包括散熱蓋的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了包括散熱蓋的半導(dǎo)體器件。一個(gè)方面提供了半導(dǎo)體器件。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括具有下表面和上表面的半導(dǎo)體襯底，以及配置為附接到半導(dǎo)體襯底的上表面的散熱蓋。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的至少一個(gè)具有延伸完全地穿過(guò)其的多個(gè)開(kāi)口。根據(jù)該方面，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括可操作為延伸穿過(guò)多個(gè)開(kāi)口并且接合半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的另一個(gè)以將半導(dǎo)體襯底和散熱蓋附接的多個(gè)緊固件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】包括散熱蓋的半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總地涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地，涉及包括散熱蓋的半導(dǎo)體器件，和用于其組裝的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱耗散對(duì)于現(xiàn)代的半導(dǎo)體器件而言是一個(gè)重要的問(wèn)題，特別是對(duì)于生成大量熱的那些半導(dǎo)體器件，諸如視頻處理半導(dǎo)體器件。本領(lǐng)域需要的是能夠適應(yīng)前述的大量熱的經(jīng)改進(jìn)的半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一個(gè)方面提供半導(dǎo)體器件。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括具有下表面和上表面的半導(dǎo)體襯底，以及配置為附接到半導(dǎo)體襯底的上表面的散熱蓋。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的至少一個(gè)具有延伸完全地穿過(guò)其的多個(gè)開(kāi)口。根據(jù)該方面，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括可操作為延伸穿過(guò)該多個(gè)開(kāi)口并且接合半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的另一個(gè)以將半導(dǎo)體襯底和散熱蓋附接的多個(gè)緊固件。
[0004]又一個(gè)方面提供用于組裝半導(dǎo)體器件的方法。在該方面中，用于組裝半導(dǎo)體器件的方法包括:1)獲得具有下表面和上表面的半導(dǎo)體襯底，2)獲得散熱蓋，其中半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的至少一個(gè)具有延伸完全地穿過(guò)其的多個(gè)開(kāi)口，3)將散熱蓋和半導(dǎo)體襯底相對(duì)于彼此放置，以及4)延伸多個(gè)緊固件穿過(guò)多個(gè)開(kāi)口以接合半導(dǎo)體襯底或散熱蓋中的另一個(gè)并且將半導(dǎo)體襯底和散熱蓋附接。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)下面的描述進(jìn)行參考，其中:
[0006]圖1A-1D示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例所配置的半導(dǎo)體器件的代表性實(shí)施例的各方面；
[0007]圖2A-2D示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例所配置的半導(dǎo)體器件的代表性實(shí)施例的各可替代方面；
[0008]圖3A-3D示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例所配置的半導(dǎo)體器件的可替代實(shí)施例的各方面；以及
[0009]圖4示出了用于組裝半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在描述半導(dǎo)體器件以及用于其組裝的方法的各種實(shí)施例之前，本文將一般地對(duì)半導(dǎo)體器件加以描述。
[0011]許多現(xiàn)代的半導(dǎo)體器件包括放置在半導(dǎo)體襯底的上表面上的集成電路器件。就某些半導(dǎo)體器件而言，特別是以較高的溫度運(yùn)行的那些半導(dǎo)體器件(例如視頻處理半導(dǎo)體器件)，散熱蓋布置在集成電路器件上。在大多數(shù)應(yīng)用中，散熱蓋設(shè)計(jì)為耗散由集成電路器件所生成的熱的至少一部分。然而，散熱蓋還具有幫助減輕翹曲的增加的益處。典型地，熱界面材料將集成電路芯片和散熱蓋熱耦連，這有助于來(lái)自集成電路器件和散熱蓋的熱的轉(zhuǎn)移。此外，粘合材料(例如，沿半導(dǎo)體襯底的邊緣定位)將散熱蓋附接到半導(dǎo)體襯底，從而將散熱蓋附接到半導(dǎo)體襯底。
[0012]本公開(kāi)至少部分地基于以下認(rèn)識(shí):諸如可能使用在視頻處理應(yīng)用中的高運(yùn)行溫度半導(dǎo)體器件在不久的將來(lái)將生成顯著地削弱將散熱蓋附接到半導(dǎo)體襯底的粘合劑的足量熱。例如，本公開(kāi)已認(rèn)識(shí)到的是，在某些情況下，粘合劑被削弱到失效點(diǎn)，或者散熱蓋與半導(dǎo)體襯底脫層。在這些情況下一沒(méi)有散熱蓋的熱效益-集成電路芯片非常易于熱失效。此外，具有安裝在其上的集成電路芯片的半導(dǎo)體襯底非常易于芯片翹曲。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所領(lǐng)會(huì)的，熱失效和芯片翹曲這二者都特別不令人滿(mǎn)意。
[0013]本公開(kāi)進(jìn)一步地至少部分地基于以下認(rèn)識(shí):即使在已經(jīng)應(yīng)用粘合劑之后，將來(lái)也可能存在容易地將散熱蓋從半導(dǎo)體襯底移除的需要。在該認(rèn)識(shí)內(nèi)承認(rèn)以下內(nèi)容:將散熱蓋附接到半導(dǎo)體襯底的粘合劑的使用對(duì)于該二者的隨后的分離是有問(wèn)題的。
[0014]因此，在本文中基本認(rèn)識(shí)到的是，通過(guò)包括延伸完全地穿過(guò)半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的至少一個(gè)的多個(gè)開(kāi)口，多個(gè)緊固件可延伸穿過(guò)該多個(gè)開(kāi)口以接合半導(dǎo)體襯底或散熱蓋中的另一個(gè)來(lái)將該二者附接。進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到的是，緊固件可延伸穿過(guò)延伸完全地穿過(guò)半導(dǎo)體襯底的多個(gè)開(kāi)口，并且因此接合散熱蓋，或者可替代地延伸穿過(guò)延伸完全地穿過(guò)散熱蓋的多個(gè)開(kāi)口，并且因此接合半導(dǎo)體襯底。對(duì)于從半導(dǎo)體襯底側(cè)或者散熱蓋側(cè)進(jìn)入的緊固件的需要保持差異。
[0015]在本文中還基本認(rèn)識(shí)到的是，緊固件可以保持裸露，以及或者在半導(dǎo)體襯底的下表面的下面延伸(例如，取決于實(shí)施例)厚度(t2)。對(duì)于當(dāng)前本領(lǐng)域技術(shù)人員未知的這一特征幫助減輕半導(dǎo)體襯底中的翹曲。例如，在某些實(shí)施例中，其中采用具有附接到半導(dǎo)體襯底的底部的多個(gè)球的球柵陣列，厚度(t2)可大致等于球的厚度U1X在該場(chǎng)景中，緊固件的裸露的部分可幫助阻止所近似定位的球由于置于半導(dǎo)體器件上的力而變形(例如壓碎)。
[0016]在本文中認(rèn)識(shí)到的是，對(duì)于某些半導(dǎo)體器件，有螺紋的公(male)緊固件，以及相關(guān)聯(lián)的有螺紋的母(female)構(gòu)件可以用來(lái)將散熱蓋可移除地固定到半導(dǎo)體襯底。包括有螺紋的公緊固件的等價(jià)物的其他緊固件在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。例如，可能存在其中可使用推針型緊固件(例如具有彈簧的特性)的另一個(gè)實(shí)施例。可能存在其中可使用另一種摩擦型緊固件的另一個(gè)實(shí)施例。取決于所選擇的設(shè)計(jì)，有螺紋的母構(gòu)件可定位于散熱蓋或半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
[0017]基于前述認(rèn)識(shí)而認(rèn)識(shí)到的是，在某些實(shí)施例中，散熱蓋和半導(dǎo)體襯底可以彼此固定而無(wú)需使用任何粘合材料。因此，這種器件將不經(jīng)歷上文所論述提出的脫層，并且將進(jìn)一步地當(dāng)需要時(shí)提供該二者的容易得多的分離。
[0018]圖1A-1D示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例所配置的半導(dǎo)體器件100的代表性實(shí)施例的各方面。具體地，圖1A示出了半導(dǎo)體器件100的向下的等距視圖(例如，具有上表面的局部剖視圖)。圖1B示出了半導(dǎo)體器件100的向上的等距視圖。圖1C示出了沿圖1A的線(xiàn)C-C的半導(dǎo)體器件100的剖視圖。圖1D示出了圖1C的區(qū)域D的分解圖。當(dāng)參考本文中的附圖時(shí)，同樣的特征使用同樣的參考標(biāo)志符指代。[0019]在圖1A-1D中示出的半導(dǎo)體器件100最初包括半導(dǎo)體襯底110。在示出的實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底110包括下表面和上表面。半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全理解半導(dǎo)體襯底110可包括當(dāng)前公知的、或者此后所發(fā)現(xiàn)的用作半導(dǎo)體器件中的襯底的任何材料。例如，在示出的實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底110包括印刷電路板(PCB)材料。然而，半導(dǎo)體襯底110不應(yīng)受限于所討論的PCB材料。
[0020]至少在示出的實(shí)施例中，包括多個(gè)球115的球柵陣列定位于半導(dǎo)體襯底110的下表面。本領(lǐng)域技術(shù)人員領(lǐng)會(huì)該多個(gè)球115的目的和制造。在一個(gè)特定實(shí)施例中，球柵陣列中的球115的每一個(gè)具有厚度U1X厚度U1)可基于半導(dǎo)體器件100的設(shè)計(jì)而大大改變。
[0021]進(jìn)一步關(guān)于圖1A-1D，在該實(shí)施例中，散熱蓋120放置在半導(dǎo)體襯底110上并且附接到半導(dǎo)體襯底110。散熱蓋120可包括任何材料，以及呈現(xiàn)為任何形狀，其與本公開(kāi)的各方面一致。例如，在示出的實(shí)施例中，散熱蓋120包括鋁。然而，在其他實(shí)施例中，散熱蓋120可包括不同的導(dǎo)熱材料。
[0022]根據(jù)本公開(kāi)，散熱蓋120可包括其中的腔125。如圖1D所示，腔125由距離(屯)所定義。根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，距離(Cl1)可從大約Imm變化到大約10mm。然而，其他距離(Cl1)(例如，超過(guò)所列出的那些距離)在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
[0023]進(jìn)一步關(guān)于圖1A-1D，多個(gè)開(kāi)口 130延伸完全地穿過(guò)半導(dǎo)體襯底110。在示出的實(shí)施例中，定位于半導(dǎo)體器件100的四個(gè)相對(duì)角的四個(gè)開(kāi)口 130延伸完全地穿過(guò)半導(dǎo)體襯底110。雖然在圖1A-1D的實(shí)施例中示出四個(gè)開(kāi)口 130，但是可以使用兩個(gè)或兩個(gè)以上開(kāi)口的任何組合并且仍然在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
[0024]進(jìn)一步關(guān)于圖1A-1D，多個(gè)緊固件140穿過(guò)半導(dǎo)體襯底110中的開(kāi)口 130從半導(dǎo)體襯底110的底面延伸，并且接合散熱蓋120。這樣做時(shí)，多個(gè)緊固件140將散熱蓋120附接到半導(dǎo)體襯底HO。根據(jù)本公開(kāi)，多個(gè)緊固件140可包括許多不同的緊固件，只要他們可延伸穿過(guò)半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的至少一個(gè)中的開(kāi)口并且接合散熱蓋或者半導(dǎo)體襯底中的另一個(gè)。
[0025]在示出的實(shí)施例中，多個(gè)緊固件140是有螺紋的公緊固件。例如，可使用具有從大約Imm變化到大約5mm的長(zhǎng)度的有螺紋的公緊固件。此外，有螺紋的公緊固件可具有從大約Imm變化到大約3mm的螺紋直徑，以及從大約Imm變化到大約3mm的頭直徑,等等。然而，本公開(kāi)不應(yīng)受限于任何具體的有螺紋的公緊固件大小。
[0026]在圖1A-1D的示出的實(shí)施例中，緊固件140接合與散熱蓋120相關(guān)聯(lián)的有螺紋的母構(gòu)件。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，有螺紋的母構(gòu)件可以集成到散熱蓋120的內(nèi)表面中。在另一個(gè)相關(guān)實(shí)施例中，有螺紋的母構(gòu)件可以是延伸到散熱蓋120中并且可能穿過(guò)散熱蓋120的有螺紋的開(kāi)口。在示出的實(shí)施例中，有螺紋的母構(gòu)件阻止緊固件140延伸完全地穿過(guò)散熱蓋120。然而，正如剛才所述，存在其中有螺紋的母構(gòu)件允許緊固件140延伸完全地穿過(guò)并且甚至超出散熱蓋120的其他實(shí)施例。在示出的實(shí)施例中，有螺紋的母構(gòu)件與散熱蓋120的非腔部分(例如，外圍部分)相關(guān)聯(lián)。因此，至少在該實(shí)施例中，有螺紋的母構(gòu)件與腔125橫向地偏移。
[0027]具體關(guān)于圖1D，緊固件140的一部分可以沿半導(dǎo)體襯底110的下表面裸露?？尚纬捎新菁y的公緊固件的頭的至少一部分的裸露的部分可以具有裸露的厚度(t2)。裸露的厚度(t2)可基于半導(dǎo)體器件100的設(shè)計(jì)而大大改變。然而，在一個(gè)實(shí)施例中裸露的厚度(t2)大致等于或在另一個(gè)實(shí)施例中僅略微小于球115的厚度U1X因此，在一個(gè)實(shí)施例中，厚度Ct2)的值從厚度U1)的值的大約95%變化到大約100%。
[0028]如圖1A-1D進(jìn)一步所示，半導(dǎo)體器件100可以附加地包括集成電路芯片150。根據(jù)本公開(kāi)，集成電路芯片150可包括任何集成電路芯片。然而，本公開(kāi)特別有益于高運(yùn)行溫度集成電路芯片，諸如視頻處理芯片。將集成電路芯片150熱耦連到散熱蓋120的可以是熱界面材料160。能夠幫助熱從集成電路芯片160轉(zhuǎn)移的任何熱界面材料160在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。
[0029]相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的是，雖然依據(jù)描述本發(fā)明的實(shí)施例必要的部件論述了半導(dǎo)體器件100，但是其是各式各樣配置和復(fù)雜性的半導(dǎo)體器件的代表。
[0030]簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)到圖2A-2D，示出了根據(jù)本公開(kāi)的原理所制造的半導(dǎo)體器件200的可替代實(shí)施例。除了半導(dǎo)體器件200的緊固件240延伸完全地穿過(guò)散熱蓋120外，半導(dǎo)體器件200大致與半導(dǎo)體器件100相似。與相對(duì)的圖1A-1D對(duì)比，當(dāng)查看散熱蓋120的上表面時(shí)緊固件240的一部分顯現(xiàn)。
[0031]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3A-3D，示出了根據(jù)本公開(kāi)的原理所制造的半導(dǎo)體器件300的又一個(gè)可替代實(shí)施例。半導(dǎo)體器件300與圖1A-1D的半導(dǎo)體器件100非常相似。然而，除了其他可能的差異，圖3A-3D的半導(dǎo)體器件300包括延伸完全地穿過(guò)散熱蓋120的多個(gè)開(kāi)口 310。在該實(shí)施例中，與圖1A-1D中的相對(duì)的配置對(duì)比，多個(gè)緊固件320延伸穿過(guò)散熱蓋120中的開(kāi)口 310以接合半導(dǎo)體襯底110。
[0032]在示出的實(shí)施例中，緊固件320的頂面大致與散熱蓋120的頂面齊平。相反地，至少在該實(shí)施例中，緊固件320的底面延伸超出半導(dǎo)體襯底110的下表面厚度(t2)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，厚度(t2)大致等于或者略微小于球115的厚度U1X然而，存在其中緊固件320的頂面不與散熱蓋120的頂面齊平(例如，其延伸或者高于或者低于散熱蓋120的頂面)的其他實(shí)施例。還可存在附加的實(shí)施例，其中緊固件320的底面延伸穿過(guò)半導(dǎo)體襯底110，但仍然保持與其底面齊平，或者僅一部分延伸到半導(dǎo)體襯底110中。這種實(shí)施例目前未示出，但當(dāng)考慮到本公開(kāi)時(shí)本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解。
[0033]圖4是用于組裝半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖400。用于組裝半導(dǎo)體器件的方法起始于開(kāi)始步驟410并且繼續(xù)到其中獲得具有下表面和上表面的半導(dǎo)體襯底的步驟420。在步驟430，獲得散熱蓋。對(duì)于步驟420和430不存在具體次序。因此，步驟430可在步驟420之前、之后或者與其同時(shí)發(fā)生，反之亦然。分別在步驟420和430所獲得的半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的至少一個(gè)具有延伸完全地穿過(guò)其的多個(gè)開(kāi)口。在隨后的步驟440，將散熱蓋和半導(dǎo)體襯底相對(duì)于彼此放置，并且在步驟450，多個(gè)緊固件穿過(guò)多個(gè)開(kāi)口延伸以接合半導(dǎo)體襯底或者散熱蓋中的另一個(gè)。在該步驟450，散熱蓋附接到半導(dǎo)體襯底。方法結(jié)束于停止步驟460。
[0034]本申請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的是，可對(duì)所描述的實(shí)施例做出其他和進(jìn)一步的增加、刪除、替換和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體襯底，其具有下表面和上表面； 散熱蓋，其配置為附接到所述半導(dǎo)體襯底的所述上表面，其中所述半導(dǎo)體襯底或者所述散熱蓋中的至少一個(gè)具有延伸完全地穿過(guò)其的多個(gè)開(kāi)口 ；以及 多個(gè)緊固件，其可操作為延伸穿過(guò)所述多個(gè)開(kāi)口并且接合所述半導(dǎo)體襯底或所述散熱蓋中的另一個(gè)以將所述半導(dǎo)體襯底和所述散熱蓋附接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述多個(gè)開(kāi)口延伸完全地穿過(guò)所述半導(dǎo)體襯底，并且進(jìn)一步地，其中所述多個(gè)緊固件是可操作為延伸穿過(guò)所述半導(dǎo)體襯底并且接合所述散熱蓋的有螺紋的公緊固件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括與所述散熱蓋相關(guān)聯(lián)并且配置為接合所述有螺紋的公緊固件的有螺紋的母構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述有螺紋的公緊固件接合所述散熱蓋，使所述有螺紋的公緊固件的一部分沿所述半導(dǎo)體襯底的所述下表面裸露，其中所述有螺紋的公緊固件的所裸露的部分是所述有螺紋的公緊固件的頭的至少一部分，并且進(jìn)一步包括布置在所述半導(dǎo)體襯底的所述下表面上的球柵陣列，其中所述球柵陣列中的一個(gè)或多個(gè)球的厚度大致等于所述所裸露的部分的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括定位于所述半導(dǎo)體襯底的上表面的集成電路芯片、放置在所述集成電路芯片和所述散熱蓋之間的熱界面材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中沒(méi)有粘合材料物理地將所述半導(dǎo)體襯底和所述散熱蓋附接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述多個(gè)開(kāi)口延伸完全地穿過(guò)所述散熱蓋，并且進(jìn)一步地，其中所述多個(gè)緊固件是可操作為延伸穿過(guò)所述散熱蓋并且接合與所述半導(dǎo)體襯底相關(guān)聯(lián)的有螺紋的母構(gòu)件的有螺紋的公緊固件。
8.一種用于組裝半導(dǎo)體器件的方法，包括: 獲得具有下表面和上表面的半導(dǎo)體襯底； 獲得散熱蓋，其中所述半導(dǎo)體襯底或者所述散熱蓋中的至少一個(gè)具有延伸完全地穿過(guò)其的多個(gè)開(kāi)口； 將所述散熱蓋和半導(dǎo)體襯底相對(duì)于彼此放置；以及 延伸多個(gè)緊固件穿過(guò)所述多個(gè)開(kāi)口以接合所述半導(dǎo)體襯底或者所述散熱蓋中的另一個(gè)并將所述半導(dǎo)體襯底和所述散熱蓋附接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述多個(gè)開(kāi)口延伸完全地穿過(guò)所述半導(dǎo)體襯底，并且進(jìn)一步地，其中所述多個(gè)緊固件是可操作為延伸穿過(guò)所述半導(dǎo)體襯底并且接合與所述散熱蓋相關(guān)聯(lián)的有螺紋的母構(gòu)件的有螺紋的公緊固件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述多個(gè)開(kāi)口延伸完全地穿過(guò)所述散熱蓋，并且進(jìn)一步地，其中所述多個(gè)緊固件是可操作為延伸穿過(guò)所述散熱蓋并且接合與所述半導(dǎo)體襯底相關(guān)聯(lián)的有螺紋的母構(gòu)件的有螺紋的公緊固件。
【文檔編號(hào)】H01L21/50GK103839902SQ201310462960
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】蘇尼爾·潘迪, 權(quán)振秀, 埃爾尼·奧皮尼諾 申請(qǐng)人:輝達(dá)公司