CN1319158C - 具有铟热偶的电子组件的构造方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的一方面提供一种构造电子组件的方法。该电子组件由一半导体封装件构成，该半导体封装件包括一封装件基底和安装到该封装件基底上的半导体芯片，以及热传导元件和一种包含铟的物质。所述方法包括：将热传导元件和半导体封装件沿彼此相对的所选择方向固定，且热传导元件位于半导体芯片的与封装件基底相反的一侧上，且在半导体芯片和热传导元件的至少一部分之间存在一种物质。该物质在其一侧与半导体芯片热偶合，且在其相反一侧与热传导元件的所述部分热偶合。
Description
技术领域
本发明涉及一种构造电子组件的方法和根据本发明的方法制造的一种电子组件。
背景技术
集成电路被形成在半导体晶片上。然后该晶片被锯成半导体芯片。然后每个半导体芯片被安装到封装件基底上。半导体芯片中的集成电路可以被加电，且数据信号可以经封装件基底被发送到集成电路和从集成电路接收数据信号。
当集成电路被加电时，在半导体芯片上会产生热量，如果热量不被转移走，热量会导致集成电路被损坏。热传导板通常位于邻近半导体芯片处。热传导油可存在于半导体芯片和热传导板之间。热传导油接触半导体芯片和另一侧接触热传导板，并作为半导体芯片和热传导板之间的热偶。然后热量可被从半导体芯片通过油脂传递到热传导板，在此处，热量可被转移到散热器或其它设备，并借助对流传递到外界。
对于高功率的应用，使用油脂作为热偶通常是不合适的。当在半导体芯片上产生大量热量时，热传导油不能转移足够量的热量。热传导油不是良好的热量传导体的一个原因是，在热传导油中没有金属。另一方面，金属通常也是电导体。因此通常避免使用金属作为热偶，这是因为，电导金属可能导致半导体芯片或封装件基底的部件之间的短路。
发明内容
根据本发明的一个方面提供一种构造电子组件的方法。该电子组件由半导体封装件构成，该半导体封装件包括一封装件基底和一安装在该封装件基底上的半导体芯片，一热传导元件，以及一种包括铟的物质。该方法包括，将一个包括一热传导含铟的物质的第一薄片定位在一个为热传导材料的盖的凹槽中；对第一薄片进行加热，使其熔化，所述盖是一种热传导材料，当物质被加热而熔化时，所述热传导材料与物质反应，物质与盖的材料的反应导致在物质中产生砂眼；从物质的一部分中去除至少一些砂眼；将热传导元件和半导体封装件沿着所选择方向彼此相对固定，热传导元件位于半导体芯片与封装件基底相对的一侧，且在半导体芯片和至少一部分热传导元件之间存在一种物质。该物质一侧与半导体芯片热相连，而另一侧与热传导元件的部分热连接。
也提出一种构造电子组件的方法，该电子组件由以下部件组成：(i)一半导体封装件，其包括一封装件基底、一被安装到封装件基底上且在其上形成集成电路的半导体芯片；(ii)一热传导材料制成的盖，该盖具有凹槽；和(iii)第一合金的第一薄片，该方法包括：将第一薄片定位在凹槽中；将第一薄片加热到高于其熔点的温度，使第一合金软化，该第一合金与盖的材料反应，从而在第一合金中产生砂眼；将第二薄片材料定位于第一合金上，该第二薄片材料含有铟，且具有比第一合金更高的熔点；当第二薄片和第一合金处于第一合金的熔点与第二薄片的熔点之间的温度时，将一股流体引导到第二薄片上，第二薄片防止由于流体而导致的第一合金的飞溅，该流体将砂眼从第一合金的至少一部分中清除；将盖和半导体封装件沿所选择方向定位，其中半导体芯片邻近凹槽；和将第二薄片和第一合金加热到高于第二薄片的熔点的温度，从而在半导体芯片上产生第二薄片和第一合金的回流，第二薄片和第一合金的材料与存在于半导体芯片和盖之间的第一合金的所述部分提供了盖和半导体芯片之间的热偶合。
还提出一种构造电子组件的方法，包括：将含铟的第一合金插入热传导盖的凹槽中；对凹槽中的第一合金进行加热，使其熔化，其中所述盖是一种热传导材料，当合金被加热而熔化时所述材料与合金反应，合金与盖的材料的反应导致在合金中产生砂眼；从合金的一部分中去除至少一些砂眼；和将第一合金放置在邻近半导体芯片处，该半导体芯片被安装到封装件基底上且在其中形成集成电路，合金的所述部分位于半导体芯片和盖之间。
附图说明
借助示例，将参照附图对本发明作进一步说明，其中：
图1为一盖的部分侧视图，该盖被用于构造根据本发明的一实施例的电子组件；
图2为在第一片第一合金被插入盖的凹槽中之后，该盖的部分侧视图；
图3为在第一片被加热导致第一合金被熔化之后的部分侧视图；
图4为在第一合金被凝固之后盖的侧视图；
图5为盖的部分侧视图，进一步示出了位于凹槽之中的第二薄片；
图6为一部分侧视图，示出了图5的结合怎样被加热，及第一合金中的砂眼怎样被去除；
图7为在被冷却后盖，第一合金，和第一薄片的部分侧视图；
图8为电子组件的组成部分的侧视图，示出了盖，第一合金，第二薄片，还包括具有一封装件基底和一半导体芯片的半导体封装件，此外还包括第二合金的第三薄片；
图9为在第二薄片被定位在第三薄片上之后，附图8的组件的部分侧视图；
图10为在第一合金，第二薄片，第三薄片被加热从而导致它们熔化成为一种混合物之后，图9的组件的部分侧视图；
图11为在将混合物冷却并被凝固之后，图10的组件的部分侧视图。
具体实施方式
附图1到附图11示出了一种构造电子组件的方法。一种含铟合金位于盖的凹槽之中。然后该含铟合金被加热，由于合金和盖的材料之间的反应导致在其中形成不利的砂眼。通过对合金进行加热并将一股空气引导到合金上而去除所述砂眼。具有比合金更高熔化温度的一个铟板被用来防止当一股空气撞击于其上时所产生合金的飞溅。然后盖与合金被组装在一起并与半导体封装件一起装入电子组件中。主要由于使用了铟，合金具有良好的热传导性能。合金是电绝缘体，这就保证了半导体封装件的组件彼此电绝缘。该合金不会穿透进入半导体封装件的封装件基底材料中。合金还具有相对较低的熔化温度，这就能够熔化合金而不会引起半导体封装件的半导体芯片中的集成电路被破坏。不考虑当被加热时合金产生砂眼，砂眼被从合金的热传导部去除。
附图1示出了一可热传导的盖10，其被用于构造根据本发明的电子组件。该盖10可由具有良好热传导性能的材料，例如铜制成。盖10包括一个中心部分12和四个侧壁14。一凹槽16被限定在侧壁14中的中央部分12上。
盖10被清洁，如图2所示，第一合金的第一薄片18被插入凹槽16中。该第一薄片18的尺寸被定为装配在侧壁14之间且几乎填满凹槽16。该第一合金的质量比最好为：铋44.7％，铅22.6％，铟19.1％，锡8.3％，镉5.3％。这种类型的合金薄片可由纽约尤蒂卡的美国铟公司获得。该合金的选择和特性通过下述说明将很明显。
然后，第一薄片18的盖10被加热到高于第一合金的熔化温度约115℃，从而如图3所示使第一合金18熔化。第一合金18中的铟与盖10的铜反应，从而在第一合金18中产生气泡或砂眼20。第一合金18中的砂眼不利于热传导。然而，如果使用纯铟代替合金18，则砂眼20的数量将会很大地降低。
然后，第一合金18被冷却，从而导致其如图4所示凝固。然后砂眼20陷入凝固的第一合金18中。
然后如图5所示，第二薄片22被定位于第二合金18的顶部。典型地，第二薄片22约为2mm厚，且最好由纯铟制成。第二薄片22位于盖10的边缘24上面。
然后，如图6所示，使用红外线辐射26从下方加热盖10。热量被从盖10转移到第一合金18。盖10、第一合金和第二薄片22的组合被加热到高于第一合金18的熔化温度115℃的温度。第二薄片22的纯铟的熔点约为135℃。盖10、第一合金18和第二薄片22的组合被加热到低于第二薄片22的熔点135℃的温度。从而，第一合金18被熔化，而第二薄片22仍然是固体。当与基本上是纯铟的第二薄片22相比较时，由于在第一合金18中包括铅，因此第一合金18的熔点较低。铅的质量最好占0.5％和30％之间。
喷嘴28被用于直接将一股空气30喷射到第二薄片22的中心部分上。该股空气30大体上成直角冲击到第二薄片22上，并从第二薄片22的中心部分向外散布。由于该股空气30的转向，在第二薄片22上产生一个力，该力被传递到第一合金18。这个由空气产生的力将砂眼20从第一合金18的中心部分32去除。大多数砂眼20从边缘24和第二薄片22的边缘之间的边缘区域逃脱。一些砂眼20可能仍然留在第一合金18的外部。然而，第一合金18的中心部分32基本上或完全没有砂眼。然后第一合金18被冷却，从而如图7所示，使其凝固。一些砂眼20可能存在于凝固的第一合金18的外区。第二薄片22存在于凝固的第二合金18上。
附图8示出了盖10，包括第一合金18和被倒置的第二薄片22，以及用于构造根据本发明的一实施例的电子组件的半导体封装件34。该半导体封装件包括一封装件基底38和一半导体芯片40。
该封装件基底38至少部分地由电介质材料制成。该电介质材料可以是一种树脂，如bismateinite三嗪树脂，该树脂形成其表面。球状栅格阵列42形式的焊球阵列存在于封装件基底38的下表面上。
典型地，半导体芯片40由半导体材料例如硅制成，并在其中形成集成电路(未示出)。焊料凸起44阵列被形成在包含集成电路的半导体芯片40的上表面上，然后，如图8所示，根据通常称为“受控压缩芯片结合”(controlled collapsechip connect)(C4)的方法，半导体芯片40被翻转，从而焊料凸起44位于底部。半导体芯片40位于封装件基底38的上表面，焊料凸起44位于封装件基底38和半导体芯片40之间。然后半导体封装件34被加热，并被冷却，从而使其它凸起44附着到封装件基底38。
第二合金的第三薄片50位于半导体芯片40上面。第三薄片50的第二合金的组成可与第一合金18的组成相同。
然后，如图9所示，第二薄片22的下表面与第三薄片50的上表面接触，从而第二薄片22、第一合金18和盖子10的组合留存在第三薄片50上。
然后，如图9所示的组合被加热到高于135℃。第一和第二合金18、50以及第二薄片22在高于135℃的温度下熔化。如图9所示的组合从不被加热到高于150℃，从而避免了半导体芯片40中的集成电路的损坏。当第一和第二合金18、50以及第二薄片22被熔化时，如图10所示，盖子10落在封装件基底38上。熔化的第三薄片50被用作润湿层，以保证半导体芯片40的上表面上的适当的热偶。第一和第二合金18、50和第二薄片22的铟的熔化的混合物52填满半导体芯片40与盖10的中心部12之间的整个区域。从而被熔化的混合物52与半导体芯片40的上表面和盖10的中心部12的下表面相接触。
由于对熔化混合物52的材料进行选择，从而混合物52不会进入封装件基底38的电介质材料，但如果使用另一种金属代替合金52则会发生上述情况。
然后如图10所示的组合被冷却，从而如图11所示导致混合物52凝固。然后环氧焊珠54就位于盖10和封装件基底38之间的被填满的界面中。环氧焊珠52将盖10固定到封装件基底38，从而完成了电子组件60的构造。
混合物52在半导体芯片40和盖10之间提供了足够的热偶，主要原因是在混合物52中应用了金属铟。虽然更高的百分含量例如至少10％为更好的热导体，混合物52中的铟最好占质量的1％，以提供足够的热偶。应当注意，通过其将热量从半导体芯片40传递到盖10的中心部分基本上没有砂眼，这就保证了半导体芯片40和盖10之间充分的热传递。
实施例已经被描述，并在附图中示出，应当理解该实施例仅是说明性的，对本发明并没有限定性，且由于本领域普通技术人员可能作出改进，因此，本发明并不限定到示出并说明的具体结构和布置。
Claims (21)
1、一种构造电子组件的方法，该方法包括：
将一个包括一热传导含铟的物质的第一薄片定位在一个为热传导材料的盖的凹槽中；
对第一薄片进行加热，使其熔化，所述盖是一种热传导材料，当物质被加热而熔化时，所述热传导材料与物质反应，物质与盖的材料的反应导致在物质中产生砂眼；
从物质的一部分中去除至少一些砂眼；
将该热传导元件、该热传导含铟的物质和一半导体封装件沿彼此相对的所选定方向定位，从而热传导元件的至少一部分位于半导体芯片的与封装件基底相反的一侧上，所述物质位于半导体芯片和热传导元件的所述部分之间，该半导体封装件包括一封装件基底、一被安装到封装件基底上且在其上形成集成电路的半导体芯片；
当热传导元件、所述物质和半导体封装件沿彼此相对的所选定方向固定时，对该物质进行加热，所述物质被加热到高于熔点的温度，使其熔化；和
将所述物质冷却，且所述物质被冷却到低于其熔点的温度，使其凝固，然后该物质在半导体芯片和热传导元件的所述部分之间提供热传导热偶。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述物质在其一侧接触半导体芯片。
3、根据权利要求2所述的方法，其中所述物质在其相反的一侧接触热传导元件的所述部分。
4、根据权利要求1所述的方法，其中所述物质与半导体封装件的两部分接触，而在两部分之间不产生短路。
5、根据权利要求1所述的方法，其中所述物质的熔点低于150℃，并被加热到高于其熔点但低于导致集成电路损坏的温度。
6、根据权利要求1所述的方法，其中当物质与盖的所述材料反应时，所产生的砂眼比当纯铟与盖的材料反应时所产生的砂眼少。
7、根据权利要求1所述的方法，其中盖的热传导材料为铜。
8、根据权利要求1所述的方法，其中利用一股流体所产生的力将砂眼从所述物质的部分中移走从而将砂眼去除。
9、根据权利要求8所述的方法，还包括：
在所述物质的上面放置第二薄片；和
将所述物质加热到高于其熔点而低于第二薄片的材料的熔点的温度，从而使所述物质熔化，因此，当所述物质被熔化时，第二薄片的材料保持完整，一股流体冲击到第二薄片上，第二薄片防止由于流体而导致的被熔化的物质的飞溅。
10、根据权利要求9所述的方法，其中第二薄片的材料含有铟。
11、根据权利要求9所述的方法，还包括：
在砂眼被去除之后，将所述物质冷却，且所述物质被冷却到低于其熔点的温度；
将所述物质定位于靠近半导体芯片；和
将所述物质加热到高于其熔点，从而使所述物质在半导体芯片上回流。
12、根据权利要求11所述的方法，还包括：
将包含铟的第三薄片定位在半导体芯片上，该第三薄片和所述物质被同时加热到高于它们的熔点，该第三薄片作为润湿层，用于保证适当地热偶合到半导体芯片。
13、一种构造电子组件的方法，该电子组件由以下部件组成：
(i)一半导体封装件，其包括一封装件基底、一被安装到封装件基底上且在其上形成集成电路的半导体芯片；
(ii)一热传导材料制成的盖，该盖具有凹槽；和
(iii)第一合金的第一薄片，该方法包括：
将第一薄片定位在凹槽中；
将第一薄片加热到高于其熔点的温度，使第一合金软化，该第一合金与盖的材料反应，从而在第一合金中产生砂眼；
将第二薄片材料定位于第一合金上，该第二薄片材料含有铟，且具有比第一合金更高的熔点；
当第二薄片和第一合金处于第一合金的熔点与第二薄片的熔点之间的温度时，将一股流体引导到第二薄片上，第二薄片防止由于流体而导致的第一合金的飞溅，该流体将砂眼从第一合金的至少一部分中清除；
将盖和半导体封装件沿所选择方向定位，其中半导体芯片邻近凹槽；和
将第二薄片和第一合金加热到高于第二薄片的熔点的温度，从而在半导体芯片上产生第二薄片和第一合金的回流，第二薄片和第一合金的材料与存在于半导体芯片和盖之间的第一合金的所述部分提供了盖和半导体芯片之间的热偶合。
14、根据权利要求13所述的方法，其中合金含有铟。
15.一种构造电子组件的方法，包括：
将含铟的第一合金插入热传导盖的凹槽中；
对凹槽中的第一合金进行加热，使其熔化，其中所述盖是一种热传导材料，当合金被加热而熔化时所述材料与合金反应，合金与盖的材料的反应导致在合金中产生砂眼；
从合金的一部分中去除至少一些砂眼；和
将第一合金放置在邻近半导体芯片处，该半导体芯片被安装到封装件基底上且在其中形成集成电路，合金的所述部分位于半导体芯片和盖之间。
16、根据权利要求15所述的方法，其中当合金与盖的所述材料反应时，所产生的砂眼比当纯铟与盖的材料反应时所产生的砂眼少。
17、根据权利要求15所述的方法，其中盖的热传导材料为铜。
18、根据权利要求15所述的方法，其中利用一股流体所产生的力将砂眼从所述合金的部分中移走从而将砂眼去除。
19、根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述合金的上面放置第二薄片；和
将所述合金加热到高于其熔点而低于第二薄片的材料的熔点的温度，从而使所述合金熔化，因此，当所述合金被熔化时，第二薄片的材料保持完整，一股流体冲击到第二薄片上，第二薄片防止由于流体而导致的被熔化的合金的飞溅。
20、根据权利要求15所述的方法，其中第二薄片的材料含有铟。
21、根据权利要求15所述的方法，还包括：
在砂眼被去除之后，将所述合金冷却，且所述合金被冷却到低于其熔点的温度；
将所述合金定位于靠近半导体芯片；和
将所述合金加热到高于其熔点，从而使所述合金在半导体芯片上回流。
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