CN107301986B - 用于半导体装置的接合线式散热结构 - Google Patents

用于半导体装置的接合线式散热结构 Download PDF

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Abstract

本发明揭露了一种用于半导体装置的接合线式散热结构，其一实施例包含：一半导体基板；一热源，位于该半导体基板或属于该半导体基板，包含至少一热点；至少一热导层；至少一热导体，用来连接该至少一热点与该至少一热导层；至少一散热体，处于一电性浮接状态；以及至少一接合线，用来连接该至少一热导层与该至少一散热体，藉此将该热源的热传导至该散热体。

Description

用于半导体装置的接合线式散热结构
技术领域
本发明是关于散热结构，尤其是关于用于半导体装置的散热结构。
背景技术
半导体装置于运作时会产生热，故需要散热设计以避免运作被影响。目前半导体装置的散热设计多半属于封装层级或印刷电路板层级，封装层级的散热设计通常是利用外接的散热装置来对已封装的半导体装置进行散热，而印刷电路板层级的散热设计通常是利用外接的散热装置来对设置有该半导体装置的印刷电路板进行整体性的散热。上述散热设计的效果随着半导体制程的演进而减退，对于先进制程(例如55奈米或55奈米以下的制程)而言，该些散热设计逐渐地不敷使用。
鉴于上述，本领域需要一种能更有效地为半导体装置的热源(通常为电晶体)进行散热的技术，藉此满足先进半导体制程的需求。
部分先前技术见于下列文献：公开号为US 2011/0089517 A1的美国专利申请公开案。
发明内容
本发明之一目的在于提出一种用于半导体装置的接合线式散热结构，以解决先前技术的问题。
本发明提出一种用于半导体装置的接合线式散热结构，其一实施例包含：一半导体基板；一热源，位于该半导体基板或属于该半导体基板，包含至少一热点；至少一热导层；至少一热导体，用来连接该至少一热点与该至少一热导层；至少一散热体，处于一电性浮接状态；以及至少一接合线，用来连接该至少一热导层与该至少一散热体，藉此将该热源的热传导至该散热体。上述实施例之一样态中，该热源包含一电晶体，且该至少一热点包含一源极、一汲极以及一闸极的至少其中之一；或者该至少一热点包含该半导体基板的至少一接取点。上述实施例的另一样态中，该至少一热导层包含P个接合垫，该至少一散热体包含S个散热体，该至少一接合线包含N个接合线，该N个接合线用来连接该P个接合垫与该S个散热体，该P、N、S的其中之二为正整数，其余为大于1的整数。
上述接合线式散热结构的另一实施例包含：一半导体基板；一热源，位于该半导体基板或属于该半导体基板，包含至少一热点；至少一热导层；至少一热导体，用来连接该至少一热点与该至少一热导层；至少一散热体；以及复数接合线，用来连接该至少一热导层与该至少一散热体，藉此将该热源的热传导至该散热体，该复数接合线的数目N大于或等于2，N的较佳值为5至15之间的数值，例如为10。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的接合线式散热结构之一实施例的示意图；
图2是图1的实施例的一实施样态的示意图；
图3是图1的实施例的一实施样态的局部顶视图；
图4是图1的实施例的一实施样态的局部顶视图；
图5是图1的实施例的一实施样态的局部顶视图；
图6是图1的实施例的一实施样态的局部顶视图；以及
图7是图1的实施例的一实施样态的局部顶视图。
【符号说明】
100 接合线式散热结构
110 半导体基板
120 热源
122 热点
130 热导层
132 第一热导层
134 顶部热导层
140 热导体
142 第一热导体
144 顶部热导体
150 散热体
160 接合线
310 接合垫
320 散热体
330 接合线
410 接合垫热导路径
510 散热体热导路径
610 接合垫
620 散热体
630 接合线
具体实施方式
以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释应以本说明书的说明或定义为准。另外，在实施为可能的前提下，本说明书所描述的物件间的相对关系，涵义可包含直接或间接的关系，所谓「间接」是指物件间尚有中间物或物理空间的存在。此外，本说明书的图标中元件的形状、尺寸、比例等仅为示意，是供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非对本发明的实施范围加以限制。
本发明包含用于半导体装置的接合线式散热结构，该散热结构属于积体电路等级，能够直接为积体电路进行散热，有效解决先进半导体制程(例如55奈米或55奈米以下的制程)的散热问题。本发明的散热结构可包含于已完成封装的成品(例如已完成封装的积体电路)或尚未完成封装的半成品(例如尚未完成封装的积体电路)，可能包含已知元件，在不影响发明揭露要求及可实施性的前提下，已知元件的说明或绘示将被适度节略。
请参阅图1，其是本发明的接合线式散热结构之一实施例的示意图。如图1所示，接合线式散热结构100包含：一半导体基板110；一热源120；至少一热导层130；至少一热导体140；至少一散热体150；以及至少一接合线(bonding wire)160。所述半导体基板110例如是一矽基板，又例如是其它种已知或自行研发的半导体基板，该半导体基板110于本实施例中包含形成于其上的积体电路，然此并非实施限制。所述热源120位于该半导体基板110上或位于该半导体基板110中，或属于该半导体基板110，换言之，该热源120可以不是也可以是该半导体基板110的一部分，另外，该热源120包含至少一热点122。举例而言，当该热源120包含一电晶体，该至少一热点122包含一源极、一汲极以及一闸极的至少其中之一，其中该电晶体例如是但不限于为尺寸符合55奈米或55奈米以下的半导体制程规范的电晶体。另举例而言，该至少一热点122包含该半导体基板110的至少一接取点(pickup)。
请继续参阅图1，所述至少一热导体140用来连接该至少一热点122与该至少一热导层130，藉此传导该至少一热点122的热至该至少一热导层130，其中该至少一热导层130于本例中为至少一金属层，然而在实施为可能的前提下，该至少一热导层130可为导热性良好的非金属层像是石墨层，或同时包含金属层与非金属层。举例而言，如图2所示，该至少一热导层130包含一第一热导层132(本例中为第一金属层)与一顶部热导层134(本例中为顶部金属层)，且可视实施或应用需求进一步包含更多热导层(未显示于图中)于该第一热导层132与该顶部热导层134之间，该至少一热导体140包含至少一第一热导体142以及至少一顶部热导体144，且可视实施或应用需求进一步包含更多热导体(未显示于图中)于该至少一第一热导体142与该至少一顶部热导体144之间，该至少一第一热导体142例如是半导体制程的至少一接触体(contact)，其包含一通孔与填注于该通孔中的热导体(例如金、银、铜、铜合金、铝、铝合金等金属热导体，或例如石墨等非金属热导体)，用来连接该第一热导层132与该至少一热点122，该至少一顶部热导体144像是半导体制程的至少一导通体(via)，其包含一贯孔与填注于该贯孔中的热导体(例如金、银、铜、铜合金、铝、铝合金等金属热导体，或例如石墨等非金属热导体)，用来连接该顶部热导层134与一下方热导层，该下方热导层包含于该至少一热导层130中，且为该第一热导层132或为一第K热导层，该K为大于1的整数。
请继续参阅图1，所述至少一散热体150可视实施需求被设计为处于一电性浮接(floating)状态或具有一特定电位。举例而言，当前述热源120包含一电晶体，该至少一散热体150可处于一电性浮接状态以避免影响该电晶体的正常运作，然而只要不实质影响运作，该至少一散热体150不一定要处于该电性浮接状态，而可具有一特定电位像是一固定电位；此外，当前述至少一热点122为该半导体基板110的至少一接取点，该至少一散热体150可处于前述电性浮接状态或具有一特定电位，该特定电位例如是一固定电位像是一直流高电位、一直流低电位或一接地电位。另外，该至少一散热体150视实施者的需求可为一专为实施本发明而增设的金属垫、一存在于既有积体电路设计中的虚设(dummy)金属布局、一导线架(lead frame)以及一外露垫(exposed pad,epad)的其中之一或任意组合，当然也可为其它适合搭配半导体制程且能用来散热的元件像是石墨体、奈米碳管等等，上述金属布局、导线架与外露垫等属于本领域的习知技术，其细节在此不予赘述。
请继续参阅图1，所述至少一接合线160用来连接该至少一热导层130与该至少一散热体150，藉此将该热源120的热传导至该散热体150，该至少一接合线160的材质为金属或为热导性与强度良好的非金属。举例而言，如图3所示，该至少一热导层130包含P个接合垫310(图3中P为1以用于举例说明)，该至少一散热体150包含S个散热体320(图3中S为1以用于举例说明)，该至少一接合线160包含N个接合线330(图3中N为3以用于举例说明)，该N个接合线330用来连接该P个接合垫310与该S个散热体320，其中该P、N、S的其中之二为正整数，其余为大于1的整数；若该P为大于1的整数(如图4所示，其中P为3)，该P个接合垫310可选择性地经由至少一接合垫热导路径410连接在一起以帮助散热，该至少一接合垫热导路径410的一部或全部可位于前述顶部热导层134或前述下方热导层，是用来实现该P个接合垫310之间的热传导；又若该S为大于1的整数(如图5所示，其中S为3)，该S个散热体320亦可选择性地经由至少一散热体热导路径510连接在一起，以实现该S个散热体320间的热传导，该散热体热导路径510可能造成电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)方面的影响，但此不在本发明的探讨范围内，上述接合垫热导路径410与散热体热导路径510并非本发明的实施限制。
承上所述，另举例而言，如图6所示，该至少一热导层130包含P个接合垫610(图6中P为3以用于举例说明)，该至少一散热体150包含S个散热体620(图6中S为1以用于举例说明)，该至少一接合线160包含N个接合线630(图6中N为3以用于举例说明)，该N个接合线630用来连接该P个接合垫610与该S个散热体620，该P、N、S的其中之一为正整数，其余为大于1的整数。再举例而言，该至少一接合线160包含N个接合线，其中该N大于或等于2，N的较佳值为5至15之间的数值，例如为10，如图7所示，然而只要在实施为可能的前提下，N的值无特别限制。请注意，在实施为可能的前提下，该至少一接合线160的尺寸与形状未有特别限制，举例来说，该至少一接合线160的线宽可较宽以帮助散热。另请注意，该至少一接合线160的制作可经由一封装制程来实现，然而只要实施为可能，该至少一接合线160的制作亦可藉由一积体电路制程来实现。此发明除了可以达到散热之外，亦可提供讯号屏蔽(Shielding)的效果，换言之，多数接合线会形成辐射的干扰物，使下方的辐射源不易辐射。
请再次参阅图1，为增强散热效果，前述热源120与至少一散热体150可分别设于半导体基板110的二侧或是至少其中之一者设于矽基板的中央，或者二者间的距离大于一最小距离150微米(μm)，该热源120与该至少一散热体150间的距离应足供该至少一接合线160的形成。另外，为保护图1的散热结构100免于外力破坏或侵蚀，散热结构100可被一封装胶材覆盖，其中该至少一散热体150可选择性地曝露于外而未被该封装胶材覆盖以加强散热效果，然此并非实施限制。再者，本领域具有通常知识者可以了解本实施例的图标中各元件间可能有其它元件或材质，以提供保护、支撑、绝缘、连接或其它已知或自定义的功能，举例而言，前述至少一散热体150与基板110间具有一结构体(未显示于图中)，使得该至少一散热体150获得支撑。
请注意，前揭各实施例包含一或复数个技术特征，于实施为可能的前提下，本技术领域人士可依本发明的揭露内容及自身的需求选择性地实施任一实施例的部分或全部技术特征，或者选择性地实施复数个实施例的部分或全部技术特征的组合，藉此增加实施本发明的弹性。
综上所述，本发明的用于半导体装置的接合线式散热结构能够直接为积体电路进行散热，有效地解决了先进半导体制程(例如55奈米或55奈米以下的制程)的散热问题。另外，本发明的散热结构可透过成熟、单纯的制程技术(其可选择性地包含或不包含积体电路的封装制程技术)来实现，相较于先前技术具有散热效果佳、成本合理等优势。
虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种用于半导体装置的接合线式散热结构，包含：
一半导体基板；
一热源，位于该半导体基板或属于该半导体基板，包含至少一热点；
至少一热导层；
至少一热导体，用来连接该至少一热点与该至少一热导层；
至少一散热体，处于一电性浮接(floating)状态；以及
至少一接合线(bonding wire)，用来连接该至少一热导层与该至少一散热体，藉此将该热源的热传导至该散热体，
其中，该至少一热导层包含一第一热导层与一顶部热导层，且该至少一热导体包含至少一第一热导体以及至少一顶部热导体，该至少一第一热导体用来连接该第一热导层与该至少一热点，该至少一顶部热导体用来连接该顶部热导层与一下方热导层，该下方热导层包含于该至少一热导层中，且为一第K热导层或该第一热导层，该K为大于1的整数，其中，所述顶部热导体与所述顶部热导层由不同的材料制成。
2.根据权利要求1所述的接合线式散热结构，其中该热源包含一电晶体，该至少一热点包含一源极、一汲极以及一闸极的至少其中之一。
3.根据权利要求2所述的接合线式散热结构，其中该电晶体的尺寸符合55奈米以下的半导体制程规范。
4.根据权利要求1所述的接合线式散热结构，其中该至少一热点包含该半导体基板的至少一接取点(pickup)。
5.根据权利要求1所述的接合线式散热结构，其中该至少一热导层包含P个接合垫，该至少一散热体包含S个散热体，该至少一接合线包含N个接合线，该N个接合线用来连接该P个接合垫与该S个散热体，该P、N、S的其中之二为正整数，其余为大于1的整数。
6.根据权利要求5所述的接合线式散热结构，其中该P为大于1的整数，且该P个接合垫经由至少一接合垫热导路径连接在一起。
7.根据权利要求1所述的接合线式散热结构，其中该至少一散热体为一导线架(leadframe)。
8.根据权利要求1所述的接合线式散热结构，其中该至少一散热体为一外露垫(exposed pad,ePAD)，位于该半导体基板下。
9.一种用于半导体装置的接合线式散热结构，包含：
一半导体基板；
一热源，位于该半导体基板或属于该半导体基板，包含至少一热点；
至少一热导层；
至少一热导体，用来连接该至少一热点与该至少一热导层；
至少一散热体；以及
复数接合线(bonding wires)，用来连接该至少一热导层与该至少一散热体，藉此将该热源的热传导至该散热体，该复数接合线的数目大于或等于10，
其中，该至少一热导层包含一第一热导层与一顶部热导层，且该至少一热导体包含至少一第一热导体以及至少一顶部热导体，该至少一第一热导体用来连接该第一热导层与该至少一热点，该至少一顶部热导体用来连接该顶部热导层与一下方热导层，该下方热导层包含于该至少一热导层中，且为一第K热导层或该第一热导层，该K为大于1的整数，其中，所述顶部热导体与所述顶部热导层由不同的材料制成。
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