CN210722995U - 一种半导体封装件以及电子元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体封装件以及电子元件，所述半导体封装件包括：芯片：包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面；基板：与芯片的第二表面接置并电性相连；散热系统：包括层叠设置的导热层和散热盖，所述导热层在远离所述散热盖的一侧的表面与芯片的第一表面相连；密封层：环设在所述芯片和导热层的外周缘；通过在芯片和导热层外周缘设置密封层，从而将导热层和芯片密闭起来形成密闭结构，使其在使用过程中，该密闭结构能够有效避免导热层因融化泄露，而后在冷凝回缩后形成空洞，从而影响芯片的散热效果和使用寿命。

Description

一种半导体封装件以及电子元件

技术领域

本实用新型属于半导体领域，涉及一种半导体封装件以及电子元件。

背景技术

倒装芯片球栅阵列(Flip-Chip Ball Grid Array，FCBGA)半导体封装件是一种同时具有倒装芯片与球栅阵列的封装结构，使至少一芯片的作用表面(Active Surface)通过多个焊点(Solder Bumps)电性连接至基板(Substrate)的一表面上，并在基板的另一表面上植设多个作为输入/输出(I/O)端的焊球(Solder Ball)；这种封装结构可大幅缩减体积，同时也去掉了现有焊线(Wire)的设计，可降低阻抗、提高电性，以避免信号在传输过程中衰退，因此已成为芯片与电子组件的主流封装技术。

由于倒装芯片球栅阵列封装的优越特性，使它多用于高集成度(Integration)的多芯片封装件中，以满足这种电子组件的体积与运算需求，但是由于这类电子组件高频率的运算特性，使其在运行过程中产生的热量比一般封装件高，因此，散热效果是否良好成为影响这类封装技术品质优良率的重要关键；现有的倒装芯片球栅阵列封装件是直接将导热片和散热片(Heat Sink)粘覆在芯片的非作用表面(Non-active Surface)上，但是会存在在后续应用过程中，导热片融化外溢，可能会造成中间出现空洞，从而影响半导体封装结构的散热性和使用寿命。

因此，开发出用于BGA封装过程中对封装件的散热性和使用寿命影响较小的半导体封装件非常有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体封装件以及电子元件，所述半导体封装件通过在芯片和导热层外周缘设置密封层，从而将导热层和芯片密闭起来形成密闭结构，使其在后续使用过程中，该密闭结构能够有效避免导热层因融化泄露，而后在冷凝回缩后形成空洞，从而影响芯片的散热效果和使用寿命；此外密封层选用合适CTE(热膨胀系数)的密封导热胶，从而进一步增加半导体封装件的使用寿命；此外还能够将芯片有效的保护起来，从而减少芯片的损耗。

为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的目的之一在于提供一种半导体封装件，所述半导体封装件包括：

芯片：包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面；

基板：与芯片的第二表面接置并电性相连；

散热系统：包括层叠设置的导热层和散热盖，所述导热层在远离所述散热盖的一侧的表面与芯片的第一表面相连；

密封层：环设在所述芯片和导热层的外周缘。

本实用新型中通过在芯片和导热层外周缘设置密封层，从而将导热层和芯片密闭起来形成密闭结构，使其在后续应用过程中，该密闭结构能够有效避免导热层因融化泄露，而后在冷凝回缩后形成空洞，从而影响芯片的散热效果和使用寿命；此外密封层CTE的匹配性进一步增加半导体封装件的使用寿命；此外还能够将芯片有效的保护起来，从而减少芯片的损耗。

本实用新型对密封层的具体结构不做限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整，可以为规则结构，环设在芯片和导热层的外周缘，如环状结构，也可以为不规则结构，只要能够实现将芯片和导热层密封起来即可。

本实用新型对芯片的材质不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整，示例性地如本领域最常用的硅片，本申请对硅片的个数、厚度、形状、尺寸等不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整。

在本实用新型中，芯片为本领域常规使用的芯片，芯片的材质通常为硅、二氧化硅、氮化硅等，在芯片使用过程中，可以不对芯片的表面进行处理，也可以在芯片和导热层之间设置钛层或含钛的合金层，其中钛层或含钛的合金层是通过焊接设置在芯片上的。

本实用新型中，导热层为铟片层，在常温下为固态，随着温度升高，会变成液态，材质本身的导热系数会略有降低，但是导热能力会大大增加。

本实用新型中导热层为铟层，其具有较好的导热效果，能够迅速将芯片工作产生的热量传导给散热件，从而达到较好的散热效果；其中铟层在较高温度下会熔化成液态，能够进一步增加热量的吸收和传导。

在本实用新型中，优选导热层的形状和尺寸与芯片的形状和尺寸保持一致，为了保证工艺的可操作性和简便性。

在本实用新型中，导热层和散热层是通过常规的方式连接在一起的，如层压、镀膜、涂覆、焊接等方式。

在本实用新型中，所述芯片的第二面的表面间隔设置有至少两个导电凸块，所述导电凸块的凸面接置并电性连接基板。

本实用新型中芯片的第二面的表面设置有电路，导电凸块的作用是用于电荷的传导，导电凸块的个数为至少两个，具体个数以及形状等设置本领域技术人员可根据实际需要进行调整。

在本实用新型中，所述半导体封装件还包括底部填充层，所述底部填充层用于填充任两个导电凸块间的间隙。其作用是将导电凸块更好固定在芯片上，避免受到冲击、弯折等外部作用力的情况下，焊接部位容易发生断裂。

在本实用新型中，所述基板包括芯片承载件和焊球，所述芯片承载件与芯片的第二表面接置并电性相连，所述焊球设置在芯片承载件远离芯片一侧的表面。

在本实用新型中，芯片承载件上通常设置有铜导电线路，为防止液态金属滴落到芯片承载件上造成短路，可以在芯片承载件上设置一层非导电高分子保护层，特别是芯片承载件上暴露的导电部分。

在本实用新型中，所述芯片承载件为球栅阵列式基板，所述焊球的排布方式包括周边型、交错型或全阵列型中的任意一种。

本实用新型中芯片承载件选用球栅阵列式基板，具有成品率高，可将窄间距焊点失效率降低两个数量级；焊球有效改善了芯片承载件的共面性，有助于改善散热性，适合MCM封装需要,实现高密度和高性能封装的优点；焊球的排布方式包括周边型、交错型或全阵列型中的任意一种，具有电性能好、提高了成品率、潜在降低了成本、引脚牢固，方便运输、减少共性面问题的优点。

在本实用新型中，所述焊球设置在芯片承载件远离芯片一侧的表面；本实用新型对芯片承载件的形状与尺寸不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调成；本实用新型对焊球的个数以及节距不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整。焊球是通过常规的方式设置在芯片承载件的表面的。在本实用新型中，所述散热盖包括散热片以及设置在散热片外周缘的支撑层，所述散热片和导热层远离芯片的一侧表面相连，所述支撑层在远离所述散热片一侧的表面和芯片承载件通过胶层相连。

在本实用新型中，所述散热盖还包括齿状结构，所述齿状结构设置在散热片远离所述导热层的表面。

在本实用新型中，散热盖的材质通常为铜或铝，也可以对散热盖的材质表面进行一些表面处理，便于散热盖和液态金属更好的接触，在散热盖的表面设置钛或含钛的合金层，能够增加散热层的润湿性，且不会和散热盖发生化学反应，便于将散热盖和导热层焊接在一起。

在本实用新型中，散热片远离导热层一侧的表面还设置有齿状结构，便于将半导体封装件产生的热量传导出去。

在本实用新型中，散热盖是一体成型的，仅为了描述方便，将其分为散热片和支撑层以及齿状结构。

在本实用新型中，所述相连的方式为粘连。

在本实用新型中，所述密封层和所述散热盖的支撑层间隔设置；所述密封层包括第一端和第二端，其中第一端和散热片相连，第二端和芯片承载件相连。在本实用新型中，所述密封层和散热盖为一体成型或通过可拆卸连接。

在本实用新型中，密封层可以选择耐热密封胶层，或者与散热盖材质相同的密封层。

在本实用新型中，密封层选择耐热密封胶层，耐热密封胶可以通过涂覆的方式涂覆到芯片和导热层的外周缘，示例性地包括亚克力胶层。

在本实用新型中，密封层选择与散热盖材质相同的密封层，可以通过一体成型的方式制备，也可以通过可拆卸连接。

本实用新型的目的之二在于提供一种电子元件，所述电子元件包括如目的之一所述的半导体封装件。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型中的半导体封装件通过在芯片和导热层外周缘设置密封层，从而将导热层和芯片密闭起来形成密闭结构，使其在后续BGA封装加热过程中，该密闭结构能够有效避免导热层因融化泄露，而后在冷凝回缩后形成空洞，从而影响芯片的散热效果和使用寿命；此外密封层具有一定的收缩机制，会随着导热层的膨胀或回缩而做出相对应的变化，从而进一步增加半导体封装件的使用寿命；此外还能够将芯片有效的保护起来，从而减少芯片的损耗。

附图说明

图1是实施例1中半导体封装件的结构示意图；

图2是实施例1中基板的结构示意图；

图3为实施例1中散热系统的结构示意图；

图4为实施例1中散热盖的结构示意图；

图5为实施例2中散热盖的结构示意图；

其中，1为芯片，2为基板，3为散热系统，4为密封层，5为导电凸块，6为底部填充层，7为胶层，2-1为芯片承载件，2-2为焊球，3-1为导热层，3-2为散热盖，3-3为散热片，3-4为支撑层，3-5为齿状结构。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种半导体封装件，如图1、图2、图3和图4所示，半导体封装件包括：

芯片1：包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面；

基板2：与芯片的第二表面接置并电性相连；

散热系统3：包括层叠设置的导热层3-1和散热盖3-2，所述导热层3-1在远离所述散热盖3-2的一侧的表面与芯片1的第一表面相连；

密封层4：环设在所述芯片1和导热层3-1的外周缘。

其中，芯片1的第二面的表面间隔设置有至少两个导电凸块5，导电凸块5的凸面接置并电性连接基板2；半导体封装件还包括底部填充层6，底部填充层6用于填充任两个导电凸块5间的间隙；基板2包括芯片承载件2-1和焊球2-2，芯片承载件2-1与芯片1的第二表面接置并电性相连，焊球2-2植接于芯片承载件2-1远离芯片1一侧的表面；散热盖3-2包括散热片3-3以及设置在散热片3-3外周缘的支撑层3-4，散热片3-3和导热层3-1远离芯片1的一侧表面相连，支撑层3-4在远离散热片3-3一侧的表面和芯片承载件2-1通过胶层7相连；密封层4和散热盖3-2的支撑层3-4间隔设置；密封层4包括第一端和第二端，其中第一端和散热片3-3相连，第二端和芯片承载件2-1相连；密封层4和散热盖3-2为一体成型或通过可拆卸连接。

实施例2

与实施例的区别仅在于，如图5所示，散热盖包括散热片3-3、设置在散热片3-3外周缘的支撑层3-4，以及设置在散热片3-3远离导热层一侧表面的齿状结构3-5。

本实施方式中通过在芯片和导热层外周缘设置密封层，从而将导热层和芯片密封起来，使该半导体封装片在后续应用过程中，导热层铟会随着温度的升高逐渐熔化成液体，液体自身具有流动性，会向不同的方向流出，而后在冷凝过程中原有导热层的地方可能会形成空洞，从而影响芯片的导热效果，并减少导热层的使用寿命。

本实施方式中，密封层可以选择密封导热胶，如亚克力胶，其一方面能够起到密封的效果，还具有较好的散热效果，也便于热量的散失，另一方面，还具有一定的收缩机制，会随着导热层的膨胀和回缩作出相应的变化，进一步增加了半导体封装件的使用寿命；密封层可以通过涂覆的方式涂覆到芯片和导热层的外周缘，固化形成；密封层也可以选择与散热盖选用同样的金属材质，可以与散热盖通过一体化的制备方法制备，也可以通过可拆卸连接，其中金属材质一方面也能起到密封效果，另一方面也具有较好的散热效果。

本实施方式中，密封层设置在导热层和芯片的外周缘，用于封装导热层和芯片，密封层可以是规则的结构，如环形结构(见实施例1)环设在导热层和芯片的外周缘，也可以填充在导热盖和芯片之间的体积(见实施例1中，散热盖、芯片以及导热层形成的空间中均可以填充密封层)。本实施方式对芯片的材质、形状以及个数不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整，其中芯片的第一面不设置电路，第二面设置有电路；导热层的材质为铟，其具有较好的导热效果，本实施方式对导热层的形状和尺寸不做具体限定，优选和芯片的形状和尺寸一致，便于工业加工以及可操作性；散热盖整体呈现盖状，其具体的形状和材质选择本领域技术人员可根据实际需要进行调整；芯片第二面设置有电路，且第二面表面设置有导电凸块，能够传导电信号，本实施方式对导电凸块的具体形状、个数以及尺寸不做具体限定，本领域技术人员根据实际需要调整；导电凸块外周设置有底部填充层，可以对导电凸块起到保护作用；芯片承载件用于支撑芯片以及散热系统，本实施方式对其形状、厚度等不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整；本实施方式同样对焊球的材质、个数以及尺寸不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行调整。本实施方式提供的半导体封装件可用于电子元件。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体封装件，其特征在于，所述半导体封装件包括：

芯片(1)：包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面；

基板(2)：与芯片(1)的第二表面接置并电性相连；

散热系统(3)：包括层叠设置的导热层(3-1)和散热盖(3-2)，所述导热层(3-1)在远离所述散热盖(3-2)的一侧的表面与芯片(1)的第一表面相连；

密封层(4)：环设在所述芯片(1)和导热层(3-1)的外周缘。

2.根据权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，所述芯片(1)的第二面的表面间隔设置有至少两个导电凸块(5)，所述导电凸块(5)的凸面接置并电性连接基板(2)。

3.根据权利要求2所述的半导体封装件，其特征在于，所述半导体封装件还包括底部填充层(6)，所述底部填充层(6)用于填充任两个导电凸块(5)间的间隙。

4.根据权利要求3所述的半导体封装件，其特征在于，所述基板(2)包括芯片承载件(2-1)和焊球(2-2)，所述芯片承载件(2-1)与芯片(1)的第二表面接置并电性相连，所述焊球(2-2)设置在芯片承载件(2-1)远离芯片(1)一侧的表面。

5.根据权利要求4所述的半导体封装件，其特征在于，所述芯片承载件(2-1)为球栅阵列式基板；

所述焊球(2-2)的排布方式包括周边型、交错型或全阵列型中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的半导体封装件，其特征在于，所述散热盖(3-2)包括散热片(3-3)以及设置在散热片(3-3)外周缘的支撑层(3-4)，所述散热片(3-3)和导热层(3-1)远离芯片(1)的一侧表面相连，所述支撑层(3-4)在远离所述散热片(3-3)一侧的表面和芯片承载件(2-1)通过胶层(7)相连。

7.根据权利要求6所述的半导体封装件，其特征在于，所述散热盖(3-2)还包括齿状结构(3-5)，所述齿状结构(3-5)设置在散热片(3-3)远离所述导热层(3-1)的表面。

8.根据权利要求6所述的半导体封装件，其特征在于，所述密封层(4)和所述散热盖的支撑层(3-4)间隔设置；所述密封层(4)包括第一端和第二端，其中第一端和散热片(3-3)相连，第二端和芯片承载件(2-1)相连。

9.根据权利要求1所述的半导体封装件，其特征在于，所述密封层(4)和散热盖(3-2)为一体成型或可拆卸连接。

10.一种电子元件，其特征在于，所述电子元件包括权利要求1-9任一项所述的半导体封装件。

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