CN103972229A - 形成带有散热器的半导体器件组合件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及形成带有散热器的半导体器件组合件的方法。该方法包括提供包括衬底和安装到所述衬底的主表面的一部分上的IC管芯的集成电路(IC)管芯组合件（11）；在所述IC管芯上分配热界面材料（20）；放置散热器（22）的一部分与所述热界面材料接触；以及在所述散热器的面向所述IC管芯组合件的一侧和所述衬底上的密封剂的主表面的所暴露部分之间分配粘合剂（30）。

Description

形成带有散热器的半导体器件组合件的方法

技术领域

本公开通常涉及半导体器件，更具体地说，涉及一种形成带有散热器的半导体器件组合件的方法。

背景技术

在操作期间，热量由集成电路（IC）管芯生成。如果被不适当地移除，由管芯生成的热量可能引起器件失灵或不规律地执行。同样地，散热器通常被结合到半导体封装以改进IC的热性能。

附图说明

本发明通过举例的方式说明并且不被附图所限定，在附图中类似的参考符号表示相似的元素。附图中的元素说明是为了简便以及清晰，不一定按比例绘制。

图1根据本公开的实施例，示出在制作的阶段的半导体器件组合件的横截面图。

图2根据本公开的实施例，示出在制作的后续阶段的半导体器件组合件的横截面图。

图3根据本公开的实施例，示出在制作的后续阶段的图2的半导体器件组合件的横截面图。

图4根据本公开的实施例，示出在制作的后续阶段的图3的半导体器件组合件的横截面图。

图5根据本公开的实施例，示出图1的散热器的自上而下视图。

图6根据本公开的实施例，示出在制作的阶段的半导体器件组合件的横截面图。

图7根据本公开的实施例，示出在制作的后续阶段的图6的半导体器件组合件的横截面图。

图8根据本公开的实施例，示出在制作的后续阶段的图7的半导体器件组合件的横截面图。

具体实施方式

散热器通常用于半导体器件组合件中以改进热性能。在这样已知的器件组合件中，一种热界面材料被涂敷于管芯表面并且粘合材料被涂敷于围绕管芯的外围部分的模塑化合物的表面。涂敷热界面材料和粘合材料之后，热沉被附着于管芯表面并且粘结到模塑化合物。然而，这种类型的器件组合件需要仔细的过程控制以在热沉和管芯之间以及热沉和模塑化合物之间实现所需的界面。因此，在一个实施例中，正如参照图1-图8将要在下面描述的，对热沉到管芯的结合的控制与对热沉周界到模塑化合物的粘合连接的控制分离。以这种方式，可对热沉和管芯之间的界面实现更严格的控制。

图1根据本公开的实施例，示出在制作的阶段的半导体器件组合件10。半导体器件组合件10包括半导体管芯组合件11（也被称为集成电路（IC）管芯组合件）和散热器22，其中，在图1的显示中，散热器22还没有附着于半导体管芯组合件11。半导体管芯组合件11包括封装衬底12、通过管芯连接14附着于封装衬底12的半导体管芯16、在管芯16和封装衬底12之间路由电信号的电连接19。在一个实施例中，电连接19被实施为丝焊。半导体管芯组合件11还包括一种围绕管芯16的外围部分的模塑化合物18（也可被称为密封剂）。模塑化合物18覆盖了电连接19并且从管芯16的外围部分延伸到封装衬底12的表面上方。模塑化合物18也被形成以便暴露管芯16的顶部主表面。在一个实施例中，薄膜辅助成型可被用于形成模塑化合物18。或者，半导体管芯组合件11可是倒装管芯组装，其中管芯16通过焊球被附着于封装衬底12，其中焊球提供了电连接以在管芯16和衬底12之间互通信号。此外，正如图1所显示的，模塑化合物18可能延伸到高于管芯，或者，模塑化合物18可与管芯16的顶面基本共面。

一种界面材料20被涂敷于管芯组合件11的管芯16所暴露的顶面。界面材料20可是一种热界面材料（TIM）。界面材料20也可是一种粘合材料。图1还示出在附着于管芯组合件11之前的散热器22。散热器22包括基座部分26，该基座部分通过界面材料20接触管芯16所暴露的顶面以及从基座部分26延伸以覆盖至少一部分模塑化合物18的外围部分27。散热器22还包括围绕基座26的口24（其可被称为通风孔或口）。口24从散热器22的一个主表面延伸到散热器22的相对的主表面。

图5示出在附着于管芯组合件11之前的散热器22的自上而下视图。注意，基座26由虚线表示。在所显示的实施例中，散热器22包括位于基座26的每一侧（并且因此在附着于器件组合件11之后位于管芯16的每一侧）的通风口24。因此，散热器22在基座26的外围周围可以包括至少一个口24。在替代实施例中，可存在较少的或附加的口24。正如将要在下面描述的，附着之后，口24有助于在散热器22和器件组合件11之间形成粘合。然而，在替代实施例中，注意，散热器22可能不包括任何口24。散热器22可由任何导热材料，例如金属形成。例如，散热器22可是铜或镀镍铜。正如在图1的实施例中看到的，基座26是朝向管芯延伸的下设部分。在所显示的实施例中，散热器22的基座26的厚度厚于散热器22的外围部分27的厚度。或者，散热器22可以通过冲压形成，以便基座部分26是从散热器22的外围部分27向下设置的。注意，基座26的厚度或下设距离取决于有多少模塑化合物18从封装衬底12延伸到高于管芯16的顶部主表面。即，基座26应足够向下，以便能够接触管芯16的顶部主表面或位于管芯16的顶部主表面的预定距离内。在一个实施例中，模塑化合物18与管芯16的顶部主表面基本上共面，基座部分26相比于外围部分27可能向上延伸以允许更大厚度的界面材料20。

图2示出在散热器22被安装到管芯组合件11上之后的器件组合件10。基座26被放置以接触界面材料20，以便散热器22通过界面材料20接触管芯16所暴露的部分。此外，注意，基座26被放置在丝焊（电连接19）的周界内侧。可给散热器22和/或管芯组合件11加压，以使散热器22更接近管芯组合件11以在管芯16的顶表面和散热器22的基座26的底表面之间建立目标的、或预定的间隙。在一个实施例中，该间隙距离在25微米和50微米范围内，在34微米和40微米之间更优。因此，注意，界面材料20在该间隙内延伸并且也可能覆盖部分模塑化合物18。由于界面材料20位于基座26和管芯组合件11之间，目标间隙距离也对应于散热器22和管芯组合件11之间的界面材料20的目标、或预定厚度。然而，被放置在器件组合件11上的界面材料20的量被控制，以便一旦散热器22接触界面材料20，界面材料20不延伸到口24。即，口24继续暴露部分模塑化合物18。此外，注意，在通过界面材料20接触散热器22之前，粘合剂不存在于模塑化合物18上。因此，散热器22围绕基座26的外围部分和模塑化合物18之间存在气隙。

图3示出在制作的后续阶段的器件组合件10，其中，在散热器22接触界面材料20之后以及基座26和管芯16的顶表面之间的间隙在所需的距离处，一种粘合剂30通过喷嘴28被分配在散热器22的边缘。正如图4中所显示的，粘合剂30通过毛细管作用而流动以填充散热器22和模塑化合物18之间的气隙。在一个实施例中，粘合剂30被分配在散热器22的一个或多个边缘。通风口24援助毛细管流动以确保粘合剂30到达界面材料20，而空气通过口24排出。在一个实施例中，粘合剂30完全接触并围绕散热器22和管芯组合件11之间的界面材料20。此外，注意，在散热器22的外围部分27和模塑化合物18之间的间隙内，粘合剂30接触散热器22的底部主表面和模塑化合物18的顶部主表面。因此，散热器22的基座部分26和管芯16的顶部主表面之间的间隙距离可以根据需要来控制，并且随后涂敷粘合剂30并不影响该间隙距离。以这种方式，粘合剂30的涂敷与控制基座部分26和管芯16之间的间隙距离分离。

在一个实施例中，粘合剂30是通过毛细管作用可流动的粘合剂。这可能包括，例如，用于倒装管芯组合件或球栅阵列表面安装组合件的未充满材料。在一个实施例中，粘合剂30可能有热增强性能。界面材料20是一种不同于粘合剂30的材料。因此，界面材料20可能有与粘合剂30不同的热性能和/或不同的机械性能。虽然两者都可能有所需的粘合性能和/或热性能，对于界面材料20，热性能比粘合性能更重要，但对于粘合剂30，粘合性能比热性能更重要。即，界面材料20的主要功能是导热而粘合剂30的主要功能是确保散热器22可靠地附着于管芯组合件11。

涂敷粘合剂30之后，完成的器件组合件10可被固化。在一个实施例中，固化对于粘合剂30或界面材料20之一可被优化。

图6示出器件组合件100，其中不同的散热器122接触管芯组合件11的界面材料20。散热器122类似于散热器22，但散热器122包括比口24大的口124。正如将要在下面描述的，口124被用于施加一种粘合剂。对于组合件10，注意，一旦散热器122接触界面材料20，模塑化合物18和散热器122之间不存在粘合剂。

图7示出在制作的后续阶段的器件组合件100，其中，在散热器122接触界面材料20之后以及基座126和管芯16的顶面之间的间隙在所需的距离处，一种粘合剂130通过喷嘴28穿过口124被分配。正如图8中所显示的，粘合剂130通过毛细管作用流动以填充散热器122和模塑化合物18之间的气隙。口124可能援助毛细管流动以确保粘合剂130填充散热器122和模塑化合物18之间足够的气隙。散热器122可能包括任何数量的口124，并且口124可位于散热器122内的任何位置且可能是任何大小或形状。在一个实施例中，粘合剂130完全接触并围绕散热器122和管芯组合件11之间的界面材料20。以这种方式，散热器122的基座部分26和管芯16的顶部主表面之间的间隙距离可以根据需要来控制，并且随后涂敷粘合剂130并不影响该间隙距离。即，粘合剂130的涂敷与对基座部分126和管芯16之间的间隙距离的控制分离。

涂敷粘合剂130之后，完成的器件组合件100可被固化。在一个实施例中，对于粘合剂130或界面材料20之一固化可被优化。

注意，用于形成散热器22的相同描述也类似地适用于散热器122，并且用于粘合剂30的描述也类似地适用于粘合剂130。

因此，目前应了解，已提供了一种形成器件组合件的方法，其中粘合剂材料在散热器已接触管芯的暴露的主表面之后通过一种界面材料被涂敷于组合件中。以这种方式，散热器和管芯的主表面之间的界面控制不受粘合剂的施加的影响。因此，改进的制作过程控制可被实现。

而且，在说明书和权利要求中的术语“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”等等，如果有的话，是用于描述性的目的并且不一定用于描述永久性的相对位置。应了解术语的这种用法在适当的情况下是可以互换的以便本发明所描述的实施例例如，能够在不是本发明所说明的其它方向或在其它方面进行操作。

虽然本发明的描述参照具体实施例，正如以下权利要求所陈述的，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种修改以及变化。例如，该方法可能适用于多种不同的管芯组合件配置。因此，说明书以及附图被认为是说明性而不是狭义性的，并且所有这些修改是为了列入本发明范围内。关于具体实施例，本发明所描述的任何好处、优点或解决方案都不旨在被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的、或本质特征或元素。

本发明所使用的术语“耦合”不旨在限定为直接耦合或机械耦合。

此外，本发明所用的“一个”被定义为一个或多个。并且，在权利要求中介绍性的词语如“至少一个”以及“一个或多个”不应该被解释为暗示通过不定冠词“一个”引入的其它权利要求元素将包括这样介绍的本发明的声明元素的任何其它特定权利要求限定为仅包括一个这样介绍的本发明的声明元素的发明，即使同一权利要求中包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词，例如“一个”。使用定冠词也是如此。

除非另有说明，使用术语如“第一”以及“第二”是用于任意区分这些术语描述的元素的。因此，这些术语不一定表示时间或这些元素的其它优先次序。

下面是本发明的各种实施例。

项目1包括一种方法。所述方法包括提供包括衬底和安装到衬底的主表面的一部分上的IC管芯的集成电路(IC)管芯组合件；在IC管芯上分配热界面材料;放置散热器的一部分与热界面材料接触;以及在散热器的面向IC管芯组合件的一侧和衬底上的密封剂的主表面的所暴露部分之间分配粘合剂。项目2包括项目1所述的方法，并且还包括固化粘合剂。项目3包括项目1所述的方法，并且还包括固化粘合剂和界面材料。项目4包括项目1所述的方法，其中分配粘合剂是在散热器边缘的周围分配的。项目5包括项目1所述的方法，其中散热器包括接触热界面材料的基座；以及至少一个穿过基座的外周界周围的散热器的通风口。项目6包括项目4所述的方法，其中分配粘合剂通过使用分配穿过散热器的通风口的粘合剂的喷嘴被执行。项目7包括项目1所述的方法，其中分配粘合剂被执行以便粘合剂接触衬底上的密封剂和散热器的一侧的至少一部分。项目8包括项目1所述的方法，其中接触热界面材料的散热器的部分是下设部分，下设部分被放置在位于附着于IC管芯和衬底之间的丝焊的周界内的IC管芯之上。

项目9包括一种方法。所述方法包括将半导体管芯附着于衬底；在管芯和衬底之间形成丝焊；用一种模塑化合物封装丝焊，其中模塑化合物被配置以暴露管芯的不包括丝焊的顶表面；在管芯的顶表面上涂敷一种第一粘合剂；

使散热器的一部分接触第一粘合剂；以及分配一种第二粘合剂以便第二粘合剂填充模塑化合物的第一侧和散热器的第一侧之间的间隙。项目10包括项目9所述的方法，其中接触散热器的部分包括在散热器和衬底之间加压以建立第一粘合剂的预定厚度。项目11包括项目9所述的方法，其中第一粘合剂是一种热界面材料以及第二粘合剂是一种通过毛细管作用可流动的材料。项目12包括项目9所述的方法，其中分配第二粘合剂包括在散热器的周界周围分配第二粘合剂以便第二粘合剂在间隙内流动并且接触模塑化合物的第一侧和散热器的第一侧。项目13包括项目9所述的方法，其中散热器包括穿过位于散热器的接触了第一粘合剂的部分之外的横截面的通风口。项目14包括项目13所述的方法，其中分配第二粘合剂包括在通风口内分配第二粘合剂以便第二粘合剂在间隙内流动并且接触模塑化合物的第一侧和散热器的第一侧。项目15包括项目9所述的方法，并且还包括固化第一粘合剂和第二粘合剂。项目16包括项目13所述的方法，其中接触第一粘合剂的散热器的部分是从散热器的第一侧朝向管芯延伸的下设部分。

项目17包括一种方法。所述方法包括将一种第一界面材料涂敷于安装到衬底上的集成电路(IC)管芯的暴露的部分；使用一种界面材料将散热器的第一部分安装到IC管芯上，散热器有穿过散热器的位于散热器的第一部分之外的第二部分的口；以及在散热器的第一侧和衬底上的密封剂的表面之间分配一种粘合剂，其中界面材料不同于粘合剂。项目18包括项目17所述的方法，其中界面材料具有包括如下各项的组中的一个：与所述粘合剂不同的热性能和与所述粘合剂不同的机械性能。项目19包括项目17所述的方法，其中粘合剂是在是通过包括如下各项的组中的一个的方式分配的：在所述散热器的边缘周围、以及穿过所述散热器的所述通风口。项目20包括项目17所述的方法，还包括使用毛细管作用移动密封剂和散热器的第一侧之间的粘合剂。

Claims (20)

1.一种方法,包括：

提供包括衬底和安装到所述衬底的主表面的一部分上的集成电路IC管芯的IC管芯组合件；

在所述IC管芯上分配热界面材料;

将散热器的一部分放置为与所述热界面材料接触;以及

在所述散热器的面向所述IC管芯组合件的一侧和所述衬底上的密封剂的主表面的所暴露部分之间分配粘合剂。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括固化所述粘合剂。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括固化所述粘合剂和所述界面材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其中分配所述粘合剂是在所述散热器边缘的周围分配的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述散热器包括：

接触所述热界面材料的基座；以及

至少一个穿过所述散热器在所述基座的外周界周围的通风口。

6.根据权利要求4所述的方法，其中分配所述粘合剂通过使用喷嘴来执行，所述喷嘴分配所述粘合剂穿过所述散热器的所述通风口。

7.根据权利要求1所述的方法，其中分配所述粘合剂被执行以便所述粘合剂接触所述衬底上的密封剂和所述散热器的所述一侧的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的方法，其中接触所述热界面材料的所述散热器的所述部分是下设部分，所述下设部分被放置在位于附着于所述IC管芯和所述衬底之间的丝焊的周界内的所述IC管芯之上。

9.一种方法，包括：

将半导体管芯附着于衬底；

在所述管芯和所述衬底之间形成丝焊；

用模塑化合物封装所述丝焊，其中所述模塑化合物被配置以暴露所述管芯的不包括所述丝焊的顶表面；

在所述管芯的所述顶表面之上涂敷第一粘合剂；

使散热器的一部分接触所述第一粘合剂；以及

分配第二粘合剂以便所述第二粘合剂填充所述模塑化合物的第一侧和所述散热器的第一侧之间的间隙。

10.根据权利要求9所述的方法，其中接触所述散热器的所述部分包括在所述散热器和所述衬底之间加压以建立所述第一粘合剂的预定厚度。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一粘合剂是热界面材料以及所述第二粘合剂是通过毛细管作用能够流动的材料。

12.根据权利要求9所述的方法，其中分配所述第二粘合剂包括在所述散热器的周界周围分配所述第二粘合剂以便所述第二粘合剂在所述间隙内流动并且与所述模塑化合物的所述第一侧和所述散热器的所述第一侧相接触。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述散热器包括穿过位于所述散热器的接触所述第一粘合剂的所述部分之外的横截面的通风口。

14.根据权利要求13所述的方法，其中分配所述第二粘合剂包括在所述通风口内分配所述第二粘合剂以便所述第二粘合剂在所述间隙内流动并且与所述模塑化合物的所述第一侧和所述散热器的所述第一侧相接触。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括固化所述第一粘合剂和所述第二粘合剂。

16.根据权利要求13所述的方法，其中接触所述第一粘合剂的所述散热器的所述部分是从所述散热器的所述第一侧朝向所述管芯延伸的下设部分。

17.一种方法，包括：

将第一界面材料涂敷于安装到衬底上的集成电路IC管芯的暴露的部分上；

使用界面材料将散热器的第一部分安装到所述IC管芯上，所述散热器具有穿过所述散热器的位于所述散热器的所述第一部分之外的第二部分的口；以及

在所述散热器的第一侧和所述衬底上的密封剂的表面之间分配粘合剂，其中所述界面材料不同于所述粘合剂。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述界面材料具有包括如下各项的组中的一个：与所述粘合剂不同的热性能和与所述粘合剂不同的机械性能。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述粘合剂是通过包括如下各项的组中的一个的方式分配的：在所述散热器的边缘周围、以及穿过所述散热器的所述口。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括使用毛细管作用移动所述密封剂和所述散热器的所述第一侧之间的所述粘合剂。