CN211238224U - 具有散热片的半导体封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有散热片的半导体封装结构，包括：封装基板；芯片，键合于封装基板的上表面；塑封材料层，位于封装基板和芯片的上表面，且将芯片塑封；导热胶层，位于塑封材料层的上表面；散热层，位于导热胶层的上表面；弧状直立线的导热引线，导热引线的第一端通过打线凸块与芯片表面相连接，第二端连接一焊球，且该焊球与导热胶层相连接。通过将散热层全部形成于塑封材料层的外表面，增大了散热层的散热面积，同时通过导热引线将热量传递至散热层，效提高了芯片的散热效率；另外导热引线通过焊球与导热胶层连接，进一步增大导热引线与散热层的接触面积，提高散热效率。

Description

具有散热片的半导体封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种具有散热片的半导体封装结构。

背景技术

目前电子信息技术的飞速发展以及人们消费水平的不断提升，单个电子设备的功能日益多元化和尺寸日益小型化，使得在电子设备的内部结构中，芯片及功能元器件的密集度不断增加而器件关键尺寸(Critical Dimension，即线宽)不断减小，这给半导体封装行业带来极大挑战。

随着对电子产品轻薄短小化的要求，诸如球栅阵列(BGA，Ball Grid Array)这种可缩小集成电路(IC)且具有高密度与多管脚的半导体封装件日渐成为封装市场上的主流之一。然而，由于这种半导体封装件提供较高密度的电子电路(ElectronicCircuits)与电子元件 (ElectronicComponents)，所以在运行时产生的热量也较高；而且，这种半导体封装件是用导热性不佳的封装胶体包覆半导体芯片(简称球栅阵列塑胶封装，英文简称为PBGA，Plastic Ball Grid Array)，所以往往因散热效率不佳影响到半导体芯片的性能。为了提高半导体封装件的散热效率，提出了加设散热片(Heat Sink，HeatSlug，HeatBlock)在PBGA封装结构中。

图1示出了一种常用的加设散热片的PBGA封装结构。这种封装结构虽然考虑到了散热问题而在封装结构中增加了散热片，散热片14通过几个支架的支撑连接自封装基板11延伸至芯片12上方；但这种结构存在的问题是，芯片12产生的热量需通过塑封材料层13的传导才能到达散热片14，而塑封材料层13通常为树脂类材质，导热性能比较差，导致封装结构的散热效果不佳；同时，这种封装结构通常需要在芯片12键合至封装基板11后先进行散热片14的安装，之后才进行塑封材料层13的塑封，而塑封材料层13通常是由液态的塑封材料固化而成，因而塑封过程中塑封材料很可能溢到散热片14的表面，导致散热片14散热效果下降，最终导致封装器件散热不良以及由散热不良导致的电性能下降等问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种具有散热片的半导体封装结构，用于解决现有技术中的具有散热片的半导体封装结构存在散热效果较差导致封装结构性能下降等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种具有散热片的半导体封装结构，所述封装结构包括：

封装基板；

芯片，键合于所述封装基板的上表面；

塑封材料层，位于所述封装基板和所述芯片的上表面，且将所述芯片塑封；

导热胶层，位于所述塑封材料层的上表面；

散热层，位于所述导热胶层的上表面；

弧状直立线的导热引线，所述导热引线具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块与所述芯片表面相连接，该第二端连接一焊球，且该焊球与所述导热胶层相连接。

可选地，所述芯片通过键合引线键合于所述封装基板的上表面，所述键合引线和所述导热引线的材料相同。

可选地，所述导热胶层为导电材料层。

可选地，所述散热层具有非平坦表面结构。

可选地，所述散热层包括金属主体层及位于所述金属主体层上的镀膜层。

如上所述，本实用新型的具有散热片的半导体封装结构，具有以下有益效果：通过将散热层全部形成于塑封材料层的外表面上，增大了散热层的散热面积，同时通过导热引线将芯片散发出来的热量传递至大面积的散热层，由于导热引线(金属材质)相对塑封材料层(绝缘材料)具有更好的的热传导性能，所以设置导热引线并结合大面积的散热层有效提高了芯片的散热效率；另外，相对现有技术中的打线工艺来说需要通过切除多余的引线及部分封装基板才能形成导热引线，本实用新型是直接形成弧状直立线的导热引线，不需要切除焊线及部分封装基板，降低工艺复杂度，节约原材料，且使用现有的机台设备即可实现打线工艺，有效降低了制造成本；同时导热引线通过焊球与导热胶层连接，还可进一步增大导热引线与散热层的接触面积，提高散热效率。

附图说明

图1显示为现有技术中的半导体封装结构的截面结构示意图。

图2显示为本实用新型的具有散热片的半导体封装结构的制备方法的流程示意图。

图3至图11显示为本实用新型的具有散热片的半导体封装结构的制备方法中各步骤所得结构的截面示意图，其中图4至图7显示为图3虚线A中的导热引线的制备方法的流程示意图，图11还显示为本实用新型的具有散热片的半导体封装结构的截面结构示意图。

元件标号说明

11 封装基板

12 芯片

13 塑封材料层

14 散热片

21 封装基板

22 芯片

23 导热引线

24 焊球

25 塑封材料

26 塑封材料层

27 导热胶层

28 散热层

29 键合引线

31 焊线

32 劈刀

33 焊垫

34 打线凸块

35 线夹

S1～S4 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂，且本实施例中的“上”，“下”并不具有严格的限定意义而只是为了描述的简便。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种具有散热片的半导体封装结构的制备方法，通过将散热层全部形成于塑封材料层的外表面上，增大了散热层的散热面积，同时通过导热引线将芯片散发出来的热量传递至大面积的散热层，由于导热引线(金属材质)相对塑封材料层(绝缘材料)具有更好的的热传导性能，所以设置导热引线并结合大面积的散热层有效提高了芯片的散热效率；另外，相对现有技术中的打线工艺来说需要通过切除多余的引线及部分封装基板才能形成导热引线，本实施例是直接形成弧状直立线的导热引线，工艺简单，不需要额外浪费材料，且使用现有的机台设备即可实现，有效降低了制造成本，同时导热引线通过焊球与导热胶层连接，可进一步增大与散热层的接触面积，提高散热效率。

图3至图11，示意出了制备具有散热片的半导体封装结构各步骤的结构示意图。

如图2及图3所示，首先进行步骤S1，提供封装基板21，将芯片22键合于所述封装基板21的上表面，并形成弧状直立线的导热引线23，所述导热引线23具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块34与所述芯片22表面相连接，该第二端连接一焊球24。

所述封装基板21的材料可以根据不同的需要选择，比如可以为硅、玻璃、氧化硅、陶瓷、聚合物等非金属材料，也可以是诸如铜之类的金属材料，还可以是两种以上的复合材料，其形状可以为圆形、方形或其它任意所需形状，其表面积以能承载后续结构为准。本实施例中，为后续封装需要，所述封装基板21的表面积大于所述芯片22的表面积，比如所述封装基板 21的面积为所述芯片22表面积的1.1～2倍。

作为示例，所述芯片22可以包括各类有源或无源元件，其数量可以是一个或多个。本实施例中，所述芯片22通过打线工艺(wire bonding)，即通过键合引线29键合于所述封装基板21上，所述键合引线29两端分别与所述封装基板21和所述芯片22相连接，所述芯片22 表面可设置有焊垫(未示出)与所述键合引线29相连接。所述键合引线29的材料优选金线，因为金线不仅具有良好的导电性和抗氧化性，而且具有非常好的延展性和易成球等特点，因而有助于提高所述半导体封装结构的性能。当然，在其他示例中，所述芯片22也可以通过焊块(die bonding)焊接于所述封装基板21上，本实施例中并不严格限定。

作为示例，所述键合引线29和所述导热引线23的材料相同，比如同为金线，这样所述导热引线23可以和所述键合引线29在同一工艺中形成，有利于制备工艺的简化。当然，在其他示例中，所述导热引线23也可以为其他导热性能良好的金属线，例如铜线、铝线和铜合金线等，在本实施例中并不严格限制。通过所述导热引线23可以将所述芯片22产生的热量快速传递至后续需要形成的导热胶层27上并最终通过形成于导热胶层27上的散热层散发出去，由于相对于绝缘材料来说，金属材料的导热性能更佳，所以采用该导热引线23增加芯片的导热路径，有效提高芯片22的散热效率；另外，导热引线23的上端连接所述焊球24，可进一步增大与散热层28的接触面积，提高散热效率。这里需要说明的是，所述导热引线23和所述键合引线29的数量可以为多跟，例如2根或2根以上，具体的数量可以根据不同的产品需求来设置，在此不做限定。

如图4至图7所示，为图3虚线A中的导热引线23的一实施例的制备方法的流程示意图，如下：

如图4及图5所示，首先提供焊线31、劈刀32及线夹35，所述劈刀32对所述焊线31的位置进行固定，于所述焊线31末端形成焊球24，并将该焊球24焊接到所述芯片22表面的焊垫33上。

上述步骤具体包括：首先通过劈刀32及线夹35夹紧焊线31(如4a所示)；然后于焊线31末端通过电火花将所述焊线31的末端融化形成焊球24(如4b所示)；接着松开线夹 35，向上移动焊线31，以使焊球24位于劈刀32的末端(如4c所示)；接着关闭线夹35(如 5a所示)；接着通过劈刀32将焊球24焊接在焊垫33上(如5b所示)；接着松开线夹35，将劈刀32沿竖直方向向上移动一定距离(如5c所示)，从而在焊垫33上形成与焊垫共晶连接的打线凸块34。

如图6中的6a所示，接着通过所述劈刀32使所述焊线31与所述打线凸块34连接的部位发生变形而产生裂纹。

上述步骤具体包括：使所述劈刀32沿竖直方向上移，然后使所述劈刀32沿水平方向向右或向左移动，从而使产生所述焊线31与所述打线凸块34连接的部位发生变形而产生裂纹。

如图6中的6b所示，接着将所述劈刀32沿竖直方向上移预设距离，该预设距离定义所述导热引线23的长度，在将所述劈刀32保持竖直方向的同时，使所述劈刀32沿圆弧型轨迹进行往复运动，以使该预设距离的焊线31产生内应力，从而呈现为弧状直立线。

如图6中的6c所示，接着沿竖直方向上移所述劈刀32及焊线31，以拉断焊线31，从而形成打线凸块34，同时所述劈刀32下方的焊线31呈弧状直立线。这里需要说明的是，拉断焊线31时，保持线夹35处于夹紧的状态，图6中的6c中劈刀32下方的焊线31的形状由于竖直方向的上拉作用相对图6中的6b而言，会有一部分的弧度减小，但是通过预设该上拉力可以精确控制图6中的6c中劈刀32下方的焊线31的形状呈弧状直立线，这些都可以根据具体工艺进行参数设置，这里不做具体限定。

如图6中的6d所示，接着于呈弧状直立线的所述焊线31的末端形成所述导热引线23第二端上的所述焊球24。具体地，可以于焊线31的末端通过电火花将所述焊线31的末端融化形成该焊球24。这里需要说明的是，形成焊球24时，保持线夹35处于夹紧的状态。

如图7中的7a所示，接着通过所述劈刀32将呈弧状直立线的所述焊线31的上端焊接到所述打线凸块34，在焊接压力的作用下，呈弧状直立线的所述焊线31向上翘起，从而形成图3中所述导热引线23的形状。这里需要说明的是，在焊接过程中，所述线夹35保持松开的状态。

如图7中的7b及7c所示，最后通过所述劈刀32，拉断焊线31，从而于所述打线凸块34上形成所述导热引线23。

上述步骤具体包括：保持线夹35松开，使所述劈刀32沿竖直方向上移，然后夹紧线夹 35(如7b所示)；然后通过所述劈刀32向上拉动所述焊线31直至拉断所述焊线31，从而形成所述导热引线23。

至此形成一根所述导热引线23的制备循环。相对现有技术中的打线工艺来说需要通过切除多余的引线及部分封装基板才能形成垂直导热引线，而本方法是直接形成弧状直立线，不需要切除焊线及部分封装基板，降低工艺复杂度，节约原材料，且使用现有的机台设备即可实现打线工艺，有效降低了制造成本；同时导热引线通过焊球与导热胶层连接，还可进一步增大导热引线与散热层的接触面积，提高散热效率。

如图2及图9所示，然后进行步骤S2，形成塑封所述芯片22及所述导热引线23的塑封材料层26，且所述塑封材料层26的表面暴露所述导热引线23第二端上的所述焊球24。

如图8及图9所示，作为示例，形成所述塑封材料层26的步骤包括：

于所述封装基板21、所述芯片22及所述导热引线23的上表面形成塑封材料25(如图8 所示)；

研磨去除所述塑封材料25至暴露出所述导热引线23第二端上的所述焊球24，从而形成塑封所述芯片22及所述导热引线23的塑封材料层26(如图9所示)。

作为示例，所述塑封材料层26的材料可以包括但不限于聚酰亚胺、硅胶及环氧树脂中的一种或多种，形成所述塑封材料层26的工艺可以包括但不仅限于喷墨工艺、点胶工艺、压缩成型工艺、传递模塑成型工艺、液封成型工艺、真空层压工艺或旋涂工艺中的一种或多种。

如图2及图10所示，接着进行步骤S3，于所述塑封材料层26的表面形成导热胶层27，所述导热胶层27与所述导热引线23第二端上的所述焊球24相连接。

作为示例，所述导热胶层27可以为绝缘材料层，比如为硅胶层；但本实施例中，所述导热胶层27优选具有导电功能的材料层，比如导电银胶层，以通过所述导热胶层27将所述散热层28接地，以使所述散热层28在实现散热功能的同时，还能起到电磁屏蔽的作用，提高所述半导体封装器件的性能；形成所述导热胶层27的工艺可以包括但不仅限于喷墨工艺、点胶工艺、压缩成型工艺、传递模塑成型工艺、液封成型工艺、真空层压工艺或旋涂工艺中的一种或多种；本实施例中优选喷墨或点胶工艺，从而更容易形成表面具有非平坦结构的所述导热胶层27，因而后续在形成具有非平坦表面结构的所述散热层28的过程中有更多的工艺选择，比如可通过物理气相沉积或电镀工艺形成具有金属主体层和位于所述金属主体层上的镀膜层的所述散热层28，因所述导热胶层27具有非平坦表面结构，使得形成的所述散热层 28自然具有了非平坦表面结构，使所述散热层28具有更大的散热表面积，可以避免因受热膨胀产生的变形和/或因应力带来的不良影响；同时可以使所述导热胶层27和所述散热层28 贴合地更加紧密，以通过所述导热胶层27将所述芯片22的热量更快地传导至所述散热层28 中并最终散发至外界环境中。

如图2及图11所示，最后进行步骤S4，于所述导热胶层27的表面形成散热层28。

作为示例，所述散热层28可以为任何散热性能良好的材质。本实施例中，作为示例，所述散热层28包括金属主体层及位于所述金属主体层上的镀膜层；所述金属主体层可以为铜层、铝层、不锈钢层、铜合金层或多种金属层的复合层，所述镀膜层可以为镍层、铬层或其他防锈防腐性能良好的涂层，所述镀膜层用于保护所述金属主体层，以防止所述金属主体层被氧化和/或腐蚀而导致的散热性能下降，确保所述散热层28的散热性能。所述散热层28的表面积通常不小于所述塑封材料层26的表面积，即所述散热层28将所述塑封材料层26完全覆盖，且所述散热层28的边缘还可以向下弯折以将所述塑封材料层26的侧壁部分包覆，通过这样的设置不仅可以增大所述散热层28的散热面积，增加所述半导体封装结构的散热路径，同时可以使所述散热层28和所述塑封材料层26的连接更稳固，提升所述半导体封装结构的性能。

在另一示例中，所述散热层28为石墨烯层；石墨烯不仅能导电，而且具有良好的散热性能，同时具有较好的抗氧化和抗腐蚀等特性。利用石墨烯作为所述散热层28，可以减小所述散热层28的厚度，有利于所述半导体封装器件的进一步小型化。如果所述散热层28为石墨烯层，则可以采用转移成型的方法形成所述散热层28。

作为示例，所述散热层28具有非平坦表面结构，即所述散热层28的表面并不是平坦的，比如可以为凹凸不平的结构，或者是波纹结构，或者还可以是其他任意的不规则形状，本实施例中并不严格限制。将所述散热层28的表面设置为非平坦，一方面可以增加所述散热层 28的表面积以增加散热面积，同时通过非平坦表面结构的设置以避免所述散热层28在受热时产生膨胀变形和应力等问题，确保所述半导体封装结构的性能。

实施例二

本实施例提供一种具有散热片的半导体封装结构，该封装结构可采用上述实施例一的制备方法制备，但不仅限于实施例一所述的制备方法，只要能形成本封装结构即可。该器件结构所能达到的有益效果请参见实施例一，以下不再赘述。

如图11所示，该封装结构包括：

封装基板21；

芯片22，键合于所述封装基板21的上表面；

塑封材料层26，位于所述封装基板21和所述芯片22的上表面，且将所述芯片22塑封；

导热胶层27，位于所述塑封材料层26的上表面；

散热层28，位于所述导热胶层27的上表面；

弧状直立线的导热引线23，所述导热引线23具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块34与所述芯片22表面相连接，该第二端连接一焊球24，且该焊球24与所述导热胶层27相连接。

作为示例，所述芯片22通过键合引线29键合于所述封装基板21的上表面，所述键合引线29和所述导热引线23的材料相同。

作为示例，所述导热胶层27为导电材料层，例如可以是导电银胶层。

作为示例，所述散热层28具有非平坦表面结构。

作为示例，所述散热层28包括金属主体层及位于所述金属主体层上的镀膜层。

综上所述，本实用新型提供一种具有散热片的半导体封装结构，通过将散热层全部形成于塑封材料层的外表面上，增大了散热层的散热面积，同时通过导热引线将芯片散发出来的热量传递至大面积的散热层，由于导热引线(金属材质)相对塑封材料层(绝缘材料)具有更好的的热传导性能，所以设置导热引线并结合大面积的散热层有效提高了芯片的散热效率；另外，相对现有技术中的打线工艺来说需要通过切除多余的引线及部分封装基板才能形成导热引线，本实用新型是直接形成弧状直立线的导热引线，不需要切除焊线及部分封装基板，降低工艺复杂度，节约原材料，且使用现有的机台设备即可实现打线工艺，有效降低了制造成本；同时导热引线通过焊球与导热胶层连接，还可进一步增大导热引线与散热层的接触面积，提高散热效率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种具有散热片的半导体封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：

封装基板；

芯片，键合于所述封装基板的上表面；

塑封材料层，位于所述封装基板和所述芯片的上表面，且将所述芯片塑封；

导热胶层，位于所述塑封材料层的上表面；

散热层，位于所述导热胶层的上表面；

弧状直立线的导热引线，所述导热引线具有相对的第一端及第二端，该第一端通过打线凸块与所述芯片表面相连接，该第二端连接一焊球，且该焊球与所述导热胶层相连接。

2.根据权利要求1所述的具有散热片的半导体封装结构，其特征在于：所述芯片通过键合引线键合于所述封装基板的上表面，所述键合引线和所述导热引线的材料相同。

3.根据权利要求1所述的具有散热片的半导体封装结构，其特征在于：所述导热胶层为导电材料层。

4.根据权利要求1所述的具有散热片的半导体封装结构，其特征在于：所述散热层具有非平坦表面结构。

5.根据权利要求1所述的具有散热片的半导体封装结构，其特征在于：所述散热层包括金属主体层及位于所述金属主体层上的镀膜层。

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