CN1575520A - 微电子罩结构、散热器结构及半导体封装件 - Google Patents

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Abstract

本发明包括微电子封装件罩，散热器，和包括微电子罩或散热器的半导体封装件。在本发明的一个特定方面，微电子罩包括一具有矩形周边形状从而确定了四个边的材料。此外，沿少于全部周边缘的几个周边，罩具有突起的周边轨道(112)。例如，罩只沿两条边有突起的周边轨道。或者，这个微电子罩可以是确定了四个周边缘的普通矩形，其中两个周边的厚度比另外两个周边要厚。

Description

微电子罩结构、散热器结构及半导体封装件
技术领域
本发明涉及微电子罩结构，散热器结构，以及半导体封装。
发明背景
现代半导体器件的封装一般要在半导体管芯(也叫作芯片)上设一个微电子罩，以在运输过程中保护管芯。该微电子罩可以与管芯导热，以便把管芯产生的热量散发到罩上。因而罩除起管芯保护盖的作用外，还可用作散热器。
现有技术的半导体封装可参照图1-4来说明。首先看图1，该封装件包括一个底座10和一个罩30，它们最初是分开的。底座10可包含一个基底12，它可以是一种含有电路的结构，例如一块电路板。半导体芯片14与含电路结构12的电路是电气相连的，且可以例如通过焊料珠电连线(在图1中看不见)与该电路相连。围绕含电路结构12的外周边有密封材料16，它可以包括环氧树脂等材料。图1所示的底座10的表面最后将成为与罩30形成的封装件结构的一个内表面。
其次来看罩30，它包括一个凹面32，被不下凹的周边部分34所包围。罩30还包括一个表面36，它处于与表面32相对的位置，因而从图1来看是罩30的被隐藏的下侧。罩30的表面32最终将成为由罩30和底座10形成的封装件中罩的内表面，而表面36将成为此封装件的一个外表面。
图2为由罩30和底座10组成的封装件40的俯视图。形成封装件40的一个操作步骤是把罩从图1所示的结构倒过来，并且把它压到底座10上。采用密封材料16将罩30的周边34与底座相密封，则把罩30与底座10密封起来。
图3是通过图2的封装件40的一个横剖面图，且表示罩30与底座10相连。从图3还可看到从芯片14向下伸出的电连线42，它们把芯片与包含在基底12内的电路(未示)电气地连在一起。另外，图3示出了安装在芯片14上的导热界面材料44，它将罩30与芯片14热连接在一起，使得热量从芯片14耗散到罩30里面。若没有材料44，或者是一种不导热的材料，那么罩就仅仅是一个微电子罩。但是，如果材料44是一种传热材料，罩就起散热器的作用，所谓散热器，是指一种主要在两个方向而不是三个方向散热的结构。
图4表示图3的封装件40通过一个导热界面材料52与散热片50相连。材料52可以包括例如GELVETM，它可从Honeywell国际公司买到。散热片50可包括铝等，其形状包含有许多翼片和/或柱子。散热片50与散热器的不同点在于，它使热量向三个方向而不是两个方向散发。
要制作一个具有罩30的复杂性的罩可能会存在一些问题而且成本高。因此，希望能开发出改进型微电子罩结构。
发明概要
本发明包括微电子封装件罩、散热器，及包含微电子罩或散热器的半导体封装件。在本发明的一个特定方面，微电子罩是一种确定了具有四个周边的矩形周边的材料。而且罩沿着少于全部周边边缘的几个周边有突起的周边轨道。例如，可以是只沿两个边有突起的周边轨道。另外，这种微电子罩可以包含普通具有四个周边缘的矩形，其中两个的厚度比另外两个更厚。
本发明还包括具有上述微电子罩形状的散热器，它所用材料的导热系数至少要100W/(m·K)，150W/(m·K)以上更好，较理想的是大于200W/(m·K)。在一些具体实施装置中，散热器可以是含铜的，由铜或基本由铜制成的，其导热系数可在350W/(m·K)左右。在另一些具体实施装置中，散热器可以是含铝的，由铝或基本由铝制成的，其导热系数可在220W/(m·K)左右。
附图简介
本发明的一些优选实施装置将在下面参照以下各附图予以描述：
图1是以往形成封装件的方法最初阶段的微电子封装件示意图，该封装件包括一个罩及与它分开的底座。罩在图中为上视图，而底座为俯视图。
图2为包括图1的罩和底座构成的封装件俯视图。
图3是沿3-3线的图2的封装件剖视图。
图4是以图3剖视图表现的图2封装件视图，且示出了接在图3后面的一个工艺步骤。
图5是本发明的一个微电子罩(或者是一个散热器)的仰视图。
图6为图5罩的侧视图。
图7为和底座相连的图5的罩的视图，而且表示按本发明形成微电子封装件的一个初始步骤。这里底座以俯视图表示，罩以仰视图表示。
图8为利用图7的罩和底座组装成的封装件的俯视图。
图9为沿9-9线的图8中的封装件的剖视图。
图10为沿9-9线的图8中的封装件的剖视图，且表示接在图9后面的一个工艺步骤。
图11是图8封装件的侧视图。
图12是图8封装件的侧视图，它是根据与图11不同的本发明一种具体实施方式示出的。
图13是在按本发明的方法形成罩的初始阶段，一件罩胚料的等轴投影图。
图14是图13的罩胚料在图13一个后续工艺步骤的等轴投影图。
优选实施装置的详细描述
本发明的一个微电子罩(或者是散热片)将参照图5予以描述，它一般用100表示。罩100具有普通的矩形(虽然本发明也包括其它的形状，诸如圆形，三角形，五角形，或其它多边形)。罩100的周边由四个边缘102，104，106和108界定。罩100还包含一个下凹的面110，它与边缘102和106的表面一起延伸；罩的突起轨道沿着边缘108和104延伸。此外，罩100还包含一个与表面110相对的表面120(在图5中看不见)。
图5的罩100和以往的罩30(见图1)的一个不同是，在罩100中的突起部分(112和114)只沿罩的一部分周边延伸。与此相反，以往的罩30中突起部分(34)是沿整个周边延伸的。
在所示实施装置中，罩100为矩形，且凸起的周边部分是沿着周边形状的两个对边(104和108)，而其余两边(102和106)没有突起部分沿着这些边缘的绝大部分范围延伸。实际上，与边缘102和106相连的仅有突起部分是突起部分112和114的终端，这些终端是与边缘102和106相接触的部分112和114的区域。这些轨道112和114的终端部分在图5中以115标示。因而，边缘102有一个沿着轨道112和114的两个终端115之间的边缘延伸的区域126，且此区域126相对于表面110是不突起的。同样，边缘106有一个在两终端115之间延伸的区域128，它相对于表面110也是不突起的。
图6为罩100沿边106的侧视图。此图表示轨道112和114相对于表面110的相互关系，且进一步表示在轨道112和114之间延伸的区域128。轨道112和114确定了一个在它们之间延伸的凹槽119。
图5和6中罩100的尺寸实例为：宽度“W”约35±0.35毫米；长度“L”约35±0.35毫米；厚度“T”约4.6±0.05毫米。此外，凹槽119可以有约0.6±0.025毫米的深度“D”。
下面来看图7，罩100的旁边是一个底座150，后者最终被罩100盖上形成一个封装件。底座150包含四个周边(151，153，155，157)，这与图1的底座类似，图1的底座10内有一个处于基底12上方的芯片14。另外，底座150包含密封件16，其沿基底的周边设置。但图7的底座150和底座10的差别在于，密封件16只在底座150的基底12的两个周边上才有，而不象底座10那样沿四个周边都有。密封件16是设置在沿着将最终与罩100的突起边缘相接触的两个周边上。
接在图7后面的一个工艺步骤是把罩100安放在底座150上，并通过密封件16使轨道112和114密封在底座上，从而形成一个封装件。此封装件示于图8(封装件200)，且特意用俯视图表示，以便能看见罩100的表面120。
再来看图9，该图以沿图8的9-9线的剖面图来表示封装件200。从图中可看到一些焊料珠42将管芯14与基底12连起来。还能看到在管芯14和罩100之间形成的一个层202。层202可以包括例如一种导热材料。如果层202包括导热材料，于是罩100就可用作一个散热器以将管芯产生的热量耗散掉。在其它一些实施方式中，可以不用层202，或者用一种不导热的材料来代替。但在无论哪一种这样的实施方式中，罩100将只起到保护管芯14的微电子罩的作用，通常并不能有效地耗散由管芯14产生的热量，因而不能当作散热器使用。
若要把罩100当作散热器用，优选地它包括导热系数大于100W/(m·K)的材料，更优选地大于150W/(m·K)。在一些具体的实施装置中，罩100可用导热系数超过200W/(m·K)的材料，如铜或铝。在罩100为金属材料的实施装置中，可以将罩镀上镍。例如，若罩100包括铜或铝，可镀上厚度约3微米以上的镍。镀镍后可防止罩底层材料腐蚀，还可提供一个可再生的表面以和一种或几种热界面材料相粘结，以及与环氧树脂相粘结。
下面来看图10，示出了封装件上方加上散热片50后封装件的情况，其中热界面52将散热片50与封装件200相连。散热片50和热界面52可以包括前面说过的一些材料，这些材料参考图4的已有结构进行了说明。
再来看图11，图8的封装件200以侧视图表示出。侧视图中未将芯片(14)画出以使图简化，虽然我们知道芯片14将处于封装件200的中心，如图9所示。从图11中可看出，在封装件200端部有一个间隙250，对应于轨道112和114之间的空间。此间隙一般很窄，且在本发明的各特定实施装置中可以不用填充。但若希望将间隙250填充以防灰尘或其它污染物侵入罩100和基底150之间，则可在间隙内放置一些填充材料。这在图12中作了说明，其中用填料260填充间隙250。填充材料260可以包括环氧树脂等。填料260可以在封装件200形成后加入间隙250内。或者在封装件200作成之前(例如在图7的工艺步骤)填入基底150的边缘151和153。
本发明的罩100比以往的罩(如图1中的罩30)要好，因为它制造更简单。罩100可通过图13和14的工艺来制成。先看图13，提供一个罩胚料条300。它包含尺寸“A”，“X”，“Y”。尺寸“X”对应于沿成品罩100的边缘106的宽度(见图5和6)，“Y”对应于成品罩100的轨道112和114的厚度。优选地尺寸“A”比成品罩100的边缘108长度长几个整数倍。
再来看图14，长条300被加工成沿它的一个表面形成的一个凹槽302。由凹槽302界定沿罩胚料边缘延伸的轨道112和114。接着可把毛胚沿虚线304和306切断，以形成单个的罩100，400，500。如希望将罩的材料镀上金属，随后可对单个的罩进行电镀。
虽然图13和14所示的工艺是将罩胚料长条300加工形成凹槽302，但应知道本发明也包括采用其它的工艺，其中通过将罩材料冲压成所示形状而形成图14的带凹槽的材料。

Claims (36)

1.一种微电子罩，包括：
一具有一定形状和围绕此形状的周边缘的材料；
一由该周边缘围成的表面；
一轨道，它只沿周边缘的一部分延伸，而且相对于上述表面是垂直突起的。
2.如权利要求1所述的微电子罩，其中罩的形状是一矩形，从而确定了周边缘的四个周边，且轨道沿其中两个周边延伸，而剩下两条边的至少绝大部分没有沿着它延伸的轨道。
3.如权利要求2所述的微电子罩，其中轨道沿其延伸的两个周边彼此处在相对的位置。
4.如权利要求2所述的微电子罩，其中所述长方形是正方形。
5.如权利要求1所述的微电子罩，结合到一微电子封装件内，此封装件包括：
一底座；
一由底座支持的芯片；
处于芯片上方的微电子罩，此芯片被封装在微电子罩和底座之间。
6.如权利要求5所述的微电子封装件，其中微电子罩的导热系数至少为约100W/(m·K)；而且还包含处于微电子罩和芯片之间的导热连接。
7.如权利要求6所述的微电子罩，其中该微电子罩的导热系数至少为约150W/(m·K)。
8.如权利要求6所述的微电子罩，其中该微电子罩的导热系数至少为约200W/(m·K)。
9.如权利要求6所述的微电子罩，其中该微电子罩包含铜。
10.如权利要求6所述的微电子罩，其中该微电子罩包含铝。
11.如权利要求1所述的微电子罩，包含铜。
12.如权利要求1所述的微电子罩，基本由铜构成。
13.如权利要求1所述的微电子罩，由铜构成。
14.如权利要求1所述的微电子罩，基本由镀金属的铜构成。
15.如权利要求1所述的微电子罩，由镀金属的铜构成。
16.如权利要求1所述的微电子罩，基本由镀镍的铜构成。
17.如权利要求1所述的微电子罩，由镀镍的铜构成。
18.如权利要求1所述的微电子罩，包含铝。
19.如权利要求1所述的微电子罩，基本由铝构成。
20.如权利要求1所述的微电子罩，由铝构成。
21.如权利要求1所述的微电子罩，基本由镀金属的铝构成。
22.如权利要求1所述的微电子罩，由镀金属的铝构成。
23.如权利要求1所述的微电子罩，基本由镀镍的铝构成。
24.如权利要求1所述的微电子罩，由镀镍的铝构成。
25.一种形成多个微电子罩的方法，包括：
提供一罩胚料条；
沿该条的一侧形成一凹槽；
凹槽形成后，把该条切成多个单独的微电子罩。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述条包括铝。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述条包括铜。
28.如权利要求25所述的方法，其中所述条包括一第一金属材料，还包括用第二金属材料对单个的微电子罩进行电镀。
29.如权利要求25所述的方法，其中所述条包括铝或铜，而且还包括用镍对各单个的微电子罩进行电镀。
30.如权利要求25所述的方法，还包括将至少一个微电子罩结合到微电子封装件内，所述结合包括：
提供一由底座支持的芯片；
将微电子罩粘到底座和并处于芯片上方；因而芯片被封装在微电子罩和底座之间。
31.一种形成多个微电子罩的方法，包括：
将罩胚料冲压成具有一侧和沿该侧延伸的凹槽的条形；
在材料冲压后，将该条切成多个单独的微电子罩。
32.如权利要求31所述的方法，其中罩胚料包括铝。
33.如权利要求31所述的方法，其中罩胚料包括铜。
34.如权利要求31所述的方法，其中罩胚料包括第一金属材料，还包括用第二金属材料对单个的微电子罩进行电镀。
35.如权利要求31所述的方法，其中罩胚料包括铝或铜，还包括用镍对单个的微电子罩进行电镀。
36.如权利要求31所述的方法，还包括把至少一个微电子罩结合到微电子封装件内，所述结合包括：
提供一由底座支持的芯片；
将微电子罩粘接到底座上并处于芯片上方；因而芯片被封装在微电子罩和底座之间。
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