CN100468711C - 具有散热装置的半导体封装件及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有散热装置的半导体封装件及其制法，该具有散热装置的半导体封装件包括：基板；作用芯片，接置于该基板上；接置于该作用芯片上的散热装置，该散热装置内部设有容置冷却流体的容置空间，且该散热装置设有连通该容置空间的第一开口及第二开口，容置的冷却流体吸附及逸散该作用芯片产生的热量；以及封装胶体，形成于该散热装置与基板间，包覆该作用芯片。本发明的具有散热装置的半导体封装件及其制法生产的半导体封装件具有高散热性，同时由于将散热装置有效嵌合在半导体封装件中，提升半导体封装件整体的可靠性及散热性，外接的热循环装置，有效提升散热效率。

Description

具有散热装置的半导体封装件及其制法
技术领域
本发明是关于一种半导体封装件及其制法，特别是关于一种具有散热装置的半导体封装件及其制法。
背景技术
倒装芯片球栅阵列(Flip Chip Ball Grid Array，简称FCBGA)半导体封装件是一种先进的半导体封装技术，其芯片的作用表面(即形成电子元件的表面)上植接多个焊块，该焊块焊接至基板，使芯片与基板形成电性连接关系。
现有倒装芯片式半导体封装件的散热方式，是如美国专利第5,311,402、5,637,920及6,011,304等所示，可分为二种形态，其一是将倒装芯片借由焊凸块接置在基板上并形成倒装芯片底部填充(underfill)材料，使该倒装芯片直接显露于外界进行散热；另一形态是在基板上额外接置一散热片，该散热片通常具有一平坦部及设在该平坦部周围的支撑部，使该散热片借由该支撑部架撑在基板上，并使该平坦部接触倒装芯片，且将该散热片的部分平坦部外露出包覆芯片的封装胶体，逸散倒装芯片运行时产生的热量。
上述现有倒装半导体封装件中，由于仅由直接外露出芯片或借外露部分散热片逸散芯片的热量，因此存在散热性不佳的问题，再者将散热片粘接在基板及芯片后，置入封装模具的模穴中进行封装胶体的模压作业(Molding)时，散热片的顶面必须顶抵至模穴的顶壁，避免在散热片的顶面形成溢胶(Flash)，造成制程的不便。
因此美国专利案第6,444,498号、第6458626号专利揭示一种具有散热结构的半导体封装件，主要是将散热片接置于芯片上，再由封装胶体一体封装，使散热片能够完整显露出封装胶体，使倒装芯片式半导体封装件整体的结构更稳固且改善了散热效果。
然而随着倒装芯片式半导体封装件制程技术的日趋成熟，现今如中央处理器(CPU)等产生高热量的芯片多采用倒装芯片，如美国专利案第6,444,498、6,458,626号等专利所示的单纯用散热片自然散热的技术实已不实用了，因此美国专利案第5,880,524号专利揭示一种在封装件中整合导热管盖(Heat pipe lid)的结构，针对倒装芯片半导体封装件进行散热，请参阅图1，其揭示的半导体封装件1包括：基板11、倒装芯片接置在该基板的芯片10以及接置在该基板及芯片上的盖体12，该盖体12具有第一容置空间121容置芯片10，并在该第一容置空间121上设有第二容置空间122，容设一填充冷却液的导热管120，且使该盖体12的第一容置空间121顶面1211间隔一热传导层14而粘置在该芯片10上，该盖体12上还接置一散热器13，吸收导热管120中冷却液的热量并散逸到空气中。
虽然上述整合导热管的盖体比散热片具有更好的散热效果，然而由于该具有导热管的盖体是外加粘接在基板及芯片上，因此容易产生剥离等可靠性欠佳的问题。再者，该整合导热管的盖体对于半导体封装件的散热面积仅是与芯片的接触面，仍嫌不足。
此外，美国专利案第6,525,420号专利揭示的整合导热管的半导体封装件也有相同的缺点。
因此，如何改善上述现有半导体封装件中芯片散热问题，实为业界亟待解决的课题。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，本发明的一目的在于提供一种具有散热装置的半导体封装件及其制法，使半导体封装件具有高散热性。
本发明的另一目的是提供一种具有散热装置的半导体封装件及其制法，将散热装置有效嵌合于半导体封装件中，提升半导体封装件的整体可靠性及散热性。
本发明的另一目的是提供一种具有散热装置的半导体封装件及其制法，可外接热循环装置，提升散热效能。
为达上揭目的，本发明提供一种具有散热装置的半导体封装件的制法，该具有散热装置的半导体封装件的制法包括：将作用芯片接置于基板；将散热装置接置于该作用芯片，该散热装置内部设有容置空间，以及连通该容置空间的第一开口及第二开口，且该散热装置在顶面设有一接口层；进行封装作业，形成的封装胶体盖覆该作用芯片、该散热装置以及位于该散热装置上的接口层；进行切割作业，去除完成封装制程后的非电性作用部分，并使该第一开口及第二开口外露出该封装胶体；以及移除位于该接口层上的封装胶体。
本发明还涉及一种具有散热装置的半导体封装件的制法，该具有散热装置的半导体封装件的制法包括：将作用芯片接置于基板；将散热装置接置于该作用芯片，该散热装置内部设有容置空间以及设有连通该容置空间的第一开口及第二开口；进行封装作业，形成盖覆该作用芯片及该散热装置的封装胶体；以及进行切割作业，去除完成封装制程后封装元件四周非电性作用部分，并使该第一开口及第二开口外露出该封装胶体。
通过上述制法，本发明也一种具有散热装置的半导体封装件，该具有散热装置的半导体封装件包括：基板；作用芯片，接置于该基板上；接置于该作用芯片上的散热装置，该散热装置内部设有容置冷却流体的容置空间，且该散热装置设有连通该容置空间的第一开口及第二开口，容置的冷却流体吸附及逸散该作用芯片产生的热量；以及封装胶体，形成于该散热装置与基板间，包覆该作用芯片。
该散热装置内部的容置空间可以是中空容室或折曲状的管路等。
本发明的半导体封装件还可外接至一热交换循环系统，经由循环管路分别连通该散热装置中的第一开口及第二开口，使冷却流体可经该热交换循环系统冷却后回流到该散热装置加强散热效果。
当该容置空间为中空容室时，可将该中空容室的第一或第二开口密封，接着由另一开口导入冷却液，使该中空容室充满冷却流体后再将连通外部的开口一端密封，使该散热装置内容置有冷却流体与作用芯片进行热交换。
另外在进行封装作业前，该散热装置的顶面先形成有一接口层，该接口层与封装胶体的粘结性大于该接口层与散热装置间的粘结性，且该接口层与散热装置间的粘结性小于该散热装置与该封装胶体间的粘结性。当封装及切割作业完成后，进行一去除作业，去除该接口层及位于该接口层上的封装胶体，使该散热装置的顶面外露。
在另一实施方式中，进行封装作业前，该散热装置的顶面先形成有一接口层，该接口层与该封装胶体间的粘结性是小于该散热装置与该接口层的粘结性，且该接口层的材质是具有高导热性的金属。当封装及切割作业完成后，进行一去除的作业，去除位于该接口层上的封装胶体，使该接口层保持敷设在该散热装置的顶面，加强导热效果。
本发明的具有散热装置的半导体封装件及其制法是将一作用芯片电性接置于一基板，再在该作用芯片上接置一散热装置，该散热装置内部设有容置空间，以及连通该容置空间的第一开口及第二开口，接着进行封装模压作业，使散热装置借由与封装胶体的粘结，稳固地接置于该作用芯片以及封装胶体上，且在切割作业后，使该容置空间的第一及第二开口外露，借由循环管路连通一热交换循环系统，或在该容置空间内充填冷却液并封闭该第一及第二开口，具有弹性搭配的优点。此外，本发明的具有散热装置的半导体封装件中的散热装置完整地接置于该作用芯片及封装胶体上，具有最大的热传导面积，改善了现有导热管因外加于基板上产生剥离等可靠性不佳及热能散逸不及时等问题。
本发明的具有散热装置的半导体封装件及其制法生产的半导体封装件具有高散热性，同时由于将散热装置有效嵌合在半导体封装件中，提升半导体封装件整体的可靠性及散热性，外接的热循环装置，有效提升散热效率。
附图说明
图1是美国专利第5,880,524号封装件中整合导热管盖的结构示意图；
图2A至图2F是本发明的具有散热装置的半导体封装件的制法实施例1的示意图；
图2G是本发明的具有散热装置的半导体封装件搭配一热交换循环系统的示意图；
图3是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例1的示意图；
图4是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例2的示意图；
图5A是本发明的具有散热装置的半导体封装件散热装置是一中空容室的示意图；
图5B是本发明的具有散热装置的半导体封装件搭配一散热块实施例3的示意图；
图6是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例4的示意图；
图7是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例5的示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图2A至图2F，它是本发明的具有散热装置的半导体封装件的制法实施例1的示意图。
如图2A所示，首先，将作用芯片21接置于基板20，该作用芯片21具有相对的作用面210及非作用面211，该作用面210设有矩阵状排列的导电凸块212，利用倒装芯片方式将这些导电凸块焊接并电性连接于该基板20。另在该作用芯片21与该基板20间还可填充倒装芯片底部填胶22(Underfill)以加强固着。
如图2B所示，将一散热装置23的一接触面231借导热胶(未标出)接置于该作用芯片21的非作用面211，且该散热装置23的顶面具有一接口层29，该接口层29可例如是以聚酰亚胺(Polyimide)为底材的胶片(P.I.tape)，或以金属(如铜、铝)为底材的金属贴片，或以高耐热性的有机材(如FR4、BT)为底材的贴片，也或以高耐热性纸材为底材的纸贴片，其中，该接口层29与后续用于包覆作用芯片21的封装胶体之间的粘结性需大于散热装置23与该接口层29间的粘结性，且使该接口层29与散热装置23之间的粘结性小于该散热装置23与封装胶体间的粘结性。此外，该散热装置23的平面尺寸须完整涵盖所要制成的半导体封装件的平面尺寸，即如附图中该散热装置23的平面尺寸(如虚线239、239’所示)涵盖的范围大于后续预定完成的半导体封装件的平面尺寸(如虚线203、203’所示)。
配合参阅图2C所示，该散热装置23内部设有容置空间230，以及连通该容置空间230的第一开口232及第二开口233。该容置空间230是呈折曲的管路，且该第一开口232及第二开口233可分别连通该容置空间230的对角位置。
如图2D所示，将结合有接口层29、散热装置23、作用芯片21及基板20的结构体置入封装模具的模穴(未标出)中，进行封装作业，使一封装胶体24盖覆该作用芯片21、散热装置23以及位于散热装置23上的接口层29。
如图2E图所示，沿预定形成的半导体封装件平面尺寸(如虚线203、203’所示)进行切割作业，去除完成封装制程后的非电性作用部分，并使该第一开口232及第二开口233外露出该封装胶体24，形成一封装件半成品。
如图2F所示，将切割后的封装件半成品的接口层29及残留于该接口层29上的封装胶体24去除。利用该散热装置23及接口层29间的粘结性小于该接口层29与覆盖于接口层29上的封装胶体24间的粘结性的特性，在剥除残留其上的封装胶体24时使该接口层29随之脱离散热装置23；同时，由于散热装置23与封装胶体24间的粘结性还大于接口层29与散热装置23间的粘结性，故将该接口层29从散热装置23上去除时，不会影响散热装置23与封装胶体24间的粘结，使该散热装置23能够外露出该封装胶体24，加强散热效果并确保制成的半导体封装件外观的良好。
请参阅图2G，该外露出封装胶体24的第一开口232及第二开口233即可借由循环管路3连通至一热交换循环系统31，冷却流体可经冷却后回流到该散热装置23，加强散热效果。
请参阅图3，通过上述制法，本发明也提供一种具有散热装置的半导体封装件，该具有散热装置的半导体封装件包括：基板20；作用芯片21，接置于该基板20；接置于该作用芯片21上的散热装置23，该散热装置23内部设有容置空间230，且该散热装置23设有连通该容置空间230的第一开口232及第二开口233，容置冷却流体，加强吸附及逸散该作用芯片21产生的热量；以及封装胶体24，形成于该散热装置23与基板20间，用于包覆该作用芯片21。
实施例2
请参阅图4，它是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例2的示意图。
本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例2与实施例1大致相同，主要差异在于制程中省略了设置接口层的过程，直接进行封装，使散热装置23的顶面覆盖有一层封装胶体24。
本实施例中该散热装置23的容置空间230是呈多条来回折曲的管路，后续可外接一热交换循环系统，冷却流体可经冷却后回流到该散热装置23，加强散热效果。因此散热装置23的顶面外露固然可增进散热效率，然而省略了粘贴接口层的过程可简化制程。
实施例3
请参阅图5A，它是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例3应用的散热装置示意图。
本发明的实施例3与实施例1大致相同，主要差异是在于该散热装置23的容置空间230是一中空容室，该中空容置仍具有第一开口232及第二开口233，将该第一开口232或第二开口233其中一个开口密封，并由另一个开口导入冷却流体，再将连通于外部的开口端密封，使该散热装置23内容置冷却流体，可以与作用芯片进行热交换。
还请参阅图5B，本实施例还可搭配一具有散热鳍片41的散热块4，接置在该散热装置23的顶面，散逸散热装置23吸附的热量。
实施例4
请参阅图6，它是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例4的示意图。
本发明的实施例4可由实施例1第一、实施例2或实施例3变更，其主要差异是在于：该作用芯片21是以打设焊线方式电性连接该基板20，该散热装置23具有一凸部234，接置该作用芯片21中央无焊线连接的部份。
实施例5
请参阅图7，它是本发明的具有散热装置的半导体封装件实施例5的示意图。
本发明的实施例5可由实施例1、实施例3或实施例4作变更，其主要差异是在于制程中所用的接口层29与该封装胶体24的粘结性小于该散热装置23与该封装胶体24的粘结性，故形成于该接口层29上的封装胶体24部份可轻易去除，且在去除过程中不会造成半导体封装件的损坏及该散热装置23与封装胶体24间的脱层。
本实施例所用的接口层29是一镀金层，当然，也可以是镀铬、镍或其合金等金属或特富龙等材料，只要该接口层29与封装胶体24间的粘结性小于散热装置23与封装胶体24的粘结性即可，使散热装置23在去除多余的封装化合物后，在顶面形成一层导热性高的金属层，加强散热效果，当该散热装置23的容置空间230是一中空容室时效果尤为显著。
因此，本发明的具有散热装置的半导体封装件及其制法是将一作用芯片电性接置一基板，再在该作用芯片上接置一散热装置，该散热装置内部设有容置空间，以及连通该容置空间的第一开口及第二开口，接着进行封装模压作业，使散热装置可借由与封装胶体的粘结，稳固地接置于该作用芯片以及封装胶体上，且切割作业后，可使该容置空间的第一及第二开口外露，由循环管路连通一热交换循环系统，或在该容置空间内充填冷却液并封闭该第一及第二开口，具有弹性搭配的优点。此外，本发明的具有散热装置的半导体封装件，散热装置完整地接置于该作用芯片及封装胶体上，具有最大的热传导面积，改善了现有导热管因外加于基板上产生剥离等可靠性不佳及热量散逸不及时等问题。

Claims (19)

1.一种具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该具有散热装置的半导体封装件包括：
基板；
作用芯片，接置于该基板上；
接置于该作用芯片上的散热装置，该散热装置内部设有容置冷却流体的容置空间，且该散热装置设有连通该容置空间的第一开口及第二开口，容置的冷却流体吸附及逸散该作用芯片产生的热量；以及
封装胶体，形成于该散热装置与基板间，包覆该作用芯片。
2.如权利要求1所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该具有散热装置的半导体封装件还包括在该散热装置的顶面形成一接口层，而该封装胶体盖覆于该接口层上。
3.如权利要求2所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，接口层与封装胶体间的粘结性小于散热装置与封装胶体的粘结性。
4.如权利要求1所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该容置空间是中空容室或呈折曲状管路。
5.如权利要求4所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该具有中空容室的散热装置顶面外露出该封装胶体，且该中空容室的第一开口及第二开口呈密封，使该散热装置容置中的冷却流体与该作用芯片进行热交换。
6.如权利要求4所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该具有折曲状管路的散热装置顶面是外露出该封装胶体或被该封装胶体覆盖。
7.如权利要求1所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该第一开口及第二开口连通一热交换循环系统的循环管路，冷却流体可经冷却后回流到该散热装置散逸热量。
8.如权利要求1所述的具有散热装置的半导体封装件，其特征在于，该作用芯片是以倒装芯片或焊线其中一种方式电性连接到该基板，且对应该作用芯片以焊线方式电性连接该基板时，该散热装置具有一凸部接置在该作用芯片中央无焊线连接的部份。
9.一种具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该具有散热装置的半导体封装件的制法包括：
将作用芯片接置于基板；
将散热装置接置于该作用芯片，该散热装置内部设有容置空间，以及连通该容置空间的第一开口及第二开口，且该散热装置在顶面设有一接口层；
进行封装作业，形成的封装胶体盖覆该作用芯片、该散热装置以及位于该散热装置上的接口层；
进行切割作业，去除完成封装制程后的非电性作用部分，并使该第一开口及第二开口外露出该封装胶体；以及
移除位于该接口层上的封装胶体。
10.如权利要求9所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该接口层与封装胶体的粘结性大于该接口层与散热装置间的粘结性，且该接口层与散热装置间的粘结性小于该散热装置与该封装胶体间的粘结性，在移除位于该接口层上的封装胶体时，一并将该接口层移除。
11.如权利要求10所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该接口层是以聚酰亚胺为底材的胶片、金属为底材的金属贴片、高耐热性的有机材为底材的贴片或高耐热性纸材为底材的纸贴片中的一个。
12.如权利要求9所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该接口层与封装胶体的粘结性小于该散热装置与封装胶体间的粘结性。
13.如权利要求9所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该容置空间是一中空容室或呈折曲状管路。
14.如权利要求13所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该具有散热装置的半导体封装件的制法还包括将该中空容室的第一或第二开口密封，接着由另一个开口导入冷却流体，再将连通外部的开口端密封，使该散热装置容置的冷却流体与该作用芯片进行热交换。
15.如权利要求9所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该第一开口及第二开口连通一热交换循环系统的循环管路，冷却流体可经冷却后回流到该散热装置散逸热量。
16.如权利要求9所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该作用芯片是以倒装芯片或焊线方式电性连接到该基板，且对应该作用芯片以焊线方式电性连接该基板时，该散热装置具有一凸部接置该作用芯片中央无焊线连接的部份。
17.一种具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该具有散热装置的半导体封装件的制法包括：
将作用芯片接置于基板；
将散热装置接置于该作用芯片，该散热装置内部设有容置空间以及设有连通该容置空间的第一开口及第二开口；
进行封装作业，形成盖覆该作用芯片及该散热装置的封装胶体；以及
进行切割作业，去除完成封装制程后封装元件四周非电性作用部分，并使该第一开口及第二开口外露出该封装胶体。
18.如权利要求17所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该容置空间是呈折曲状的管路，连通一设有热交换循环系统的循环管路，冷却流体可经冷却后回流到该散热装置散逸热量。
19.如权利要求17所述的具有散热装置的半导体封装件的制法，其特征在于，该作用芯片是以倒装芯片或焊线方式电性连接到该基板，且对应该作用芯片以焊线方式电性连接该基板时，该散热装置具有一凸部接置该作用芯片中央无焊线连接的部份。
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