專(zhuān)利名稱(chēng)：散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體封裝件及其制法，特別是關(guān)于一種具有散熱件的球柵陣列(BGA)封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)是一種先進(jìn)的半導(dǎo)體芯片封裝技術(shù)，它采用一基板安置半導(dǎo)體芯片，并在該基板背面植置多個(gè)成陣列排列的焊球(Solder Ball)，使相同單位面積的半導(dǎo)體芯片載體上可以容納更多的輸入/輸出連接端(I/O Connection)，適應(yīng)高度集成(Integration)的半導(dǎo)體芯片的需要。通過(guò)這些焊球?qū)⒄麄€(gè)封裝單元焊接及電性連接至外部的印刷電路板。
高度集成化的半導(dǎo)體芯片運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)由于包覆半導(dǎo)體芯片的封裝膠體是一種導(dǎo)熱系數(shù)僅0.8w/m-k的不良傳熱樹(shù)脂，使得熱量的逸散效果不好，會(huì)影響半導(dǎo)體芯片的性能及使用壽命。
因此，為提高BGA半導(dǎo)體封裝件的散熱效率，在封裝件中增設(shè)散熱結(jié)構(gòu)的想法就應(yīng)運(yùn)而生。
請(qǐng)參閱圖1所示，它是美國(guó)專(zhuān)利第5,726,079號(hào)揭示的半導(dǎo)體封裝件。這種現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝件1是在芯片10上直接粘設(shè)有散熱片11，外露出包覆該芯片10的封裝膠體12的該散熱片11頂面110直接與大氣接觸，將芯片10產(chǎn)生的熱量傳遞至散熱片11進(jìn)而逸散至大氣中，不需要經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱性差的封裝膠體12。
然而，這種半導(dǎo)體封裝件1在制造上存在若干缺點(diǎn)。首先，該散熱片11與芯片10粘接后，置入封裝模具的模穴中在進(jìn)行該封裝膠體12的模壓作業(yè)(Molding)時(shí)，該散熱片11的頂面110必須頂?shù)值侥Ｑǖ捻敱凇Ｈ粼撋崞?1的頂面110未能有效地頂?shù)值侥Ｑǖ捻敱冢趦烧咧g形成間隙時(shí)，在進(jìn)行封裝時(shí)，就會(huì)溢膠在散熱片11的頂面110上，一旦散熱片11的頂面110上形成有溢膠，除了會(huì)影響該散熱片11的散熱效率，還會(huì)影響制成品的外觀，所以往往要進(jìn)行去膠(Deflash)的處理；然而，去膠處理不但耗時(shí)，增加封裝成本，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致制成品的受損。此外，若散熱片11頂?shù)肿∧Ｑ敱诘牧α窟^(guò)大，往往會(huì)使質(zhì)脆的芯片10因過(guò)度的壓力而裂損。
也就是若散熱片11的頂面110至基板13上表面的距離大于模壓作業(yè)時(shí)的模穴深度，在模具合模后，模具會(huì)壓迫散熱片11，導(dǎo)致與散熱片11直接粘接的芯片10被散熱片11壓裂；反之，若散熱片11的頂面110至基板13上表面的距離小于模穴的深度，則封裝膠體會(huì)溢膠在散熱片11的頂面110上，溢膠的形成除了影響制成品的外觀外，還會(huì)減少散熱片11頂面110外露在大氣中的面積，使散熱效果變差，所以往往要進(jìn)行額外的清除程序，去除散熱片11頂面110上的溢膠。然而，清除程序的進(jìn)行會(huì)增加整體封裝制程的復(fù)雜度，還會(huì)導(dǎo)致成本的提高。
此外，為了使散熱片11頂面110至基板13上表面的距離能恰好等于模具模穴的深度，散熱片11與芯片10的粘接、芯片10與基板13的粘接以及散熱片11的厚度必須精確控制與制作，這又進(jìn)一步增加封裝成本并提高制程的復(fù)雜程度，所以實(shí)施有一定的難性。
再有，由于散熱片11與芯片10粘接后的高度要進(jìn)行精確控制才能避免上述問(wèn)題的發(fā)生，因此該半導(dǎo)體封裝件1的封裝即無(wú)法以批次(Batch-type)方式粘接晶片10與散熱片11；也就是，散熱片11必須與對(duì)應(yīng)的芯片10逐一粘接，增加了整體封裝制程的復(fù)雜性與所需的時(shí)程，所以不利封裝成本的降低與封裝效率的提高。
此外，該半導(dǎo)體封裝件1的散熱效率與其使用的散熱片11外露的頂面110的面積成正比，也就是，在半導(dǎo)體封裝件1大小不變的情況下，散熱片11與封裝件的面積相同時(shí)才具有最大的外露面積，使散熱片11能提供最大的散熱效率。然而，將散熱片的面積擴(kuò)大至與封裝件相等時(shí)，表示散熱片的大小也必須與封裝模具模穴的邊壁切齊或嵌接，若散熱片制作精度不夠，若散熱片過(guò)大，使散熱片無(wú)法順利置入模穴中，若散熱片過(guò)小，其頂面及側(cè)面容易形成溢膠。所以，在實(shí)施上具有相當(dāng)?shù)碾y度。
請(qǐng)參閱圖2A至圖2C以及圖3所示，為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，美國(guó)專(zhuān)利第6,458,626及6,444,498號(hào)案(專(zhuān)利權(quán)人與本申請(qǐng)案的申請(qǐng)人相同)是一種將散熱片直接粘置在芯片上，不會(huì)產(chǎn)生壓損芯片或在散熱片外露表面形成溢膠的半導(dǎo)體封裝件。該半導(dǎo)體封裝件在散熱片21外露在大氣中的表面上形成與封裝膠體24間粘接性較差或與散熱片21間粘接性差的材料層25，再將該散熱片21直接粘置在接置在基板23的芯片20上，繼而進(jìn)行模壓制程，將封裝膠體24完全包覆該散熱片21及芯片20，并使封裝膠體24覆蓋在散熱片21的材料層25上(如圖2A所示)，如此，模壓制程使用的模具模穴的深度大于芯片20與散熱片21的厚度之和，所以在模具合模后，模具不會(huì)觸及散熱片21，使芯片20不會(huì)受壓導(dǎo)致裂損；接著，進(jìn)行切單(Singulation)程序(如圖2B所示)，將散熱片21上方的封裝膠體24去除，其中當(dāng)形成在散熱片21上的材料層25(例如是鍍金層)與散熱片21之間的粘接性，大于它與封裝膠體24之間的粘接性時(shí)，將封裝膠體24剝除后，該材料層25仍會(huì)存留在散熱片21上，但因材料層25與封裝膠體24間的粘接性差，封裝膠體24不致殘留在散熱片21上(如圖2C所示)，所以就沒(méi)有溢膠的問(wèn)題。相對(duì)地，當(dāng)形成在散熱片21上的材料層25(例如是聚酰亞胺樹(shù)脂制成的膠粘片)與散熱片21之間的粘接性，小于它與封裝膠體24間的粘接性時(shí)，將封裝膠體24剝除后，該材料層25會(huì)粘附在封裝膠體24上，隨著封裝膠體24剝離而被去除(如圖3所示)，所以該散熱片21上不會(huì)形成溢膠。
但是上述半導(dǎo)體封裝件中，為使該散熱片21有效接著在半導(dǎo)體芯片20上，在該半導(dǎo)體芯片20與散熱片21之間必須填充有粘著層26，為了增加芯片20的散熱性通常采用導(dǎo)熱膠(Thermal Grease)粘著該芯片與散熱片，其中雖然該導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱系數(shù)(約3w/m-k)比封裝膠體(約0.8w/m-k)高，然而相對(duì)于銅質(zhì)散熱片的導(dǎo)熱系數(shù)約400w/m-k而言，該導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱系數(shù)仍明顯偏小，因此芯片運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，還需要經(jīng)由該導(dǎo)熱系數(shù)較小的導(dǎo)熱膠傳遞到散熱片后，再釋放到大氣中，如此會(huì)增加熱阻，不利于散熱。
另外，請(qǐng)參閱圖4A至圖4C，美國(guó)專(zhuān)利第6,699,731號(hào)案(專(zhuān)利權(quán)人與本申請(qǐng)案的申請(qǐng)人相同)是一種裸晶式半導(dǎo)體裝件，它是在接置基板43的芯片40上，通過(guò)膠片42接著一模塊板41，繼而進(jìn)行模壓制程，封裝膠體44完全包覆該模塊片41及芯片40(如圖4A所示)；之后，進(jìn)行切單(Singulation)程序(如圖4B所示)，并將該芯片40上的膠片42、模塊板41及其上方的封裝膠體44去除，形成裸晶式半導(dǎo)體封裝件，使該芯片40運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量能夠直接逸散至大氣。
但是實(shí)際操作上述半導(dǎo)體裝件制程中，先前暫時(shí)接置在該芯片40上的膠片42在撕除時(shí)，容易使膠片42的粘著材料殘留在封裝膠體44上，不僅影響封裝成品的外觀，同時(shí)需要進(jìn)行額外的清除作業(yè)，增加整體封裝制程的復(fù)雜度與成本。

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散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，使散熱片與芯片可直接接合以提高散熱效率，且不會(huì)在模壓制程中造成芯片的裂損與溢膠問(wèn)題，進(jìn)而提高制成品的優(yōu)良率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，使芯片的非主動(dòng)面直接、全部顯露在外界，提高散熱效率。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，芯片與散熱片接著時(shí)不會(huì)受限于粘著材料的設(shè)置，避免粘著材料影響芯片散熱效率。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，粘著材料不會(huì)殘留在半導(dǎo)體封裝件表面，避免殘留的粘著材料影響外觀及增加移除步驟及成本。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，使整合有散熱片與芯片的半導(dǎo)體封裝件能夠以批次的方式完成，從而簡(jiǎn)化制程、減少封裝的耗時(shí)以及降低成本。
本發(fā)明的又一目的在提供一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，使散熱片與芯片粘接的作業(yè)沒(méi)有高度控制的顧慮，從而可降低封裝成本及提高優(yōu)良率。
為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法包括將半導(dǎo)體芯片的主動(dòng)面接置并電性連接在芯片載體上，另在一接口層上接著具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，且該鏤空結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于芯片位置，將該附有散熱片的接口層接著在該半導(dǎo)體芯片的非主動(dòng)面上，并使該半導(dǎo)體芯片能夠收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中；進(jìn)行封裝模壓制程，利用封裝膠體完整包覆住位于該芯片載體上的半導(dǎo)體芯片及該附有接口層的散熱片；進(jìn)行切割制程，去除完成封裝模壓制程后封裝組件四周非電性作用部分，顯露出該散熱片側(cè)邊；以及移除該接口層及位于該接口層上的封裝膠體，外露出該散熱片，并使該半導(dǎo)體芯片非主動(dòng)面完全顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)中。
本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)還有另一種制法，該制法包括準(zhǔn)備一矩陣式芯片載體模塊片，該芯片載體模塊片由多個(gè)呈陣列方式排列的芯片載體構(gòu)成；接置至少一個(gè)芯片在各該芯片載體的預(yù)設(shè)位置處，并使該芯片電性連接至該芯片載體；另在一接口層上接著具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，將該附有散熱片的接口層接著在該半導(dǎo)體芯片的非主動(dòng)面上，并使該半導(dǎo)體芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中；形成封裝膠體，包覆該附有散熱片的接口層及該芯片；進(jìn)行切單作業(yè)，形成個(gè)別半導(dǎo)體封裝件的半成品；以及去除形成在該接口層上的封裝膠體及該接口層。
另外，還可在該散熱片上借由一導(dǎo)熱的粘著層接置散熱結(jié)構(gòu)，并使該散熱結(jié)構(gòu)延伸接觸到顯露在該散熱片鏤空結(jié)構(gòu)的芯片上，由該散熱結(jié)構(gòu)逸散芯片運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量。其中，該半導(dǎo)體芯片的尺寸小于該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)尺寸，使該半導(dǎo)體芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中。
在本發(fā)明的制程中，該芯片載體可采用基板或?qū)Ь€(xiàn)架形式，且半導(dǎo)體芯片可以倒裝片或打線(xiàn)方式電性連接至該芯片載體。此外，該封裝結(jié)構(gòu)制法可采用批次方式制程，借由將多半導(dǎo)體芯片接置在一矩陣式芯片載體模塊片上，再接置具有接口層的散熱片及進(jìn)行封裝制程后，即可利用切單形成多個(gè)整合有散熱片的封裝結(jié)構(gòu)，以利于大量制造生產(chǎn)。
本發(fā)明提供的一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)包括芯片載體；具有主動(dòng)面及相對(duì)非主動(dòng)面的半導(dǎo)體芯片，其主動(dòng)面接置并電性連接至該芯片載體上；封裝膠體，形成在該芯片載體上，用于包覆該半導(dǎo)體芯片，使該芯片的非主動(dòng)面顯露于封裝膠體；以及具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，接置在封裝膠體上，供該芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中，使該芯片非主動(dòng)面同時(shí)完全顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)其中該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)可以是任意形狀，使該半導(dǎo)體芯片能夠收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中，另外該散熱片與封裝膠體接觸部分可形成表面凹凸的不平整結(jié)構(gòu)及/或進(jìn)行黑化處理，增加散熱片與封裝膠體間的接著力。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，該芯片載體是球柵陣列(BGA)基板，且在該基板上開(kāi)設(shè)有至少一個(gè)開(kāi)孔，供焊線(xiàn)通過(guò)該開(kāi)孔電性連接該基板與芯片，該基板位于芯片下方的表面上植接有多個(gè)焊球，作為芯片與外界裝置電性連接的介質(zhì)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該芯片載體是倒裝片式(Flip Chip)基板，也就是基板的上表面具有多個(gè)成陣列方式排列的焊墊，供電性連接芯片與基板的多個(gè)導(dǎo)電凸塊連接，同時(shí)，該基板的下表面上則植接有多個(gè)焊球，供芯片與外界裝置電性連接。
本發(fā)明的又一實(shí)施例中，該芯片載體是QFN導(dǎo)線(xiàn)架，將半導(dǎo)體芯片以倒裝片方式接置并電性連接至該QFN導(dǎo)線(xiàn)架的管腳上，供后續(xù)經(jīng)由該管腳電性連接至外部裝置。
因此，本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法主要是將芯片的主動(dòng)面接著并電性連接至芯片載體，另將具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片與接口層相互接著，使該接口層封閉住該散熱片鏤空結(jié)構(gòu)的一側(cè)，而后將附有散熱片的接口層粘著在該芯片的非主動(dòng)面上，且該芯片的尺寸小于該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)的尺寸，使該芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中，供后續(xù)該芯片非主動(dòng)面完全顯露在該鏤空結(jié)構(gòu)，避免芯片與散熱片間粘著層的熱阻影響，同時(shí)增加芯片直接與大氣接觸的面積，增加散熱效率，接著即可進(jìn)行模壓制程，利用封裝膠體完整包覆住位于該芯片載體上的半導(dǎo)體芯片及接著有接口層的散熱片，再進(jìn)行切割制程，去除先前進(jìn)行封裝制程時(shí)封裝組件四周非電性作用部分，接著移除該散熱片上的封裝膠體，通過(guò)該接口層與封裝膠體的接著力大于其與散熱片間的接著力及其與芯片非主動(dòng)面間的接著力，因此可同時(shí)移除該接口層及該接口層上的封裝膠體，不會(huì)使接口層殘留在散熱件及芯片非主動(dòng)面上，直接外露出該散熱片并使該半導(dǎo)體芯片非主動(dòng)面顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)，如此可增加芯片直接與大氣接觸的面積，增加了散熱效率。此外，本發(fā)明的封裝件是以批次方式完成的，可簡(jiǎn)化制程，減少封裝的耗時(shí)以及降低成本，且不會(huì)在模壓制程中造成芯片裂損或溢膠問(wèn)題，芯片與散熱片接著時(shí)不會(huì)受限于粘著材料的設(shè)置，避免粘著材料影響芯片散熱效率；同時(shí)粘著材料不會(huì)殘留在半導(dǎo)體封裝件表面，避免殘留的粘著材料影響外觀及增加移除步驟及成本，散熱片與芯片粘接的作業(yè)沒(méi)有高度控制的顧慮，所以可降低封裝成本及提高優(yōu)良率。


圖1是美國(guó)專(zhuān)利第5,726,079號(hào)的半導(dǎo)體封裝件剖面示意圖；圖2A至圖2C是美國(guó)專(zhuān)利第6,458,626號(hào)的半導(dǎo)體封裝件剖面示意圖；圖3是美國(guó)專(zhuān)利第6,444,498號(hào)的半導(dǎo)體封裝件剖面示意圖；圖4A至圖4C是美國(guó)專(zhuān)利第6,699,731號(hào)的半導(dǎo)體封裝件剖面示意圖；圖5A至圖5G是本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法實(shí)施例1的剖面示意圖；圖6A是本發(fā)明實(shí)施例1的散熱型封裝結(jié)構(gòu)中強(qiáng)化散熱片與封裝膠體接合的剖面示意圖；圖6B是本發(fā)明實(shí)施例1的散熱型封裝結(jié)構(gòu)中在散熱片上增設(shè)散熱結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖7A至圖7G是本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法實(shí)施例2的剖面示意圖；圖8A是本發(fā)明實(shí)施例2的散熱型封裝結(jié)構(gòu)中強(qiáng)化散熱片與封裝膠體接合的剖面示意圖；圖8B是本發(fā)明實(shí)施例2的散熱型封裝結(jié)構(gòu)中在散熱片上增設(shè)散熱結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；以及圖9A及圖9B是應(yīng)用本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法所形成的實(shí)施例3的封裝結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1請(qǐng)參閱圖5A至圖5H，它是本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法實(shí)施例1的制造流程示意圖。
如圖5A所示，首先，提供一矩陣式基板模塊片50A，該基板模塊片50A由多個(gè)基板單元50以陣列方式排列構(gòu)成。該基板單元50各具有一上表面500、一下表面501，并開(kāi)設(shè)有一貫穿的開(kāi)孔502。其中該基板單元50除了以陣列方式排列外，也可以直線(xiàn)方式排列，且如制程條件許可也可采用單顆基板單元方式進(jìn)行。
如圖5B所示，在各基板單元50的上表面500上預(yù)設(shè)位置處，通過(guò)例如銀膠的粘著層55將芯片51的主動(dòng)面51a接置其上，并使該芯片51封閉住該開(kāi)孔502的一端，再以多條金線(xiàn)52通經(jīng)該開(kāi)孔502，分別焊接至該芯片51的主動(dòng)面51a及基板單元50的下表面501上，使該芯片51電線(xiàn)連接至該基板單元50。該焊線(xiàn)制程(Wire Bonding)與現(xiàn)有技術(shù)相同，故在此不贅述。
如圖5C所示，另在例如是膠片的接口層54上接置具有鏤空結(jié)構(gòu)530的散熱片53，該散熱片53的鏤空結(jié)構(gòu)530位置對(duì)應(yīng)于芯片51位置，且該散熱片53鏤空結(jié)構(gòu)530的尺寸大于半導(dǎo)體芯片51的尺寸，將該附有接口層54的散熱片53借由該接口層54，粘著在該半導(dǎo)體芯片51非主動(dòng)面51b上，且使該半導(dǎo)體芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)530中，供后續(xù)該芯片51非主動(dòng)面51b完全顯露在該鏤空結(jié)構(gòu)530，避免在芯片51與散熱片53間設(shè)置粘著層所產(chǎn)生的熱阻影響，同時(shí)增加芯片51直接與大氣接觸的面積，增加了散熱效率。
該散熱片53可由銅、鋁、銅合金或鋁合金等金屬材料制成，且其鏤空結(jié)構(gòu)530可以是任意形狀，只需能夠收納該半導(dǎo)體芯片51，另外該散熱片53的大小必須能夠完全遮覆住通過(guò)芯片51與其相接的基板單元50，也就是該散熱片53的側(cè)邊要延伸出任何一個(gè)位于外側(cè)基板單元50的側(cè)邊503(如圖5A中虛線(xiàn)所示)。
該接口層54可例如是以聚酰亞胺(Polyimide)為底材的膠片(P.I.tape)，或以金屬(如銅、鋁)為底材的金屬貼片，或以高耐熱有機(jī)材(如FR4、BT)為底材的貼片，或以高耐熱紙材為底材的紙貼片，其中，該接口層54與包覆芯片51用的封裝膠體間的粘接性，需大于散熱片53頂面與該接口層54間的粘接性及芯片非主動(dòng)面51b與該接口層54間的粘接性，且使該接口層54與散熱片53間的粘接性，小于該散熱片53與封裝膠體間的粘接性。
如圖5D所示，將該結(jié)合有接口層54、具有鏤空結(jié)構(gòu)530的散熱片53、芯片51及基板模塊片50A的結(jié)構(gòu)體置入封裝模具的模穴(未標(biāo)出)中，進(jìn)行模壓作業(yè)，形成包覆該附有接口層54的散熱片53、芯片51及金線(xiàn)52的封裝膠體57。由于該結(jié)構(gòu)體的高度使散熱片53上的接口層54與模穴的頂壁間有一適當(dāng)?shù)木嚯x，故在封裝模具合模后，芯片51不會(huì)受到封裝模具或散熱片53的壓力，所以不會(huì)裂損，且散熱片53與芯片51的粘接也不需要精確控制高度，因此可有效提高制成品的優(yōu)良率與可靠性。
如圖5E所示，在基板模塊片50A的各基板單元50的下表面501上植接多個(gè)例如焊球58的導(dǎo)電元件，該芯片51通過(guò)焊球58與外界裝置形成電性連接關(guān)系。該焊球58的植接是以現(xiàn)有的植球方式完成，所以不另贅述。另外，該例如焊球58的導(dǎo)電元件的設(shè)置也可在后續(xù)完成基板單元切割制程后再進(jìn)行。
如圖5F所示，進(jìn)行切割制程，它是以卡具(未標(biāo)出)真空吸附住完成植球的半成品在接口層54上形成的封裝膠體57，使切單作業(yè)進(jìn)行過(guò)程中及完成后，經(jīng)過(guò)切單后的各半成品仍能吸附在卡具上。由于該接口層54上封裝膠體57可借由該接口層54與該散熱片53粘接，所以切單作業(yè)進(jìn)行時(shí)，該封裝膠體57不會(huì)與半成品的其余部分脫離。
該切單作業(yè)可去除完成模壓制程后封裝組件四周非電性作用部分，借以構(gòu)成各個(gè)封裝單元，同時(shí)使該散熱片的側(cè)面531外露出所形成的封裝膠體57，并與該封裝膠體57的側(cè)面571切齊，令該散熱片53的側(cè)面531上不會(huì)有溢膠產(chǎn)生，且該散熱片53與基板單元50具有相同的面積，散熱片53與封裝模具的模穴大小也不需要精確的配合。同時(shí)，各該散熱片53與芯片51的接合是以批次方式完成，所以可簡(jiǎn)化制程，減少耗時(shí)及降低成本。
如圖5G所示，進(jìn)行各切單后半成品的接口層54及殘留在該接口層54上的封裝膠體57的去除作業(yè)。利用該散熱片53與接口層54間的粘接性及芯片非主動(dòng)面51b與接口層54間的粘接性，小于該接口層54與形成在接口層54上的封裝膠體57間的粘接性的特性，在剝離殘留其上的封裝膠體57時(shí)，該接口層54會(huì)同時(shí)脫離散熱片53；同時(shí)，由于散熱片53與封裝膠體57間的粘接性還大于接口層54與散熱片53間的粘接性，所以將該接口層54從散熱片53上去除時(shí)，不會(huì)影響到散熱片53與封裝膠體57間的粘接，也不會(huì)在散熱片53及封裝膠體57上殘留任何粘著材料，使該散熱片53可外露出該封裝膠體57直接與大氣接觸，同時(shí)使半導(dǎo)體芯片51的非主動(dòng)面51b能夠完全顯露在該散熱片53的鏤空結(jié)構(gòu)530中，避免芯片51與散熱片53間粘著層的熱阻影響，另增加芯片51直接與大氣接觸的面積，增加了散熱效率，同時(shí)無(wú)須進(jìn)行任何去除溢膠及殘留粘著材料的處理，可降低封裝成本并確保制成的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)外觀的良好。此外，由于該半導(dǎo)體芯片51可收納在散熱片53的鏤空結(jié)構(gòu)530中，這樣就可以提供更為輕薄短小的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)。
再請(qǐng)參閱圖6A所示，為了提高散熱片53與封裝膠體57間的接著力，可在該散熱片53與封裝膠體57接觸的部分形成表面凹凸的不平整結(jié)構(gòu)60及/或進(jìn)行黑化處理。另外，本發(fā)明也可在該散熱片53上借由導(dǎo)熱的粘著層62接置散熱結(jié)構(gòu)61(如圖6B所示)，并使該散熱結(jié)構(gòu)61延伸接觸到該半導(dǎo)體芯片51顯露在該散熱片53鏤空結(jié)構(gòu)530中的非主動(dòng)面51b上，借由該散熱結(jié)構(gòu)61逸散芯片51運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)的熱量。
實(shí)施例2請(qǐng)參閱圖7A至圖7G，它是本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法實(shí)施例2的制造流程示意圖。本發(fā)明實(shí)施例2的制程與實(shí)施例1大致相同，主要差異是實(shí)施例2中半導(dǎo)體芯片是以倒裝片式方式接置并電性連接至基板上。
如圖7A所示，首先，提供一矩陣式基板模塊片70A，該基板模塊片70A由多個(gè)基板單元70以陣列方式排列構(gòu)成。該基板單元70各具有一上表面700、一下表面701。其中該基板單元70除了以陣列方式排列外，也可以直線(xiàn)方式排列，且如制程條件許可也可采用單顆基板單元方式進(jìn)行。
如圖7B所示，在各基板單元70的上表面700上預(yù)設(shè)位置處，將半導(dǎo)體芯片71以倒裝片方式通過(guò)接置導(dǎo)電凸塊72，以其主動(dòng)面71a接置并電性連接至該基板單元70。另外還可在該倒裝片式芯片71與基板單元70間進(jìn)行倒裝片底部填膠(未標(biāo)出)。該倒裝片制程與現(xiàn)有技術(shù)相同，故在此不再贅述。
如圖7C所示，另在一例如是膠片的接口層74上接置一具有鏤空結(jié)構(gòu)730的散熱片73，該散熱片73的鏤空結(jié)構(gòu)730位置對(duì)應(yīng)于芯片71位置，且該散熱片73鏤空結(jié)構(gòu)730的尺寸大于半導(dǎo)體芯片71的尺寸，將該附有接口層74的散熱片73借由該接口層74粘著在該半導(dǎo)體芯片71非主動(dòng)面71b上，且使該半導(dǎo)體芯片71收納在該鏤空結(jié)構(gòu)730中，供后續(xù)該芯片71非主動(dòng)面71b完全顯露在該鏤空結(jié)構(gòu)730，避免在芯片71與散熱片53間設(shè)置粘著層所產(chǎn)生的熱阻影響，同時(shí)增加芯片71直接與大氣接觸的面積，增加了散熱效率。
該散熱片73可由銅、鋁、銅合金或鋁合金等金屬材料制成，且其鏤空結(jié)構(gòu)730可以是任意形狀，只需能夠收納該半導(dǎo)體芯片71，另外該散熱片73的大小要能夠完全遮覆住通過(guò)芯片71與其相接的基板單元70，也就是該散熱片73的側(cè)邊須延伸出任何一個(gè)位于外側(cè)的基板單元70的側(cè)邊703(如圖7A中虛線(xiàn)所示)。
該接口層74可例如是以聚酰亞胺(Polyimide)為底材的膠片(P.I.tape)，或以金屬(如銅、鋁)為底材的金屬貼片，或以高耐熱有機(jī)材(如FR4、BT)為底材的貼片，或以高耐熱紙材為底材的紙貼片。其中，該接口層74與包覆芯片71用的封裝膠體間的粘接性，需大于散熱片73的頂面與該接口層74間的粘接性及芯片非主動(dòng)面71b與該接口層74間的粘接性，且使該接口層74與散熱片73間的粘接性小于該散熱片73與封裝膠體間的粘接性。
如圖7D所示，將該結(jié)合有接口層74、具有鏤空結(jié)構(gòu)730的散熱片73、芯片71及基板模塊片70A的結(jié)構(gòu)體置入封裝模具的模穴(未標(biāo)出)中，進(jìn)行模壓作業(yè)，形成包覆該附有接口層74的散熱片73、芯片71及導(dǎo)電凸塊72的封裝膠體77。由于該結(jié)構(gòu)體的高度使散熱片73上的接口層74與模穴頂壁之間有一適當(dāng)?shù)木嚯x，所以在封裝模具合模后，芯片71不會(huì)遭受封裝模具或散熱片73的壓力，所以不會(huì)有裂損，且散熱片73與芯片71的粘接也不需要精確地控制高度，所以可有效提高制成品的優(yōu)良率與可靠性。
如圖7E所示，在基板模塊片70A的各基板單元70的下表面701上植接多個(gè)例如焊球78的導(dǎo)電元件，供該芯片71通過(guò)這些焊球78與外界裝置形成電性連接關(guān)系。該焊球78的植接是以現(xiàn)有植球方式完成的，所以不另贅述。另外，例如焊球78的導(dǎo)電元件的設(shè)置也可在后續(xù)完成基板單元切割制程后再進(jìn)行。
如圖7F所示，進(jìn)行切割制程，它是以卡具(未標(biāo)出)真空吸附住植球完成的半成品在接口層74上所形成的封裝膠體77，使切單作業(yè)進(jìn)行過(guò)程中及完成后，經(jīng)過(guò)切單后的各半成品仍能吸附在卡具上。由于該接口層74上的封裝膠體77借由該接口層74與該散熱片73粘接，所以切單作業(yè)進(jìn)行時(shí)，該封裝膠體77不會(huì)與半成品的其余部分脫離。
經(jīng)過(guò)切單后該散熱片的側(cè)面731外露出所形成的封裝膠體77，并與該封裝膠體77的側(cè)面771切齊，該散熱片73的側(cè)面731上不會(huì)有溢膠的產(chǎn)生，且該散熱片73與基板單元70具有相同的面積，散熱片73與封裝模具的模穴大小也不需要精準(zhǔn)地配合。同時(shí)，各該散熱片73與芯片71的粘接是以批次方式完成，所以可簡(jiǎn)化制程，減少耗時(shí)及降低成本。
如圖7G所示，進(jìn)行各切單后半成品的接口層74及殘留在該接口層74上的封裝膠體77的去除作業(yè)。利用該散熱片73與接口層74間的粘接性及芯片非主動(dòng)面71b與接口層74間的粘接性小于該接口層74與形成在接口層74上的封裝膠體77間的粘接性的特性，在剝離殘留其上的封裝膠體77時(shí)，該接口層74可同時(shí)脫離散熱片73；同時(shí)，由于散熱片73與封裝膠體77間的粘接性還大于接口層74與散熱片73間的粘接性，所以將該接口層74從散熱片73上去除時(shí)，不會(huì)影響到散熱片73與封裝膠體77之間的粘接，也不會(huì)在散熱片73及封裝膠體77上殘留任何粘著材料，使該散熱片73外露出該封裝膠體77，直接與大氣接觸，同時(shí)使半導(dǎo)體芯片71的非主動(dòng)面71b完全顯露在該散熱片73的鏤空結(jié)構(gòu)730，避免芯片71與散熱片73間粘著層的熱阻影響，另增加芯片71直接與大氣接觸的面積，增加了散熱效率，同時(shí)無(wú)須進(jìn)行任何去除溢膠及殘留粘著材料的處理，可降低封裝成本并確保制成的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)外觀的良好。此外，由于該半導(dǎo)體芯片71可收納在散熱片73的鏤空結(jié)構(gòu)730中，因此可進(jìn)一步提供更輕薄短小的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)參閱圖8A，為了提高散熱片73與封裝膠體77間的接著力，可在該散熱片73上與封裝膠體77接觸的部分形成有表面凹凸的不平整結(jié)構(gòu)80及/或進(jìn)行黑化處理。另外，本發(fā)明也可在該散熱片73上借由導(dǎo)熱的粘著層82接置散熱結(jié)構(gòu)81(如圖8B所示)，并使該散熱結(jié)構(gòu)81延伸接觸到該半導(dǎo)體芯片71顯露在該散熱片73鏤空結(jié)構(gòu)730的非主動(dòng)面71b上，借該散熱結(jié)構(gòu)81逸散芯片71運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量。
實(shí)施例3請(qǐng)參閱圖9A，它是參照本發(fā)明上述散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法制成的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)實(shí)施例3的剖面示意圖。本發(fā)明的該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)是由相似于制備實(shí)施例1及實(shí)施例2半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法制成的，該結(jié)構(gòu)包括芯片載體、半導(dǎo)體芯片、封裝膠體以及散熱片。其不同處在于，本實(shí)施例3的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)是以QFN導(dǎo)線(xiàn)架90作為半導(dǎo)體芯片91的芯片載體，將半導(dǎo)體芯片91以倒裝片方式接置并電性連接至該QFN導(dǎo)線(xiàn)架的管腳90a上，供后續(xù)經(jīng)由該導(dǎo)腳90a電性連接至外部裝置，且使該芯片91能夠收納在散熱片93的鏤空結(jié)構(gòu)930中，其中由于該芯片91的尺寸小于該鏤空結(jié)構(gòu)930的尺寸，可供該芯片的非主動(dòng)面91b完全顯露在該散熱片93的鏤空結(jié)構(gòu)930中，另在該散熱片93與QFN導(dǎo)線(xiàn)架90間形成包覆該半導(dǎo)體芯片的封裝膠體97，同時(shí)令管腳90a的底面及側(cè)面均外露出該封裝膠體97，以及使該散熱片93的側(cè)面外露出所形成的封裝膠體97，并與該封裝膠體97的側(cè)面切齊。
另請(qǐng)參閱圖9B，本發(fā)明也可在該散熱片93上與封裝膠體97接觸的部分形成有表面凹凸的不平整結(jié)構(gòu)93a及/或進(jìn)行黑化處理，以提高散熱片93與封裝膠體97間的接著力；另可在該散熱片97上借由一導(dǎo)熱的粘著層接置散熱結(jié)構(gòu)93b，并使該散熱結(jié)構(gòu)93b延伸接觸到該半導(dǎo)體芯片91顯露該散熱片93鏤空結(jié)構(gòu)930的非主動(dòng)面91b上，借由該散熱結(jié)構(gòu)93b逸散芯片91運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量。
因此，本發(fā)明的散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法主要是將芯片的主動(dòng)面接著并電性連接至芯片載體，另將具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片與接口層相互接著，使該接口層封閉住該散熱片鏤空結(jié)構(gòu)的一側(cè)，而后將附有散熱片的接口層粘著在該芯片的非主動(dòng)面上，且該芯片的尺寸小于該散熱片鏤空結(jié)構(gòu)的尺寸，使該芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中，供后續(xù)該芯片非主動(dòng)面完全顯露在該鏤空結(jié)構(gòu)，避免芯片與散熱片間粘著層的熱阻影響，同時(shí)增加芯片直接與大氣接觸的面積，增加了散熱效率，接著即可進(jìn)行模壓制程，利用封裝膠體完整包覆住位于該芯片載體上的半導(dǎo)體芯片及接著有接口層的散熱片，再進(jìn)行切割制程，去除先前進(jìn)行封裝制程時(shí)封裝組件四周非電性作用部分，接著移除該散熱片上的封裝膠體，通過(guò)該接口層與封裝膠體的接著力大于其與散熱片及與芯片非主動(dòng)面的接著力，因此可同時(shí)移除該接口層及該接口層上的封裝膠體，不會(huì)有接口層殘留在散熱件及芯片非主動(dòng)面上，直接外露出該散熱片并使該半導(dǎo)體芯片非主動(dòng)面顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)中，如此芯片可直接與大氣接觸，增加了散熱效率。此外，本發(fā)明中的封裝件是以批次方式完成的，可簡(jiǎn)化制程，減少封裝的耗時(shí)以及降低成本，且不會(huì)在模壓制程中造成芯片裂損或溢膠問(wèn)題，也就不會(huì)影響到制成品的外觀及增加移除步驟及成本，散熱片與芯片粘接的作業(yè)不需要進(jìn)行高度方面的控制，所以可降低封裝成本及提高優(yōu)良率。
權(quán)利要求
1.一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該制法包括將半導(dǎo)體芯片的主動(dòng)面接置并電性連接在芯片載體上，另在一接口層上接著具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，且該鏤空結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于芯片位置，將該附有散熱片的接口層接著在該半導(dǎo)體芯片的非主動(dòng)面上，并使該半導(dǎo)體芯片能夠收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中；進(jìn)行封裝模壓制程，利用封裝膠體完整包覆住位于該芯片載體上的半導(dǎo)體芯片及該附有接口層的散熱片；進(jìn)行切割制程，去除完成封裝模壓制程后封裝組件四周非電性作用部分，顯露出該散熱片側(cè)邊；以及移除該接口層及位于該接口層上的封裝膠體，外露出該散熱片，并使該半導(dǎo)體芯片非主動(dòng)面完全顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)中。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該接口層與封裝膠體的粘接性大于該接口層與散熱片間及該接口層與芯片非主動(dòng)面間的粘接性，且該接口層與散熱片間的粘接性小于該散熱片與該封裝膠體間的粘接性。
3.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該接口層是以聚酰亞胺為底材的膠片、以金屬為底材的金屬貼片、以高耐熱有機(jī)材為底材的貼片以及以高耐熱紙材為底材的紙貼片中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該接口層與該散熱片間的粘接性應(yīng)保證在進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，該散熱片與該接口層不會(huì)分離。
5.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該芯片載體是基板或?qū)Ь€(xiàn)架中的一種，且其形態(tài)是采用矩陣式排列、直線(xiàn)排列或單顆形態(tài)中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該芯片是以焊線(xiàn)或倒裝片其中的一種方式電性連接到該芯片載體。
7.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該散熱片與封裝膠體接觸處可選擇性地形成凹凸結(jié)構(gòu)及黑化處理層。
8.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，經(jīng)切割后該散熱片的側(cè)面外露出所形成的封裝膠體，并與該封裝膠體的側(cè)面切齊。
9.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該制法還包括在該散熱片上借由導(dǎo)熱粘著層接置散熱結(jié)構(gòu)，并使該散熱結(jié)構(gòu)延伸接觸到該半導(dǎo)體芯片顯露在該散熱片鏤空結(jié)構(gòu)的非主動(dòng)面。
10.如權(quán)利要求1所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該芯片載體沒(méi)有接置半導(dǎo)體芯片的表面上設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)電元件，該芯片通過(guò)這些導(dǎo)電元件與外界裝置形成電性連接關(guān)系。
11.一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該制法包括準(zhǔn)備一矩陣式芯片載體模塊片，該芯片載體模塊片由多個(gè)呈陣列方式排列的芯片載體構(gòu)成；接置至少一個(gè)芯片在各該芯片載體的預(yù)設(shè)位置處，并使該芯片電性連接至該芯片載體；另在一接口層上接著具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，將該附有散熱片的接口層接著在該半導(dǎo)體芯片的非主動(dòng)面上，并使該半導(dǎo)體芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中；形成封裝膠體，包覆該附有散熱片的接口層及該芯片；進(jìn)行切單作業(yè)，形成個(gè)別半導(dǎo)體封裝件的半成品；以及去除形成在該接口層上的封裝膠體及該接口層。
12.如權(quán)利要求11所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該接口層與封裝膠體的粘接性大于該接口層與散熱片間及該接口層與芯片非主動(dòng)面間的粘接性，且該接口層與散熱片間的粘接性小于該散熱片與該封裝膠體間的粘接性。
13.如權(quán)利要求11所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)制法，其特征在于，該散熱片的面積能夠完全遮覆住該芯片載體模塊片的芯片載體。
14.一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括芯片載體；具有主動(dòng)面及相對(duì)非主動(dòng)面的半導(dǎo)體芯片，其主動(dòng)面接置并電性連接至該芯片載體上；封裝膠體，形成在該芯片載體上，用于包覆該半導(dǎo)體芯片，使該芯片的非主動(dòng)面顯露于封裝膠體；以及具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，接置在封裝膠體上，供該芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中，使該芯片非主動(dòng)面同時(shí)完全顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯片載體是基板或?qū)Ь€(xiàn)架中的一種，且其形態(tài)是采用矩陣式排列、直線(xiàn)排列或單顆形態(tài)中的一種。
16.如權(quán)利要求14所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯片是以焊線(xiàn)或倒裝片中的一種方式電性連接至該芯片載體。
17.如權(quán)利要求14所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱片的側(cè)面外露出所形成的封裝膠體，并與該封裝膠體的側(cè)面切齊。
18.如權(quán)利要求14所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該散熱片與封裝膠體接觸處選擇性地形成有凹凸結(jié)構(gòu)及黑化處理層。
19.如權(quán)利要求14所述的散熱型封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)還包括形成在該散熱片上的散熱結(jié)構(gòu)，且該散熱結(jié)構(gòu)延伸接觸到該半導(dǎo)體芯片顯露在該散熱片鏤空結(jié)構(gòu)的非主動(dòng)面。
全文摘要
本發(fā)明是一種散熱型封裝結(jié)構(gòu)及其制法，該散熱型封裝結(jié)構(gòu)包括芯片載體；接置并電性連接至該芯片載體的半導(dǎo)體芯片；形成在該芯片載體上，用于包覆該半導(dǎo)體芯片的封裝膠體，使該芯片的非主動(dòng)面顯露在封裝膠體以及接置在封裝膠體上的具有鏤空結(jié)構(gòu)的散熱片，供該芯片收納在該鏤空結(jié)構(gòu)中，使該芯片非主動(dòng)面同時(shí)完全顯露在該散熱片的鏤空結(jié)構(gòu)，令芯片產(chǎn)生的熱量直接逸散至外界；本發(fā)明使散熱片與芯片可直接接合以提高散熱效率，不會(huì)在模壓制程中造成芯片的裂損與溢膠，提高了成品的優(yōu)良率，還避免粘著材料殘留在半導(dǎo)體封裝件表面，同時(shí)簡(jiǎn)化制程、減少封裝的耗時(shí)，降低成本以及提高優(yōu)良率。
文檔編號(hào)H01L23/31GK1779931SQ200410091408
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者黃建屏, 蕭承旭 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司