CN1497715A - 带有改进的散热器结构的半导体装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有改进的散热器结构的半导体器件。所述半导体器件包括有第一基片，连接到第一基片的第一散热板，具有一个连接到第一散热板的背面的第二基片，具有粘结到第二基片的正面上的正面的半导体芯片，和连接到半导体芯片的背面的第二散热板。

Description

带有改进的散热器结构的半导体装置
技术领域
本发明总体上涉及一种封装的半导体器件，特别是涉及一种封装半导体器件的散热器结构。
背景技术
为了实现有效散热，封装半导体器件经常采用允许同时从半导体芯片的正面和背面释放热量的散热结构。
采用这样的散热器结构的封装半导体器件已在日本未审的专利申请No.P2002-164485A中公开。图1显示了所述公开的半导体器件的结构。所述公开的半导体器件由高导热性的铝氮化物(aluminum nitride)的第一和第二绝缘基片102和104，以及分别连接在第一和第二绝缘基片102和104上的第一和第二散热器103和105构成。这种散热结构允许热量从半导体芯片101的正面经第一绝缘基片102和散热器103释放，同时允许热量从半导体器件101的背面经第二绝缘基片104和散热器105释放。半导体器件101和外界之间的电连接是通过安装绝缘基片102上的互接器(interconnections)、连接到互接器上的导电体106、焊线107和引线108来实现的。
其它的允许热量同时从半导体芯片的正面和反面释放的散热器结构公开于日本未经审查的专利申请No.Jp-A-Heisei 7-29940、Jp-A-Heisei 8-64730、和P2000-174180A。
如果半导体器件封装具有改善的散热效率将是有益的。
如果半导体器件所安装的互接器(interconnections)要达到的长度被减小了将是有益的。缩短的半导体器件封装的互接器有效地减小了其中信号的延迟，也避免了对于高频信号的阻抗不匹配。
发明内容
总的来说，本发明涉及一种对半导体器件封装的散热器结构的改进。
详细地说，本发明的一个目的是改善半导体器件封装的散热效率。
本发明的另一个目的是减小半导体器件上用于外界与半导体芯片之间的电连接的互接器的长度。
在本发明的一个方面中，半导体器件由第一基片、连接到第一基片上的第一散热板、具有连接到第一散热板上的背面的第二基片、具有焊接到第二基片的正面上的一个正面的半导体芯片、和连接到半导体芯片的背面的第二散热板组成。
当半导体器件包括与第一基片背面相接合的第一焊盘，和要被电连接到半导体芯片上的与第二基片正面相接合的第二焊盘时，如果第一基片包括有穿过其中连接到第一焊盘的第一互接器，第二基片包括有穿过其中连接到第二焊盘上的第二互接器，且第一散热板包括为第一和第二互接器提供电连接的过孔接点是有益的。
第一散热板优选包括位于第一和第二基片之间的主体部分，和连接到主体部分上以形成其间的边沿的侧面部分。侧面部分优选地垂直于主体部分。在此情况下，第一散热板优选包括连接到侧面部分的上部分。上部分优选垂直于侧面部分。
如果第二散热板被连接到上部分上是有利的。
如果第一和第二散热板相互连接而形成一个围绕半导体芯片的外壳也是有益的。
在本发明的另一方面中，其提供一种半导体器件的制造方法，包括步骤：
将第一散热板的背面接合到第一基片的正面；
将第二基片的背面接合到第一散热板的正面；
用倒装法将半导体芯片结合到第二基片的正面；
将第二散热板接合到半导体芯片的背面。
优选地，所述方法还包括步骤：
折弯第一散热板的边沿从而在第一散热板内形成主体和侧面部分，主体部分被安装在第一和第二基片之间。
在此情况下，如果所述方法还优选包括下述步骤：
将第一散热板的另一个边沿折弯，从而在第一散热板内形成连接到侧面部分的上部分。
上部分优选地被折弯成与第二散热板相接合。
第一和第二散热板优选地形成围绕半导体芯片的外壳。
附图说明
图1是传统的半导体器件封装的剖视图；
图2是根据本发明的一种实施方式中的半导体器件的剖视图；
图3A是所述半导体器件的立体图；
图3B是所述半导体器件内部散热板的改进结构；
图3C是穿过内部散热板安装的过孔接点的平面图；
图4A至4D是展示在内部散热板被弯曲之前所述半导体器件的制造方法的步骤的剖视图；
图5A至5C是展示在内部散热板被弯曲之后所述半导体器件的制造方法的剖视图；
图6是显示半导体器件的散热作用机制的视图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。
图2是沿着图3所示的A-A截面剖开而成的本实施方式中的半导体器件的剖面结构。本实施方式中的半导体器件包括下基片1、内部散热板4、中间基片11和半导体芯片14。
下基片1由玻璃环氧树脂基片构成，内部互接器2设置成穿过其中。内部互接器2包含有电源线、地线和信号线。内部互接器2被安装以连接下基片1的正面1a和背面1b。
金属焊盘3和焊球19连接在下基片1上。焊盘3安装在连接到内部互接器2上的下基片1的背面1b上。焊盘3按行和列来排列。焊球19分别连接到焊盘3上。
中间基片11由玻璃环氧树脂基片构成，内部互接器12安装成穿过其中。内部互接器12包含有电源线、地线和信号线。内部互接器12被安装以连接中间基片11的正面11a和背面11b。
金属焊盘13被安装在中间基片11的正面11a。焊盘13连接到内部互接器13。
内部散热板4被安装在下基片和中间基片1和11之间。如图3A和3B所示，内部散热板4是由十字形的铜板沿着边沿9和10折弯而制成。内部散热板4包括由边沿9限定的主体部分4c，在边沿9和10之间的侧面部分7，以及由边沿10限定的上部分8。主体部分4c被安装在下基片和中间基片1和11之间。侧面部分7垂直于主体部分4c，且上部分8垂直于相连的侧面部分7。内部散热板4被折弯，以使上部分8平行于主体部分4c。每个侧面部分7都具有垂直于边沿9和10的边沿，当内部散热板4被折弯时，每个侧面部分7的垂直边沿与相邻侧面部分7的垂直边沿相接触。每个上部分8都具有相对于对应边10形成45度角的一对倾斜边。每个上部分8的倾斜边与相邻上部分8的倾斜边相接触。这意味着内部散热板4被折弯成具有一种向上开口的盒子形结构。
如图2中所示，内部散热板4具有许多过孔接点20，以实现下基片1的内部接合器2和中间基片11的内部接合器12之间的电连接。如图3C所示，每个过孔接点20包括绝缘体5和柱形导体6。过孔接点20是通过下面的制造过程而形成的。在穿过内部散热板4形成了过孔之后，所述过孔被覆盖上绝缘体5。然后穿过绝缘体5形成柱形导体6。导体6通常由金制成。
内部散热板4的背面4b被一种粘合剂接合到下基片1的正面1a上。粘合剂的凝固产生了作用在正面1a和背面1b之间的收缩力，从而实现了导体6和内部互接器2之间的电连接。
对应地，中间基片11的背面基片11b被一种粘合剂接合到内部散热板4的正面4a上。由粘合剂凝固产生的收缩力实现了导体6和内部互接器12之间的电连接。结果，焊盘3和13通过过孔接点20被电连接起来。
返回参照附图2，半导体芯片14通过倒装法被粘结在中间基片11的正面11a。许多凸点15安装在了半导体芯片14的正面14a上，且半导体芯片14被面朝下安装，使凸点15连接到焊盘13上。这导致了半导体芯片14的正面14a面对着中间基片11的正面11a。半导体芯片14和中间基片11之间的空间填充有底层填料树脂16。散热板4内部的半导体芯片14周围的空间填充有树脂17。
半导体芯片14的背面14b连接到由铜板制成的外部散热板18上。外部散热板18可以通过焊接或导热粘合剂固定在半导体芯片14上。外部散热板18连接到内部散热板4的上部分8的上表面8a上。
由内部的和外部的散热板4和18构成的散热结构形成了包围着半导体芯片14和中间基片11的外壳，从而提供了一种有效的电磁屏蔽。此外，外部散热板18和上部分8的连接通过散热结构的厚度的增加，有效地改善了散热效率。
图4A至4D和5A至5D示出了本实施例中的半导体器件的制造方法。
如图4A所示，制造过程开始于将焊盘3安装在下基片1的背面1b上，以使焊盘3连接到下基片1中的内部互接器2上。
如图4B所示，然后内部散热板4的背面4b通过粘合剂连接到下基片1的正面1a上，以实现内部接合器2和过孔接点20中的导体6的电连接。
在中间基片11的正面11a上形成了焊盘13之后，如图4C所示，中间基片11的背面11b被粘合剂连接到内部散热板4的正面4a上，以实现导体6和中间基片11中的内部互接器12之间的电连接。
如图4D所示，安装在半导体芯片14的正面14a上的凸点15然后被接合到焊盘13上以实现倒装粘结。半导体芯片14被面朝下安装在中间基片11的正面11a上，以使半导体芯片14的正面14a面对着正面11a。
在实现了倒装粘结之后，半导体芯片14和中间基片11之间的空间被充满了底层填料树脂16。
如图5A所示，内部散热板4然后被沿着边沿9和10折弯，以形成侧面部分7和上部分8。
在折弯过内部散热板4之后，内部散热板内部的空间4被填充树脂17。
如图5B所示，然后外部散热板18通过焊接或导热粘合剂，被连接到半导体芯片14的背面14b以及内部散热板4的上部分8上。
如图5C所示，焊球19然后被连接到焊盘3上，从而完成本实施例中的半导体器件。
上述散热板结构有效地改善了散热效率。如图6所示，其中散热路线由箭头21来表示，安装在下基片1和中间基片11之间的内部散热板4允许热量从半导体芯片14的正面14a经侧面和上部分7和8释放。另外，外部散热板18允许半导体芯片14产生的热量被直接从背面14b释放到外界。本实施例中散热板结构的这些特性有效地达到了改进散热效率的目的。此外，外部散热板18和内部散热板4的上部分8之间的连接减小了散热板结构的热阻(thermal resistance)，并增加了散热面积。这对于改善散热效率也是有效的。改善的散热效率允许经常受到低散热效率的困扰的下基片和中间基片1和11具有一种令人满意的多层结构。。
本实施例中的散热结构的另一个优点在于，内部和外部散热板4和18提供了包围着半导体芯片14和中间基片11的电磁屏蔽。这有效地减少了来自半导体器件的电磁干扰(EMI)。
本实施方式中的散热结构的再一个优点在于，所述散热结构使得封装的半导体器件排除焊线，从而有效地降低了封装的半导体器件中的互接器的长度。缩短互接器长度有效地减小了信号延迟，也有助于高频信号的阻抗匹配。
尽管本发明已经以其带有一定程度的特殊性的优选方式得到了描述，应该明白，在不背离本如以下权利要求所述的发明范围的情况下，可以对本上述公开的优选方式进行结构细节上的改变，以及实现部件的组合和排列。
例如，所述技术领域内的技术人员将会理解，下基片1和/或中间基片11可以由陶瓷基片、树脂条带基片、硅基片、或层压金属基片构成。
另外，所述技术领域内的技术人员将会理解，内部的和外部的散热板4和18可以由合金板和铁板取代铜板来制成。

Claims (13)

1.一种半导体器件，其包括：
第一基片；
连接到所述第一基片的第一散热板；
具有正面和背面的第二基片，所述第二基片的所述背面被连接到所述第一散热板上；
具有粘结到所述第二基片的所述正面上的正面的半导体芯片；
连接到所述半导体芯片的背面的第二散热板。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
接合到所述第一基片的背面的第一焊盘；和
接合到所述第二基片的所述正面以电连接到所述半导体芯片上的第二焊盘；
其中所述第一基片包括有穿过其连接到所述第一焊盘上的第一互接器；
其中所述第二基片包括有穿过其连接到所述第二焊盘上的第二互接器；
其中所述第一散热板包括在所述第一和第二接合器之间提供电连接的过孔接点。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第一散热板包括：
安装在所述第一和第二基片之间的主体部分；
连接到所述主体部分上从而在其间形成一个边沿的侧面部分。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于所述侧面部分垂直于所述主体部分。
5.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于所述第一散热板还包括连接到所述侧面部分上的上部分。
6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于所述上部分垂直于所述侧面部分。
7.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于所述第二散热板连接到所述上部分。
8.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于所述第一和第二散热板被相互连接到一起，从而形成一个围绕着所述半导体器件的外壳。
9.一种半导体器件的制造方法，其包括步骤：
将第一散热板的背面接合到第一基片的正面；
将第二基片的背面接合到所述第一散热板的正面；
将半导体芯片倒装粘结在所述第二基片的所述正面；
将第二散热板接合到所述半导体芯片的背面。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤：
沿着一个边沿折弯所述第一散热板，以便在所述第一散热板内形成主体和侧面部分，所述主体部分被安装在所述第一和第二基片之间。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括步骤：
沿着另一个边沿折弯所述第一散热板，以便形成连接到所述第一散热板内所述侧面部分的上部分。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：
将所述第二散热板接合到所述上部分上。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述第一和第二散热板形成一个围绕着所述半导体芯片的外壳。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication