CN1209801C - 具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法 - Google Patents

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Abstract

一种具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，该散热板不但能增加塑料封装基板的散热性，也能作为接地参考电位。其中包含可粘结一基板与一散热板的一粘结薄片与一导电粘着剂。该粘结薄片可为单层或叠合多层粘着层所组成；而所述的导电粘着剂为一含有导电填充材的有机物；所述的基板具至少一可容置芯片的开口，及该基板表面具至少一可作为接地线的导电层，可同时与导电粘着剂及散热板接触。

Description

具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法
技术领域
本发明涉及一种具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其包括单晶(singh-chip)或多晶(multi chip)封装，特别是涉及在制作散热型集成电路芯片封装的安装散热板方法，其中散热板并具有接地参考电位的功能。
背景技术
随着半导体工业不断的进步，电子系统与电子封装通常设计为在实用上尽可能使用最小空间。承载电路的空间是一项宝贵资产，应尽量利用，缩小化电路则为善用空间之一种有效方法，且缩小化的电路也可增加运行速度，减少噪声及其它所显现的优点。如此的缩小化在许多电子产品的应用方面都相当令人满意，如航空器、汽车、移动电话、手提电脑或可携型录放机等方面的应用。然而，高散热问题也随着缩小化而显现出来，尤其是组件的增加所导致产生的热量，也随着在单一半导体组件上增加晶体管的数目而跟随着升高。
半导体芯片封装之一的形式，包含一或多个芯片连接至一基板上，可为一陶瓷基板，该陶瓷基板是以陶瓷材料作为绝缘层；或一塑料基板，该塑料基板是以塑料基材作为绝缘层。传统上将此芯片封装称为一芯片载体(chip carrier)，通常将其配置及连接于一印刷电路卡(printedcircuit card)或一印刷电路板(printed circuit board)，而芯片则可以多种方式连接一基板上。一般最常见如打金线方式(wire bonding)，其是借助芯片组件位置到基板连接点的极细微金属线作电性连接；另一种则是覆晶(flip chip)方式，其是以锡球(solder ball)作为芯片的实体接触及电性连接。
各种不同方式已被成功开发应用于在成本较陶瓷基板低的塑料基板上设置芯片。主要由于塑料基板一直被认为在芯片的运作上，比陶瓷基板具备较更多关键优势，包括高电流载量、于短操作延迟时间(delay time)的低介电常数以及低电感及电容等。然而，塑料基板的高温稳定性依然是一个存在的问题，并已对现行塑料基板的发展引起很大的挑战。其一的解决方式则是应用一种开口向下(cavity down)芯片封装的结构，其包含一具有能承接芯片的开口(opening)的封装基板，及在芯片底部贴有一散热金属块或散热板(heat spreader)的结构，且其开口端面对印刷电路卡或印刷电路板。
图1所示是为公知塑料基板开口向下芯片封装方式(cavity downplastic chip package)。参照图1，封装装配构成100包含一塑料布线基板101，该塑料布线基板101设有一凹陷处(cavity)102及一借助粘结层(bonding layer)104与基板101粘结的散热金属块或散热板103。芯片105则位于凹陷处102内，而贴覆在散热板103上。导电金属线106则用于芯片105与基板101的电性连接。在打金线步骤后，凹陷处102则填以封胶107(encapsulant)覆盖保护导电金属线106与芯片105，以避免环境腐蚀破坏。另外，位于基板最外层的对外连接脚108，则作为基板101与印刷电路板109的电性连接。所述的对外连接脚108可为导电针(pins)、锡球或金属柱，是分别应用在塑料针状数组(plastic pin grid array，PPGA)、塑料球状数组(plastic ball grid array，PBGA)或塑料柱状数组(plastic column grid array，PCGA)的封装方式。
然而对手提电子产品来说，并无法如一般电子产品可利用家用电力线作接地动作，而是使用外壳作为接地参考电位。因此，对开口向下芯片封装而言，使其散热板除散热功能外，也能参与作为接地参考电位之一部分的应为一件值得注意的技术开发，其不但可使其接地电位更加稳定，且能减少信号噪声。然而，最常见的开口向下芯片载体中，位于基板与散热板之间的粘结层常为绝缘性，而使基板与散热板之间造成电性不连接，不易使散热板作为接地参考电位的一部分。
因此，本发明提供一种电性连接基板与散热板用于开口向下芯片封装载体的制法，以使得散热板也能参与作为连接暨接地参考电位的一部分。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具作为接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其中该散热板不但能增加塑料封装基板的散热性，也能作为接地参考电位。
本发明的另一目的在于提供一种具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其中包含可粘结一基板与一散热板的一粘结薄片(bonding sheet)与一导电粘着剂(adhesion material)。该粘结薄片可为单层或叠合多层粘着层所组成；而所述的导电粘着剂为一含有导电填充材的有机物；所述的基板具至少一可容置芯片的开口，且该基板表面具至少一电路层可同时与导电粘着剂及散热板接触。
为实现上述目的，本发明提供一种具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，该散热板不但能增加塑料芯片封装的散热性，也能作为接地参考电位。其中包含可粘结基板与一散热板的一粘结薄片与一导电粘着剂。该粘结薄片可为单层或叠合多层粘着层所组成；而所述的导电粘着剂为一含有导电填充材的有机物；所述的基板具至少一可容置芯片的开口，且该基板表面具至少一电路层可同时与导电粘着剂及散热板接触。
附图说明
图1为公知技术中塑料基板开口向下芯片载体的示意图；
图2为本发明第一实施例中形成具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的示意图；
图3为本发明另一实施例使导电层形成于基板的第二表面上任何位置，以形成具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的示意图；
图4为本发明实施例置入一导电性的支撑体于散热板与基板中，以形成具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的示意图；
图5为本发明实施例只以导电性粘着剂将散热板与基板粘结，形成具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的示意图；
图6为本发明实施例中形成“多芯片”的塑料基板开口向下芯片封装的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步详细说明。当然，本发明可以多种不同方式实施，并不限于本说明书中所述内容。
本发明是有关于一种具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，该散热板除可提供更佳的散热效果外，同时也可具备接地参考电位的功能。然而，值得指出的是，本发明的附图仅供参考与说明之用，并非按照实际尺寸描绘，也即未反映出芯片载体结构中，各层次的实际尺寸与特色。
请参阅图2，其为本发明的第一较佳实施例。首先提供一塑料电路基板1(或称芯片塑料载体基板)，该基板1包含一开口2与若干阶层5(tier)，以及相对的第一表面3及第二表面4。该基板1可包含有如公知以有机绝缘层隔开的布线电路层(或称导电层)、通孔(through-holes)、导通孔(conductive through-holes)或介层孔(via)等；阶层5表面的电极(或称粘结指，bond finger)与保护层；第一表面3上的电极(或称焊垫，landing pad)、屏障(dam)与保护覆层；以及第二表面4上的焊垫与保护覆层等，其为一般熟知技术即可制作的结构。其中特别的是，一由导电材所组成的导电层6形成于所述开口2的侧壁，可作为接地线(groundline)。一热导薄片7(或称散热板)，较为理想的是铜或铜底材合金薄片，可在两侧表面(也即第一表面8及第二表面9)进行化学或物理粗化(roughened)。在该散热板7的第一表面8上，一粘着促进剂形成有一氧化层(oxide layer)，较为理想的是一耦合剂层(couple agent)，以增加其粘着性，如甲硅烷耦合剂(silane)、钛耦合剂、锆耦合剂或铝耦合剂等。然而对本发明来说，所述的粘着促进层并不限定于氧化层或耦合剂。在第二表面9上则覆有一保护层(图中未示)，如镍、金、环氧树脂(epoxy resin)、钻石膜或类钻石碳膜等。当然，在沉积所述保护层之前，也可先对所述第二表面9进行物理或化学粗化。一粘结薄片10及一导电粘着剂11则设在基板1的第二表面4及散热板7的第一表面8之间，其中导电粘着剂11恰位于与导电层6接触之处。借助压合步骤，在粘结薄片10与导电粘着剂11同时固化之后，将散热板7与基板1第二表面4粘结在一起；其中可以加热或辐射等方式将粘结薄片10与导电粘着剂11同时固化。以本发明而言，导电层6与散热板7为电性连接。在置放芯片、金属线连接、封胶填充及对外连接等熟知制作过程之后，所述的具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制作过程即告完成。所述的散热板可借助接地线单独作为接地参考电位，也可借助接地线的连接，与基板中的接地面(ground plane)及其电子系统的导电外壳共同作为接地参考电位，使散热板作为接地参考电位的一部分。
所述的芯片载体塑料基板1可为一单层或多层基板，所述基板是由介电材质(为形成绝缘层之用)与导电材质(形成电路层或导电层6之用)交互重叠组成，所述的介电材质可为一有机材料、纤维强化(fiber-reinforced)的有机材料或粒状物强化(particle-reinforced)的有机材料所组成，如环氧树脂、聚乙酰胺(polyimide)、双顺丁烯二酸酰亚胺/三氮阱(bismaleimide triazine)、氰酯类(cyanate ester)、聚苯环四烯(polybenzocyclobutene)或及其玻璃纤维复合材料(composities)等。所述的导电材可为金属材质、金属膏材(metalpaste)、碳膏材(carbon paste)或导电性高分子(conductive polymer)等；其中又以铜材质为较佳。所述的芯片载体塑料基板1最好在与散热板7粘结之前先行制作完成，以使得导通孔(through-hole)能够穿越基板1而形成于基板1，而且当基板1与散热板7粘结时，形成基板1期间的固化收缩(cure shrinkage)，也不致引起任何的翘曲或扭曲的不良现象。
所述的散热板7则可由铜、铜合金、铝、铝合金、导电颗粒填充或导电纤维填充的铜或铜合金及导电颗粒填充或导电纤维填充的铝或铝合金等所制成，如硅-碳化物强化-铜或石墨-纤维强化-铝等。为使所述散热板7得到保护完全的防止环境侵蚀，在散热板7的侧壁可再覆上一保护层，如镍、金、导热颗粒填充的环氧树脂、钻石膜或类钻石碳膜等。而金属覆层沉积在散热板7的侧壁时，同时也可增强其散热效果，因为其散热的表面积增加之故。
所述的粘结薄片10是由粘着层或叠合多粘着层所组成。该粘着层为一粘着材质、薄片填充(flake-filled)的粘着剂、短纤维填充(fiber-filled)的粘着剂或粒状物填充(particle-filled)的粘着剂。该粘着剂可为：(1)树脂，如环氧树脂(epoxy resin)、聚乙酰胺树脂(polyimide resin)、聚氨酯(polyurethane)及丙烯酸树脂(acrylicresin)等；(2)共聚合高分子(copolymer)，如环氧一丙烯酸树脂(epoxy-acrylic resin)、环氧-丁二烯树脂(epoxy-butadiene resin)、环氧-氨基甲酸酯树脂(epoxy-urethane)等；(3)高分子混炼物(polymerblenblend)，如环氧树脂/卤化聚羟基苯乙烯混炼物(epoxy tesin/halogenatedpolyhydroxystyrene blend)或环氧树脂/酚树脂混炼物(epoxyresin/phenolic resin blend)等。
所述的粘着剂还可以经卤素、硅树脂(silicone)或磷(phosphrus)等加以更改性质。所述的短纤维(short fiber)是以金属、有机或无机材料所制成，如钨短纤维、聚酰胺(aramid)短纤维或玻璃短纤维等，可填入所述的粘着剂以增加机械强度并减低粘着层的热膨胀系数(CTE)。为实现同一目的，薄片(flake)或粒状物可添加于有机材料，薄片是可如银薄片或石墨薄片(graphite)，而粒状物如硅土颗粒(silicaparticles)、硫酸钡颗粒、粘土(clay)、碳酸钙、三聚氰(melamine)颗粒、聚苯乙烯(polystyrene)、铜颗粒或银颗粒等。所述的粘着层也可包含其它添加物，如化学催化剂、抗氧化剂、流变剂(reologicalagent)、偶合剂或着色剂(color agent)等。
所述导电性粘着剂11即是指含有导电填充材的粘着剂。该粘着层可为：(1)树脂，如环氧树脂、聚乙酰胺树脂、聚氨酯及丙烯酸树脂等；(2)共聚合高分子，如环氧-丙烯酸树脂、环氧-丁二烯树脂、环氧-氨基甲酸酯树脂等；(3)高分子混炼物，如环氧树脂/卤化聚羟基苯乙烯混炼物或环氧树脂/酚树脂混炼物等。所述的粘着剂也可以经卤素、硅树脂或磷等加以更改其性质。而所述的导电填充材可以是金属粉末，如铜粉末、银粉末等，或碳粉末、金属薄片、金属纤维或其组成物。所述粘着剂也可包含其它添加物，如化学催化剂、抗氧化剂、流变剂(reologicalagent)、偶合剂或着色剂(color agent)等。
以本发明的较佳实施例来说，所述导电性粘着剂11的尺寸必须仔细的掌控，以致于该导电性粘着剂11与粘结薄片10可在热压工艺之后稍微重叠在一起。对本例来说，该导电性粘着剂11与粘结薄片10可以交互结合(crosslink)的方式进行化学粘结，以防止空隙(void)的产生。而对另一极端来说，该导电性粘着剂11的尺寸不能太大，否则，该导电性粘着剂11的一部分可能被挤出至开口2。
以本发明的较佳实施例来说，所述作为接地线的导电层6也可形成芯片载体基板1的第二表面4上任何位置，如图3所示。而在此情形之下，该导电性粘着剂11必须配置得恰当，以使导电层6在热压之后能与散热板7接触到。
在一具示范性的实施例中，一粘着层可与一离型膜(release film)耦合，也即日本住友(Sunlitomo)3M公司制造的APAS 1592产品，首先将其覆在芯片载体基板的表面上。再借助二氧化碳激光的辅助，移除部分粘着层与离型膜形成一暴露出接地导电层的开口。接着，一导电性粘着剂，如铜膏材(copper paste)，网印在该导电层上。然后，移除该离型膜，将一散热板压入该芯片载体基板。而在热压之后，该散热板便完成稳固的接着于该芯片载体基板。
在另一具示范性的实施例中，使用一环氧树脂的粘着层，可先借助网版印刷的方式涂布于芯片载体基板表面，但该粘着层并不覆盖该表面的接地导电层，再利用点胶机(dispenser)，将导电性粘着层，如铜膏材，置于接地导电层上；接着，再将一散热板贴合至芯片载体基板，经热压过程，该散热板即完成稳固的接着于该芯片载体基板。
如图4所示，在另一实施例中，在散热板7与芯片载体基板1中可再置入一导电性的支撑体12。该支撑体12为金属材质或金属复合材料，如铜合金、铝合金、石墨纤维强化铝合金等。在此情形之下，粘结薄片10a与导电性粘着剂11则必须在芯片载体基板1及支撑体12之间，与支撑体12与散热板7之间作适当布置，如图4所示。在进行热压之后，所述的导电层6可经由导电性粘着剂11，与散热板7产生电性连接。然而在本发明的实施例中，并不限于图4的实施例，而可进一步布设更多导电性的支撑体12于散热板7与芯片载体基板1间。在此情况下，粘结薄片10a与导电性粘着剂11可适当地布设于芯片载体基板1及支撑体12之间，与支撑体12与散热板7之间，以使得在进行热压之后，导电层6可经由导电性粘着剂11，与散热板7作电性连接。
如图5所示，本发明也可只以导电性粘着剂11将散热板7与芯片载体基板1粘结，而不需任何上述粘结薄片的实施例。
当然本发明并非限定于可供单芯片封装而已，其也可包含提供作为多芯片封装的形式。本发明的另一较佳实施例，一可供多芯片封装的基板如图6所示。一电路基板13设有两开口14、15，其均可各接纳一芯片。经热压之后，借助粘结薄片17与导电性粘着剂18的辅助，可将散热板16电性连接至该电路基板13上，最后形成一“多芯片”的芯片载体。
本发明所述的芯片载体在业界批量生产时，可借助粘结薄片与导电粘着剂的辅助，将散热嵌板(panel)与电路嵌板接合，封装后，再进行分割。所述的嵌板并不限定任何形状或构造，其可为细长片(strip)等形状。
此外，本发明的芯片载体并不只限定于承载半导体芯片，其它种类芯片如电子、热、光学、光电芯片等，例如电阻器、震荡器、传感器或激光二极管等。
综上所述，本发明公开了一种具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，该散热板不但能增加塑料封装基板的散热性，也能作为接地参考电位。
当然，以上所述仅为本发明具接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法的较佳实施例，并非用以限制本发明的实施范围，任何熟悉本技术的人员在不违背本发明的精神下所进行的修改，均应属于本发明的范围，因此本发明的保护范围当以权利要求所确定的范围为依据。

Claims (9)

1、一种具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于包括如下步骤：
(a)提供一具有相对的第一表面及第二表面的塑料电路基板，该基板的第二表面包含至少一作为接地线的导电层，而该基板并可包含有一个以上可装载芯片的开口；
(b)提供一具有相对的第一表面及第二表面的散热板；
(c)提供一导电性粘着剂，以该导电性粘着剂将所述散热板的第一表面与基板的第二表面相连接，其中该导电性粘着剂同时与该导电层及该散热板的第一表面相连接。
2、如权利要求1所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于还提供一粘结薄片，以该粘结薄片将所述散热板的第一表面与基板的第二表面相连接。
3、如权利要求2所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于该粘结薄片为热导性或电导性的粘结薄片。
4、如权利要求2所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于所述导电性粘着剂为包含导电性填充材的有机材料。
5、一种具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于包括如下步骤：
(a)提供一具有相对的第一表面及第二表面的塑料电路基板，该基板的第二表面包含至少一作为接地线的导电层，而该基板并可包含有一个以上可装载芯片的开口；
(b)提供一具有相对的第一表面及第二表面的散热板；
(c)提供一导电性的支撑体于该散热板与该基板之间，其中在该基板及该支撑体之间，与该支撑体及该散热板之间，均布置有一导电性粘着剂，其中位于该基板与该支撑体之间的导电性粘着剂与该导电层及支撑体相连接，位于该支撑体与该散热板之间的导电性粘着剂与该支撑体及散热板的第一表面相连接。
6、如权利要求5所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于在该散热板与基板中可进一步布设更多导电性的支撑体于该散热板与该基板之间，其中所述导电性粘着剂可依所需适当地布设于该基板及支撑体之间，与该支撑体与散热板之间。
7、如权利要求5所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于在该基板及该支撑体之间，与该支撑体及该散热板之间，均布置有一粘结薄片，位于该基板与该支撑体之间的粘结薄片将所述支撑体及基板的第二表面相连接，位于该支撑体与该散热板之间的粘结薄片将所述散热板的第一表面及支撑体相连接。
8、如权利要求7所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于该散热板与基板中可进一步布设更多导电性的支撑体于该散热板与该基板之间，其中所述粘结薄片与导电性粘着剂可依所需适当地布设于该基板及支撑体之间，与该支撑体与散热板之间。
9、如权利要求7或8所述的具有接地参考电位功能的散热板用于散热型芯片塑料封装的制法，其特征在于该粘结薄片为热导性或电导性的粘结薄片。
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