TWI706523B

TWI706523B - 電子封裝件

Info

Publication number: TWI706523B
Application number: TW108131537A
Authority: TW
Inventors: 黃玉龍; 鄭子企; 林長甫; 許元鴻
Original assignee: 矽品精密工業股份有限公司
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-10-01
Also published as: TW202111890A; CN112447635B; CN112447635A

Abstract

一種電子封裝件，係於電子元件之側面上形成散熱層，並以封裝層包覆該電子元件與該散熱層，使該電子封裝件之散熱途徑包含該電子元件之第二表面及側面，因而能大幅提升散熱效果。

Description

電子封裝件

本發明係有關一種封裝結構，尤指一種散熱型電子封裝件。

隨著電子產品在功能及處理速度之需求的提升，作為電子產品之核心組件的半導體晶片需具有更高密度之電子電路(Electronic Circuits)，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能。

因此，為了迅速將熱能散逸至外部，業界通常在半導體封裝件中配置散熱片(Heat Sink或Heat Spreader)，該散熱片通常藉由散熱膠，如導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)，結合至晶片背面，以藉散熱膠與散熱片逸散出半導體晶片所產生之熱量。

如第1圖所示，習知半導體封裝件1之製法係先將一半導體晶片11以其作用面11a利用覆晶接合方式(即透過導電凸塊110與底膠111)設於一封裝基板10上，再將一散熱件13以其頂片130藉由TIM層12(其包含銲錫層與助焊劑)回銲結合於該半導體晶片11之非作用面11b上，且該散熱件13之支撐腳131透過黏著層14架設於該封裝基板10上。接著，進行封裝壓模作業，以供封裝膠體(圖略)包覆該半導體晶片11及散熱件13，並使該散熱件13之頂片130外露出封裝膠體。

於運作時，該半導體晶片11所產生之熱能係經由該非作用面11b、TIM層12而傳導至該散熱件13之頂片130以散熱至該半導體封裝件1之外部。

惟，隨著電子產品之功能增加，其所用之半導體封裝件1中，該半導體晶片11之運作量也隨之大增，致使該半導體晶片11所產生之熱能大幅增加，故習知半導體封裝件1中，該半導體晶片11之散熱途徑僅能經由其非作用面11b進行散熱，因而難以滿足散熱需求，造成該半導體封裝件1容易因過熱而故障。

因此，如何克服上述習知技術之問題，實已成為目前業界亟待克服之難題。

鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明提供一種電子封裝件，係包括：電子元件，係具有相對之第一表面與第二表面及鄰接該第一與第二表面之側面；複數導電結構，係設於該電子元件之第一表面上；第一散熱層，係接觸形成於該電子元件之側面上且藉由絕緣體隔離該複數導電結構；以及封裝層，係包覆該電子元件、該複數導電結構與該第一散熱層，且令該導電結構外露出該封裝層之表面。

前述之電子封裝件中，該電子元件之第二表面外露出該封裝層之表面。

前述之電子封裝件中，該第一散熱層復形成於該電子元件之第二表面上。

前述之電子封裝件中，該第一散熱層具有凹凸表面。

前述之電子封裝件中，該第一散熱層係為金屬層。

前述之電子封裝件中，復包括設置該電子元件之承載結構，其電性連接該導電結構。例如，該承載結構係具有板體及設於該板體中之第三散熱層。進一步包括設於該承載結構上之散熱件，其連結該第三散熱層。或者，可包括設於該承載結構上之散熱件。例如，該散熱件係具有一散熱體與設於該散熱體上之支撐腳，以令該支撐腳結合於該承載結構上，使該散熱體設於該承載結構上，且該散熱體結合於該電子元件之第二表面上。進一步，該散熱件係具有凹凸部。

前述之電子封裝件中，復包括設置該電子元件之中介結構，其電性連接該導電結構。例如，該中介結構係具有板體及設於該板體中之第二散熱層或設於該板體上之散熱柱。或者，復包括設置該中介結構之承載結構，其電性連接該中介結構。又包括設於該承載結構上之散熱件。例如，該散熱件係具有一散熱體與設於該散熱體上之支撐腳，以令該支撐腳結合於該承載結構上，使該散熱體設於該承載結構上，且該散熱體結合於該電子元件之第二表面上。進一步，該散熱件係具有凹凸部。

由上可知，本發明之電子封裝件主要藉由將該第一散熱層形成於該電子元件之側面上，以將該電子元件所產生之熱能經由該第一散熱層散逸至外界，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件之散熱途徑包含該電子元件之第二表面及側面，因而能大幅提升散熱效果，以滿足散熱需求，且避免該電子封裝件因過熱而故障之問題。

1‧‧‧半導體封裝件

10‧‧‧封裝基板

11‧‧‧半導體晶片

11a‧‧‧作用面

11b‧‧‧非作用面

110‧‧‧導電凸塊

111‧‧‧底膠

12‧‧‧TIM層

13‧‧‧散熱件

130‧‧‧頂片

131‧‧‧支撐腳

14‧‧‧黏著層

2,2’,2”,3‧‧‧電子封裝件

2a‧‧‧多晶片封裝體

2b,3b‧‧‧中介結構

2c,3c‧‧‧承載結構

2d,3d‧‧‧散熱件

21,21’‧‧‧電子元件

21a‧‧‧第一表面

21b‧‧‧第二表面

21c‧‧‧側面

210‧‧‧電極墊

211‧‧‧絕緣體

22‧‧‧導電結構

220,221,222‧‧‧導電材

23,23’,23”‧‧‧第一散熱層

23a‧‧‧凹凸表面

24‧‧‧封裝層

24a‧‧‧第一側

24b‧‧‧第二側

25‧‧‧導電元件

26,26’,36‧‧‧結合層

27‧‧‧散熱體

270,370‧‧‧支撐腳

28‧‧‧黏著層

29‧‧‧導電凸塊

290‧‧‧底膠

30‧‧‧第一板體

31‧‧‧第二散熱層

32‧‧‧散熱柱

33‧‧‧線路部

34‧‧‧第二板體

35‧‧‧第三散熱層

350‧‧‧散熱接點

36‧‧‧線路層

37a,37b,37c‧‧‧凹凸部

370a,370b‧‧‧端部

A‧‧‧置晶區

第1圖係為習知半導體封裝件之剖視示意圖。

第2圖係為本發明之電子封裝件之剖視示意圖。

第2’及2”圖係為本發明之電子封裝件之其它實施例之剖視示意圖。

第2A、2B及2C圖係為本發明之電子封裝件之局部構成之不同實施例之剖視示意圖。

第3A圖係為第2”圖之另一態樣。

第3B圖係為第3A圖之局部剖視示意圖。

第3B’圖係為第3B圖之上視示意圖

第3C圖係為第3A圖之局部剖視示意圖。

第3D圖係為第3A圖之局部剖視示意圖。

第3D’圖係為第3D圖之另一態樣之示意圖。

以下藉由特定的具體實施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內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「下」、「第一」、「第二」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

第2圖係為本發明之電子封裝件2之剖面示意圖。如第2圖所示，所述之電子封裝件2係包括：至少一電子元件21、複數導電結構22、一第一散熱層23、一封裝層24、一承載結構2c以及一散熱件2d。

於本實施例中，該電子封裝件2可包括複數電子元件21,21’，如第2A至2C圖所示，以整合成多晶片封裝體2a，其包括複數電子元件21,21’、複數導電結構22、第一散熱層23及該封裝層24，使該複數電子元件21,21’相互分離地配置於該封裝層24中。

所述之複數電子元件21,21’係為主動元件、被動元件或其組合者，其中，該主動元件係例如半導體晶片，而該被動元件係例如電阻、電容及電感。

於本實施例中，該電子元件21,21’係為半導體晶片，其具有相對之第一表面21a(如作用面)與第二表面21b(如非作用面)及鄰接該第一與第二表面21a,21b之側面21c，且該第一表面21a上係具有複數電極墊210及一保護該電極墊210之絕緣體211。

所述之導電結構22係對應設於該電子元件21,21’之第一表面21a之電極墊210上以電性連接該電子元件21,21’，並外露出該絕緣體211。

於本實施例中，該導電結構22係包含有至少一種導電材220,221,222(如第2A圖所示)。例如，該導電材220係為金屬凸塊(如銅凸塊)；或者，該導電材221亦可為金屬柱(如銅柱)；亦或，該導電材220可為銲錫凸塊(如錫膏)。應可理解地，該導電結構22可依需求選擇導電材220,221,222之組成，如單一材質或多種材質等，並無特別限制。

再者，該導電結構22係凸出該絕緣體211，例如，至少一種導電材221,222凸出該絕緣體211，以令該導電結構22外露於該絕緣體211。

所述之第一散熱層23係接觸形成於該電子元件21之側面21c上且藉由該絕緣體211隔離該複數導電結構22。

於本實施例中，該第一散熱層23係形成於其中一電子元件21上，但該多晶片封裝體2a可依需求於多個電子元件21,21’上形成該第一散熱層23。

再者，該第一散熱層23係為金屬層，如銅層，其未電性連接該電子元件21,21’。

又，該第一散熱層23係延伸形成於該電子元件21之第一表面21a上方，且藉由該絕緣體211隔離該第一散熱層23與該第一表面21a，即該第一散熱層23與該第一表面21a之間係形成有該絕緣體211，其中該絕緣體211可為晶片表面的氧化層(如：氧化矽)或線路層中的絕緣層(如：PI)。

所述之封裝層24係包覆該電子元件21,21’、該複數導電結構22與該第一散熱層23。

於本實施例中，該封裝層24係具有相對之第一側24a與第二側24b，且令該導電結構22外露出該封裝層24之第一側24a之表面，並使該電子元件21,21’之第二表面21b齊平該封裝層24之第二側24b，以令該電子元件21,21’外露於該封裝層24之第二側24b。

再者，形成該封裝層24之材質係為絕緣材，如聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、環氧樹脂(epoxy)之封裝膠體或封裝材(molding compound)，其可用模壓(molding)、壓合(lamination)或塗佈(coating)之方式形成之。

又，該第一散熱層23’可依需求形成於該電子元件21,21’之第二表面21b上，例如，該第一散熱層23’接觸結合該電子元件21,21’之第二表面21b與該封裝層24之第二側24b之表面，如第2B圖所示。

另外，該第一散熱層23”可依需求形成有凹凸表面23a，如第2C圖所示。應可理解地，有關凹凸表面之形式繁多，並無特別限制。

所述之承載結構2c係用於設置該電子元件21,21’並電性連接該導電結構22。

於本實施例中，該承載結構2c係例如為具有核心層與線路結構之封裝基板、無核心層(coreless)形式線路結構之封裝基板或其它封裝基板形式，其包含至少一絕緣層及至少一結合該絕緣層之線路層，如至少一扇出(fan out)型重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)。應可理解地，該承載結構2c亦可為其它承載晶片之板材，如導線架(lead frame)或其它具有金屬佈線(routing)之板體等，並不限於上述。

再者，該承載結構2c之基板製程方式繁多，例如，可採用一般非晶圓製程方式形成線路層，即採用成本較低之高分子介電材作為絕緣層，如聚醯亞胺(PI)、聚對二唑苯(Polybenzoxazole，簡稱PBO)、預浸材(Prepreg，簡稱PP)、封裝膠體、感光型介電層或其它材質等以塗佈方式形成之。

又，該承載結構2c於其下側可形成複數導電元件25，以供該電子封裝件2可藉由該些導電元件25接置一如電路板之電子裝置(圖略)。具體地，該導電元件25可為如銅柱之金屬柱、包覆有絕緣塊之金屬凸塊、銲球(solder ball)、具有核心銅球(Cu core ball)之銲球或其它導電構造等。

另外，可形成底膠290於該電子元件21,21’之第一表面21a(或該多晶片封裝體2a)與該承載結構2c之間以包覆該些導電結構22。

所述之散熱件2d係藉由該結合層26結合至該複數電子元件21,21’之第二表面21b上。

於本實施例中，該散熱件2d係具有一散熱體27與複數設於該散熱體27下側之支撐腳270，該散熱體27係為散熱片型式，並以下側接觸該結合層26，且該支撐腳270係藉由黏著層28結合於該承載結構2c上。

再者，該結合層26係為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)，如高導熱金屬膠材。

又，於其它實施例中，如第2’圖所示之電子封裝件2’，該電子元件21可以其導電結構22設於一中介結構2b上，使該中介結構2b係用以設置該電子元件21且電性連接該導電結構22，再將該中介結構2b設於該承載結構2c上。具體地，該中介結構2b係為矽中介板(Through Silicon interposer，簡稱TSI)，其具有一複數導電矽穿孔(Through-silicon via，簡稱TSV)，且可依需求形成線路重佈層(RDL)，例如，可採用晶圓製程製作RDL，並透過化學氣相沉積(Chemical vapor deposition，簡稱CVD) 形成氮化矽或氧化矽以作為絕緣層。應可理解地，有關該中介結構2b之態樣繁多，例如，於介電材上佈線所形成之線路板或以封裝膠體所形成的中介板，故不限於上述之TSI形式。

另外，該中介結構2b係藉由複數導電凸塊29設於該承載結構2c上，並以底膠290包覆該些導電凸塊29。例如，該導電凸塊29可為如銅材之金屬凸塊、銲錫材或其它導電構造等。

應可理解地，有關本發明之電子封裝件之種類繁多，例如，第2”圖所示之晶圓級晶片尺寸封裝(Wafer Level Chip Scale Packaging)形式之電子封裝件2”，其無需配置中介結構2b及承載結構2c，以藉由該些導電結構22接置一如電路板之電子裝置(圖略)，故該電子封裝件之態樣並無特別限制。

因此，本發明之電子封裝件2,2’,2”主要藉由該第一散熱層23之設計，以將該電子元件21所產生之熱能經由其第一表面21a及側面21c上之第一散熱層23散逸至外界，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件2,2’,2”之散熱途徑除了該電子元件21之非作用面(第二表面21b)外，亦增加其第一表面21a及側面21c之第一散熱層23，因而能大幅提升散熱效果。

再者，當該電子元件21之第一表面21a於作用中產生熱能時，不僅能藉由該電子元件21之第二表面21b將熱能經由該結合層26及散熱體27傳遞至該電子封裝件2,2之外，且能藉由該第一散熱層23,23’,23”將該熱能經由該結合層26及散熱體27傳遞至該電子封裝件2,2之外。

另一方面，基於散熱需求，該電子封裝件3可依需求增設散熱途徑，如第3A圖所示之結合層36、中介結構3b、該承載結構3c及/或該散熱件3d。

如第3A圖所示，該結合層36係包覆該多晶片封裝體2a及該中介結構3b，且接觸該支撐腳370，以增加該結合層36之佈設範圍，而增加散熱效果。

於本實施例中，該結合層36係為流體型導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。

如第3A及3B圖所示，該中介結構3b係具有一第一板體30、設於該第一板體30中之第二散熱層31及設於該第一板體30上之散熱柱32。

於本實施例中，該第一板體30係為絕緣板材或半導體板材，其配置有複數線路部33(圖中省略內部佈線態樣)，以電性連接該導電結構22及該承載結構3c。

再者，該第二散熱層31係為大面積金屬層，如第3B’圖所示，且其電性隔絕該線路部33，使該第二散熱層31不具電路功能。該第二散熱層31可設於線路部33表面或設於線路部33中，故該第二散熱層31之態樣並無特別限制。

又，該散熱柱32係佈設於該第一板體30邊緣且環繞該第一板體30(或佈設該電子元件21,21’之置晶區A)，如第3B’圖所示，並電性隔絕該線路部33，使該散熱柱32不具電路功能。例如，該散熱柱之形狀繁多，如圓柱、橢圓形、方柱或其它態樣，並無特別限制。

另外，該第二散熱層31可依需求一體連接該散熱柱32，以提升散熱效果。

因此，當該電子元件21之第一表面21a於作用中產生熱能時，能藉由該中介結構3b之第二散熱層31及/或散熱柱32將該熱能經由該結合層36及散熱件3d傳遞至該電子封裝件3之外。

如第3A及3C圖所示，該承載結構3c係具有一第二板體34及設於該第二板體34中之第三散熱層35。

於本實施例中，該第二板體34係為封裝基板所需之板材形式，其配置有至少一線路層36(圖中省略內部佈線態樣)。

再者，該第三散熱層35係為大面積金屬層，且其電性隔絕該線路層36，使該第三散熱層35不具電路功能。

又，該第三散熱層35可依需求外露於該第二板體34之表面，以作為散熱接點350。

因此，當該電子元件21之第一表面21a於作用中產生熱能時，能藉由該承載結構3c之第三散熱層35將該熱能傳遞至該電子封裝件3之外。

如第3A及3D圖所示，該散熱件3d復具有至少一凹凸部37a,37b,37c。

於本實施例中，該凹凸部37a係形成於該散熱體27下側，以增加接觸該結合層36之面積，且該凹凸部37b亦可形成於該支撐腳270之端處，以增加接觸該黏著層28之面積。

再者，該散熱件3d之部分支撐腳370可作為強化散熱用，其可結合該第三散熱層35。例如，該支撐腳270,370不僅可藉由該黏著層28結合該承載結構3c，且該支撐腳370還可藉由該結合層26’結合該第三散熱層35之散熱接點350。具體地，該凹凸部37c可依需求形成於該支撐腳370上，以增加結合該結合層26’(及/或該黏著層28)之面積。

又，該支撐腳370可依需求設計其端部370a,370b，如第3D圖所示之墊形端部370a或如第3D’圖所示之柱形端部370b，以利於結合該第三散熱層35。

因此，當該電子元件21之第一表面21a於作用中產生熱能時，能藉由該承載結構3c之第三散熱層35之散熱接點350將該熱能經由該結合層26’,36及/或該散熱件3d傳遞至該電子封裝件3之外。

綜上所述，本發明之電子封裝件2,2’,2”,3，主要藉由該第一散熱層23形成於該電子元件21之第一表面21a及側面21c，以將該電子元件21所產生之熱能經由該第一散熱層23散逸至外界，故本發明之電子封裝件2,2’,2”,3之散熱途徑包含該電子元件21之第二表面21b及側面21c，因而能大幅提升散熱效果，以滿足散熱需求，且避免該電子封裝件2,2’,2”,3因過熱而故障之問題。

再者，可藉由增設散熱途徑於該電子封裝件2,2’,2”,3之其它構件(該結合層36、中介結構3b、該承載結構3c及/或該散熱件3d)上，以快速有效地將該電子元件21所產生之熱能傳遞至該電子封裝件2,2’,2”,3之外，故能大幅提升散熱效果，以進一步滿足散熱需求，且避免該電子封裝件2,2’,2”,3因過熱而故障之問題。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

2”‧‧‧電子封裝件

21‧‧‧電子元件