TWI860075B

TWI860075B - 電子封裝件及其散熱結構

Info

Publication number: TWI860075B
Application number: TW112133339A
Authority: TW
Inventors: 陳瑋真; 許智勛; 林志男; 許元鴻; 江東昇
Original assignee: 矽品精密工業股份有限公司
Priority date: 2023-09-01
Filing date: 2023-09-01
Publication date: 2024-10-21
Also published as: CN119560460A; TW202512433A; US20250079255A1

Abstract

本發明揭露一種電子封裝件及其散熱結構，該散熱結構之支撐件係環設於中心區之外周圍且於角落區具有凹槽。藉此，凹槽可避免應力集中於角落區，且支撐件之其餘部分可良好地連接固定散熱結構與承載結構，以抑制整個電子封裝件翹曲而避免發生脫層。

Description

電子封裝件及其散熱結構

本發明係有關一種封裝結構，尤指一種提升可靠性之電子封裝件及其散熱結構。

覆晶式球柵陣列(Flip-Chip Ball Grid Array,FCBGA)半導體封裝件為一種將至少一晶片的作用表面(Active Surface)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(Solder Ball)；此一封裝結構可大幅縮減體積，同時亦減去習知銲線(Wire)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，因此已成為下一世代晶片的主流封裝技術。

由於覆晶式球柵陣列封裝的優越特性，因此其大多運用於高積集度(Integration)之多晶片封裝件中，以符體積微小化與高速運算需求，惟此類封裝件由於其高頻率運算特性，使其於運作過程所產生之熱能亦將較一般封裝件為高。因此，其散熱效果是否良好即成為影響該類封裝件品質良率的重要關鍵。

如圖1所示，習知散熱型之半導體封裝件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，並將一金層(圖略)形成於該半導體晶片11之非作用面11b上，再將一散熱件13以其頂片130藉由TIM(Thermal Interface Material，導熱介面材)層12(其包含銲錫層與助焊劑)回銲結合於該金層上，且將該散熱件13之支撐腳131藉由黏著層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外露出封裝膠體而直接與大氣接觸。此外，可於該封裝基板10設置複數導電元件15，後續可藉由該些導電元件15接置一如電路板之電子裝置(圖略)。

於運作時，由於該散熱件13係直接黏覆於該半導體晶片11之非作用面11b上，因此該半導體晶片11所產生之熱能不需透過導熱性較差的封裝膠體傳遞，而可形成自該半導體晶片11之非作用面11b經由該TIM層12及該散熱件13至外界的直接散熱路徑，達成較其他封裝件為佳的散熱功效。

惟，習知半導體封裝件1中，當該散熱件13接置於該封裝基板10上時，係藉由環設於該頂片130周圍之該支撐腳131而黏著於該封裝基板10上，且該頂片130與該支撐腳131為一體成型之材料，因此，當該半導體封裝件1進行後續高溫製程時，由於該散熱件13與該半導體晶片11之熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion,CTE)相距甚大，該散熱件13之頂片130的熱變形量將略大於該半導體晶片11，同時該半導體封裝件1所受應力集中在角落處，此時由於該頂片130之周圍均受到該支撐腳131的束縛，將使其熱應變難以釋放而造成如圖1所示之變形，進而令該頂片130與該半導體晶片11或該TIM層12間產生脫層而降低其散熱效能；甚而將導致該散熱件13之支撐腳131與該封裝基板10間發生脫層，而令該散熱件13於受震時脫落。

因此，如何克服上述習知技術之種種問題，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，本發明提供一種散熱結構，係包括：散熱件，係界定有中心區、位於該中心區之外周圍之側邊的複數個邊緣區、及位於該中心區之外周圍之角落的複數個角落區；以及支撐件，係設於該散熱件之該邊緣區及該角落區上，且該支撐件於該角落區具有至少一凹槽。

本發明亦提供一種電子封裝件，係包括：承載結構；電子元件，係設於該承載結構上；以及散熱結構，係設於該承載結構上以遮蓋該電子元件，且該散熱結構包括：散熱件，係界定有中心區、位於該中心區之外周圍之側邊的複數個邊緣區、及位於該中心區之外周圍之角落的複數個角落區，其中，該電子元件係位在對應於該中心區的區域內；以及支撐件，係設於該散熱件之該邊緣區及該角落區上，且該支撐件於該角落區具有至少一凹槽。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該凹槽係自該支撐件連接該散熱件的一端延伸至另一端。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該凹槽係位於該支撐件之內側。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該凹槽係開口朝內而與該中心區之空間連通。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該支撐件係連續地接續於該邊緣區及該角落區之外周圍而未被該凹槽中斷。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該支撐件係分佈於每個該邊緣區及該角落區內，且於每個該角落區具有該凹槽。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該支撐件與該散熱件係為一體成型或非一體成型。

由上述可知，本發明之電子封裝件及其散熱結構中，主要係將散熱結構之支撐件環設於中心區之外周圍，且該支撐件於角落區設置凹槽。藉此，凹槽可中斷支撐件於角落區的應力以避免應力集中於角落區，且支撐件之其餘部分可良好地連接固定於散熱結構與承載結構之間，以抑制整個電子封裝件翹曲而避免發生脫層。

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

15:導電元件

2:電子封裝件

20:承載結構

20a:第一側

20b:第二側

21:電子元件

21a:作用面

21b:非作用面

210:導電凸塊

211:底膠

22:導熱層

23:散熱結構

230:散熱件

231:支撐件

232:凹槽

24:黏著層

25:導電元件

26:被動元件

A:中心區

B:邊緣區

C:角落區

圖1係為習知散熱型之半導體封裝件之剖視示意圖。

圖2A至圖2F為本發明之電子封裝件之製法之剖面示意圖。

圖3A係為本發明一實施例之散熱結構之立體示意圖。

圖3B係為本發明一實施例之散熱結構之平面示意圖。

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」、「一」、「第一」及「第二」等用語，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。

圖2A至圖2F為本發明之電子封裝件之製法之剖面示意圖。

如圖2A所示，提供一承載結構20，其具有相對之第一側20a與第二側20b，且將至少一電子元件21設於該承載結構20之第一側20a上。

所述之承載結構20可為如具有核心層與線路部之封裝基板(substrate)或無核心層(coreless)之線路結構。

於本實施例中，該承載結構20係包含至少一介電層及結合該介電層之線路層所構成之重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)。例如，該承載結構20之第一側20a係作為置晶側，供承載該電子元件21，且該承載結構20之第二側20b係作為植球側。

應可理解地，該承載結構20亦可為其它可供承載晶片之承載單元，如導線架(lead frame)、矽中介板(silicon interposer)、或其它具有金屬佈線(routing)之板體等，並不限於上述。

所述之電子元件21係為主動元件、被動元件或其二者組合，且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係為半導體晶片，其具有相對之作用面21a與非作用面21b，且該作用面21a具有複數電極墊(未圖示)，以令該些電極墊藉由複數如銲錫材料之導電凸塊210以覆晶方式結合及電性連接該承載結構20之線路層。

於其它實施例中，該電子元件21亦可藉由複數銲線以打線方式電性連接該承載結構20之線路層；或者，該電子元件21可直接接觸該承載結構20之線路層。

應可理解地，且有關電子元件21電性連接承載結構20之方式繁多，且於該承載結構20上可接置所需類型及數量之電子元件21，並不限於上述。

如圖2B所示，將如底膠211之包覆層填充形成於該承載結構20之第一側20a與該電子元件21之作用面21a之間，以包覆該些導電凸塊210。

如圖2C所示，將至少一被動元件26設於該承載結構20上，並電性連接該承載結構20之線路層。

如圖2D所示，形成一導熱層22於該電子元件21之非作用面21b上。

於本實施例中，該導熱層22係作為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。例如，該導熱層22可為銲錫材料，其具有高導熱係數。

如圖2E所示，將散熱結構23設於該承載結構20之第一側20a與該導熱層22上，以遮蓋該電子元件21。該散熱結構23係具有一接觸結合該導熱層22之散熱件230與複數個自該散熱件230向下延伸以結合該承載結構20之支撐件231。例如，該散熱件230係為片狀型式，其可壓合該導熱層22，以令該導熱層22位於該散熱件230與該電子元件21之間。

再者，該支撐件231係藉由黏著層24結合於該承載結構20上。例如，先以點膠方式形成黏著層24於該承載結構20之第一側20a上，以令該黏著層24位於該被動元件26之外圍，再將該支撐件231黏接於該黏著層24上，以將該散熱結構23固定於該承載結構20上。

之後，如圖2F所示，亦可於該承載結構20之第一側20a形成包覆該電子元件21之封裝膠體(未圖示)，並於該承載結構20之第二側20b設置複數如銅柱之金屬柱、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之導電元件25，以製得本發明之電子封裝件2，後續可藉由該些導電元件25接置一如電路板之電子裝置(圖略)。

於電子封裝件2運作時，該電子元件21所產生之熱能係經由該非作用面21b及導熱層22而傳導至該散熱結構23，以散熱至該電子封裝件2之外部。

以下，將更詳細地說明本發明前述電子封裝件2之散熱結構23。

圖3A及圖3B係顯示本發明一實施例之散熱結構23。如圖3B所示，該散熱結構23之散熱件230係界定有中心區A、位於該中心區A之外周圍之側邊的複數個邊緣區B、及位於該中心區A之外周圍之角落的複數個角落區C。例如於本實施例中該散熱件230係為矩形並定義有一個中心區A、四個邊緣區B及四個角落區C。

於本實施例中，該中心區A係對應於設置有該電子元件21及該被動元件26等元件的區域(如圖2E及圖2F所示)。再者，如圖3A及圖3B所示，支撐件231係環設於該中心區A之外周圍之該邊緣區B及該角落區C內，且該支撐件231於該角落區C具有凹槽232。換言之，係於該角落區C對該支撐件231進行開槽，以將該支撐件231之一部分挖空而形成該凹槽232，並藉由該支撐件231之分佈於該邊緣區B及該角落區C內未被挖空的部分，而令該散熱結構23固定於該承載結構20上。

藉此，該散熱結構23的應力能夠藉由該凹槽232中斷而不會集中於該角落區C，進而可避免整個結構翹曲而發生脫層。再者，環設於該中心區A之外周圍的該支撐件231能夠良好地連接固定於該散熱件230與該承載結構20之間。因此，可進一步提升整個結構的穩定性，避免彎曲變形。

所述之支撐件231之材質可相同於該散熱件230，例如為由硬性材料(金屬)所構成之散熱牆或散熱柱。藉此，可提升整個該散熱結構23的散熱功效。當所述之支撐件231之材質相同於該散熱件230時，該散熱件230及該支撐件231可為一體成型，但亦可為非一體成型。此外，應可理解地，該支撐件231亦可為其它能夠支撐該散熱件230之構件，並不限於上述。

於本實施例中，該凹槽232係自該支撐件231連接該散熱件230的一端延伸至該支撐件231連接該承載結構20的另一端，使得該凹槽232之高度與該支撐件231之高度相同。

再者，該凹槽232係位於散熱結構23之內側且開口朝內，從而與該中心區A之空間連通。此時，該支撐件231中之分佈於相鄰兩個該邊緣區B之壁面於內側被該凹槽232切斷而分離。由此，該支撐件231之該凹槽232可有效地避免應力集中於該角落區C。

此外，該凹槽232係位於該支撐件231之內側而未橫向貫穿至該支撐件231之外側，從而使該支撐件231連續地接續於該中心區A之外周圍而未被該凹槽232中斷。由此，在該支撐件231之該凹槽232能夠有效地避免應力集中於該角落區C的同時，該支撐件231之其餘部分亦能夠良好地連接固定於該散熱件230與該承載結構20之間，以進一步提升整個結構的穩定性。於本實施例中，該支撐件231於該角落區C之部分被該凹槽232挖空後之壁面係例如形成為L字形，該支撐件231於該角落區C之部分之L字形壁面係位於該凹槽232外側且厚度均一，且該支撐件231於該角落區C之部分之L字形壁面可使分佈於相鄰兩個該邊緣區B之壁面相連接，但本發明並不限於上述。

另外，於本實施例中，該支撐件231係分佈於每個該邊緣區B及該角落區C內。但應可理解地，該支撐件231只要足以連接固定該散熱件230與該承載結構20即可，亦可不在每個該邊緣區B及該角落區C內均設置該支撐件231。

再者，於本實施例中，於每個該角落區C內均設有該凹槽232。但應可理解地，只要足以避免應力過度集中於該角落區C內即可，亦可不在每個該角落區C內均設置該凹槽232。在其他實施例中，亦可僅於對角線上兩相對向的該角落區C內設置該凹槽232，或者，亦可依各個該角落區C的情況設置不同的該凹槽232。另前述各該凹槽232之尺寸可彼此相同或不同。

此外，於其他實施例中，該支撐件231亦可於該邊緣區B內進行開槽，以進一步中斷該邊緣區B內的應力。

綜上所述，本發明之電子封裝件及其散熱結構中，主要係將散熱結構之支撐件環設於散熱件之中心區之外周圍，且該支撐件於角落區設置凹槽。藉此，凹槽可中斷支撐件於角落區的應力以避免應力集中於角落區，且支撐件之其餘部分可良好地連接固定散熱結構與承載結構，以抑制整個電子封裝件翹曲而避免發生脫層。

再者，本案之凹槽係位於內側且開口朝內，而與中心區之空間連通。由此，支撐件之凹槽可有效地避免應力集中於角落區。

此外，本案之凹槽係位於支撐件之內側而未貫穿至支撐件之外側，使支撐件連續地接續於該邊緣區B及該角落區C之外周圍而未被凹槽中斷。因此，支撐件能夠在避免應力集中於角落區的同時，良好地連接固定於散熱件與承載結構之間，以進一步提升整個結構的穩定性。

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，應如隨附之申請專利範圍所列。