CN215451393U - 半导体封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体封装结构。根据本申请的半导体封装结构包括：第一衬底、电子部件、热传导元件及封装件。第一衬底具有第一表面及与第一表面相对的第二表面；电子部件经设置以邻近于第一衬底的第一表面；热传导元件经设置以邻近于电子部件的顶部表面；且封装件经设置以邻近于第一衬底的第一表面并囊封电子部件及热传导元件，其中热传导元件的一部分自封装件的第一侧表面暴露。本申请提供的半导体封装结构通过设置热传导元件，能够提供半导体封装结构内的电子部件一个热传导途径，以释放半导体封装结构中由于高耗能的电子部件的运行所产生的热集中。

Description

半导体封装结构

技术领域

本申请涉及半导体领域，更具体地，涉及一种半导体封装结构。

背景技术

现今，半导体封装件被广泛地应用在大部分的电子产品中，例如，智能手机、移动电子装置或电动载具等，故需要严格要求其安全性能。在半导体封装技术领域中，随着对半导体的使用与性能的研究改进，半导体元件走向高功率及高密度的方向。随着半导体封装结构的对运行及耗能需求越来越高，其电子部件所产生的热也跟着增加，尤其是高耗能的电子部件(例如，控制芯片、DRAM等)。半导体封装结构内产生的热分布对其结构所造成的运作性能及安全性能的影响，需要被关注并研究。

在现有的半导体封装结构中，往往对于高耗能电子部件的热传导途径不足，这会导致在半导体封装结构内的高耗能电子部件处产生热集中区域(即，热点)，严重时能够导致封装结构过热、电子部件的毁损甚至起火。

因此，关于如何避免半导体封装结构内部的热集中现象并提高其热散布，业内还有很多技术问题需要解决。

实用新型内容

本申请的目的之一在于提供一种半导体封装结构，其能够提供热传导途径以降低由半导体封装结构中的高耗能电子部件所导致的热分布不均，进而提供良好的封装质量并提升安全性能。

在一些实施例中，本申请提供了一种半导体封装结构，该半导体封装结构包括：第一衬底、电子部件、热传导元件及封装件。第一衬底具有第一表面及与第一表面相对的第二表面；电子部件经设置以邻近于第一衬底的第一表面；热传导元件经设置以邻近于电子部件的顶部表面；且封装件经设置以邻近于第一衬底的第一表面并囊封电子部件及热传导元件，其中热传导元件的一部分自封装件的第一侧表面暴露。

在一些实施例中，半导体封装结构进一步包括第一热传导层。第一热传导层经设置以邻近于封装件的第一侧表面，其中第一热传导层与热传导元件经暴露的部分热耦合。

在一些实施例中，第一热传导层与热传导元件经暴露的部分直接接触。

在一些实施例中，封装件具有与封装件的第一侧表面相对的第二侧表面，且第一热传导层自第一侧表面延伸至第二侧表面。

在一些实施例中，第一衬底进一步包含第二热传导层，第二热传导层自第一衬底的第一侧表面暴露，且第一热传导层与第二热传导层的经暴露的表面热耦合。

在一些实施例中，第二热传导层自第一衬底的第二表面暴露，且外部连接件与自第一衬底的第二表面暴露的第二热传导层的表面热耦合。

在一些实施例中，外部连接件电耦合至第二衬底。

在一些实施例中，第一热传导层延伸至第一衬底的第二表面。

在一些实施例中，第一热传导层为不锈钢的单层。

在一些实施例中，第一热传导层包含保护层、遮罩层及基层。

在一些实施例中，热传导元件覆盖电子部件的全部顶部表面。

在一些实施例中，热传导元件通过热传导粘结剂设置于电子部件的顶部表面。

在一些实施例中，本申请提供的半导体封装结构通过设置热传导元件，能够提供半导体封装结构内的电子部件一个热传导途径，以释放半导体封装结构中由于高耗能的电子部件的运行所产生的热集中。因此，本申请提供的半导体封装结构具有良好的产品质量和较高的安全性。

本申请提供的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。

附图说明

在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。

图1为根据本申请的实施例的半导体封装结构10的纵向截面示意图。

图2为根据本申请的实施例的半导体封装结构20的纵向截面示意图。

图3-5是根据本申请的实施例的半导体封装结构的俯视示意图。

图6为根据本申请的实施例的半导体封装结构30的纵向截面示意图。

图7为根据本申请的实施例的半导体封装结构30的仰视示意图。

图8为根据本申请的实施例的第一热传导层104的纵向截面示意图。

图9为根据本申请的实施例的半导体封装结构40的纵向截面示意图。

图10A、图10B、图10C、图10D及图10E是根据本申请的实施例的制造半导体封装结构的流程示意图，其可制造例如图6所示的半导体封装结构。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

如本文中所使用，术语“约”、“大体上”、“实质上”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±0.5％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。

再者，为便于描述，“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文中用于区分一个图或一系列图的不同组件。“第一”、“第二”、“第三”等等不意欲描述对应组件。

在本申请中，除非经特别指定或限定之外，“设置”、“连接”、“耦合”、“固定”以及与其类似的用词在使用上是广泛地，而且本领域技术人员可根据具体的情况以理解上述的用词可是，比如，固定连接、可拆式连接或集成连接；其也可是机械式连接或电连接；其也可是直接连接或通过中介结构的间接连接；也可是两个组件的内部通讯。

在半导体领域中，由于半导体封装结构中电子部件的功率及密度不断上升，半导体封装结构中的高耗能的电子部件在运行过程中往往产生大量的热并形成不均匀的热集中区域。举例而言，一般NAND记忆封装体中的控制芯片为高耗能电子部件，其在运行过程中会产生大量的热能，进而导致NAND记忆封装体中的控制芯片区域的温度高于其他区域，而由于温度差距过大的区域会导致不同区域间的热膨胀比例不同，严重时会导致半导体封装结构弯曲乃至变形。同时，在缺乏散热途径的情况下，热集中区域会导致电子部件过热，严重时会导致半导体封装结构短路、损毁，甚至起火燃烧。

鉴于上述问题，本申请通过在高耗能的电子部件的顶部表面上设置的热传导元件，使得当半导体封装结构中的各个组件在运行过程产生热形成不均匀的热分布时，提供半导体封装结构内部的热分布途径以及向外的热散布途径，从而降低半导体封装结构在运行过程中的热集中及可能的损害或变形，并且有效提升半导体封装结构的运行寿命及安全性。

图1为根据本申请的实施例的半导体封装结构的纵向截面示意图。

如图1所示，根据本申请的实施例的一种半导体封装结构10能够包括：第一衬底100、第一电子部件101、热传导元件102及封装件103。

第一衬底100具有第一表面100A及与第一表面100A相对的第二表面100B。第一表面100A及第二表面100B可为实质上平坦的表面。在一些实施例中，第一衬底100可包括设置于第一表面100A的用于与其它任意类型的电子元件电连接的一或多个结合焊垫。在一些实施例中，第二表面100B可包括根据任何需要所设置的任意形式的连接结构。在一些实施例中，第一衬底100可包括靠近第二表面100B设置的用于与位于半导体封装结构10外部的其它电子元件电连接的一或多个结合焊垫。在一些实施例中，衬底100可包括多个层，层可包括介电层、金属层、及连接单层或多层的电性连通(via)等本领域常见的衬底组成。在一些实施例中，衬底100可由任意合适类型的衬底材料构成。

第一电子部件101经设置以邻近于第一衬底100的第一表面100A。第一电子部件101与第一表面100A可以是本领域中常见的设置方式，例如，但不限于，直接接触结合、粘结剂结合、电连接结合。第一电子部件101可为任意类型的管芯或芯片，例如，但不限于，第一电子部件101可为存储器、处理器或叉指换能器等。第一电子部件101可为高耗能的电子部件或低耗能的电子部件。在一些实施例中，第一电子部件101为高耗能的电子部件，例如，但不限于：控制芯片、处理器、或DRAM。在一些实施例中，半导体封装结构10还包括：一个或多个第二电子部件110，第二电子部件110可为任意类型的管芯或芯片，例如，但不限于，第二电子部件110可为存储器、处理器或叉指换能器等。第二电子部件110可为高耗能的电子部件或低耗能的电子部件。在一些实施例中，第二电子部件110为较低耗能的电子部件，例如，但不限于：NAND芯片。

热传导元件102经设置以邻近于第一电子部件101的顶部表面101A。在一些实施例中，热传导元件102与第一电子部件101的顶部表面101A热耦合。应理解，本申请的热传导元件102可以根据实际热散布设计需求调整其覆盖的范围、区域以及尺寸。举例而言，在一些实施例中，热传导元件102位于第一电子部件101的顶部表面101A的部分具有较厚的厚度及表面积，以提高第一电子部件101在顶部表面上的散热速度。

热传导元件102可以包括本领域中合适的高热传导系数的材料，例如，但不限于，铜片、铝片等。在一些实施例中，热传导元件102为高热容量材料，以具备更佳的热分布效果。热传导元件102能够部分或完全覆盖第一电子部件101的顶部表面101A。在一些实施例中，热传导元件102完全覆盖第一电子部件101的顶部表面101A，以提供较佳的散热效果。如图1所示，在一些实施例中，热传导元件102设置并直接接触于第一电子部件101的顶部表面101A。在一些实施例中，热传导元件102突出于第一电子部件101的侧面。

封装件103经设置以邻近于第一衬底100的第一表面100A。在一些实施例中，封装件103囊封第一电子部件101及热传导元件102。在一些实施例中，封装件103囊封第一电子部件101、热传导元件102及第二电子部件110。封装件103可以通过本领域中的常见的封装剂构成。

热传导元件102的一部分自封装件103的第一侧表面103A暴露。在一些实施例中，热传导元件102突出于第一电子部件101的部分自封装件103的第一侧表面103A暴露。

在运作过程中，半导体封装结构10通过设置热传导元件102，能够将第一电子部件101所产生的热能经由热传导元件102传导及散布。由于热传导元件102的一部分自封装件103的第一侧表面103A暴露，热传导元件102经暴露的部分能够提供半导体封装结构10向外的热传导途径使内部电子部件向外散热。因此，本申请提供的半导体封装结构具有更好的热分布性。由此，本申请提供的半导体封装结构具有更好的封装质量，及安全性。

参考图2，图2是根据本申请的实施例的半导体封装结构20的纵向截面示意图。

半导体封装结构20与图1所示的半导体封装结构10的区别包括，半导体封装结构20进一步包括第一热传导层104A，且热传导元件102通过粘结剂106设置于第一电子部件101的顶部表面101A。第一热传导层104A能够进一步提升半导体封装结构10内部电子部件向外散热的效率。在一些实施例中，第一热传导层104A经设置以邻近于封装件103的第一侧表面103A，并且第一热传导层104A与热传导元件102经暴露的部分热耦合。在一些实施例中，第一热传导层104A与热传导元件102经暴露的部分直接接触。在一些实施例中，第一热传导层104A能够自封装件103的第一侧表面103A延伸至封装件103的第二侧表面103B。在一些实施例中，第一热传导层104A延伸至第一衬底100的第一侧表面103A的第二表面100B。在一些实施例中，第一热传导层104A延伸至第一衬底100的第一侧表面103A和第二侧表面103B的第二表面100B。

在一些实施例中，第一热传导层104A包括具有高热传导系数的材料，例如，但不限于，铜、铝、不锈钢等。第一热传导层104A可以为单层或多层结构。在一些实施例中，第一热传导层104A为不锈钢的单层结构，以在提供散热途径的同时对半导体封装结构提供一定的保护作用。

在一些实施例中，粘结剂106为热传导粘结剂。热传导粘结剂例如，但不限于，SE4450。在一些实施例中，热传导粘结剂包括具有高热传导系数的材料。热传导粘结剂106能够进一步提升第一电子部件101透过热传导元件102向半导体封装结构10外部散热的效率。

参考图3-5，图3-5是根据本申请的实施例的半导体封装结构的俯视示意图。

如图3所示，在一些实施例中，第一热传导层104A能够覆盖封装件103的部分顶部表面。在一些实施例中，第一热传导层104A能够在宽度方向上覆盖封装件103的部分顶部表面，且能够自封装件103的第一侧表面103A延伸至封装件103的第二侧表面103B。

如图4所示，在一些实施例中，第一热传导层104A能够覆盖封装件103的部分第一侧表面103A及部分顶部表面。

如图5所示，在一些实施例中，第一热传导层104A能够覆盖封装件103的顶部表面、第一侧表面、第二侧表面、第三侧表面以及第四侧表面。

应理解，本申请的第一热传导层104A可以根据实际热散布设计需求调整其覆盖的范围、区域以及尺寸。举例而言，在一些实施例中，第一热传导层104A位于封装件103的顶部表面上的部分具有较厚的厚度及表面积，以提高第一热传导层104A在顶部表面上的散热速度。

参考图6，图6是根据本申请的实施例的半导体封装结构30的纵向截面示意图。

半导体封装结构30与图2所示的半导体封装结构20的区别包括，第一衬底100进一步包含第二热传导层104B，以及第一衬底100进一步包含外部连接件105A。第二热传导层104B自第一衬底100的第一侧表面100C暴露。在一些实施例中，第二热传导层104B自第一衬底100的第一侧表面100C暴露，且自第一衬底100的第二表面100B暴露。在一些实施例中，第一热传导层104A与第二热传导层104B自第一衬底100的第一侧表面100C暴露的表面热耦合，以进一步提供热传导途径。在一些实施例中，第一热传导层104A延伸至第一衬底100的第二表面100B与第二热传导层104B自第一衬底100的第一侧表面100C暴露的表面热耦合。

外部连接件105A能够与自第一衬底100的第二表面100B暴露的第二热传导层104B的表面热耦合，以进一步提供热传导途径。在一些实施例中，第一热传导层104A与第二热传导层104B自第一衬底100的第一侧表面100C暴露的表面热耦合，第二热传导层104B自第一衬底100的第二表面100B暴露的表面与外部连接件105A热耦合，以提供自第一热传导层104A至外部连接件105A的热传导途径。

外部连接件105A可具有电连接或不具有电连接功能。在一些实施例中，外部连接件105B设置于第一衬底100的第二表面100B上，并可用于外部电连接其他电子部件。外部连接件105A及105B可以是例如，但不限于，锡球。

在一些实施例中，第一热传导层104A能够进一步作为电磁干扰屏蔽(electromagnetic interference(EMI)shield)应用于半导体封装结构，其中第一热传导层104A能经由第二热传导层104B通过外部连接件105A电连接接地，以对半导体封装结构覆盖处达到电磁干扰屏蔽的效果。现有技术中，电磁干扰屏蔽往往是通过衬底中的内部电连接结构接地，这会导致电磁干扰屏蔽的热传导路径通过衬底内部，进而导致热集中于衬底，而无法有效散热。相较之下，本申请通过设置自第一衬底100暴露的第二热传导层104B，可以将热传导路线通过半导体封装结构的外侧引导，进而提高散热效果，并降低第一衬底100内部热集中的情况。

参考图7，图7是根据本申请的实施例的半导体封装结构30的仰视示意图。

如图7所示，第二热传导层104B自第一衬底100的第二表面100B暴露，且外部连接件105A设置于自第一衬底100的第二表面100B暴露的第二热传导层104B的表面上。在一些实施例中，第二热传导层104B围绕第一衬底100的第二表面100B的周边。在一些实施例中，外部连接件105A可以是例如，但不限于，锡球，但不具有电连接功能。

参考图8，图8是根据本申请的实施例的第一热传导层104的纵向截面示意图。如图8所示，第一热传导层104可以包含保护层203、屏蔽层202及基层201，其中第一热传导层104中的基层201经设置以邻近于封装件103。

在一些实施例中，保护层203为不锈钢层，遮罩层202为铜层，基层201为不锈钢层，以维持良好的热传导性能、电磁干扰屏蔽性能以及结构强度。

参考图9，图9根据本申请的实施例的半导体封装结构40的纵向截面示意图。半导体封装结构40与图6所示的半导体封装结构30的区别包括半导体封装结构40进一步包括第二衬底106。

如图9所示，半导体封装结构30能够通过外部连接件105A电耦合及/或热耦合至第二衬底106。在一些实施例中，第一热传导层104A与外部连接件105A电耦合，其中外部连接件105A电耦合至第二衬底106，并通过第二衬底106接地，以达到电磁干扰屏蔽效果。此外，在一些实施例中，外部连接件105A可热耦合至第二衬底106，热亦可通过第一热传导层104A传递至第二衬底106，经由第二衬底106散热。在一些实施例中，外部连接件105A可同时具备电耦合及热耦合功能。

图10A、图10B、图10C、图10D及图10E是根据本申请的实施例的制造半导体封装结构的流程示意图，其可制造例如图6所示的半导体封装结构30。

如图10A所示，首先提供第一衬底100，衬底可包括多个层，层可包括介电层、金属层、及连接单层或多层的电性连通(via)等本领域常见的衬底组成。衬底可由任意合适类型的衬底材料构成。在一些实施例中，第一衬底100的第二表面100B够预先设置第二热传导层104B。本领域技术人员可以根据制备需求调整第二热传导层104B的设置顺序。

接着，如图10B所示,在第一衬底100的第一表面100A上设置第一电子部件101与第二电子部件110。

如图10C所示，接着，在第一电子部件101的顶部表面101A上通过粘结剂106设置热传导元件102。热传导元件102也可以通过直接结合的方式，设置于第一电子部件101上。

如图10D所示，使用封装剂将第一电子部件101、第二电子部件110与热传导元件102囊封形成封装件103。封装件103可由本领域任意合适类型的封装剂构成。囊封后，可以进一步通过裁切、分割、抛光工艺，形成单独半导体封装体结构并使热传导元件102的一部分自封装件103的侧表面暴露。

接着，如图10E所示，通过溅射工艺在封装件103的表面和/或第一衬底100的侧表面上设置第一热传导层104A。第一热传导层104A与热传导元件102自封装件103的侧表面暴露的部分接触。应理解，在不违背本申请的精神下，可以采用本领域中任何合适的工艺设置第一热传导层104A，例如，但不限于，溅射工艺，物理气相沉积工艺等。随后，在第二热传导层104B的暴露表面及第一衬底的第二表面100B上设置外部连接件105A,105B，以获得如图6所示的半导体封装结构30。

本申请的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本申请的教示及揭示而作种种不背离本申请精神的替换及修饰。因此，本申请的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本申请的替换及修饰，并为本申请的权利要求书所涵盖。

Claims (12)

1.一种半导体封装结构，其包括：

第一衬底，所述第一衬底具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；及

电子部件，所述电子部件经设置以邻近于所述第一衬底的所述第一表面；

其特征在于，所诉半导体封装结构进一步包括：

热传导元件，所述热传导元件经设置以邻近于所述电子部件的顶部表面；及

封装件，所述封装件经设置以邻近于所述第一衬底的所述第一表面并囊封所述电子部件及所述热传导元件，其中所述热传导元件的一部分自所述封装件的第一侧表面暴露。

2.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构进一步包括第一热传导层，所述第一热传导层经设置以邻近于所述封装件的所述第一侧表面，其中所述第一热传导层与所述热传导元件经暴露的所述部分热耦合。

3.根据权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一热传导层与所述热传导元件经暴露的所述部分直接接触。

4.根据权利要求3所述的半导体封装结构，其特征在于，所述封装件具有与所述封装件的所述第一侧表面相对的第二侧表面，且所述第一热传导层自所述第一侧表面延伸至所述第二侧表面。

5.根据权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一衬底进一步包含第二热传导层，所述第二热传导层自所述第一衬底的第一侧表面暴露，且所述第一热传导层与所述第二热传导层的经暴露的表面热耦合。

6.根据权利要求5所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第二热传导层自所述第一衬底的所述第二表面暴露，且外部连接件与自所述第一衬底的所述第二表面暴露的所述第二热传导层的表面热耦合。

7.根据权利要求6所述的半导体封装结构，其特征在于，所述外部连接件电耦合至第二衬底。

8.根据权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一热传导层延伸至所述第一衬底的所述第二表面。

9.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一热传导层为不锈钢的单层。

10.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的半导体封装结构，其特征在于，所述第一热传导层包含保护层、屏蔽层及基层。

11.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的半导体封装结构，其特征在于，所述热传导元件覆盖所述电子部件的全部所述顶部表面。

12.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的半导体封装结构，其特征在于，所述热传导元件通过热传导粘结剂设置于所述电子部件的所述顶部表面。

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