CN1567585A - 具有散热片的半导体封装体 - Google Patents

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田姿仪
王文娟
曾祥伟
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Abstract

一种具有散热片的半导体封装件包括：导线架，其包括一芯片座、布设于该芯片座周围的多个管脚、以及自该芯片座两侧延伸出且开设有至少一孔槽的散热脚部；至少一接置在该芯片座上的芯片；包覆该导线架及芯片的封装胶体，令该散热脚部与多个管脚外露出该封装胶体；以及在其表面的一组相对位置分别形成有至少一卡合件的散热片，并令该卡合件分别卡合于所对应的散热脚部的孔槽中，进而可在不改变原封装件的制程与结构下，增加其散热面积与散热路径，以提升散热效能。

Description

具有散热片的半导体封装件
技术领域
本发明是关于一种具有散热片的半导体封装件，特别是关于一种可增加散热面积且提升散热效率的具有散热片的半导体封装件
背景技术
随着半导体制程技术不断进步，芯片的处理速度与功能要求也随之提升，伴随而至的问题是如何有效散逸芯片运行时产生的热量，以保证半导体装置的可靠性；以双列直插式封装件(DIP，Dual-In-LinePackage)或小尺寸封装件(SOP，Small Outline Package)等半导体装置为例，由于其芯片受导热效果不佳的封胶材料所包覆，所以如果该芯片在高速运算过程中产生的热量无法顺利且有效率地排出，必将严重影响这些装置的使用效能，导致其电子组件失效。
现在，为解决此类封装件的散热问题，常借由外露出该封装件两侧的管脚，以此为散热途径，将芯片的热量散逸至印刷电路板上，并由该印刷电路板扩散至外界，例如现有的散热式小尺寸封装件(HSOP，Heat Sink Small Outline Package)，即是借由自芯片座的两侧延伸出的散热脚部散逸热量，如图9A所示该封装件的导线架60俯视图，其包括一芯片座61、自该芯片座61的两侧延伸而出的两散热脚部62、以及布设于该芯片座61的另外相对两侧的多个管脚63，该多个管脚63与该两散热脚部62整齐排列在同一侧，并分别以一系条64(Dam-Bar)相互连接，同时，该芯片座61上接置有一芯片65，分别与各管脚63间以焊线66进行电性连接，即可借由该两散热脚部62散逸该芯片65产生的热量。
因此，如图9B的等角剖视图所示，即显示该现有散热式小尺寸封装件(HSOP)经封胶与冲压(Punch)制程后的结构，此时该导线架60的上下方分别形成有封装胶体70，以包覆该芯片65与芯片座61，并令该位于同侧的多个管脚63与散热脚部62分别外露出该封装胶体70的两侧，且形成一阶梯式弯折部，与一印刷电路板80进行连接；图9C所示即为该现有封装件接置于印刷电路板80上的等角示意图，该封装件是借由表面贴片技术(SMT)接置在该印刷电路板80上的预定位置，以令外露出该封装件两侧的多个管脚63分别接置在该印刷电路板80上的导电区81，令该两散热脚部62分别接置在该印刷电路板80上的散热区82(或接地区)，如此，即可令该封装件的芯片65与外界建立一电性连接关系，并形成“芯片65-芯片座61-散热脚部62-散热区82-印刷电路板80-外界”的散热路径，解决传统上无法解决的散热问题，例如美国专利第5,877,937号案与日本专利第01217386号案等，都已揭示这一具有散热效果的现有封装件结构。
这一散热设计虽可突破此类型封装件的早期散热瓶颈，但随着封装件集成度与芯片效能的不断提升，该现有结构的散热效能显然已逐渐不能满足需要，这是由于在该封装件的散热路径中，包括该芯片座61、散热脚部62与散热区82(或接地区)均有结构上的限制，而无法大幅增加其设计面积，导致散热面积的限制，且为顾及电子产业的集成度趋势，包括芯片65、管脚63与该印刷电路板80上的电子组件的数目均更趋密集，进而更加压缩上述各部件的面积设计空间，自然也将形成散热效能上的瓶颈。
此外，对该封装件而言，由于其芯片65的作用表面65a(ActiveSurface)是相对于其与该芯片座61的接置表面，故此一主要热量来源的作用表面65a产生的热量，将部分散逸至该芯片65上方的封装胶体70中，而该封装胶体70使用的树脂材料的导热性又极低，因此更将降低该封装件的热量散逸效率；再者，如要改良此一常用散热结构，除需考虑不致降低该封装件的集成度外，更应避免改变原有小尺寸封装件(SOP)的制程与结构，否则非但会造成原有常用生产线的大幅更替，更将导致制程成本的提升与量产的困难，且如果考虑封装件尺寸极小化的发展趋势，如何在不大幅增加该封装件的体积与厚度的前提下，改善原有散热效率，确为一大设计难题；因此，在上述各项制程与市场因素的限制下，如要改善此类封装件的散热效率以提升其产品可靠度，显然已成为今日研发上的一大障碍。
综上所述，如何开发一种具有散热片的半导体封装件，以增加其散热面积及提升其散热效率，同时兼可顾及该封装件原有的集成度与制程结构，又不致大幅增加其体积与量产成本，确为这一相关产业所需迫切面对的重要课题。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可增加散热面积及提升散热效率的具有散热片的半导体封装件。
本发明的又一目的在于提供一种不会改变原有封装制程与封装结构的具有散热片的半导体封装件。
本发明的再一目的在于提供一种不会影响封装件的芯片集成度的具有散热片的半导体封装件。
本发明的另一目的在于提供一种便于组卸其散热片的具有散热片的半导体封装件。
本发明的又一目的在于提供一种散热片定位牢固的具有散热片的半导体封装件。
本发明的再一目的在于提供一种便于量产的具有散热片的半导体封装件。
为达上述及其它目的，本发明提供的具有散热片的半导体封装件，包括：导线架，其包括芯片座、布设于该芯片座周围的多个管脚、以及至少二个分别自该芯片座的两侧延伸而出的散热脚部，且该散热脚部上开设有至少一孔槽；至少一接置于该芯片座上且与该多个管脚电性连接的芯片；用以包覆该导线架及芯片的封装胶体，使包覆在该芯片上的封装胶体形成一散热表面，并令该散热脚部与多个管脚外露出该封装胶体；以及散热片，在其表面一组相对位置上分别形成有至少一卡合件，令该卡合件分别卡合在所对应的散热脚部的孔槽中，使该散热片接置在该封装胶体的散热表面上，且该卡合件突出于该散热片的表面。
同时，该半导体封装件也可包括：导线架，其包括芯片座、布设于该芯片座周围的多个管脚、以及至少二分别自该芯片座的两侧延伸出的散热脚部，且该散热脚部上开设有至少一孔槽；至少一接置于该芯片座上并与该多个管脚电性连接的芯片；用以包覆该导线架及芯片的封装胶体，使包覆于该芯片上的封装胶体形成一散热表面，并令该散热脚部与多个管脚外露出该封装胶体；以及至少二散热片，其分别形成有至少一卡合件，以令该卡合件分别卡合在对应的散热脚部的孔槽中，并使该散热片不与该封装胶体的散热表面接触，与该散热片的表面位于同一平面上。
因此，本发明即是借由至少一卡合在该至少二散热脚部上的大面积散热片，增加现有散热片的散热路径与散热面积，同时，也借由该散热脚部的孔槽与该散热片的卡合件的搭配设计，连接其散热路径并发挥组卸容易与牢固定位等功能。
上述的散热片可为一平坦型散热片，也可在该散热片的表面上配置成数组排列的多个鳍片，以增加散热面积，同时，该孔槽也可分别为两个开设于该散热脚部两侧的孔槽，或为一个开设于该散热脚部中央的孔槽。
此外，该卡合件形成于该散热片的边缘，且其端部上形成有一卡勾，以强化其卡合在该孔槽时的牢固性；该散热片是以铝材料制成，除可发挥铝材不易氧化与成本低廉等优越特性外，还可借由铝材硬度比铜低的材料性质，使该卡合件卡合在以铜合金制成的散热脚部时，发挥紧配合的牢固定位功效，其中，该散热脚部的宽度大于该管脚的宽度。
此外，该封装胶体的散热表面上涂布有一层导热胶；该导线架以铜合金材料制成；该半导体封装件为一散热式小尺寸封装件。
因此，借由本发明的设计，即可新增“芯片—封装胶体—散热表面—散热片—外界”与“芯片—芯片座—散热脚部—卡合件—散热片—外界”两个散热路径，能够在不改变原有封装件制程与结构的前提下，解决现有散热效率不足的瓶颈，同时，还不影响该封装件的芯片集成度，散热片便于组卸、且定位牢固、便于量产，充分突破过去所面临的技术限制。
附图说明
图1是本发明的半导体封装件使用的导线架的较佳实施例俯视图；
图2是本发明的半导体封装件使用的散热片的较佳实施例示意图；
图3A是本发明的较佳实施例的散热片接置示意图；
图3B是本发明的较佳实施例的等角剖视图；
图3C是本发明的较佳实施例的短边剖视图；
图4是本发明的实施例2的短边剖视图；
图5A是本发明的实施例3的短边剖视图；
图5B是本发明的实施例3的长边侧视图；
图6A是本发明的实施例4的短边剖视图；
图6B是本发明的实施例4的长边侧视图；
图7A是本发明的卡合件的另一实施例示意图；
图7B是使用图7A所示卡合件的半导体封装件的长边侧视图；
图8A是本发明的卡合件与孔槽组合的另一实施例示意图；
图8B是本发明的卡合件与孔槽组合的再一实施例示意图；
图9A是现有HSOP封装件的导线架俯视图；
图9B是现有HSOP封装件的等角剖视图；以及
图9C是现有HSOP封装件接置在印刷电路板上的等角示意图。
具体实施方式
实施例1
图1所示即为本发明的半导体封装件使用的导线架10的较佳实施例俯视图，这是以铜合金一体成型加工的平板，包括一方形芯片座11、自该芯片座11的两侧延伸出的两矩形散热脚部12、以及布设于该芯片座11周围的多个管脚13，该多个管脚13延伸至该导线架10的相对两侧，并令同侧的多个管脚13分别位于该同侧散热脚部12的左右与该两散热脚部12整齐排列，且令其端部相互切齐，其中，该散热脚部12的宽度如图所示。大于每一管脚13的宽度，且该散热脚部12的宽度应设计较宽以提升其散热面积，反之该管脚13的宽度则应设计较窄以增加该管脚13数目及封装件的布线密度。
同时，该两散热脚部12上靠近该芯片座11的位置处，如图所示分别开设有两个相对的矩形孔槽14，该孔槽14分别形成于该散热脚部12两侧边缘的相对位置上，具有一开口，且具有相同的开设面积，其中，该孔槽14的宽度w1需具有一定的尺寸精度，以加强后续接置一散热片20时的定位牢固性。
图2所示即为该散热片20的较佳实施例示意图，该散热片20为一平板型散热片，且具有足够大的面积，以当接置于该封装件时可充分覆盖包覆在该芯片30上的封装胶体40，从而发挥足够的散热效果；其中，该散热片20的两长边边缘上如图所示分别形成有两个卡合件21，该两个卡合件21为一突出于该散热片20表面的柱状卡榫，以当该散热片20接置在该封装件时，可插置并卡合在其相对位置上的散热脚部12的孔槽14，因此，该两个卡合件21的距离d与该两个孔槽14的距离d相等，以进行准确的插置对位，且该两个卡合件21的宽度w2应不小于该孔槽14的宽度w1，以在卡合后发挥牢固定位的功效；同时，该两个卡合件21也应具有一适当大的高度h，以避免该卡合件21卡合在该孔槽14时因其高度不足而发生脱落的现象。
该散热片20的尺寸随该导线架10的设计而改变，由于该卡合件21形成于该散热片20的两侧边缘，故该散热片20的宽度L2显然也应配合该导线架10的设计，而使其相等于该导线架10上两侧散热脚部12的孔槽14距离L1(见图1)，以在接置该散热片20时可顺利进行对位；但上述的配置仅为本发明的较佳实施例，该卡合件21并非一定形成于该散热片20的边缘上，仅需令该卡合件21形成于该散热片20的位置对应该孔槽14的位置即可，可视封装件的散热需求自由改变该散热片20的长宽尺寸与形状，至于上述卡合件21形成于散热片20边缘的实施例，则具有制造时利于一体成型加工的优点。
上述散热片20的材料可为任何具有良好导热性的材料，本发明的较佳实施例以导热性良好的铝作为该散热片20的材料，除考虑铝材的价格低廉可降低封装成本外，也借由铝材相对该导线架10的铜合金材料的低硬度特性，使该铝制卡合件21卡合在该铜制散热脚部12时，具有较佳的紧密配合度与牢固性，同时，铝材也具有不氧化的优点。
因此，当接置在该芯片座11上的芯片30与其周围管脚13进行电性连接后，即可按照现有封装制程，进行封胶与冲压步骤，并令包覆在该芯片30上方的封装胶体40形成一水平散热表面41，以接置上述散热片20，此时，该散热表面41上可先涂布一层导热胶50(ThermalGrease)，以提升散热效率，并可如图3A所示，借该散热片20两侧的卡合件21，将该散热片20插置在该封装件上，并使该散热片20的下表面20a与涂布有导热胶50的散热表面41相互接触，此即完成本发明具有散热片20的半导体封装件的组装步骤。图3B、图3C分别为该封装件的等角与平面剖视图，可自该图看出该芯片30的散热路径除经由该芯片座11与散热脚部12而排热至印刷电路板(图未标)的原有路径外，还增加有“芯片30-封装胶体40-导热胶50-散热片20-外界”与“芯片30-芯片座11-散热脚部12-卡合件21-散热片20-外界”两个散热路径，可借由本发明设计的大面积散热片20，满足该封装件的散热需求。
因此，利用本发明的设计，此类型封装件即可借由该散热片20所增加的两个额外散热路径，解决现有散热结构的散热限制，使散热面积最大化，也不致因散热面积增加而影响原有封装件的集成度，且经实验验证，这一设计比现有散热式小尺寸封装件(HSOP)增加约20％的散热效率；同时，由于该散热片20是一外加式散热结构，故其设计无需改变原有封装件结构，且也不致改变原有的封装制程，仅需在常见的封胶与冲压制程后，再统一接置该散热片20即可，具有极高的量产性；再者，借由上述卡合件21与孔槽14的搭配设计，还使该散热片20具有便于组卸与替换容易的功效，具有使用与装配上的极大便利性，且可令该散热片20牢固定位在该封装件上，不致在后续可靠度测试或搬运过程中脱落，以确保其散热功效。
实施例2
本发明配置的散热片除上述的较佳实施例外，也可在该平板型散热片20的表面设计成数组排列的多个针状鳍片22(Pin Fin)，以增加该散热片20与外界空气的接触面积，从而可再一步提升散热效率。如图4所示，此即本发明的实施例2，其为与图3C的实施例1具有相同视角的剖视图，其中，该散热片20的两侧对应于该散热脚部12孔槽14的位置，也如该实施例1一样形成有用以接置该散热片20的卡合件21，可如图所示卡合在所对应的孔槽14中。
实施例3
此外，本发明的结构也非仅限于一与该封装胶体40的散热表面41相互接触的外加散热片20，也可如图5A所示的实施例3，分别配置两直接外露于空气中的散热片20，该两散热片20也为一平板型散热片，即如图5B中自该封装件长边而视得的侧视图所示，每一散热片20上也形成有两个卡合件21，可卡合至该散热脚部12的对应孔槽14中，且该卡合件21与该散热片20位于同一平面上，如果与上述实施例1、实施例2比较，则本例散热片20的加工成型将更为简易。
实施例4
图6A、图6B则为本发明的实施例4，其视角与图5A、图5B相同，其中，该两个直接外露于空气中的散热片20分别形成有多个鳍片22，以增加散热面积；因此，使用者即可视封装件的用途需求，借由上述各类型散热片20与该孔槽14的对应组装关系，在生产线上视需要随时变更设计，以发挥最大的量产弹性。该卡合件21与该孔槽14间的搭配设计是本发明的特征之一，其对应组装关系除具有便于组卸与定位牢固等功效外，还有连接散热路径的散热功能，但其结构设计并非仅限于上述四个实施例，对该卡合件21而言，若要强化其定位效果，则可在每一卡合件21的端部设计有如图7A所示的卡勾21a，如此即可在该卡合件21插置于该孔槽14时发挥卡合的效果，而强化其固接性，也可借此减低对该卡合件21与孔槽14宽度的加工精度要求，图7B即为具有该型卡合件21的封装件在其长边所视得的侧视图。
此外，对该卡合件21与孔槽14而言，其设计位置与数量也非仅限于上述四个实施例的说明，也可如图8A所示将该孔槽14开设在该散热脚部12的中央，令每一散热脚部12仅具有一孔槽14，同时，也令该散热片20上的卡合件21配合该孔槽14仅在一侧形成一个，或如图8B所示在该卡合件21的端部形成卡勾21a，均可适用于本发明的范围，当然，一般而言，当该散热脚部12上开设的孔槽14数目与所对应的卡合件21数目愈多，则借由该散热脚部12经该卡合件21至该散热片20的散热路径也将愈多，将具有较高的散热效率，要根据使用者的需求而定，这些等效结构变化本文不再说明。
同时，上述各实施例中提出的散热脚部12，均形成于该芯片座11延伸的两侧，这是针对现有封装件的设计而言，事实上，本发明的结构也可在该封装件的四边均延伸有散热脚部12，且每一侧的散热脚部12数量也不是仅限于一个，可视管脚13的布局密度加以调整，因此，若该散热脚部12的数量或位置有变动，则接置于该散热脚部12上的散热片20卡合件21的数量与位置也将随之改变，从而将部分改变该封装件的散热路径与散热效率。
综上所述，本发明的具有散热片的半导体封装件，确具有增加散热面积与散热路径的功效，可充分解决现有上散热效率不足的问题，同时，还不会改变原有封装件的集成度与制程结构，符合产业需求且量产效率极高，此外，也兼具有散热片易于改变设计、组卸便利、与定位牢固等优点。

Claims (24)

1.一种具有散热片的半导体封装件，其特征在于，该半导体封装件包括：
导线架，其包括芯片座、布设于该芯片座周围的多个管脚、以及至少一自该芯片座延伸出的散热脚部，且该散热脚部上开设有至少一孔槽；
至少一芯片，接置在该芯片座上，并与该多个管脚电性连接；
封装胶体，用以包覆该导线架及芯片，使包覆于该芯片上的封装胶体形成一散热表面，并令该散热脚部与多个管脚外露出该封装胶体；以及
散热片，形成有至少一卡合件，以令该卡合件卡合在所对应的散热脚部的孔槽中，使该散热片接置于该封装胶体的散热表面上。
2.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该散热片上配置有多个鳍片。
3.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该孔槽为两个分别开设于该散热脚部两端的孔槽。
4.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该孔槽为一开设于该散热脚部中央的孔槽。
5.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该卡合件形成于该散热片的边缘。
6.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该卡合件突出于该散热片的表面。
7.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该卡合件的端部上形成有一卡勾。
8.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该散热脚部的宽度大于该管脚的宽度。
9.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该封装胶体的散热表面上涂布有一层导热胶。
10.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该散热片是以铝材料制成。
11.如权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，该导线架是以铜合金材料制成。
12.如权利要求所述1的半导体封装件，其特征在于，该半导体封装件为一散热式小尺寸封装件。
13.一种具有散热片的半导体封装件，其特征在于，该半导体封装件包括：
导线架，其包括芯片座、布设于该芯片座周围的多个管脚、以及至少一自该芯片座延伸而出的散热脚部，且该散热脚部上开设有至少一孔槽；
至少一芯片，接置于该芯片座上，并与该多个管脚电性连接；
封装胶体，用以包覆该导线架及芯片，使包覆于该芯片上的封装胶体形成一散热表面，并令该散热脚部与多个管脚外露出该封装胶体；以及
至少一散热片，形成有至少一卡合件，令该卡合件卡合在所对应的散热脚部的孔槽中，并使该散热片不与该封装胶体的散热表面接触。
14.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该散热片上配置有多个鳍片。
15.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该孔槽为两个分别开设于该散热脚部两端的孔槽。
16.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该孔槽为一开设在该散热脚部中央的孔槽。
17.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该卡合件形成于该散热片的边缘。
18.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该卡合件与该散热片的表面位于同一平面上。
19.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该卡合件的端部上形成有一卡勾。
20.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该散热脚部的宽度大于该管脚的宽度。
21.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该封装胶体的散热表面上涂布有一层导热胶。
22.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该散热片以铝材料制成。
23.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该导线架以铜合金材料制成。
24.如权利要求13所述的半导体封装件，其特征在于，该半导体封装件为一散热式小尺寸封装件。
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