TWI603440B - 半導體散熱片裝置及使用該散熱片的封裝結構 - Google Patents

Description

半導體散熱片裝置及使用該散熱片的封裝 結構

本發明是有關一種半導體散熱片裝置及使用該散熱片的封裝結構，特別是指一種設置在一具有複數定位件之半導體基板上的散熱片裝置與封裝結構。

隨著半導體製程的持續進步，半導體晶片被廣泛應用在筆記型電腦、平板電腦、數位相機，及智慧型手機等電子產品上，近年來消費者對於效能的提升越來越嚴苛，導致電子元件所產生的發熱量和相對熱流量亦愈來愈高，另一方面，對於電子裝置之外觀也朝向輕、薄、短、小的設計趨勢，如此極度壓縮空間的設計方向，更顯得該半導體之散熱的重要性。

由於該半導體晶片在運算過程中所產生的高熱會直接影響到該半導體晶片的運算速度，因此，業界通常以一散熱片覆蓋於該半導體晶片之頂面，並結合於電路板上固定，利用該散熱片與該半導體晶片相接觸，以將該半導體晶片運作時所產生的熱源利用增加散熱面積的方式傳導出去，作為紓解該半導體晶片發熱量過多的問題，一方面讓該半導體晶片可在正常的工作溫度下運算，另一方面，亦可降低高溫對該半導體晶片所造成之損害。

另外，當電子產品的體積愈來愈小，所使用之半導體晶片與該金屬製成之散熱片的體積也需愈縮愈小，如此一來，不僅造成該半導體晶片與該散熱片在封裝作業的銲錫銲合，或嵌合作業上的困難度，該半導體晶片與該散熱片間的間隙也愈來愈小，稍有不慎，就會使得金 屬製成的散熱片與該半導體晶片產生不當接觸而短路，或是外部靜電干擾，導致該半導體晶片發生故障，而降低該半導體晶片的封裝良率。

再者，由於一般散熱片製程通常是經過連續沖壓成型後，再裁切成一片片獨立的散熱片，而在裁切過程中，因金屬材質製成之散熱片具有延展性，所以在裁切過程中會產生毛邊，且該毛邊是順應裁切的方向生成，若不修除毛邊會使該散熱片不符合出廠規範而導致退貨，故必需再經過一道整型手續，以將每一散熱片周緣的毛邊修除，如此一來，將使加工流程更為繁雜，提高生產成本。

因此，如何在該散熱片與該半導體晶片逐漸微小化的情形下，仍可提高該半導體散熱片的出廠良率，並同時增加與半導體晶片結合的效果，以達到提高效能與降低生產成本之雙重目標，對於分秒必爭時間寶貴的半導體產業來說，是相當值得被期待的。

有鑑於此，本發明之一目的，是提供一種半導體散熱片裝置，適用於設置在一具有複數定位件之半導體基板上，並包含複數散熱片，及一定位框架。

每一散熱片概呈四邊形並成陣列排列，並包括一本體及一框圍該本體周緣之切割道，該切割道上具有複數第一貫穿孔，且該複數第一貫穿孔是設置於所對應散熱片之本體的四個邊角上。該定位框架將該複數散熱片與該複數切割道框圍於內，並包括複數與該定位件對應之定位孔。

上述之每一散熱片更包括一上表面及一相反的下表面，該上表面具有一金屬鍍層，而該下表面具有一絕緣黏著層。

上述之上表面中心處形成有一凹陷部，該 下表面對應該凹陷部形成有一凸出部。

上述之金屬鍍層之材質是選自於鎳、鉻或此等之組合，而該絕緣黏著層之材質是環氧樹脂。

上述之第一貫穿孔的形狀為十字型。

上述之定位框架更包括有複數第二貫穿孔，且該第二貫穿孔亦與該複數散熱片連接並為T字型態樣。

本發明之另一目的，是提供一種封裝結構，該封裝結構包含一半導體基板、一半導體晶片、一散熱片，及一封裝膠體。

該半導體晶片設置於該半導體基板上，該散熱片包括一上表面及一相反的下表面，該上表面具有一金屬鍍層，而該下表面具有一絕緣黏著層，該上表面中心處形成有一凹陷部，該下表面對應該凹陷部形成有一凸出部，而形成一中心凹陷周緣突起的態樣，且該散熱片與該半導體基板相配合界定出一封裝空間。該封裝膠體充填於該封裝空間中，用以黏著該半導體晶片、該半導體基板，與該散熱片之絕緣黏著層。

上述之封裝結構更包含複數連接該半導體基板與該半導體晶片之金屬連接線。

上述之半導體晶片是位於該封裝空間中並位於該凸出部下方。

本發明之有益功效在於，該散熱片藉由該上表面形成一中心凹陷而周緣突起的態樣，使得該散熱片周緣之高度提高，進而達到避免該封裝膠體溢出而掩蓋該散熱片表面，而該封裝結構藉由該散熱片、該封裝膠體，及該半導體基板三者形成一層狀結構，可改善裁切時所產生之毛邊現象，並可將多餘毛邊收納於該封裝膠體層中，以達到簡化加工流程、降低生產成本之功效。

3‧‧‧半導體基板

31‧‧‧定位件

4‧‧‧散熱片

40‧‧‧封裝空間

41‧‧‧本體

42‧‧‧切割道

421‧‧‧第一貫穿孔

43‧‧‧上表面

431‧‧‧金屬鍍層

432‧‧‧凹陷部

44‧‧‧下表面

441‧‧‧絕緣黏著層

442‧‧‧凸出部

45‧‧‧突垣

5‧‧‧定位框架

51‧‧‧定位孔

52‧‧‧第二貫穿孔

6‧‧‧半導體晶片

7‧‧‧封裝膠體

8‧‧‧金屬連接線

圖1是一側視剖面示意圖，說明本發明半導體散熱片裝置之第一較佳實施例；圖2是一上視示意圖，說明該第一較佳實施例的另一視角態樣；圖3是一側視剖面示意圖，說明本發明半導體散熱片裝置之封裝結構受裁切時之上、下切割方向；圖4是一側視剖面示意圖，說明本發明半導體散熱片裝置之封裝結構的較佳實施例；以及圖5是一側視剖面示意圖，說明本發明半導體散熱片裝置之第二較佳實施例。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在進行詳細說明前，應注意的是，類似的元件是以相同的編號來作表示。

參閱圖1、2，為本發明半導體散熱片裝置及使用該散熱片的封裝結構之第一較佳實施例，該半導體散熱片適用於設置在一具有複數定位件31之半導體基板3上，並包含有複數散熱片4，及一定位框架5。

該半導體基板3依據製程之差異，可為半導體封裝元件基板、導線架，或是釘架，不應以此為限，由於此為相關技術領域中熟習相關技藝人士所周知，故於此不再針對該半導體基板3之形式與態樣多加贅述。

每一散熱片4概呈四邊形並成陣列排列，並包括一本體41及一框圍該本體41周緣之切割道42，該切割道42上具有複數第一貫穿孔421，且該複數第一貫穿孔421是設置於所對應散熱片4之本體41的四個邊角上。

在本較佳實施例中，該複數散熱片4呈一片狀相互連接在一起，該複數切割道42是圍繞該複數散熱片4之本體41周緣設置，透過該複數切割道42之設置，作為以刀具進行裁切時的基準線，提升裁切之便利性。

每一散熱片4更包括一上表面43，及一相反的下表面44，該上表面43具有一金屬鍍層431，而該下表面44具有一絕緣黏著層441。其中，該上表面43中心處形成有一凹陷部432，該下表面44對應該凹陷部432形成有一凸出部442。

在該第一較佳實施例中，該複數散熱片4之材質是選自於銅、鋁、鐵、不銹鋼，或此等之組合，該金屬鍍層431之材質是選自於鎳、鉻或此等之組合，而該絕緣黏著層441之材質是環氧樹脂(epoxy)，該環氧樹脂是一種熱固性塑料，同時具有膠粘劑，塗料等功能性。

值得一提的是，該複數第一貫穿孔421之形狀為十字型態樣，除了可以節省該散熱片4的材料使用之外，並可透過該複數第一貫穿孔421之設置，以縮短裁切時的長度。眾所皆知地，裁切長度愈長則應力影響愈大，本發明確實可縮短裁切長度，避免金屬材質之散熱片4受應力影響而變形。

該定位框架5用以將該複數散熱片4與該複數切割道42框圍於內，並包括複數與該半導體基板3之定位件31對應之定位孔51，以達到固定之目的，在該較佳實施例中，該複數定位孔51為圓形孔設計，實際實施時，該定位孔51之形狀與數量可以有很多不同之變化，不應以該第一較佳實施例中所揭露為限。

另外，該定位框架5更包括有複數第二貫穿孔52，且該第二貫穿孔52亦與該複數散熱片4連接並為T字型態樣。在該第一較佳實施例中，該複數第二貫穿孔52是設置於位於該最外側之散熱片4之本體41旁，利 用T字型態樣之複數第二貫穿孔52可對應該複數切割道42之裁切方向，同樣可以縮短裁切時的長度，避免金屬材質之散熱片4受應力影響而變形。

參閱圖3、4，該第一較佳實施例另外提供一種使用上述半導體散熱片4的封裝結構，並以QFN(Quad Flat No-leadPackage，無引脚封裝)封裝結構為例，來作說明。該封裝結構包含一半導體基板3、一散熱片4、一半導體晶片6、一封裝膠體7，及複數金屬連接線8。

該散熱片4與該半導體基板3相配合界定出一封裝空間40，並包括該本體41、該切割道42、該上表面43，及該下表面44，其設計即如前述圖1-2所示，於此便不再贅述各個部分的細部設計。

該半導體晶片6設置於該半導體基板3上，且該半導體晶片6是位於該封裝空間40中並位於該凸出部442下方。而該複數金屬連接線8用以連接該半導體基板3與該半導體晶片6。

該封裝結構的組裝流程係如下所述：首先，將該半導體晶片6與該半導體基板3連結。然後，再將該複數散熱片4間隔定位於該半導體基板3之上方。接著，將該封裝膠體7填充於該封裝空間40中，以使該封裝膠體7黏著該半導體晶片6、該半導體基板3，與該散熱片4之絕緣黏著層441。最後，待該封裝膠體7完全固著之後，以該複數切割道42為基準進行裁切，裁切時是由該散熱片4之上表面43向下切一刀，再由該半導體基板3往該散熱片4方向切一刀(如圖3中之箭頭所示方向)，進而得到複數封裝結構。

特別說明的是，在裁切過程中，刀具裁切時，偶爾會使金屬材質所製成之散熱片4與該半導體基板3產生些許毛邊，並順應該裁切刀具之裁切方向成形，由於上、下方向各一刀，所以若有金屬毛邊產生時，亦會收 納於該封裝膠體7中，不須額外進行整型與剔除毛邊的手續，而使裁切作業更為順利，提昇產品良率，縮短整體製程時間。

參閱圖5，為本發明半導體散熱片裝置及使用該散熱片的封裝結構之第二較佳實施例，該第二較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該散熱片4更包括一環繞該本體41周緣設置並往該上表面43之方向突伸的突垣45。

在該第二較佳實施例中，藉由該上表面43之凹陷部432，與該下表面44之凸出部442相對應，形成一中心凹陷而周緣隆起的態樣，同時更具有一環繞該本體41周緣設置並往該上表面43之方向突伸的突垣45設計，可以確實避免該封裝膠體7(圖5中未示出)溢出至該散熱片4之上表面43，進而達到防溢膠之功效。

經由上述說明可知，本發明之半導體散熱片裝置及使用該散熱片4的封裝結構確實具有下列功效增進之處：

一.避免該散熱片4變形：藉由該複數第一、二貫穿孔421、52之設置，除了節省該散熱片4的材料使用之外，更可縮短該散熱片4裁切時的長度，以避免金屬材質之散熱片4受應力影響而變形。

二.防止溢膠：該上表面43之凹陷部432，與該下表面44之凸出部442相對應，形成一中心凹陷而周緣隆起的態樣，且該突垣45環繞該本體41周緣設置，所以確實可以達到避免該封裝膠體7溢出而掩蓋到該散熱片4之上表面43的效果。

三.簡化流程，縮短製程時間：一般散熱片4在經過裁切的程序後，必需再經過一道整型手續，將每一散熱片4之本體41周緣的毛邊修除，以使其符合出廠規範，本發明之封裝結構則藉由該散熱片4、該封裝膠體7， 及該半導體基板3三者形成一層狀結構，利用來回往返之二次裁切的方式，將多餘之些許毛邊收納於該封裝膠體7層中，以改善裁切時所產生之毛邊現象，並達到簡化加工流程、降低生產成本之功效。

綜上所述，本發明之散熱片4藉由該上表面43形成一中心凹陷而周緣突起的態樣，且該突垣45環繞該本體41周緣設置，使得該散熱片4周緣之高度提高，進而達到避免該封裝膠體7溢出而掩蓋該散熱片4之上表面43，此外，藉由該複數第一、二貫穿孔421、52之設置，可縮短該散熱片4裁切時的長度，以避免金屬材質之散熱片4受應力影響而變形，整體而言，該封裝結構藉由該散熱片4、該封裝膠體7，及該半導體基板3三者形成一層狀結構，可改善裁切時所產生之毛邊現象，並可將多餘毛邊收納於該封裝膠體層中，以達到簡化加工流程、降低生產成本之功效，故確實可以達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之二個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧半導體基板

4‧‧‧散熱片

40‧‧‧封裝空間

43‧‧‧上表面

431‧‧‧金屬鍍層

432‧‧‧凹陷部

44‧‧‧下表面

441‧‧‧絕緣黏著層

442‧‧‧凸出部

6‧‧‧半導體晶片

7‧‧‧封裝膠體

8‧‧‧金屬連接線

Claims (8)

1. 一種半導體散熱片裝置，適用於設置在一具有複數定位件之半導體基板上，該半導體基板上間隔設置有複數半導體晶片，該半導體散熱片裝置包含：複數散熱片，每一散熱片概呈四邊形並成陣列排列，並包括一本體、一上表面、一相反的下表面，及一框圍該本體周緣之切割道，該上表面具有一金屬鍍層，而該下表面具有一絕緣黏著層，該切割道上具有複數第一貫穿孔，且該複數第一貫穿孔是設置於所對應散熱片之本體的四個邊角上，其中，該上表面中心處形成有一凹陷部，該下表面對應該凹陷部形成有一凸出部，每一半導體晶片是位於對應的凸出部下方；及一定位框架，將該複數散熱片與該複數切割道框圍於內，並包括複數與該定位件對應之定位孔。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之半導體散熱片裝置，其中，該散熱片更包括一環繞該本體周緣設置並往該上表面之方向突伸的突垣。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之半導體散熱片裝置，其中，該金屬鍍層之材質是選自於鎳、鉻或此等之組合，而該絕緣黏著層之材質是環氧樹脂。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之半導體散熱片裝置，其中，該第一貫穿孔之形狀為十字型態樣。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之半導體散熱片裝置，其中，該定位框架更包括有複數第二貫穿孔，且該第二貫穿孔亦與該複數散熱片連接並為T字型態樣。
6. 一種封裝結構，包含：一半導體基板；一半導體晶片，設置於該半導體基板上；一散熱片，包括一上表面及一相反的下表面，該上表面具有一金屬鍍層，而該下表面具有一絕緣黏著層，該上表面中心處形成有一凹陷部，該下表面對應該凹陷部形成有一凸出部，而形成一中心凹陷周緣突起的態樣，且該散熱片與該半導體基板相配合界定出一封裝空間；及一封裝膠體，充填於該封裝空間中，用以黏著該半導體晶片、該半導體基板，與該散熱片之絕緣黏著層。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之封裝結構，其中，該封裝結構更包含複數連接該半導體基板與該半導體晶片之金屬連接線。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之封裝結構，其中，該散熱片更包括一環繞該本體周緣設置並往該上表面之方向突伸的突垣，而該半導體晶片是位於該封裝空間中並位於該凸出部下方。