TWI242863B - Heat dissipating structure and semiconductor package with the heat dissipating structure - Google Patents

Heat dissipating structure and semiconductor package with the heat dissipating structure Download PDF

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Description

1242863 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體封裝件（Semiconductor Package) ’尤指一種可穩固黏置散熱件並提昇該散熱件 與晶片承载件間之黏接信賴性（Adhesion Rel iabi 1 i ty) 之散熱件結構及具有散熱件之半導體封裝件。 【先前技術】 覆晶式球栅陣列（Flip-Chip Ball Grid Array， FCBGA)半導體封裝件係為一種同時具有覆晶與球柵陣列之 封^結構’以使至少一晶片的作用表面（Act ive Surf ace)
可藉由多數凸塊（Solder Bumps)而電性連接至基板 (Substrate)之一表面上，並於該基板之另一表面上植設 多數作為輸入/輸出（I/O)端之銲球（S〇ider Bal 1 );此一 封裝結構可大幅縮減體積，同時亦減去習知銲線（Wird之 設計，而可降低阻抗提昇電性，以避免訊號於傳輸過程中 衰退，因此確已成為下一世代晶片與電子元件的主流封裝 技術。
由於該覆晶式球栅陣列封裝的優越特性，使其多係運 用於高積集度（Integration)之多晶片封裝件中，以符該 型電子元件之體積與運算需求，惟此類電子元件亦由於其 高頻率運算特性，使其於運作過程所產生之熱能亦較二般 封裝件為高，因此’其散熱效果是否良好遂成為影響晶片 壽命及封裝製程良率的重要關鍵。 S 為提升覆晶式球柵陣列封裝件之散熱效能，業界一般 進行半導體晶片封裝時’會在基板等晶片承載件（Ch i p
1242863 五、發明說明（2)
Carrier)上接置至少一嵌入式散熱件（Embedded Heat Spreader)，使得覆晶式半導體晶片運作時產生的熱量可 以透過該晶片的非作用表面（Non-act ive Surface，亦即 未佈設電路之晶片表面）傳遞至散熱件而逸散，不須透過 導熱性較差的封裝膠體（Encapsulant)來傳遞熱量而提高 晶片的散熱效果。
惟上述例如美國專利第5, 311，4 0 2號所述之半導體封 裝件，如第6圖所示，係在基板4 0上提供晶片4 2接置之區 域外另設有複數個凹槽40 1，再以膠黏劑45填入凹槽4〇 i提 供散熱件44黏接，其中，該散熱件44之支撐部44b係套入 基板40各凹槽401中，並透過該膠黏劑45之黏合而將散埶 件44牢固籍接於基板40上；利用支撐部入凹槽雖 可增加接觸面積，免除黏接面積過小而造成結合強 的問題，但在基板40上開設孔洞，不僅過程繁雜， 成 本，而且破壞基板40的結構，容易造成信賴性不良“成 f此’業者後續發展出在散熱件之支 之方式來取代基板凹槽設計，藉以迳ξ，丨据^ λ =開。又溝槽 間良好接合性之半導體封裝結構。放熱件與基板
導體封裝結構係於基板5G上未接£晶片5°2及二’此種半 先行定義出一或多個散熱件黏接區5 〇 〇， 品域上 :該散熱件54係包含一平坦部5數：=::4 坦部54a至晶片52上方之支撐部5仆，豆 戳们木撐该平 與基板5 0表面之散熱件黏接區5 〇 〇 ’、 ’ 4支樓部5 4b 或多個溝㈣，俾藉由一流動性：二域
1242863 五、發明說明（3) 5 4 b至該散熱件黏接區5 0 0上而將散熱件5 4牢固地箝接於美 板5 0上。 利用散熱件5 4支撐部5 4 b上之溝槽5 7容納該流動彳生# 黏劑55使其固化，雖可提供錨定作用（Anchor)力口強散'熱 件5 4與基板5 0間之接合強度，但該溝槽5 7充入膠黏劑$ 即呈一密閉空間，使得溝槽5 7内原本殘存的空氣無法排除 而積存於溝槽5 7中，導致後續製程之溫度循環 (Temperature Cycle)下，該散熱件54溝槽57中的空氣 受熱膨脹氣爆（P〇p c 〇 r η)而降低散熱件5 3與基板5 0間之 黏接信賴性（Adhesion Reliability)。 除此之外，由於溝槽内部的膠黏劑受到散熱件阻隔而 呈現密閉充填，因此從散熱件的外觀常無法正確檢知膠黏 劑的施膠量，而使得施膠量過多時，膠黏劑溢流至基板上 而發生溢膠；若施膠量過少時，溝槽内殘留的空氣又容易 產生氣爆等問題，是故，發展一種從散熱件外觀即能清楚 檢視出膠黏劑施膠量適量與否之方法，已成為業界的急切 之務。 【發明内容】 鑑於前述習知技術之缺失，本發明之主要目的旨在提 供一種可將散熱件中用於接觸基板之支撐部溝槽内的殘存 空氣排除’以提昇散熱件與基板間之黏接信賴性 (Adhesion Reliability)之具散熱件之半導體封裝件。 本發明之另一目的，即在提供一種低成本，且可避免 散熱件中用於接觸基板之支撐部的溝槽殘存空氣而損及後
1730]矽品.ptd 第7頁 1242863 五、發明說明（4) 續製程信賴性之具散熱件之半導體封裝件。 本發明之又一目的在於提供一種可以正確檢知膠黏劑 充填量，據以判斷膠黏劑之塗佈量是否適當之具散熱件之 半導體封裝件。 本發明之再一目的，則在提供一種散熱件結構，其用 於接觸在基板的支撐部設有一溝槽，且在支撐部上設有用 以將溝槽内的殘存空氣排除的排氣道，俾以提昇散熱件與 基板間之黏接信賴性。 為達成上揭及其他目的，本發明所提供之具有散熱件 之半導體封裝件，係包括：一基板；至少一接置於基板上 並與之電性連接之半導體晶片；一散熱件，係具有一平坦 部及一體連接於該平坦部上用以架撐該平坦部至晶片上方 之支撐部，其中，該支撐部與基板接觸之位置上係開設有 至少一溝槽，且溝槽之四周係形成有一或多個連通該溝槽 至外界之排氣道；以及，一充填於該溝槽及排氣道之膠黏 劑，用以穩固接合該散熱件至該基板上。 該溝槽可為單一環狀的凹槽或複數個凹狀的槽口所組 成，且該溝槽之截面係視沖壓器械之形狀及種類而定，一 般可為方形、V字型、半圓形或其他形狀。 藉由橫向貫穿溝槽之排氣道為該散熱件支撐部内之溝 槽提供一外接通道，可以使該膠黏劑充填入溝槽以後，原 本殘留於該溝槽内之空氣受到膠流擠壓而由各排氣道向外 排出，避免未排除的空氣受到後續製程之溫度循環 (Temperatur e Cyc 1 e)影響膨脹而損及散熱件與基板間
17301 矽品.ptd 第8頁 1242863
五、發明說明（5) 之黏接信賴性（Adhesion Reliability) 。i 士工
Lyj 冉一方面，封 裝操作人員亦能藉由該排氣道連通於外界出口處所溢出的 膠量多募，據以判定膠黏劑的充填量是否適當&而Z精準 地控制膠黏劑的充填品質。 μ / 【實施方式】
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式， 熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之内容二=地^解 本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具 體實例加以施行或應用’本說明書中的各項細節亦可基ς 不同觀點與應用’在不悖離本發明之精神下進行各種^掷 與變更。 首先， 半導體封裝 陣列封裝件 Carrier 置於該基板 凸塊1 1周圍 該基板1 0之 [4與該基板 該基板1 0之 的複數個銲 與自該平坦 以藉該支撐 時，該支撐 請參閱第1 A圖，其係為本發明之具有散敎件 件的較佳實施例剖視圖’其係為一覆晶式球米 1 (FCBGA)，包括一作為晶片承载件（Chip 基板1 0，以導電凸塊1 1電性連接至基板丨〇且告 10之第一表面10a上的晶片12,填充於該導電: 的底部充填（U n d e r f i 1 1 )絕緣材料1 3，接置於 第一表面1 0a上的散熱件1 4，敷設於該散熱件 1 〇之第一表面1 0 a間的膠黏劑1 5，以:1… 咕 及植接於
第二表面1 〇 b且與複數個導電凸塊Jφ 4 i電性連接 球1 6 ;其中，該散熱件1 4係具有_伞± ^ 十垣部1 4 £ 部1 4 a周圍向該基板1 〇方向延伸的古 X辉部1 4 b， 部1 4b黏接於該基板1 〇之第一表面1 ^ ^ 丄u a上，同 W 1 4b底面上開設有一溝槽1 7，而該溝槽1 了係
1242863 五、發明說明（6) 為單一環狀的凹槽1 7 a或複數個凹狀的槽口 1 7 b所組成，該 支樓部1 4b之側邊係設有至少一橫向貫穿過溝槽丨7頂部的 排氣道1 8，使該溝槽1 7連通至外界。 該散熱件1 4係選用一鍍有鎳的銅材料，其係由一平坦 部1 4a及一體連結於該平坦部丨4a並將該平坦部1 4a架撐於 晶片1 2上方之支撑部丨4b所構成，其中，該平坦部丨4a係具 有約2 0〜4 0密爾（m i 1 )之厚度；相對地，該支撐部丨4b之高 度約可設計成1 0〜4 0密爾（m丨1 )，其數值可視晶片之厚度或 配置層數而定；惟該散熱件丨4之平坦部1 4a可藉由導熱膠 1 9而黏接於該晶片} 2之表面上，以藉由該導熱膠i 9將晶片 1 2產生之熱量傳遞至散熱件丨4復散逸至外界。 第2 A圖係進一步檢視本發明散熱件之底部示意圖。本 實施例之散熱件1 4之外形係為一方形，由圖式觀之該環狀 支撐部1 4b上係開設有一環狀封閉的凹槽1 7a，該凹槽1 7a 係環繞成方形，且該凹槽1 7 a頂部係開設有一或多個橫向 貫通該凹槽1 7 a之排氣道1 8，使得該散熱件1 4與敷設於該 基板1 0第一表面1 0 a上的膠黏劑1 5接觸後，該膠黏劑1 5可 以填入散熱件1 4底面的凹槽1 7a而將凹槽1 7a内的空氣擠入 該排氣道1 8，致使該膠黏劑1 5得以確實地填入該凹槽1 7 a 内。惟本發明所使用之膠黏劑1 5係為例如銀膠（S i 1 v e r Paste)或環氧樹脂（Epoxy)為主及其他類似材料之流動 性膠料，以本實施例為例，該膠黏劑1 5係以銀膠（S i 1 v e r Paste)為代表。 第2B圖係顯示該散熱件1 4之另一實施例，其不同於前
1242863 五、發明說明（7) 述散熱件之處在於該支撐部1 4b之底面係形成有複數個槽 口 17b，且每一個槽口 17 b之頂面各設有一或多個連通該槽 口 1 7b至外界之排氣道1 8，此種支撐部丨4b設計同樣得於銀 膠填入時將該槽口 1 7b中的空氣推擠入排氣道1 8而排出至 外界，以達到防止氣泡積存之目的。 膠黏劑1 5經由烘烤（B a k i n g )步驟固化後，如第1 B圖所 示’得使該凝固在排氣道1 8内的膠黏劑1 5具有鎖固 (Locking)之功效，同時，藉由該溝槽17及排氣道18 (如 第2 A、2B圖所示）之間隔排列方式，亦可令膠黏劑1 5對該 散熱件1 4之鎖固力的分布更形均勻，藉此強化其黏著強 度，而避免該散熱件1 4於受震後脫落，進而達到使散熱件 1 4與基板1 〇間穩固接合之功效。 再一方面，該溝槽1 7如第3 A圖所示，可藉由一方形沖 壓頭21a (Punch)沖製（Stamping)而成，令溝槽1 7的斷面 形狀為一方形，再以針沖頭2 1 b沖製貫穿的排氣道1 8，如 第3 B圖所示，因此，藉由沖壓方法，即可簡易且低成本地 製出所需的散熱件1 4之溝槽1 7與排氣道1 8。 又該溝槽1 7之斷面形狀亦非本發明之限制，如第4 A、4 B圖所示，即以一尖角沖壓頭2 2取代前述的方形沖壓 頭2 1 a，而可沖製出一 V字型溝槽2 7，亦同樣可如第4 B圖 般於其上形成排氣道1 8 ;至於第5 A、5 B圖，則顯示以圓 形沖壓頭2 3沖製而成的半圓形溝槽3 7及排氣道1 8，亦同樣 可發揮本發明之功效。 故，以橫向貫穿溝槽之排氣道作為該散熱件支撐部内
17301 矽品· Ptd 第11頁 1242863 五、發明說明（8) 之溝槽提供一外接通道，可以使該膠黏劑充填入溝槽以 後，原本殘留於該溝槽内之空氣受到膠流擠壓而由各排氣 道向外排出，避免未排除的空氣受到後續製程之溫度循環 (Temperature Cycle)影響發生膨脹而損及散熱件與基 板間之黏接信賴性（A d h e s i ο n R e 1 i a b i 1 i t y);另一方 面，封裝操作人員亦能藉由該排氣道連通於外界出口處所 溢出的膠量多募，據以判定膠黏劑的充填量是否適當，而 更精準地控制膠黏劑的充填品質。 又，藉由本發明散熱件上的溝槽與排氣道之設計，可 以讓固化成型之膠黏劑對散熱件產生錨定（Anchor)鎖固 功效，以免因為散熱件與基板間之材質熱應力差或震動等 因素而影響到散熱件與基板間之接合信賴性。 綜上所述，以上僅為本發明之較佳實施例而已，並非 用以限定本發明之實質技術内容範圍，本發明之實質技術 内容係廣義地定義於下述之申請專利範圍中，任何他人完 成之技術實體或方法，若是與下述之申請專利範圍所定義 者係完全相同，亦或為同一等效變更，均將被視為涵蓋於 此申請專利範圍中。
17301 矽品.ptd 第12頁 1242863 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1 A圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的剖視示 意圖； 第1 B圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的另一剖 視不意圖， 第2A圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的散熱件 底視圖； 第2B圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的另一散 熱件底視圖； 第3A圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的支撐部 溝槽之第一實施成形示意圖； 第3B圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的支撐部 溝槽之第一實施貫穿一排氣道的成形示意圖； 第4A圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的支撐部 溝槽之第二實施成形示意圖； 第4B圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的支撐部 溝槽之第二實施貫穿一排氣道的成形示意圖； 第5 A圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的支撐部 溝槽之第三實施成形示意圖； 第5B圖係為本發明具散熱件之半導體封裝件的支撐部 溝槽之第三實施貫穿一排氣道的成形示意圖； 第6圖係為美國專利第5，3 1 1，4 0 2號所揭示之半導體封 裝件之剖面示意圖；以及 第7圖係習知於散熱件上開設溝槽之半導體封裝件之
]730]石夕品.ptd 第13頁 1242863
圖式簡單說明 剖面示意圖。 1 覆 晶 式 球 栅 陣 列 封裝件 1 0，4 0， 50基板 10a 第 一 表 面 10b 第二 表面 11 導 電 凸 塊 12, 42, 5 2 晶片 13 底 部 充 填 絕 緣 材 料 14,44 散熱 件 14a 平 坦 部 14b，44b 支 撐部 15, 45 膠 黏 劑 16 鲜球 17, 27, 3 7溝槽 17a 凹槽 17b 槽 口 18 排氣 道 19, 49 導 献 膠 21a 方形 沖壓 頭 21b 針 沖 頭 22 尖角 沖壓 頭 23 半 圓 沖 壓 頭 401 基板 凹槽 500 散 熱 件 黏 接 區 17301石夕品· ptd 第14頁

Claims (1)

1242863 六、申請專利範圍 1. 一種具散熱件之半導體封裝件，係包括： 一基板； 至少一晶片，係接置於該基板上並與之電性連 接； 一散熱件，其具有一平坦部及一體連接於該平坦 部上用以架撐該平坦部至晶片上方之至少一支撐部， 其中，該支撐部供基板接觸之位置上係設有至少一溝 槽，且該溝槽之四周形成有一個以上連通該溝槽至外 界之排氣道；以及 一充填於該溝槽及排氣道内之膠黏劑，藉以黏接 該散熱件至基板上。 2. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該半導體封裝件係為一覆晶式球柵陣列封裝件。 3. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該溝槽係為一環狀的凹槽。 4. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該溝槽係為複數個凹狀的槽口。 5. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該溝槽之截面係為方形。 6. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該溝槽之截面係為V字型。 7. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該溝槽之截面係為半圓形。 8. 如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其
17301石夕品.ptd 第15頁 1242863 六、申請專利範圍 中，該溝槽係以一沖壓頭（P u n c h )沖製（S t a m p i n g )而 成。 9 .如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該排氣道係貫穿溝槽而設置於該溝槽之頂部。 1 0 .如申請專利範圍第1項之具散熱件之半導體封裝件，其 中，該膠黏劑係為一銀膠（S i 1 v e r P a s t e)。 1 1 . 一種散熱件，其中該散熱件具有一平坦部及一體連接 於該平坦部上用以架撐該平坦部至晶片上方之至少一 支撐部，其中，該支撐部底面係設有至少一溝槽，且 該溝槽之四周形成有一個以上連通該溝槽至外界之排 氣道。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該溝槽係為 一環狀的凹槽。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該溝槽係為 複數個凹狀的槽口。 1 4 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該溝槽之截 面係為方形。 1 5 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該溝槽之截 面係為V字型。 1 6 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該溝槽之截 面係為半圓形。 1 7 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該溝槽係以 一沖壓頭（Punch)沖製（Stamping)而成。 1 8 .如申請專利範圍第1 1項之散熱件，其中，該排氣道係
17301石夕品.ptd 第16頁 1242863 六、申請專利範圍 貫穿溝槽而設置於該溝槽之頂部。
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