專利名稱：具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體封裝件，特別是關(guān)于一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，能夠增進(jìn)該半導(dǎo)體封裝件的散熱效率。
背景技術(shù)：
覆晶式球柵陣列(Flip Chip Ball Grid Array，F(xiàn)CBGA)半導(dǎo)體封裝件是一種同時(shí)具有覆晶及球柵陣列的封裝結(jié)構(gòu)，使至少一芯片借多個(gè)焊塊(Solder Bump)電性連接至基板的一表面上，并在該基板的另一表面(通常是與置晶面相對(duì)的表面)上植設(shè)有多個(gè)作為輸入/輸出(Input/Output，I/O)端的焊球(Solder Ball)。為排除芯片運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，上述半導(dǎo)體封裝件中還設(shè)有一散熱件，如美國(guó)專利第5,311,402及5,637,920號(hào)案，該散熱件可借膠粘劑(Adhesive)或焊料(Solder)等粘置在基板上，且其面積往往大于芯片面積以覆接在芯片上，能有效散逸來自芯片的熱量。然而，利用膠粘劑或焊料，將散熱件與粘接在基板的平面粘接方式，可能因散熱件或基板粘接面的潔凈度、或散熱件與基板間應(yīng)力等問題，產(chǎn)生散熱件與基板間的分層(Delamination)，造成散熱件脫落；此外，當(dāng)粘有散熱件的基板遭受外力如震動(dòng)等時(shí)，也可能產(chǎn)生散熱件脫落的現(xiàn)象。同時(shí)，由于粘著在散熱件與基板間的膠粘劑或焊料產(chǎn)生的粘著接合力受限于其有效的粘著面積，也就是散熱件與基板間的接觸面積，故在半導(dǎo)體封裝件輕薄短小的發(fā)展趨勢(shì)下，一能通過加大散熱件與基板間有限的接觸面積增加粘著面積。
有鑒于此，已有借機(jī)械方式將散熱件固定在基板上的技術(shù)。如美國(guó)專利第5,907,474號(hào)案提出的封裝結(jié)構(gòu)，是在散熱件上與基板接觸部分開設(shè)有多條孔洞，且在基板上相對(duì)應(yīng)的部位也鉆設(shè)有多條孔洞，使如螺栓等的固定件嵌設(shè)在散熱件與基板彼此對(duì)應(yīng)的孔洞中，能夠連接散熱件與基板，定位散熱件于基板上。
上述各現(xiàn)有技術(shù)的散熱件大多具備中央形成有凹陷的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通常須借由半蝕刻法(Half-Etching)或鍛造(Forge)技術(shù)才能制成，制作難度高且工序復(fù)還，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。
相對(duì)于此，美國(guó)專利第6,188,578號(hào)案提出一種成本低廉且制作簡(jiǎn)單的沖壓成型(Stamping)式散熱件，這種沖壓成型式散熱件如圖8所示，具有覆接在芯片上的平坦部80，該平坦部80的邊緣向下延伸有多條支撐部81，該支撐部81的末端還分別向外延設(shè)有接觸部82，借由該接觸部82與基板接合。
然而，這種沖壓成型式散熱件在借膠粘劑或焊料等粘置在基板上時(shí)，極易受散熱件的接觸部82或基板的粘接面的潔凈度或遭受如震動(dòng)等外力的影響而造成散熱件的脫落；此外，因散熱件的接觸部82與基板間的熱錯(cuò)位(Thermal Mismatch)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，也可能產(chǎn)生散熱件與基板間的連接結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致分層，進(jìn)而產(chǎn)生散熱件脫落的現(xiàn)象。同時(shí)，由于這種沖壓成型式散熱件的接觸部82與基板間的接觸面積更加減少的緣故，導(dǎo)致其散熱件與基板間的粘著面積更顯不足。
另外，美國(guó)專利第6,376,907號(hào)案也提出一種如圖9所示的平坦部90能夠覆接在芯片上，且借由向下還向外延設(shè)的接合部91與基板接合的散熱件。該散熱件是在接合部91的角端處形成缺口92，解決應(yīng)力于接合部91的角端處蓄積的問題。
這是由于該散熱件的接合部91的角端處若未形成缺口時(shí)，則當(dāng)該未形成缺口的散熱件以其接合部91直接粘置在基板之際，即會(huì)因散熱件材料與基板材料間的熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)的不同，使完成封裝工序的半導(dǎo)體封裝件在后續(xù)的靠度測(cè)試中，如溫度循環(huán)試驗(yàn)(Thermal Cycling Test，TCT)、熱震試驗(yàn)(Thermal ShockTest，TST)、或高溫儲(chǔ)存試驗(yàn)(High Temperature Storage Life Test，HTST)等可能經(jīng)歷極大溫度變化，導(dǎo)致熱應(yīng)變量的差異，在該散熱件與基板間的接合面上產(chǎn)生熱應(yīng)力，并衍生出各種品質(zhì)上的問題。例如，當(dāng)封裝件處于增溫環(huán)境時(shí)，由于散熱件的熱膨脹系數(shù)比基板的熱膨脹系數(shù)大，故散熱件產(chǎn)生的熱膨脹形變量也就比基板大，從而在散熱件與基板間的接合面產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)力。反之，當(dāng)封裝件處于降溫環(huán)境時(shí)，熱膨脹系數(shù)較大的散熱件，也產(chǎn)生較大的熱收縮形變量，故也在散熱件與基板間的接合面產(chǎn)生熱收縮應(yīng)力。此類因溫度改變?cè)斐傻臒釕?yīng)力如無法順利釋放，會(huì)極易殘留并集中于應(yīng)力分布不連續(xù)的散熱件接合部91的角端處，加速材料的疲勞，易于由該角端處的接合面造成結(jié)構(gòu)上的破壞。
因此，借由在散熱件接合部91的角端處形成缺口92，可在上述因溫度變化而產(chǎn)生在散熱件接合部與基板間的熱應(yīng)力，向角端處傳遞時(shí)發(fā)揮緩沖的功效，以將應(yīng)力自該缺口92釋放掉，消除應(yīng)力的殘留與蓄積，并改善散熱件與基板間的接合結(jié)構(gòu)被破壞以及材料疲勞等問題。
但是這種在接合部91的角端處形成缺口92的散熱件接合在基板上時(shí)，仍難克服上述因散熱件或基板的粘接面的潔凈度欠佳，遭受如震動(dòng)等外力的影響，或因散熱件與基板間的熱應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)生散熱件與基板間的分層(Delamination)，進(jìn)而造成散熱件脫落等諸多問題。同時(shí)，由于其接合部91與基板間的接觸面積仍很有限，難以進(jìn)一步提升其散熱件與基板間的粘著接合力。
因此，如何解決上述問題，以增進(jìn)散熱件與基板間的粘著力，并使散熱件穩(wěn)固定位于基板上，實(shí)為一重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，是在散熱件與基板接合部份的角端處開設(shè)有貫穿槽(Slot)，使散熱件借敷設(shè)在散熱件與基板之間、且填入該貫穿槽中的膠粘性材料固接在基板上，借由該貫穿槽的設(shè)置，使填入該貫穿槽中的膠粘性材料能夠提供鎖定(Lock)功能，使散熱件穩(wěn)固定位在基板上。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，使散熱件在穩(wěn)固地定位于基板上的同時(shí)，也能夠借由開設(shè)在散熱件的角端處的貫穿槽，有效地解除該處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，能夠有效增加接合散熱件與基板的膠粘性材料的粘著面積，進(jìn)一步提升散熱件與基板間的粘著接合力。
為達(dá)成上述及其它目的，本發(fā)明一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，包括基板，具有上表面及相對(duì)于該上表面的下表面；至少一芯片，設(shè)置在該基板的上表面上、并借多條導(dǎo)電組件電性連接至該基板；散熱件，設(shè)置在該基板的上表面上、并覆接于該芯片，該散熱件具有覆接在該芯片的平坦部，自該平坦部邊緣延伸至基板的支撐部，及由該支撐部的末端向外延設(shè)的接合部，使該平坦部被該支撐部支持，架撐在該芯片上方，并借由該接合部與基板的上表面接合，同時(shí)，該接合部的角端處開設(shè)有貫穿槽；膠粘性材料，敷設(shè)在該散熱件接合部與該基板上表面之間、且填入該接合部的貫穿槽中并溢出該貫穿槽，借該膠粘性材料固接該散熱件在該基板上；以及多個(gè)焊球，植設(shè)在該基板的下表面上。
上述半導(dǎo)體封裝件的優(yōu)點(diǎn)在于利用開設(shè)有貫穿槽的散熱件，使膠粘性材料敷設(shè)在散熱件與基板之間、且填入該貫穿槽中并溢出該貫穿槽而能固接散熱件在基板上；也就是，貫穿槽的設(shè)置使敷設(shè)其中并溢出的膠粘性材料，能夠提供鎖定(Lock)功能，以增進(jìn)散熱件與基板間的接合力，使散熱件穩(wěn)固定位在基板上。
因此，由于散熱件或基板粘接面的潔凈度欠佳，遭受如震動(dòng)等外力的影響，或因散熱件與基板間的熱應(yīng)力所導(dǎo)致的散熱件與基板間的分層(Delamination)，進(jìn)而造成散熱件脫落等諸多問題皆可徹底獲得解決，同時(shí)也能夠借由開設(shè)在散熱件的角端處的貫穿槽有效地解除應(yīng)力集中于該散熱件的角端處的現(xiàn)象。
此外，由于貫穿槽的設(shè)置使得敷設(shè)在散熱件與基板之間、且填入該貫穿槽中并溢出該貫穿槽的膠粘性材料的粘著面積增加，能夠大幅提升散熱件與基板間的粘著接合力。


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝件的剖視圖；圖2是顯示圖1的散熱件的上視圖；圖3是顯示本發(fā)明的散熱件的次一實(shí)施例的上視圖；圖4是顯示本發(fā)明的散熱件的另一實(shí)施例的上視圖；圖5是顯示本發(fā)明的散熱件的又一實(shí)施例的上視圖；圖6是顯示本發(fā)明的散熱件的再一實(shí)施例的上視圖；圖7A是顯示貫穿槽內(nèi)壁結(jié)構(gòu)實(shí)施例的示意圖；圖7B是顯示貫穿槽內(nèi)壁結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例的示意圖；圖8是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的散熱件的示意圖；以及圖9是顯示另一現(xiàn)有技術(shù)中的散熱件的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例以下即配合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5及圖6，詳細(xì)說明本發(fā)明的具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件的較佳實(shí)施例。
圖1是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝件。如圖所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝件是使用基板10作為芯片承載件(Chip Carrier)，該基板10主要以如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、聚酰亞胺(Polyimide)、BT(Bismaleimide Triazine)、FR4等常用的樹脂材料制成。
基板10具有上表面11及相對(duì)于該上表面11的下表面12，該上表面11上的預(yù)定部位形成有多條焊墊(Bond Pad)13，供植設(shè)焊塊(SolderBump)20之用，基板10的下表面12上形成有多個(gè)焊球墊(Ball Pad)14，供與焊球(Solder Ball)30接設(shè)之用?；?0的工序?qū)儆诂F(xiàn)有技術(shù)，在此不重復(fù)說明。
芯片40具備布設(shè)有電子組件及電路(圖未標(biāo))的作用表面(ActiveSurface)41以及相對(duì)于該作用表面41的非作用表面(Non-activeSurface)42，其中，芯片40的作用表面41上形成有多條焊墊43，使該焊墊43能夠?qū)?yīng)于基板10的焊墊13。該芯片40的作用表面41是借多個(gè)如焊塊20的導(dǎo)電組件接設(shè)在基板10的上表面11上，使各焊塊20的兩端分別焊連至對(duì)應(yīng)的焊墊13、43，令芯片40借之電性連接至基板10。這種利用如焊塊的導(dǎo)電組件，使芯片與基板相連接的結(jié)構(gòu)即為覆晶(Flip-Chip)技術(shù)，其一大優(yōu)點(diǎn)在于可有效縮短芯片與基板間的電性連接路徑，能提升電性連接品質(zhì)。
在此可敷設(shè)如樹脂等的絕緣性材料21在芯片40與基板10之間，以填充相鄰焊塊20間的空隙，使焊塊20被絕緣性材料21包覆，能夠增進(jìn)芯片40與基板10間的焊接力。這種填充芯片與基板間空隙的方法稱為底部填膠(Underfill)技術(shù)，例如可用現(xiàn)有的點(diǎn)膠(Dispense)方式注入絕緣性材料，并借毛細(xì)管作用(Capillarity)使絕緣性材料填滿相鄰焊塊間的空隙等，該底部填膠技術(shù)屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不重復(fù)說明。
散熱件50是設(shè)置在基板10的上表面11及芯片40的非作用表面42上，并借如導(dǎo)熱膠60等的粘膠，粘接散熱件50與芯片40，使芯片40被該散熱件50遮覆，與外界隔離以免受外界水氣及污染物的侵蝕。散熱件50的作用在于使芯片40運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，能夠通過導(dǎo)熱膠60經(jīng)由散熱件50散逸至外界，從而能提升半導(dǎo)體封裝件的散熱功效。該散熱件50可使用導(dǎo)熱材料，以沖壓成型技術(shù)制成具有平坦部51，自該平坦部51的邊緣延伸至基板10的支撐部52，及由該支撐部52的末端向外延設(shè)的接合部53的結(jié)構(gòu)，使該平坦部51被該支撐部52支持，并架撐在該芯片40上方，并借由該接合部53與基板10的上表面11接合。同時(shí)如圖2所示，該接合部53的角端處開設(shè)有水平剖面形狀呈″L″形的貫穿槽54，使基板10的上表面11局部地露出在該貫穿槽54中。貫穿槽54可在接合部53的四個(gè)角端處至少一處開設(shè)。膠粘性材料70，如膠粘劑(Adhesive)或焊料(Solder)等，是敷設(shè)在散熱件50的接合部53與基板10的上表面11之間，并施以適當(dāng)壓力，使膠粘性材料70經(jīng)擠壓填入接合部53的貫穿槽54中并溢出該貫穿槽54，再進(jìn)行烘烤(Curing)工序，使膠粘性材料70固化。由于貫穿散熱件50的接合部53的貫穿槽54是外露在散熱件50的外表面上，故可輕易監(jiān)控膠粘性材料70的敷設(shè)量；當(dāng)注入貫穿槽54中的膠粘性材料70溢出該貫穿槽54時(shí)，即表示已有充分的膠粘性材料70敷設(shè)在貫穿槽54中及散熱件50的接合部53與基板10間，無需再注入更多的膠粘性材料70。填入接合部53的貫穿槽54中及溢出該貫穿槽54的膠粘性材料70，在固化后即如圖1所示，在貫穿槽54上形成類似鉚釘狀的扣緊結(jié)構(gòu)71，能提供鎖定(Lock)的功能，借該膠粘性材料70將散熱件50鎖固在基板10上。
多個(gè)焊球30則植設(shè)在基板10的下表面12上的焊球墊14，該焊球30是作為半導(dǎo)體封裝件的輸入/輸出(Input/Output，I/O)端，與外界裝置如印刷電路板(Printed Circuit Board，圖未標(biāo))等電性連接，使芯片40能夠通過焊球30電性連接至該外界裝置進(jìn)行運(yùn)行。
由于上述貫穿槽54的開設(shè)，使膠粘性材料70能夠借由敷設(shè)在散熱件50的接合部53與基板10之間、且填入該貫穿槽54中并溢出該貫穿槽54外提供的鎖定作用，將散熱件50穩(wěn)固地接合在基板上；并因貫穿槽54的設(shè)置，使得膠粘性材料70與散熱件50的接合部53間的粘著面積增加，故能夠大幅提升散熱件50與基板10間的粘著接合力，使散熱件與基板間的分層，甚或散熱件脫落等問題徹底獲得解決。同時(shí)，借由上述開設(shè)在接合部53的角端處的貫穿槽54，也能夠有效地緩沖并釋放因溫度變化，產(chǎn)生在接合部53與基板10間并傳遞至該角端處的熱應(yīng)力，解除應(yīng)力集中在該接合部53的角端處的現(xiàn)象，避免散熱件的脫落。
此外，上述散熱件50的接合部53的角端處開設(shè)的″L″字形貫穿槽54并不以圖2所示為限，該貫穿槽的形狀也可以是如圖3所示的水平剖面形狀呈三角形的貫穿槽154、如圖4所示的水平剖面形狀呈十字形的貫穿槽254、如圖5所示的水平剖面形狀呈半圓形的貫穿槽354、如圖6所示的水平剖面形狀呈″T″字形的貫穿槽454或具備任何其它適當(dāng)形狀的貫穿槽，仍可獲致相同效果。
再有，上述貫穿槽54，154，254，354或454的內(nèi)壁也可加設(shè)如圖7A或圖7B所示的孔徑朝一端漸縮(Taper)的結(jié)構(gòu)554、或呈階梯狀的轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)654、或任何其它可增加貫穿槽內(nèi)壁的表面積，并應(yīng)加強(qiáng)膠粘性材料70與貫穿槽內(nèi)壁間的嵌合作用的形狀(圖未標(biāo))，進(jìn)一步加大膠粘性材料70與貫穿槽間的粘著面積，以提升散熱件50與基板10間的粘著嵌接力。
權(quán)利要求
1.一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝件包括基板，具有上表面及相對(duì)于該上表面的下表面；至少一芯片，設(shè)置在該基板的上表面上、并借多條導(dǎo)電組件電性連接至該基板；散熱件，設(shè)置在該基板的上表面上、并覆接于該芯片，該散熱件具有覆接于該芯片的平坦部，自該平坦部邊緣延伸至基板的支撐部，及由該支撐部的末端向外延設(shè)的接合部，使該平坦部被該支撐部支持、架撐在該芯片上方，并借由該接合部與該基板的上表面接合，同時(shí)，該接合部的角端處開設(shè)有貫穿槽；膠粘性材料，敷設(shè)在該散熱件的接合部與該基板的上表面之間、且填入該接合部的貫穿槽中并溢出該貫穿槽，以借該膠粘性材料固接該散熱件于該基板上；以及多個(gè)焊球，植設(shè)在該基板的下表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，填入該貫穿槽中及溢出該貫穿槽的膠粘性材料，在該貫穿槽上形成鉚釘狀的可提供鎖定功能的扣緊結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的水平剖面形狀呈L字形。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的水平剖面形狀呈三角形。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的水平剖面形狀呈十字形。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的水平剖面形狀呈半圓形。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的水平剖面形狀呈T字形。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽是至少設(shè)在該接合部的四個(gè)角端處的其中之一的角端處上。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的內(nèi)壁是設(shè)有孔徑朝一端漸縮的結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該貫穿槽的內(nèi)壁是設(shè)有呈階梯狀的轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種具有散熱件的半導(dǎo)體封裝件，是于基板上接設(shè)至少一芯片及覆接于該芯片的散熱件，該散熱件的與基板接合部分的至少一角端處開設(shè)有貫穿槽，以使散熱件借敷設(shè)于散熱件與基板之間且填入該貫穿槽中并溢出該貫穿槽的膠粘性材料而固接于基板上。借由該貫穿槽的設(shè)置，使填入該貫穿槽中并溢出該貫穿槽的膠粘性材料得提供鎖定的功能，同時(shí)增加膠粘性材料的粘著面積的故，而能使散熱件穩(wěn)固定位于基板上。此外，開設(shè)于散熱件的角端處的貫穿槽也可有效減緩該處的應(yīng)力集中現(xiàn)象所造成的散熱件脫落問題。
文檔編號(hào)H01L23/34GK1567574SQ03148369
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者林長(zhǎng)甫, 普翰屏, 黃建屏 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司