,该导热板在其黏着层上设有一导线;
图32、33及图34分别为本发明一实施例中一半导体芯片组体的剖面图、俯视图及仰视图,该半导体芯片组体包含一导热板及一具有背面接点的LED封装体;
图35、36及图37分别为本发明一实施例中一半导体芯片组体的剖面图、俯视图及仰视图,该半导体芯片组体包含一导热板及一具有侧引脚的LED封装体;
图38、39及图40分别为本发明一实施例中一半导体芯片组体的剖面图、俯视图及仰视图,该半导体芯片组体包含一导热板及一半导体芯片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1至图4为剖面图,绘示本发明的一实施例中一种制作一导热凸柱22、一讯号凸柱24与一基座26的方法,图5及图6分别为图4的俯视图及仰视图。
图1为金属板10的剖面图,金属板10包含相背的主要表面12及14。图示的金属板10是一厚度为330微米的铜板。铜具有导热性高、结合性良好与低成本等优点。金属板10可由多种金属制成,如铜、铝、铁镍合金、铁、镍、银、金、其混合物及其合金。
图2为一剖面图,显示金属板10上形成有一图案化的蚀刻阻层16与一全面覆盖的蚀刻阻层18。图中所示的图案化的蚀刻阻层16与全面覆盖的蚀刻阻层18是沉积于金属板10上的光阻层,其制作方式是利用压模技术以热滚轮同时将光阻层分别压合于表面12及14。湿性旋涂法及淋幕涂布法也为适用的光阻形成技术。将一光罩(图未示)靠合于光阻层,然后依照现有技术,令光线选择性通过光罩,使受光的光阻部分变为不可溶解;之后再以显影液去除未受光且仍可溶解的光阻部分,使光阻层形成图案。因此,图案化的蚀刻阻层16具有一可选择性曝露表面12的图案,而全面覆盖的蚀刻阻层18则无图案且覆盖表面14。
图3为一剖面图,显示金属板10形成有掘入但未穿透金属板10的凹槽20。凹槽20是以蚀刻金属板10的方式形成,以使金属板10形成由图案化的蚀刻阻层16所定义的图案。图中所示的蚀刻方式为正面湿式化学蚀刻。例如,可将结构体反转,使图案化的蚀刻阻层16朝下,而全面覆盖的蚀刻阻层18朝上,然后利用一面向图案化蚀刻阻层16的底部喷嘴(图未示)将化学蚀刻液朝上喷洒于金属板10及图案化的蚀刻阻层16,与此同时,一面向全面覆盖的蚀刻阻层18的顶部喷嘴(图未示)则不予启动,如此一来便可借助重力去除蚀刻的副产物。或者,利用全面覆盖的蚀刻阻层18提供背面保护,也可将结构体浸入化学蚀刻液中以形成凹槽20。所述化学蚀刻液对铜具有高度针对性,且可刻入金属板10达300微米。因此,凹槽20自表面12延伸进入但未穿透金属板10,与表面14距离30微米,深度则为300微米。化学蚀刻液也对图案化的蚀刻阻层16下方的金属板10造成侧向蚀入。适用的化学蚀刻液可为含碱氨的溶液或硝酸与盐酸的稀释混合物。换句话说,所述化学蚀刻液可为酸性或碱性。足以形成凹槽20而不致使金属板10过度曝露于化学蚀刻液的理想蚀刻时间可由试误法决定。
图4、5及图6分别为去除图案化的蚀刻阻层16及全面覆盖的蚀刻阻层18后的金属板10的剖面图、俯视图及仰视图,其中图案化的蚀刻阻层16与全面覆盖的蚀刻阻层18已经溶剂处理去除。例如,所用溶剂可为pH为14的强碱性氢氧化钾溶液。
蚀刻后的金属板10因此包含导热凸柱22、讯号凸柱24及基座26。
导热凸柱22为金属板10受图案化的蚀刻阻层16保护的一第一未受蚀刻部分。导热凸柱22是邻接基座26,与基座26形成一体,且突伸于基座26上方,并由凹槽20从侧向包围。导热凸柱22高300微米(等于凹槽20的深度),其顶面(表面12的圆形部分)的直径为1000微米,而底部(邻接基座26的圆形部分)的直径则为1100微米。因此,导热凸柱22呈平顶锥柱形(类似一平截头体),其侧壁渐缩,直径则自基座26处朝其平坦圆形顶面向上递减。该渐缩侧壁是因化学蚀刻液侧向蚀入图案化的蚀刻阻层16下方而形成。该顶面与该底部的圆周同心(如图5所示)。
讯号凸柱24为金属板10受图案化的蚀刻阻层16保护的一第二未受蚀刻部分。讯号凸柱24是邻接基座26,与基座26形成一体,且突伸于基座26上方,并由凹槽20从侧向包围。讯号凸柱24高300微米(等于凹槽20的深度),其顶面(表面12的圆形部分)的直径为300微米,而底部(邻接基座26的圆形部分)的直径则为400微米。因此,讯号凸柱24呈平顶锥柱形(类似一平截头体),其侧壁渐缩,直径则自基座26处朝其平坦圆形顶面向上递减。该渐缩侧壁是因化学蚀刻液侧向蚀入图案化的蚀刻阻层16下方而形成。该顶面与该底部的圆周同心(如图5所示)。
基座26为金属板10在导热凸柱22与讯号凸柱24下方的一未受蚀刻部分,并自导热凸柱22、讯号凸柱24沿一侧向平面(如左、右等侧面方向)侧向延伸,厚度为30微米(即330-300)。
导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26可经处理以加强与环氧树脂及焊料的结合度。例如,导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26可经化学氧化或微蚀刻以产生较粗糙的表面。
导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26在附图中为通过削减法形成的单一金属(铜)体。此外,也可利用一接触件冲压金属板10,其中该接触件具有可定义导热凸柱22的第一凹槽或孔洞以及可定义讯号凸柱24的第二凹槽或孔洞,以使导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26成为冲压成型的单一金属体。或者,可利用增添法形成导热凸柱22、讯号凸柱24,其作法是通过电镀、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等技术,将导热凸柱22、讯号凸柱24沉积于基座26上。例如,可在铜质基座26上电镀焊料导热凸柱22及焊料讯号凸柱24;在此情况下,导热凸柱22与基座26是以冶金界面相接,彼此邻接但并非一体成形,讯号凸柱24与基座26是以冶金界面相接,彼此邻接但并非一体成形。或者,可利用半增添法形成导热凸柱22、讯号凸柱24,例如可在导热凸柱22、讯号凸柱24其蚀刻形成的下部上方分别沉积导热凸柱22、讯号凸柱24的上部。此外,导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26也可同时以半增添法形成,例如可在导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26其蚀刻形成的下部上方分别沉积导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26的同形上部。导热凸柱22、讯号凸柱24也可烧结于基座26。
图7及图8为剖面图,说明本发明的一实施例中一种制作黏着层28的方法。图9及图10分别为根据图8所绘制的俯视图及仰视图。
图7为黏着层28的剖面图,其中黏着层28为乙阶(B-stage)未固化环氧树脂的胶片,其为一未经固化且无图案的片体,厚180微米。
黏着层28可为多种有机或无机电性绝缘体制成的各种介电膜或胶片。例如,黏着层28起初可为一胶片,其中树脂型态的热固性环氧树脂浸入一加强材料后部分固化至中期。所述环氧树脂可为FR-4,但也可使用诸如多官能与双马来酰亚胺-三氮杂苯(BT)树脂等其他环氧树脂。在特定应用中,氰酸酯、聚酰亚胺及聚四氟乙烯(PTFE)也为可用的环氧树脂。所述加强材料可为电子级玻璃,也可为其他加强材料,如高强度玻璃、低诱电率玻璃、石英、克维拉纤维(kevlar aramid)及纸等。所述加强材料也可为织物、不织布或无方向性微纤维。可将诸如硅(研粉熔融石英)等填充物加入胶片中以提升导热性、热冲击阻抗力与热膨胀匹配性。可利用市售预浸渍体,如美国威斯康星州奥克莱W.L.Gore & Associates的SPEEDBOARD C胶片即为一例。
图8、9及图10分别为具有开口30、32的黏着层28的剖面图、俯视图及仰视图。开口30为第一窗口,其贯穿黏着层28且直径为1150微米。开口32为第二窗口,其贯穿黏着层28且直径为450微米。开口30、32是以机械方式钻透该胶片而形成,但也可以其他技术制作,如冲制及冲压等。
图11及图12为剖面图,说明本发明的一实施例中一种制作基板34的方法,而图13及图14则分别为根据图12绘制的俯视图及仰视图。
图11是基板34的剖面图。基板34包含导电层36与介电层38。导电层36为电性导体,其接触介电层38且延伸于介电层38上方。介电层38则为电性绝缘体。例如,导电层36是一无图案且厚度为30微米的铜板,而介电层38则为厚度为150微米的环氧树脂。
图12、13及图14分别为具有通孔40、42的基板34的剖面图、俯视图及仰视图。通孔40为第一窗口,其贯穿基板34且直径为1150微米。通孔42为第二窗口,其贯穿基板34且直径为450微米。通孔40、42是以机械方式钻透导电层36与介电层38而形成,但也可以其他技术制作,如冲制及冲压等。较佳者,开口30与通孔40具有相同直径,且是以相同的钻头在同一钻台上通过相同方式形成;而开口32与通孔42也具有相同直径,且是以相同的钻头在同一钻台上通过相同方式形成。
基板34在此绘示为一层压结构,但基板34也可为其他电性相连体,如陶瓷板或印刷电路板。同样地,基板34可另包含多数个内嵌电路的层体。
图15至图26为剖面图,说明本发明的一实施例中一种制作导热板74的方法,该导热板74包含导热凸柱22、讯号凸柱24、基座26、黏着层28及基板34。图27及图28分别为图26的俯视图及仰视图。
图15为黏着层28设置于基座26上的剖面图。黏着层28下降至基座26上,使导热凸柱22向上***并贯穿开口30,而讯号凸柱24则向上***并贯穿开口32,最终则使黏着层28接触并定位于基座26。较佳者,导热凸柱22在***及贯穿开口30后是对准开口30且位于开口30内的中央位置但不接触黏着层28;而讯号凸柱24在***及贯穿开口32后也对准开口32且位于开口32内的中央位置但不接触黏着层28。
在图16所示结构中,基板34是设置于黏着层28上。基板34下降至黏着层28上,使导热凸柱22向上***通孔40,而讯号凸柱24则向上***通孔42,最终则使基板34接触并定位于黏着层28。
导热凸柱22在***(但并未贯穿)通孔40后是对准通孔40且位于通孔40内的中央位置而不接触基板34。因此,缺口44是位于通孔40内且介于导热凸柱22与基板34间。缺口44侧向环绕导热凸柱22,同时被基板34侧向包围。此外,开口30与通孔40是相互对齐且具有相同直径。
讯号凸柱24在***(但并未贯穿)通孔42后是对准通孔42且位于通孔42内的中央位置而不接触基板34。因此,缺口46是位于通孔42内且介于讯号凸柱24与基板34之间。缺口46侧向环绕讯号凸柱24,同时被基板34侧向包围。此外,开口32与通孔42是相互对齐且具有相同直径。
此时,基板34是安置于黏着层28上并与之接触,且延伸于黏着层28上方。导热凸柱22延伸通过开口30后,进入通孔40且到达介电层38。导热凸柱22较导电层36的顶面低60微米,并经由通孔40朝一向上方向外露。讯号凸柱24延伸通过开口32后,进入通孔42且到达介电层38。讯号凸柱24较导电层36的顶面低60微米,并经由通孔42朝该向上方向外露。黏着层28接触基座26与基板34且介于该两者间。黏着层28接触介电层38但与导电层36保持距离。在此阶段,黏着层28仍为乙阶(B-stage)未固化环氧树脂的胶片,而缺口44、46中则为空气。
图17绘示黏着层28经加热加压后流入缺口44、46。在此图中,迫使黏着层28流入缺口44、46的方法是对导电层36施以向下压力及/或对基座26施以向上压力,也就是说将基座26与基板34相对压合,借以对黏着层28施压;与此同时也对黏着层28加热。受热的黏着层28可在压力下任意成形。因此,位于基座26与基板34间的黏着层28受到挤压后,改变其原始形状并向上流入缺口44、46。基座26与基板34持续朝彼此压合,直到黏着层28填满缺口44、46为止。此外,在基座26与基板34之间的间隙缩小后,黏着层28仍旧填满这一缩小了的间隙内。
例如,可将基座26及导电层36设置于一压合机的上、下压台(图未示)间。此外,可将一上挡板及上缓冲纸(图未示)夹置于导电层36与上压台间,并将一下挡板及下缓冲纸(图未示)夹置于基座26与下压台间。以此构成的叠合体由上到下依次为上压台、上挡板、上缓冲纸、基板34、黏着层28、基座26、下缓冲纸、下挡板及下压台。此外,可利用从下压台向上延伸并穿过基座26对位孔(图未示)的工具接脚(图未示)将此叠合体定位于下压台上。
而后将上、下压台加热并相互推进,借此对黏着层28加热并施压。挡板可将压台的热分散,使热均匀施加于基座26与基板34乃至于黏着层28。缓冲纸则将压台的压力分散,使压力均匀施加于基座26与基板34乃至于黏着层28。起初,介电层38接触并压合于黏着层28。随着压台持续动作与持续加热,基座26与基板34间的黏着层28受到挤压并开始熔化,因而向上流入缺口44、46,并于通过介电层38后抵达导电层36。例如,未固化环氧树脂遇热熔化后,被压力挤入缺口44、46中,但加强材料及填充物仍留在基座26与基板34间。黏着层28在通孔40内上升的速度大于导热凸柱22,终至填满缺口44。黏着层28在通孔42内上升的速度也大于讯号凸柱24,终至填满缺口46。黏着层28也上升至稍高于缺口44、46的位置,并在压台停止动作前,溢流至导热凸柱22顶面及导电层36顶面邻接缺口44处,以及讯号凸柱24顶面及导电层36顶面邻接缺口46处。若胶片厚度略大于实际所需便可能发生这一情形。如此一来,黏着层28便在导热凸柱22顶面及讯号凸柱24顶面形成一覆盖薄层。压台在触及导热凸柱22及讯号凸柱24后停止动作,但仍持续对黏着层28加热。
黏着层28在缺口44、46中向上流动的方向如图中向上粗箭号所示,导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26相对于基板34的向上移动如向上细箭号所示,而基板34相对于导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26的向下移动则如向下细箭号所示。
图18中的黏着层28已经固化。
例如,压台停止移动后仍持续夹合导热凸柱22、讯号凸柱24与基座26并供热,借此将已熔化的乙阶(B-stage)环氧树脂转换为丙阶(C-stage)固化或硬化的环氧树脂。因此,环氧树脂是以类似现有多层压合的方式固化。环氧树脂固化后,压台分离,以便将结构体从压合机中取出。
固化的黏着层28在导热凸柱22与基板34间、讯号凸柱24与基板34间以及基座26与基板34间提供牢固的机械性连接。黏着层28可承受一般操作压力而不致变形损毁,遇过大压力时则只暂时扭曲。再者,黏着层28可吸收导热凸柱22与基板34间、讯号凸柱24与基板34间以及基座26与基板34间的热膨胀不匹配。
在此阶段,导热凸柱22、讯号凸柱24与导电层36大致共平面,而黏着层28与导电层36则延伸至一面朝该向上方向的顶面。例如,基座26与介电层38间的黏着层28厚120微米,较其初始厚度180微米减少60微米;也就是说导热凸柱22在通孔40中升高60微米,讯号凸柱24在通孔42中升高60微米,而基板34则相对于导热凸柱22、讯号凸柱24下降60微米。导热凸柱22及讯号凸柱24的高度300微米基本上等同于导电层36(30微米)、介电层38(150微米)与下方黏着层28(120微米)的结合高度。此外,导热凸柱22仍位于开口30与通孔40内的中央位置并与基板34保持距离,讯号凸柱24仍位于开口32与通孔42内的中央位置并与基板34保持距离,而黏着层28则填满基座26与基板34间的空间并填满缺口44、46。例如,缺口44(以及导热凸柱22与基板34间的黏着层28)在导热凸柱22顶面处宽75微米[(1150-1000)/2],缺口46(以及讯号凸柱24与基板34间的黏着层28)在讯号凸柱24顶面处宽75微米[(450-300)/2]。黏着层28在缺口44、46内延伸跨越介电层38。换句话说,缺口44中的黏着层28是沿该向上方向及一向下方向延伸并跨越缺44外侧壁的介电层38厚度,而缺口46中的黏着层28则沿该向上方向及该向下方向延伸并跨越缺口46外侧壁的介电层38厚度。黏着层28也包含缺口44、46上方的薄顶部分,其接触导热凸柱22、讯号凸柱24的顶面与导电层36的顶面并在导热凸柱22、讯号凸柱24上方延伸10微米。
在图19所示结构中,导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36的顶部皆已去除。
导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36的顶部是以研磨方式去除,例如以旋转钻石砂轮及蒸馏水处理结构体的顶部。起初,钻石砂轮只磨去黏着层28。持续研磨,则黏着层28因受磨表面下移而变薄。钻石砂轮终将接触导热凸柱22、讯号凸柱24与导电层36(未必同时),因而开始研磨导热凸柱22、讯号凸柱24与导电层36。持续研磨后,导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36均因受磨表面下移而变薄。研磨持续至去除所需厚度为止。之后,以蒸馏水冲洗结构体去除污物。
上述研磨步骤将黏着层28的顶部磨去25微米,将导热凸柱22的顶部磨去15微米,将讯号凸柱24的顶部磨去15微米,并将导电层36的顶部磨去15微米。厚度减少对导热凸柱22、讯号凸柱24或黏着层28均无明显影响,但导电层36的厚度却从30微米大幅缩减至15微米。
至此,导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36是共同位于介电层38上方一面朝该向上方向的平滑拼接侧顶面上。同样地,导热凸柱22、讯号凸柱24与黏着层28在基座26处是彼此共平面。
图20所示的结构体具有导电层50,其是沉积于导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36上。
导电层50接触导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36,并从上方覆盖此四者。例如,可将结构体浸入一活化剂溶液中,因而使黏着层28可与无电镀铜产生触媒反应,接着将一第一铜层以无电镀被覆的方式设于导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28及导电层36上,然后将一第二铜层以电镀方式设于该第一铜层上。第一铜层厚约2微米,第二铜层厚约13微米,所以导电层50的总厚度约为15微米。如此一来,导电层36的厚度便增为约30微米(15+15)。导电层50是作为导热凸柱22与讯号凸柱24的一覆盖层及导电层36的一加厚层。为便于说明,导热凸柱22、讯号凸柱24与导电层50以及导电层36与50均以单层显示。由于铜为同质被覆,导热凸柱22与导电层50间的界线、讯号凸柱24与导电层50间的界线以及导电层36与50间的界线(均以虚线绘示)可能不易察觉甚至无法察觉。然而,黏着层28与导电层50间的界线则清楚可见。
图21所示结构体的上、下表面分别设有图案化的蚀刻阻层52与图案化的蚀刻阻层54。图中所示的图案化的蚀刻阻层52、54均为类似于图案化的蚀刻阻层16的光阻层。图案化的蚀刻阻层52设有可选择性曝露导电层50的图案,而图案化的蚀刻阻层54则设有可选择性曝露基座26的图案。
在图22所示的结构体中,导电层36、50已经由蚀刻去除其选定部分以形成图案化的蚀刻阻层52所定义的图案,而基座26也已经由蚀刻去除其选定部分以形成图案化的蚀刻阻层54所定义的图案。所述蚀刻是双面湿式化学蚀刻,其与施用于金属板10者相仿。例如,利用一顶部喷嘴(图未示)及一底部喷嘴(图未示)将化学蚀刻液分别喷洒于结构体的顶面及底面,或者将结构体浸入化学蚀刻液中。化学蚀刻液可蚀透导电层36、50以露出黏着层28及介电层38,因而将原本无图案的导电层36、50转变为图案层。化学蚀刻液也蚀透基座26以露出黏着层28。
在图23中,结构体上的图案化蚀刻阻层52、54均已去除。去除图案化的蚀刻阻层52、54的方式可与去除图案化的蚀刻阻层16、全面覆盖的蚀刻阻层18的方式相同。
蚀刻后的导电层36、50包含焊垫56与路由线58,而蚀刻后的导电层50则包含盖体60。焊垫56与路由线58是导电层36、50受图案化的蚀刻阻层52保护而未被蚀刻的部分,盖体60则为导电层50受图案化的蚀刻阻层52保护而未被蚀刻的部分。如此一来,导电层36、50便成为图案层,其包含焊垫56与路由线58但不包含盖体60。此外,路由线58为一铜导线,其接触介电层38并延伸于其上方,同时邻接且电性连接讯号凸柱24与焊垫56。
蚀刻后的基座26包含基座26(只剩其中央部分)及端子62。基座26是原基座26受图案化的蚀刻阻层54保护而未被蚀刻的部分,其沿侧向延伸且于侧面方向超出导热凸柱22之外1000微米。端子62是原基座26受图案化的蚀刻阻层54保护而未被蚀刻的部分,其邻接讯号凸柱24,延伸于讯号凸柱24下方,且自讯号凸柱24侧向延伸而出,同时接触黏着层28并延伸于黏着层28下方。基座26仍为一无图案层,但在基座26周缘之外则形成一包含端子62且与基座26保持侧向间距的图案层。因此,端子62与基座26是彼此分离,且端子62已非基座26的一部分。此外,讯号凸柱24邻接路由线58与端子62并在路由线58与端子62间形成电性连接。
讯号凸柱24、焊垫56、路由线58及端子62共同形成导线64。讯号凸柱24及路由线58是焊垫56与端子62间的一导电路径。导线64提供从焊垫56至端子62的垂直(由上至下)路由。导线64并不限于这一构型。举例而言,上述导电路径可包含贯穿介电层38的导电孔、额外的路由线(其位于介电层38的上方及/或下方)及被动器件(如设置于其他焊垫上的电阻与电容)。
散热座66包含导热凸柱22、基座26及盖体60。导热凸柱22与基座26是一体成形。盖体60位于导热凸柱22的顶部上方,邻接导热凸柱22的顶部,同时从上方覆盖导热凸柱22的顶部,并由导热凸柱22的顶部往侧向延伸。设置盖体60后,导热凸柱22是坐落于盖体60圆周内的中央区域。盖体60也接触并从上方覆盖其下方黏着层28的一部分,黏着层28的该部分是与导热凸柱22共平面,邻接导热凸柱22,且侧向包围导热凸柱22。
散热座66实质上为一倒T形的散热块,其包含柱部(导热凸柱22)、翼部(基座26自柱部侧向延伸的部分)以及一导热垫(盖体60)。
图24的结构体在黏着层28、介电层38、导电层50及盖体60上设有防焊绿漆68,并且在基座26、黏着层28及端子62上设有防焊绿漆70。
防焊绿漆68为一电性绝缘层,其可依我们的选择形成图案以曝露焊垫56与盖体60,并从上方覆盖路由线58、黏着层28的外露部分及介电层38的外露部分。防焊绿漆68在焊垫56与盖体60上方的厚度为25微米,且防焊绿漆68在介电层38上方延伸55微米(30+25)。
防焊绿漆70为一电性绝缘层,其可依我们的选择形成图案以曝露基座26与端子62,并从下方覆盖黏着层28的外露部分。防焊绿漆70在基座26与端子62下方的厚度为25微米,且防焊绿漆70在黏着层28下方延伸55微米(30+25)。
防焊绿漆68、70起初为涂布于结构体上的一光显像型液态树脂。之后再于防焊绿漆68、70上形成图案,其作法是令光线选择性通过光罩(图未示),使受光的部分防焊绿漆变为不可溶解,然后利用一显影溶液去除未受光且仍可溶解的部分防焊绿漆,最后再进行硬烤,以上步骤乃现有技艺。
图25所示结构体的基座26、焊垫56、盖体60与端子62上设有被覆接点72。
被覆接点72为一多层金属镀层,其接触基座26与端子62并从下方覆盖其外露的部分,同时接触焊垫56与盖体60并从上方覆盖其外露的部分。例如,一镍层是以无电镀被覆的方式设于基座26、焊垫56、盖体60与端子62上,而后再将一金层以无电镀被覆的方式设于该镍层上,其中内部镍层厚约3微米,表面金层厚约0.5微米,所以被覆接点72的厚度约为3.5微米。
以被覆接点72作为基座26、焊垫56、盖体60与端子62的表面处理具有几项优点。内部镍层提供主要的机械性与电性连接及/或热连接,而表面金层则提供一可湿性表面以利焊料回焊。被覆接点72也保护基座26、焊垫56、盖体60与端子62不受腐蚀。被覆接点72可包含各种金属以符合外部连接媒介的需要。例如,一被覆在镍层上的银层可搭配焊锡或打线。
为便于说明,设有被覆接点72的基座26、焊垫56、盖体60与端子62均以单一层体方式显示。被覆接点72与基座26、焊垫56、盖体60及端子62间的界线(图未示)为铜/镍界面。
至此完成导热板74的制作。
图26、27及图28分别为导热板74的剖面图、俯视图及仰视图,图中导热板74的边缘已沿切割线而与支撑架及/或同批生产的相邻导热板分离。
导热板74包含黏着层28、基板34、导线64、散热座66及防焊绿漆68、70。基板34包含介电层38。导线64包含讯号凸柱24、焊垫56、路由线58及端子62。散热座66包含导热凸柱22、基座26及盖体60。
导热凸柱22延伸贯穿开口30并进入通孔40后,仍位于开口30与通孔40内的中央位置。导热凸柱22的顶部是与黏着层28位于介电层38上方的一相邻部分共平面,而导热凸柱22的底部则与黏着层28其接触基座26的一相邻部分共平面。导热凸柱22保持平顶锥柱形,其渐缩侧壁使其直径自基座26朝导热凸柱22邻接盖体60的平坦圆顶向上递减。
讯号凸柱24延伸贯穿开口32并进入通孔42后,仍位于开口32与通孔42内的中央位置。讯号凸柱24的顶部是与黏着层28位于介电层38上方的一相邻部分共平面,而讯号凸柱24的底部则与黏着层28其接触端子62的一相邻部分共平面。讯号凸柱24保持平顶锥柱形,其渐缩侧壁使其直径自端子62朝讯号凸柱24邻接路由线58的平坦圆顶向上递减。
基座26从下方覆盖导热凸柱22与盖体60,且与导热板74的***边缘保持距离。
盖体60位于导热凸柱22上方,与之邻接并为热连接。盖体60同时从上方覆盖导热凸柱22的顶部,并自导热凸柱22顶部沿侧向延伸。盖体60也从上方接触并覆盖黏着层28的一部分,黏着层28的该部分是邻接导热凸柱22,与导热凸柱22共平面,且侧向环绕导热凸柱22。盖体60也与焊垫56共平面。
黏着层28是设置于基座26上并于其上方延伸。黏着层28在缺口44内接触且介于导热凸柱22与介电层38间,并填满导热凸柱22与介电层38间的空间。黏着层28在缺口46内接触且介于讯号凸柱24与介电层38间,并填满讯号凸柱24与介电层38间的空间。黏着层28在缺口44、46外则接触且介于基座26与介电层38间,并填满基座26与介电层38间的空间。黏着层28是从导热凸柱22侧向延伸并越过端子62,重叠于端子62,并从上方覆盖基座26位于导热凸柱22周缘外的一部分,同时沿侧面方向覆盖且环绕导热凸柱22与讯号凸柱24。黏着层28也填满基板34与散热座66间的绝大部分空间。此时黏着层28已固化。
基板34是设置于黏着层28上并与之接触。此外,基板34延伸于其下方黏着层28的上方,且延伸于基座26上方。导电层36(以及焊垫56与路由线58)接触介电层38并延伸于其上方,而介电层38则接触且介于黏着层28与导电层36间。
导热凸柱22与讯号凸柱24具有相同厚度且彼此共平面。基座26与端子62具有相同厚度且彼此共平面。此外,导热凸柱22、讯号凸柱24的顶部及底部均与黏着层28共平面。
导热凸柱22、讯号凸柱24、基座26、盖体60及端子62均与基板34保持距离。因此,基板34与散热座66是机械性连接且彼此电性隔离。
同批制作的导热板74经裁切后,其黏着层28、介电层38及防焊绿漆68、70均延伸至裁切而成的垂直边缘。
焊垫56是一专为LED封装体或半导体芯片等半导体器件量身订做的电性界面,该半导体器件将于后续制程中设置于盖体60上。端子62是一专为下一层组体(例如来自一印刷电路板的可焊接线)量身订做的电性界面。盖体60是一专为该半导体器件量身订做的热界面。基座26是一专为下一层组体(例如前述印刷电路板或一电子设备的散热装置)量身订做的热接口。此外,盖体60是经由导热凸柱22而热连接至基座26。
焊垫56与端子62在垂直方向上彼此错位,且分别外露于导热板74的顶面及底面,借此提供该半导体器件与下一层组体间的垂直路由。
焊垫56与盖体60两者的顶面于介电层38上方为共平面,而基座26与端子62两者的底面则于黏着层28下方为共平面。
为便于说明,导线64于剖面图中是绘示为一连续电路迹线。然而,导线64通常同时提供X与Y方向的水平讯号路由,也就是说焊垫56与端子62彼此在X与Y方向形成侧向错位,而路由线58则构成X与Y方向的路径。
散热座66可将随后设置于盖体60上的半导体器件所产生的热能扩散至导热板74所连接的下一层组体。该半导体器件产生的热能流入盖体60,自盖体60进入导热凸柱22,并经由导热凸柱22进入基座26。热能从基座26沿该向下方向散出,例如扩散至一下方散热装置。
导热板74的导热凸柱22、讯号凸柱24与路由线58均未外露,其中导热凸柱22被盖体60覆盖,讯号凸柱24及路由线58是由防焊绿漆68覆盖,而黏着层28则同时由防焊绿漆68、70覆盖。为便于说明,图27以虚线绘示导热凸柱22、讯号凸柱24、黏着层28与路由线58。
导热板74也包含其他导线64,这些导线64基本上是由讯号凸柱24、焊垫56、路由线58与端子62所构成。为便于说明,在此只说明并绘示单一导线64。在导线64中,讯号凸柱24、焊垫56及端子62通常具有相同的形状及尺寸,而路由线58则通常采用不同的路由构型。例如,部分导线64设有间距,彼此分离,且为电性隔离,而部分导线64则彼此交错或导向同一焊垫56、路由线58或端子62且彼此电性连接。同样地,部分焊垫56可用以接收独立讯号,而部分焊垫56则共享一讯号、电源或接地端。
导热板74可适用于具有蓝、绿及红色LED芯片的LED封装体,其中各LED芯片包含一阳极与一阴极,且各LED封装体包含对应的阳极端子与阴极端子。在此例中,导热板74可包含六个焊垫56与四个端子62,以便将每一阳极从一独立焊垫56导向一独立端子62,并将每一阴极从一独立焊垫56导向一共同的接地端子62。
在各制造阶段均可利用一简易清洁步骤去除外露金属上的氧化物与残留物,例如可对本案结构体施行一短暂的氧电浆清洁步骤。或者,可利用一过锰酸钾溶液对本案结构体进行一短暂的湿式化学清洁步骤。同样地,也可利用蒸馏水淋洗本案结构体以去除污物。此清洁步骤可清洁所需表面而不对结构体造成明显的影响或破坏。
本案的优点在于导线64形成后不需从中分离或分割出汇流点或相关电路***。汇流点可于形成焊垫56、路由线58、盖体60与端子62的湿式化学蚀刻步骤中分离。
导热板74可包含钻透或切通黏着层28、基板34与防焊绿漆68、70而形成的对位孔(图未示)。如此一来,当导热板74需于后续制程中设置于一下方载体时,便可将工具接脚***对位孔中,借以将导热板74定位。
导热板74可略去盖体60。欲达这一目的,可调整图案化的蚀刻阻层52,使整个通孔40上方的导电层50均曝露于用以形成焊垫56及路由线58的化学蚀刻液中。略去盖体60的另一作法是不设导电层50。
导热板74可容纳多个半导体器件而非只容纳单一半导体器件。欲达这一目的,可调整图案化的蚀刻阻层16以定义更多导热凸柱22与讯号凸柱24,调整黏着层28以包含更多开口30、32,调整基板34以包含更多通孔40、42,调整图案化的蚀刻阻层52以定义更多焊垫56、路由线58与盖体60,并调整防焊绿漆68以包含更多开口。端子62以外的器件可改变侧向位置以便为四个半导体器件提供一2x2阵列。此外,部分但非所有器件的剖面形状及高低(即侧面形状)也可有所调整。例如,焊垫56、盖体60与端子62可保持相同的侧面形状,而路由线58则具有不同的路由构型。
图29、30及图31分别为本发明一实施例中一导热板76的剖面图、俯视图及仰视图,该导热板76在其黏着层28上设有一导线64。
本实施例省略介电层38,且导线64是与黏着层28接触。为求简明,凡导热板74的相关说明适用于此实施例者均并入此处,相同的说明不予重复。同样地,本实施例导热板76的器件与导热板74的器件相仿者,均采用对应的参考标号。
导热板76包含黏着层28、导线64、散热座66与防焊绿漆68、70。导线64包含讯号凸柱24、焊垫56、路由线58与端子62。散热座66包含导热凸柱22、基座26与盖体60。
本实施例的导电层36较前一实施例要厚。例如,导电层36的厚度由前一实施例中的30微米增为130微米,如此一来,导电层36便不至于在搬动时弯曲晃动。焊垫56与路由线58的厚度也因此增加,且焊垫56与路由线58均接触并重叠于黏着层28。导热板76并无对应于介电层38的介电层。
导热板76的制作方式与导热板74类似,但必须针对导热凸柱22、讯号凸柱24与导电层36而进行适当调整。例如将金属板10的厚度由330微米改为280微米,以使导热凸柱22、讯号凸柱24的高度由300微米降为250微米。缩短蚀刻时间即可达成这一目的。然后依前文所述的方式,将黏着层28设置于基座26上,再将导电层36单独设置于黏着层28上;对黏着层28加热及加压,使黏着层28流动并固化;接着以研磨方式使结构体的顶面成为平面,再将导电层50沉积于该顶面。然后蚀刻导电层36、50以形成焊垫56与路由线58,蚀刻导电层50以形成盖体60,蚀刻基座26以形成端子62,再将防焊绿漆68设置于该顶面以选择性曝露焊垫56与盖体60,并将防焊绿漆70设置于结构体的底面以选择性曝露基座26与端子62,最后再以被覆接点72针对基座26、焊垫56、盖体60与端子62而进行表面处理。
图32、33及图34分别为本发明一实施例中一半导体芯片组体100的剖面图、俯视图及仰视图,该半导体芯片组体100包含一导热板74及一具有背面接点的LED封装体102。
半导体芯片组体100包含导热板74、LED封装体102及焊锡104、106。LED封装体102包含LED芯片108、基座110、打线112、电接点114、热接点116与透明封装材料118。LED芯片108的一电极(图未示)是经由打线112电性连接至基座110中的一导电孔(图未示),借以将LED芯片108电性连接至电接点114。LED芯片108是通过一固晶材料(图未示)设置于基座110上,使LED芯片108热连接且机械性黏附于基座110,借此将LED芯片108热连接至热接点116。基座110为一具有低导电性及高导热性的陶瓷块,电接点114、热接点116是被覆于基座110背部并自基座110背部向下突伸。
LED封装体102是设置于基板34与散热座66上,电性连接至基板34,并热连接至散热座66。详而言之,LED封装体102是设置于焊垫56与盖体60上,重叠于导热凸柱22,且经由焊锡104电性连接至基板34,并经由焊锡106热连接至散热座66。例如,焊锡104接触且位于焊垫56与电接点114之间,同时电性连接且机械性黏合焊垫56与电接点114,借此将LED芯片108电性连接至端子62。同样地,焊锡106接触且位于盖体60与热接点116之间,同时热连接且机械性黏合盖体60与热接点116,借此将LED芯片108热连接至基座26。焊垫56上设有镍/金的被覆金属接垫以利与焊锡104稳固结合,且焊垫56的形状及尺寸均配合电接点114,借此改善自基板34至LED封装体102的讯号传导。同样地,盖体60上设有镍/金的被覆金属接垫以利与焊锡106稳固结合,且盖体60的形状及尺寸均配合热接点116,借此改善自LED封装体102至散热座66的热传递。至于导热凸柱22的形状及尺寸则并未且也不需配合热接点116而设计。
透明封装材料118为一固态电性绝缘保护性塑料包覆体,其可为LED芯片108及打线112提供诸如抗潮湿及防微粒等环境保护。LED芯片108与打线112是埋设于透明封装材料118中。
若欲制造半导体芯片组体100,可将一焊料沉积于焊垫56及盖体60上,然后将接点114与116分别放置于焊垫56及盖体60上方的焊料上,继而使该焊料回焊以形成接着的焊锡104、106。
例如,先以网版印刷的方式将锡膏选择性印刷于焊垫56及盖体60上,而后利用一抓取头与一自动化图案辨识***以步进重复的方式将LED封装体102放置于导热板74上。回焊机的抓取头将电接点114、热接点116分别放置于焊垫56及盖体60上方的锡膏上。接着加热锡膏,使其以相对较低的温度(如190℃)回焊,然后移除热源,静待锡膏冷却并固化以形成硬化焊锡104、106。或者,可于焊垫56与盖体60上放置锡球,然后将电接点114、热接点116分别放置于焊垫56与盖体60上方的锡球上,接着加热锡球使其回焊以形成接着的焊锡104、106。
焊料起初可经由被覆或印刷或布置技术沉积于导热板74或LED封装体102上,使其位于导热板74与LED封装体102间,并使其回焊。焊料也可置于端子62上以供下一层组体使用。此外,可利用一导电黏着剂(例如填充银的环氧树脂)或其他连接媒介取代焊料,且焊垫56、盖体60与端子62上的连接媒介不必相同。
该半导体芯片组体100为一第二级单晶模块。
图35、36与图37分别为本发明一实施例中一半导体芯片组体200的剖面图、俯视图及仰视图,其中该半导体芯片组体200包含一导热板74及一具有侧引脚的LED封装体202。
在此实施例中,该LED封装体202具有侧引脚而不具有背面接点。为求简明,凡半导体芯片组体100的相关说明适用于此实施例者均并入此处,相同的说明不予重复。同样地,本实施例组体的器件与组体100的器件相仿者,均采用对应的参考标号,但其编码的基数由100改为200。例如,LED芯片208对应于LED芯片108,而基座210则对应于基座110,以此类推。
半导体芯片组体200包含导热板74、LED封装体202与焊锡204、206。LED封装体202包含LED芯片208、基座210、打线212、引脚214与透明封装材料218。LED芯片208是经由打线212电性连接至引脚214。基座210背面包含热接触表面216,此外,基座210是窄于基座110且与热接点116具有相同的侧向尺寸及形状。LED芯片208是经由一固晶材料(图未示)设置于基座210上,使LED芯片208热连接且机械性黏附于基座210,借此将LED芯片208热连接至热接触表面216。引脚214自基座210往侧向延伸,而热接触表面216则面朝下。
LED封装体202是设置于基板34与散热座66上,电性连接至基板34,且热连接至散热座66。详而言之,LED封装体202是设置于焊垫56与盖体60上,重叠于导热凸柱22,且经由焊锡204电性连接至基板34,并经由焊锡206热连接至散热座66。例如,焊锡204接触且位于焊垫56与引脚214之间,同时电性连接且机械性黏合焊垫56与引脚214,借此将LED芯片208电性连接至端子62。同样地,焊锡206接触且位于盖体60与热接触表面216之间,同时热连接且机械性黏合盖体60与热接触表面216,借此将LED芯片208热连接至基座26。
若欲制造半导体芯片组体200,可将一焊料置于焊垫56与盖体60上,然后分别在焊垫56与盖体60上方的焊料上放置引脚214与热接触表面216,继而使该焊料回焊以形成接着的焊锡204、206。
该半导体芯片组体200为一第二级单晶模块。
图38、39及图40分别为本发明一实施例中一半导体芯片组体300的剖面图、俯视图及仰视图,其中该半导体芯片组体300包含一导热板74及一半导体芯片302。
在此实施例中,该半导体器件为一芯片而非一封装体,且该芯片302是设置于前述散热座66而非前述基板34上。此外,该芯片302是重叠于前述导热凸柱22而非前述基板34,且该芯片302是经由一打线304电性连接至前述焊垫56,并利用一固晶材料306热连接至前述盖体60。
半导体芯片组体300包含导热板74、芯片302、打线304、固晶材料306及封装材料308。芯片302包含顶面310、底面312与打线接垫314。顶面310为活性表面且包含打线接垫314,而底面312则为热接触表面。
芯片302是设置于散热座66上,电性连接至基板34,且热连接至散热座66。详而言之,芯片302是设置于盖体60上,位于盖体60的周缘内,重叠于导热凸柱22但未重叠于基板34。此外,芯片302是经由打线304电性连接至基板34,同时经由固晶材料306热连接且机械性黏附于散热座66。例如,打线304是连接于并电性连接焊垫56及打线接垫314,借此将芯片302电性连接至端子62。同样地,固晶材料306接触且位于盖体60与热接触表面312之间,同时热连接且机械性黏合盖体60与热接触表面312,借此将芯片302热连接至基座26。焊垫56上设有镍/银的被覆金属接垫以利与打线304稳固接合,借此改善自基板34至芯片302的讯号传送。此外,盖体60的形状及尺寸是与热接触表面312配适,借此改善自芯片302至散热座66的热传送。至于导热凸柱22的形状及尺寸则并未且也不需配合热接触表面312而设计。
封装材料308为一固态电性绝缘保护性塑料包覆体,其可为芯片302及打线304提供抗潮湿及防微粒等环境保护。芯片302与打线304是埋设于封装材料308中。此外,若芯片302是一诸如LED的光学芯片,则封装材料308可为透明状。封装材料308在图39中呈透明状是为方便图示说明。
若欲制造半导体芯片组体300,可利用固晶材料306将芯片302设置于盖体60上,接着将焊垫56及打线接垫314以打线接合,而后形成封装材料308。
例如,固晶材料306原为一具有高导热性的含银环氧树脂膏,并以网版印刷的方式选择性印刷于盖体60上。然后利用一抓取头及一自动化图案辨识***以步进重复的方式将芯片302放置于该环氧树脂银膏上。继而加热该环氧树脂银膏,使其在相对低温(如190℃)下硬化以完成固晶。打线304为金线,其随即以热超音波连接焊垫56及打线接垫314。最后再将封装材料308转移模制于结构体上。
芯片302可通过多种连接媒介电性连接至焊垫56,利用多种热黏着剂热连接并机械性黏附于散热座66,并以多种封装材料封装。
该半导体芯片组体300为一第一级单晶封装体。
上述的半导体芯片组体与导热板只为说明范例,本发明可通过其他多种实施例实现。此外,上述实施例可依设计及可靠度的考虑,彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用。例如,该基板可包含多阵列单层导线与多阵列多层导线。该导热板可包含多个凸柱,且这些凸柱是排成一阵列以供多个半导体器件使用,此外,该导热板为配合额外的半导体器件,可包含更多导线。同样地,该半导体器件可为一具有多枚LED芯片的LED封装体,而该导热板则可包含更多导线以配合额外的LED芯片。该半导体器件与该盖体可重叠于该基板,并从上方覆盖该导热凸柱。
该半导体器件可独自使用该散热座或与其他半导体器件共享该散热座。例如,可将单一半导体器件设置于该散热座上,或将多个半导体器件设置于该散热座上。举例而言,可将四枚排列成2x2阵列的小型芯片黏附于该导热凸柱,而该基板则可包含额外的导线以配合这些芯片的电性连接。这一作法远较为每一芯片设置一微小导热凸柱更具经济效益。
该半导体芯片可为光学性或非光学性。例如,该芯片可为一LED、一太阳能电池、一微处理器、一控制器或一射频(RF)功率放大器。同样地,该半导体封装体可为一LED封装体或一射频模块。因此,该半导体器件可为一经封装或未经封装的光学或非光学芯片。此外,我们可利用多种连接媒介将该半导体器件机械性连接、电性连接及热连接至该导热板,包括利用焊接及使用导电及/或导热黏着剂等方式达成。
该散热座可将该半导体器件所产生的热能迅速、有效且均匀散发至下一层组体而不需使热流通过该黏着层、该基板或该导热板的他处。如此一来便可使用导热性较低的黏着层,进而大幅降低成本。该散热座可包含一体成形的导热凸柱与基座,以及与该导热凸柱为冶金连接及热连接的一盖体,借此提高可靠度并降低成本。该盖体可与该焊垫共平面,以便与该半导体器件形成电性、热能及机械性连接。此外,该盖体可依该半导体器件量身订做,而该基座则可依下一层组体量身订做,借此加强自该半导体器件至下一层组体的热连接。例如,该导热凸柱在一侧向平面上可呈圆形,该盖体在一侧向平面上可呈矩形,更进一步地,可呈正方形,且该盖体的侧面形状与该半导体器件热接点的侧面形状相同或相似。
该散热座可与该半导体器件及该基板为电性连接或电性隔离。例如,位于研磨后的表面上的该第二导电层可包含一路由线,该路由线是在该基板与该盖体之间延伸通过该黏着层,借以将该半导体器件电性连接至该散热座。之后,该散热座可电性接地,借以将该半导体器件电性接地。
该散热座可为铜质、铝质、铜/镍/铝合金或其他导热金属结构。
该导热凸柱可沉积于该基座上或与该基座一体成形。该导热凸柱可与该基座一体成形,因而成为单一金属体(如铜或铝)。该导热凸柱也可与该基座一体成形,使该两者的接口包含单一金属体(例如铜),至于他处则包含其他金属(例如凸柱的上部为焊料,凸柱的下部及基座则为铜质)。该导热凸柱也可与该基座一体成形,使该两者的接口包含多层单一金属体(例如在一铝核心外设有一镍缓冲层,而该镍缓冲层上则设有一铜层)。
该讯号凸柱可沉积于该端子上或与该端子一体成形。该讯号凸柱可与该端子一体成形,因而成为单一金属体(如铜或铝)。该讯号凸柱也可与该端子一体成形,使该两者的接口包含单一金属体(例如铜),至于他处则包含其他金属(例如凸柱的上部为焊料,凸柱的下部及端子则为铜质)。该讯号凸柱也可与该端子一体成形,使该两者的接口包含多层单一金属体(例如在一铝核心外设有一镍缓冲层,而该镍缓冲层上则设有一铜层)。
该导热凸柱可包含一平坦的顶面,且该顶面是与该黏着层共平面。例如,该导热凸柱可与该黏着层共平面,或者该导热凸柱可在该黏着层固化后接受蚀刻,因而在该导热凸柱上方的黏着层形成一凹穴。我们也可选择性蚀刻该导热凸柱,借以在该导热凸柱中形成一延伸至其顶面下方的凹穴。在上述任一情况下,该半导体器件均可设置于该导热凸柱上并位于该凹穴中,而该打线则可从该凹穴内的该半导体器件延伸至该凹穴外的该焊垫。在此情况下,该半导体器件可为一LED芯片,并由该凹穴将LED光线朝该向上方向聚焦。
该基座可为该基板提供机械性支撑。例如,该基座可防止该基板在金属研磨、芯片设置、打线接合及模制封装材料的过程中弯曲变形。此外,该基座的背部可包含沿该向下方向突伸的鳍片。例如,可利用一钻板机切削该基座的底面以形成侧向沟槽,而这些侧向沟槽即为鳍片。在此例中,该基座的厚度可为500微米,所述沟槽的深度可为300微米,也就是说所述鳍片的高度可为300微米。所述鳍片可增加该基座的表面积,若所述鳍片是曝露于空气中而非设置于一散热装置上,则可提升该基座经由热对流的导热性。
该盖体可在该黏着层固化后,该焊垫及/或该端子形成之前、中或后,以多种沉积技术制成,包括以电镀、无电镀被覆、蒸发及喷溅等技术形成单层或多层结构。该盖体可采用与该导热凸柱相同的金属材质,或采用与邻接该盖体的导热凸柱顶部相同的金属材质。此外,该盖体可跨越该通孔并延伸至该基板,或坐落于该通孔的周缘内。因此,该盖体可接触该基板或与该基板保持距离。在上述任一情况下,该盖体均是从该导热凸柱的顶部沿侧面方向侧向延伸而出。
该黏着层可在该散热座与该基板之间提供坚固的机械性连接。例如,该黏着层可自该导热凸柱侧向延伸并越过该导线到达该组体的***边缘,该黏着层可填满该散热座与该基板之间的空间,且该黏着层可为一具有均匀分布的结合线的无孔洞结构。该黏着层也可吸收该散热座与该基板之间因热膨胀所产生的不匹配现象。此外,该黏着层可为一低成本电介质,且不需具备高导热性。再者,该黏着层不易脱层。
我们可调整该黏着层的厚度,使该黏着层实质填满所述缺口,并使几乎所有黏着剂在固化及/或研磨后均位于结构体内。例如,理想的胶片厚度可由试误法决定。同样地,我们也可调整该介电层的厚度以达这一效果。
该基板可为一低成本的层压结构,且不需具备高导热性。此外,该基板可包含单一导电层或多数层导电层。再者,该基板可包含该导电层或由该导电层组成。
该导电层可单独设置于该黏着层上。例如,可先在该导电层上形成所述通孔,然后将该导电层设置于该黏着层上,使该导电层接触该黏着层,并朝该向上方向外露,与此同时,所述导热凸柱和所述讯号凸柱则延伸进入所述通孔,并通过所述通孔朝该向上方向外露。在此例中,该导电层的厚度可为100至200微米,例如125微米,此厚度一方面够厚,所以搬运时不致弯曲晃动,一方面则够薄,所以不需过度蚀刻即可形成图案。
也可将该导电层与该介电层一同设置于该黏着层上。例如,可先将该导电层设置于该介电层上,然后在该导电层及该介电层上形成所述通孔,接着将该导电层及该介电层设置于该黏着层上,使该导电层朝该向上方向外露,并使该介电层接触且介于该导电层与该黏着层之间,因而将该导电层与该黏着层隔开,与此同时,所述导热凸柱和所述讯号凸柱则延伸进入所述通孔,并通过所述通孔朝该向上方向外露。在此例中,该导电层的厚度可为10至50微米,例如30微米,此厚度一方面够厚,足以提供可靠的讯号传导,一方面则够薄,可降低重量及成本。此外,该介电层恒为该导热板的一部分。
也可将该导电层与一载体同时设置于该黏着层上。例如,可先利用一薄膜将该导电层黏附于一诸如双定向聚对苯二甲酸乙二酯胶膜(Mylar)的载体,然后只在该导电层而非该载体上形成所述通孔,接着将该导电层及该载体设置于该黏着层上,使该载体覆盖该导电层,且朝该向上方向外露,并使该薄膜接触且介于该载体与该导电层之间,至于该导电层则接触且介于该薄膜与该黏着层之间,与此同时,所述导热凸柱和所述讯号凸柱则对准所述通孔,并由该载体从上方覆盖。该黏着层固化后,可利用紫外光分解该薄膜,以便将该载体从该导电层上剥除,从而使该导电层朝该向上方向外露,之后便可研磨及图案化该导电层以形成该导线。在此例中,该导电层的厚度可为10至50微米,例如30微米,此厚度一方面够厚,足以提供可靠的讯号传导,一方面则够薄,可降低重量及成本;至于该载体的厚度可为300至500微米,此厚度一方面够厚,所以搬运时不致弯曲晃动,一方面又够薄,有助于减少重量及成本。该载体只为一暂时固定物,并非永久属于该导热板的一部分。
该焊垫与该端子可视该半导体器件与下一层组体的需要而采用多种封装形式。
该焊垫的顶面与该盖体的顶面可为共平面,如此一来便可通过控制锡球的崩塌程度,强化该半导体器件与该导热板之间的焊接。
位于该介电层上的该焊垫与该路由线可在该基板尚未或已然设置于该黏着层上时,以多种沉积技术制成,包括以电镀、无电镀被覆、蒸发及喷溅等技术形成单层或多层结构。例如,可在该基板尚未设置于该黏着层上时、或在该基板已通过该黏着层而黏附于所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该基座后,于该基板上形成该导电层的图案。
以所述被覆接点进行表面处理的工序可在该焊垫及该端子形成之前或之后进行。例如,该被覆层可沉积于该基座及该第二导电层上,然后利用图案化的蚀刻阻层定义该焊垫与该端子并进行蚀刻,以使该被覆层具有图案。
该导线可包含额外的焊垫、端子、导电孔、讯号凸柱、路由线以及被动器件,且可为不同构型。该导线可作为一讯号层、一功率层或一接地层,端视其相应半导体器件焊垫的目的而定。该导线也可包含各种导电金属,例如铜、金、镍、银、钯、锡、其混合物及其合金。理想的组成既取决于外部连接媒介的性质,也取决于设计及可靠度方面的考虑。此外,本领域中技术人员应可了解,在该半导体芯片组体中所用的铜可为纯铜,但通常是以铜为主的合金,如铜-锆(99.9%铜)、铜-银-磷-镁(99.7%铜)及铜-锡-铁-磷(99.7%铜),借以提高如抗张强度与延展性等机械性能。
在一般情况下,最好在前述研磨后的表面上设有该盖体、介电层、防焊绿漆、被覆接点及第二导电层,但在某些实施例中则可省略之。例如,若该开口及通孔是以冲孔而非钻孔的方式产生,因而使该导热凸柱顶部的形状及尺寸均与该半导体器件的热接触表面相配适,则可省略该盖体与该第二导电层以降低成本。同样地,可省略该介电层以降低成本。
该导热板可包含一导热孔,该导热孔是与所述导热凸柱和所述讯号凸柱保持距离,并于所述开口及所述通孔外延伸穿过该介电层与该黏着层,同时邻接且热连接该基座与该盖体,借此提升自该盖体至该基座的散热效果,并促进热能在该基座内扩散。
本案的组体可提供水平或垂直的单层或多层讯号路由。
林文强等人于2009年11月11日提出申请的第12/616,773号美国专利申请案:「具有凸柱/基座的散热座及基板的半导体芯片组体」即揭露一种具有水平单层讯号路由的结构,其中焊垫、端子与路由线均位于介电层上方,这一美国专利申请案的内容在此以引用的方式并入本文。
林文强等人于2009年11月11日提出申请的第12/616,775号美国专利申请案:「具有凸柱/基座的散热座及导线的半导体芯片组体」则揭露另一种具有水平单层讯号路由的结构,其中焊垫、端子与路由线是位于黏着层上方,且该结构未设置介电层,这一美国专利申请案的内容在此以引用的方式并入本文。
王家忠等人于2009年9月11日提出申请的第12/557,540号美国专利申请案:「具有凸柱/基座的散热座及水平讯号路由的半导体芯片组体」揭露一种具有水平多层讯号路由的结构,其中介电层上方的焊垫与端子是利用穿过该介电层的第一及第二导电孔以及该介电层下方的路由线达成电性连接,这一美国专利申请案的内容在此以引用的方式并入本文。
王家忠等人于2009年9月11日提出申请的第12/557,541号美国专利申请案:「具有凸柱/基座的散热座及垂直讯号路由的半导体芯片组体」则揭露一种具有垂直多层讯号路由的结构,其中介电层上方的焊垫与黏着层下方的端子是利用穿过该介电层的第一导电孔、该介电层下方的路由线以及穿过该黏着层的第二导电孔达成电性连接,这一美国专利申请案的内容在此以引用的方式并入本文。
该导热板的作业格式可为单一或多个导热板,视制造设计而定。例如,可单独制作单一导热板。或者,可利用单一金属板、单一黏着层、单一基板、单一顶部防焊绿漆及单一底部防焊绿漆同时批次制造多个导热板,而后再行分离。同样地,针对同一批次中的各导热板,我们也可利用单一金属板、单一黏着层、单一基板、单一顶部防焊绿漆与单一底部防焊绿漆同时批次制造多组分别供单一半导体器件使用的散热座与导线。
例如,可在一金属板上蚀刻出多条凹槽以形成该基座、多个导热凸柱与多个讯号凸柱;而后将一具有对应所述导热凸柱、所述讯号凸柱的开口的未固化黏着层设置于该基座上,以使每一凸柱均延伸贯穿一对应开口;然后将一基板(其具有单一导电层、单一介电层以及对应所述导热凸柱、所述讯号凸柱的通孔)设置于该黏着层上,以使每一凸柱均延伸贯穿一对应开口并进入一对应通孔;而后利用压台将该基座与该基板彼此靠合,迫使该黏着层进入所述通孔内介于所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该基板之间的缺口;然后固化该黏着层,继而研磨所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层及该第一导电层以形成一顶面;然后将第二导电层被覆设置于所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该黏着层及该第一导电层上;接着蚀刻该第一与第二导电层以形成多组分别对应所述讯号凸柱的焊垫及路由线,蚀刻该第二导电层以形成多个分别对应所述导热凸柱的盖体,并蚀刻该基座以形成多个对应所述导热凸柱的基座以及多个对应所述讯号凸柱的端子;而后将顶部防焊绿漆设于结构体上,并使该顶部防焊绿漆产生图案,借以曝露所述焊垫及所述盖体,另将底部防焊绿漆设于该结构体上,使该底部防焊绿漆产生图案,借以曝露所述基座及所述端子;而后以被覆接点对所述基座、所述焊垫、所述端子及所述盖体进行表面处理;最后于所述导热板***边缘的适当位置切割或劈裂该基板、该黏着层及所述防焊绿漆,以使个别的导热板彼此分离。
该半导体芯片组体的作业格式可为单一组体或多个组体,取决于制造设计。例如,可单独制造单一组体。或者,可同时批次制造多个组体,之后再将各导热板一一分离。同样地,也可将多个半导体器件电性连接、热连接及机械性连接至批次量产中的每一导热板。
例如,可将多个锡膏部分分别沉积于多个焊垫及盖体上,而后将多个LED封装体分别置于所述锡膏部分上,接着同时加热所述锡膏部分以使其回焊、硬化并形成多个焊接点,之后再将各导热板一一分离。
在另一范例中是将多个固晶材料分别沉积于多个盖体上,而后将多枚芯片分别放置于所述固晶材料上,之后再同时加热所述固晶材料以使其硬化并形成多个固晶,而后将所述芯片打线接合至对应的焊垫,接着在所述芯片与打线形成对应的封装材料,最后再将各导热板一一分离。
我们可通过单一步骤或多道步骤使各导热板彼此分离。例如,可将多个导热板批次制成一平板,接着将多个半导体器件设置于该平板上,然后再将该平板所构成的多个半导体芯片组体一一分离。或者,可将多个导热板批次制成一平板,而后将该平板所构成的多个导热板分切为多个导热板条,接着将多个半导体器件分别设置于所述导热板条上,最后再将各导热板条所构成的多个半导体芯片组体分离为个体。此外,在分割导热板时可利用机械切割、雷射切割、分劈或其他适用技术。
在本文中,「邻接」一语意指器件是一体成形(形成单一个体)或相互接触(彼此无间隔或未隔开)。例如,该导热凸柱是邻接该基座,这与形成该导热凸柱时采用增添法或削减法无关。
「重叠」一语意指位于上方并延伸于一下方器件的周缘内。「重叠」包含延伸于该周缘的内、外或坐落于该周缘内。例如,该半导体器件是重叠于该导热凸柱,乃因一假想垂直线可同时贯穿该半导体器件与该导热凸柱,不论该半导体器件与该导热凸柱间是否存在有另一同为该假想垂直线贯穿的器件(如该盖体),且也不论是否有另一假想垂直线只贯穿该半导体器件而未贯穿该导热凸柱(也就是说位于该导热凸柱的周缘外)。同样地,该黏着层是重叠于该基座并被该焊垫重叠,而该基座则被该导热凸柱重叠。同样地,该导热凸柱是重叠于该基座且位于其周缘内。此外,「重叠」与「位于上方」同义,「被重叠」则与「位于下方」同义。
「接触」一语意指直接接触。例如,该介电层接触该焊垫但并未接触该导热凸柱或该基座。
「覆盖」一语意指从上方、从下方及/或从侧面完全覆盖。例如,该基座从下方覆盖该导热凸柱,但该导热凸柱并未从上方覆盖该基座。
「层」字包含设有图案或未设图案的层体。例如,当该基板设置于该黏着层上时,该导电层可为该介电层上一空白无图案的平板;而当该半导体器件设置于该散热座上之后,该导电层可为该介电层上一具有间隔导线的电路图案。此外,「层」可包含多数叠合层。
「焊垫」一语与该导线搭配使用时是指一用于连接及/或接合外部连接媒介(如焊料或打线)的连接区域,而该外部连接媒介则可将该导线电性连接至该半导体器件。
「端子」一语与该导线搭配使用时是指一连接区域,其可接触及/或接合外部连接媒介(如焊料或打线),而该外部连接媒介则可将该导线电性连接至与下一层组体相关的一外部设备(例如一印刷电路板或与其连接的一导线)。
「盖体」一语与该散热座搭配使用时是指一用于连接及/或接合外部连接媒介(如焊料或导热黏着剂)的接触区域,而该外部连接媒介则可将该散热座热连接至该半导体器件。
「开口」与「通孔」等语同指贯穿孔洞。例如,当该导热凸柱***该黏着层的该开口时,该导热凸柱是沿向上方向曝露于该黏着层。同样地,当该导热凸柱***该基板的该通孔时,该导热凸柱是沿向上方向曝露于该基板。
「***」一语意指器件间的相对移动。例如,「将该导热凸柱***该通孔中」包含:该导热凸柱固定不动而由该基板向该基座移动;该基板固定不动而由该导热凸柱向该基板移动;以及该导热凸柱与该基板两者彼此靠合。又例如,「将该导热凸柱***(或延伸至)该通孔内」包含:该导热凸柱贯穿(穿入并穿出)该通孔;以及该导热凸柱***但未贯穿(穿入但未穿出)该通孔。
「彼此靠合」一语也指器件间的相对移动。例如,「该基座与该基板彼此靠合」包含:该基座固定不动而由该基板移往该基座;该基板固定不动而由该基座向该基板移动;以及该基座与该基板相互靠近。
「对准」一语意指器件间的相对位置。例如,当该黏着层已设置于该基座上、该基板已设置于该黏着层上、该导热凸柱已***并对准该开口,且该通孔已对准该开口时,无论该导热凸柱是***该通孔或位于该通孔下方且与其保持距离,该导热凸柱均已对准该通孔。
「设置于」一语包含与单一或多个支撑器件间的接触与非接触。例如,该半导体器件是设置于该散热座上,不论该半导体器件是实际接触该散热座或是与该散热座以一固晶材料相隔。同样地,该半导体器件是设置于该散热座上,不论该半导体器件是只设置于该散热座上或是同时设置于该散热座与该基板上。
「黏着层…于该缺口之中」一语意指位于该缺口中的该黏着层。例如,「黏着层在该缺口中延伸跨越该介电层」意指该缺口内的该黏着层延伸跨越该介电层。同样地,「黏着层于该缺口之中接触且介于该导热凸柱与该介电层之间」意指该缺口中的该黏着层接触且介于该缺口内侧壁的该导热凸柱与该缺口外侧壁的该介电层之间。
「上方」一语意指向上延伸,且包含邻接与非邻接器件以及重叠与非重叠器件。例如,该导热凸柱是延伸于该基座上方,同时邻接、重叠于该基座并自该基座突伸而出。同样地,该导热凸柱是延伸至该介电层上方,即便该导热凸柱并未邻接或重叠于该介电层。
「下方」一语意指向下延伸,且包含邻接与非邻接器件以及重叠与非重叠器件。例如,该基座是延伸于该导热凸柱下方,邻接该导热凸柱,被该导热凸柱重叠,并自该导热凸柱突伸而出。同样地,该导热凸柱是延伸于该介电层下方,即便该导热凸柱并未邻接该介电层或被该介电层重叠。
所谓「向上」及「向下」的垂直方向并非取决于该半导体芯片组体(或该导热板)的定向,凡熟悉此项技艺的人士可轻易了解其实际所指的方向。例如,该导热凸柱是沿向上方向垂直延伸于该基座上方,而该黏着层则沿向下方向垂直延伸于该焊垫下方,这与该组体是否倒置及/或是否是设置于一散热装置上无关。同样地,该基座是沿一侧向平面自该导热凸柱「侧向」延伸而出,这与该组体是否倒置、旋转或倾斜无关。因此,该向上及向下方向是彼此相对且垂直于侧面方向,此外,侧向对齐的器件是在一垂直于该向上与向下方向的侧向平面上彼此共平面。
本发明的半导体芯片组体具有多项优点。该组体的可靠度高、价格平实且极适合量产。该组体尤其适用于易产生高热且需优异散热效果方可有效及可靠运作的高功率半导体器件,例如LED封装体、大型半导体芯片以及多个同时使用的小型半导体器件(例如以阵列方式排列的多枚小型半导体芯片)。
本案的制造工序具有高度适用性,且是以独特、进步的方式结合运用各种成熟的电性连接、热连接及机械性连接技术。此外,本案的制造工序不需昂贵工具即可实施。因此,此制造工序可大幅提升现有封装技术的产量、良率、效能与成本效益。再者,本案的组体极适合于铜芯片及无铅的环保要求。
在此所述的实施例是为例示之用,其中所涉及的本技艺现有器件或步骤或经简化或有所省略以免模糊本发明的特点。同样地,为使附图清晰,附图中重复或非必要的器件及参考标号或有所省略。
精于此项技艺的人士针对本文所述的实施例当可轻易思及各种变化及修改。例如,前述的材料、尺寸、形状、大小、步骤的内容与步骤的顺序皆只为范例。上述人士可在不脱离本发明的精神与范围的条件下从事这些改变、调整与均等技艺,其中本发明的范围是由权利要求书加以界定。
Claims (54)
1.一种半导体芯片组体,其特征在于:该半导体芯片组体至少包含:
一半导体器件;
一黏着层,其至少具有第一开口及第二开口;
一散热座,其至少包含一导热凸柱及一基座,其中该导热凸柱是邻接该基座并沿一向上方向延伸于该基座上方,该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于该导热凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向从该导热凸柱侧向延伸;及
一导线,其至少包含一焊垫、一端子及一讯号凸柱,其中该讯号凸柱是延伸于该焊垫下方及该端子上方,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱;
其中该半导体器件是位于该导热凸柱上方并重叠于该导热凸柱,该半导体器件是电性连接至该焊垫,从而电性连接至该端子,且该半导体器件是热连接至该导热凸柱,从而热连接至该基座;
其中该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,并自该导热凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子;
其中该焊垫是延伸于该黏着层上方,而该端子则延伸于该黏着层下方;以及
其中该导热凸柱延伸进入该第一开口,该讯号凸柱延伸进入该第二开口,所述导热凸柱与所述讯号凸柱具有相同厚度且彼此共平面,该基座与该端子具有相同厚度且彼此共平面。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该半导体器件为一包含LED芯片的LED封装体。
3.根据权利要求2所述的半导体芯片组体,其特征在于:该LED封装体是利用一第一焊锡电性连接至该焊垫,并利用一第二焊锡热连接至该散热座。
4.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该半导体器件为一半导体芯片。
5.根据权利要求4所述的半导体芯片组体,其特征在于:该芯片是利用一打线电性连接至该焊垫,并利用一固晶材料热连接至该散热座。
6.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层接触所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该基座、该焊垫与该端子。
7.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层在所述侧面方向覆盖且环绕所述导热凸柱、所述讯号凸柱。
8.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层同形被覆于所述导热凸柱、所述讯号凸柱的侧壁。
9.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层与所述导热凸柱和所述讯号凸柱的顶部及底部共平面。
10.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层自该导热凸柱侧向延伸且越过该端子。
11.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层延伸至该半导体芯片组体的***边缘。
12.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导热凸柱是与该基座一体成形,该讯号凸柱则与该端子一体成形。
13.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导热凸柱为平顶锥柱形,其直径自该基座至该导热凸柱的一平坦顶部是呈向上递减,且该讯号凸柱为平顶锥柱形,其直径自该端子至该讯号凸柱的一平坦顶部是呈向上递减。
14.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该基座从下方覆盖该导热凸柱,支撑该黏着层,且与该半导体芯片组体的***边缘保持距离。
15.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导线是与该散热座保持距离,且该焊垫、该端子与该讯号凸柱则接触该黏着层。
16.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该端子是邻接该讯号凸柱,延伸于该讯号凸柱下方,并沿所述侧面方向自该讯号凸柱侧向延伸。
17.根据权利要求1所述的半导体芯片组体,其特征在于:该散热座至少包含一盖体,该盖***于该导热凸柱的一顶部上方,邻接该导热凸柱的该顶部,并从上方覆盖该导热凸柱的该顶部,同时沿所述侧面方向自该导热凸柱的该顶部侧向延伸。
18.根据权利要求17所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体与该焊垫于该黏着层上方为共平面。
19.根据权利要求17所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体为矩形,该导热凸柱的该顶部则为圆形。
20.根据权利要求19所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体为正方形。
21.根据权利要求17所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体的尺寸及形状是配合该半导体器件的一热接触表面而设计,该导热凸柱的该顶部的尺寸及形状则并非配合该半导体器件的该热接触表面而设计。
22.一种半导体芯片组体,其特征在于:该半导体芯片组体至少包含:
一半导体器件;
一黏着层,其至少具有第一开口及第二开口;
一散热座,其至少包含一导热凸柱及一基座,其中该导热凸柱是邻接该基座并与该基座一体成形,且该导热凸柱是沿一向上方向延伸于该基座上方,该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于该导热凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向自该导热凸柱侧向延伸;及
一导线,其至少包含一焊垫、一端子、一路由线及一讯号凸柱,其中该路由线邻接该焊垫,该讯号凸柱则邻接该路由线与该端子,并延伸于该焊垫与该路由线下方,同时延伸于该端子上方,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该路由线与该讯号凸柱;
其中该半导体器件是设置于该散热座上,重叠于该导热凸柱但并未重叠于该讯号凸柱,该半导体器件是电性连接至该焊垫,从而电性连接至该端子,且该半导体器件是热连接至该导热凸柱,从而热连接至该基座;
其中该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,并于所述侧面方向覆盖且环绕所述导热凸柱、所述讯号凸柱,同时延伸至该半导体芯片组体的***边缘;
其中该焊垫延伸于该黏着层上方;以及
其中该导热凸柱延伸进入该第一开口,该讯号凸柱延伸进入该第二开口,所述导热凸柱与所述讯号凸柱具有相同厚度,彼此共平面,且延伸穿过该黏着层,该基座与该端子具有相同厚度,彼此共平面,且延伸于该黏着层下方,所述导热凸柱和所述讯号凸柱的顶部及底部是与该黏着层共平面。
23.根据权利要求22所述的半导体芯片组体,其特征在于:该半导体器件为一半导体芯片,且是利用一固晶材料设置于该散热座上,并利用一打线电性连接至该焊垫,同时利用该固晶材料热连接至该散热座。
24.根据权利要求22所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层接触所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该基座、该焊垫、该端子与该路由线。
25.根据权利要求22所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导热凸柱为平顶锥柱形,其直径自该基座至该导热凸柱的一平坦顶部是呈向上递减,该导热凸柱的该顶部为圆形,一盖体是设置于该导热凸柱的该顶部上,位于该导热凸柱的该顶部上方,邻接该导热凸柱的该顶部,并从上方覆盖该导热凸柱的该顶部,同时沿所述侧面方向自该导热凸柱的该顶部侧向延伸,该盖体为矩形。
26.根据权利要求25所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体为正方形。
27.根据权利要求25或26所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体与该焊垫于该黏着层上方为共平面。
28.一种半导体芯片组体,其特征在于:该半导体芯片组体至少包含:
一半导体器件;
一黏着层,其至少具有第一开口及第二开口;
一散热座,其至少包含一导热凸柱及一基座,其中该导热凸柱是邻接该基座,并沿一向上方向延伸于该基座上方,该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于该导热凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向从该导热凸柱侧向延伸;
一基板,其至少包含一焊垫及一介电层,其中第一及第二通孔延伸贯穿该基板;及
一导线,其至少包含该焊垫、一端子及一讯号凸柱,其中该讯号凸柱是延伸于该焊垫下方及该端子上方,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该讯号凸柱;
其中该半导体器件是位于该导热凸柱上方并重叠于该导热凸柱,该半导体器件是电性连接至该焊垫,从而电性连接至该端子,且该半导体器件是热连接至该导热凸柱,从而热连接至该基座;
其中该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,延伸进入该第一通孔内一介于该导热凸柱与该基板之间的第一缺口,延伸进入该第二通孔内一介于该讯号凸柱与该基板之间的第二缺口,并于所述缺口内延伸跨越该介电层,该黏着层自该导热凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子,且该黏着层是介于该导热凸柱与该介电层之间、该讯号凸柱与该介电层之间以及该基座与该介电层之间;
其中该基板是设置于该黏着层上,且延伸于该基座上方;
其中该焊垫是延伸于该介电层上方,而该端子则延伸于该黏着层下方;以及
其中该导热凸柱延伸进入该第一开口与该第一通孔,该讯号凸柱延伸进入该第二开口与该第二通孔,所述导热凸柱与所述讯号凸柱具有相同厚度且彼此共平面,该基座与该端子具有相同厚度且彼此共平面。
29.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该半导体器件为一包含LED芯片的LED封装体。
30.根据权利要求29所述的半导体芯片组体,其特征在于:该LED封装体是利用一第一焊锡电性连接至该焊垫,并利用一第二焊锡热连接至该散热座。
31.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该半导体器件为一半导体芯片。
32.根据权利要求31所述的半导体芯片组体,其特征在于:该芯片是利用一打线电性连接至该焊垫,并利用一固晶材料热连接至该散热座。
33.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层于该第一缺口内接触该导热凸柱与该介电层,并于该第二缺口内接触该讯号凸柱与该介电层,同时于所述缺口外接触该基座、该端子与该介电层。
34.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层于所述侧面方向覆盖且环绕所述导热凸柱、所述讯号凸柱。
35.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层同形被覆于所述导热凸柱、所述讯号凸柱的侧壁。
36.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层与所述导热凸柱和所述讯号凸柱的顶部及底部共平面。
37.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层自该导热凸柱侧向延伸且越过该端子。
38.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层延伸至该半导体芯片组体的***边缘。
39.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导热凸柱是与该基座一体成形,该讯号凸柱则与该端子一体成形。
40.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导热凸柱为平顶锥柱形,其直径自该基座至该导热凸柱的一平坦顶部是呈向上递减,且该讯号凸柱为平顶锥柱形,其直径自该端子至该讯号凸柱的一平坦顶部是呈向上递减。
41.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该基座从下方覆盖该导热凸柱,支撑该基板,且与该半导体芯片组体的***边缘保持距离。
42.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导线是与该散热座保持距离,该焊垫接触该介电层,该端子接触该黏着层,该讯号凸柱则接触该黏着层与该介电层。
43.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该端子是邻接该讯号凸柱,延伸于该讯号凸柱下方,并沿所述侧面方向自该讯号凸柱侧向延伸。
44.根据权利要求28所述的半导体芯片组体,其特征在于:该散热座至少包含一盖体,该盖***于该导热凸柱的一顶部上方,邻接该导热凸柱的该顶部,并从上方覆盖该导热凸柱的该顶部,同时沿所述侧面方向自该导热凸柱的该顶部侧向延伸。
45.根据权利要求44所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体与该焊垫于该介电层上方为共平面。
46.根据权利要求44所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体为矩形,该导热凸柱的该顶部则为圆形。
47.根据权利要求46所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体为正方形。
48.根据权利要求44所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体的尺寸及形状是配合该半导体器件的一热接触表面而设计,该导热凸柱的该顶部的尺寸及形状则并非配合该半导体器件的该热接触表面而设计。
49.一种半导体芯片组体,其特征在于:该半导体芯片组体至少包含:
一半导体器件;
一黏着层,其至少具有第一开口及第二开口;
一散热座,其至少包含一导热凸柱、一基座及一盖体,其中该导热凸柱是邻接该基座并与该基座一体成形,该导热凸柱是沿一向上方向延伸于该基座上方,并为该基座与该盖体提供热连接,该基座是沿一与该向上方向相反的向下方向延伸于该导热凸柱下方,并沿垂直于该向上及向下方向的侧面方向自该导热凸柱侧向延伸,该盖***于该导热凸柱的一顶部上方,邻接该导热凸柱的该顶部,并从上方覆盖该导热凸柱的该顶部,同时沿所述侧面方向自该导热凸柱的该顶部侧向延伸;
一基板,其至少包含一焊垫、一路由线及一介电层,其中第一及第二通孔延伸贯穿该基板;及
一导线,其至少包含该焊垫、该路由线、一端子与一讯号凸柱,其中该路由线邻接该焊垫,该讯号凸柱则邻接该路由线与该端子,并延伸于该焊垫与该路由线下方,同时延伸于该端子上方,且该焊垫与该端子间的一导电路径包含该路由线与该讯号凸柱;
其中该半导体器件是设置于该盖体上,重叠于该导热凸柱但并未重叠于该讯号凸柱,该半导体器件是电性连接至该焊垫,从而电性连接至该端子,且该半导体器件是热连接至该盖体,从而热连接至该基座;
其中该黏着层是设置于该基座上,延伸于该基座上方,延伸进入该第一通孔内一介于该导热凸柱与该基板之间的第一缺口,延伸进入该第二通孔内一介于该讯号凸柱与该基板之间的第二缺口,并于所述缺口内延伸跨越该介电层,该黏着层是介于该导热凸柱与该介电层之间、该讯号凸柱与该介电层之间以及该基座与该介电层之间,该黏着层于所述侧面方向覆盖且环绕所述导热凸柱、所述讯号凸柱,且延伸至该半导体芯片组体的***边缘;
其中该焊垫延伸于该介电层上方;以及
其中该导热凸柱延伸进入该第一开口与该第一通孔,该讯号凸柱延伸进入该第二开口与该第二通孔,所述导热凸柱与所述讯号凸柱具有相同厚度,彼此共平面,且延伸穿过该黏着层与该介电层,该基座与该端子具有相同厚度,彼此共平面,且延伸于该黏着层与该介电层下方,所述导热凸柱和所述讯号凸柱的顶部及底部是与该黏着层共平面。
50.根据权利要求49所述的半导体芯片组体,其特征在于:该半导体器件为一半导体芯片,且是利用一固晶材料设置于该盖体上,并利用一打线电性连接至该焊垫,同时利用该固晶材料热连接至该盖体。
51.根据权利要求49所述的半导体芯片组体,其特征在于:该黏着层于所述缺口内接触所述导热凸柱、所述讯号凸柱与该介电层,并于所述缺口外接触该基座、该端子与该介电层,该介电层则接触该焊垫与该路由线,并与所述导热凸柱、所述讯号凸柱、该基座与该端子保持距离。
52.根据权利要求49所述的半导体芯片组体,其特征在于:该导热凸柱为平顶锥柱形,其直径自该基座至该盖体是呈向上递减,该讯号凸柱为平顶锥柱形,其直径自该端子至该路由线是呈向上递减,该导热凸柱的该顶部为圆形,该盖体则为矩形。
53.根据权利要求52所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体则为正方形。
54.根据权利要求49所述的半导体芯片组体,其特征在于:该盖体与该焊垫于该介电层上方为共平面。
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