TWI867658B

TWI867658B - 電子封裝件及其散熱結構

Info

Publication number: TWI867658B
Application number: TW112128663A
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: 2023-07-31
Filing date: 2023-07-31
Publication date: 2024-12-21
Also published as: CN119447051A; US20250046670A1; TW202507952A

Abstract

本發明揭露一種電子封裝件及其散熱結構，係將散熱結構的支撐件設於邊緣區內，而於角落區內未設置支撐件。藉此，支撐件於角落區中斷，故可避免應力集中於角落區，且可避免整個電子封裝件翹曲而發生脫層。

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。

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元件(Electronic Components)及電子電路(Electronic Circuits)，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能，且包覆該半導體晶片之封裝膠體係為一種導熱係數為不良傳熱材質(即熱量之逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散所產生之熱量，則會造成半導體晶片之損害或造成產品信賴性問題。

因此，為了迅速將熱能散逸至大氣中，通常在半導體封裝結構中配置散熱片(Heat Sink或Heat Spreader)，以藉散熱片逸散出半導體晶片所產生之熱量，再者，通常令散熱片之頂面外露出封裝膠體或直接外露於大氣中為佳，俾取得較佳之散熱效果。

如圖1所示，習知散熱型之半導體封裝結構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，且將一金層(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。

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以散熱至該半導體封裝結構1之外部。

惟，當習知半導體封裝結構1之厚度薄化，且其面積越來越大時，使該散熱件13與TIM層12之間的熱膨脹係數差異(CTE Mismatch)而導致變形的情況(即翹曲程度)更明顯，尤其是在半導體封裝結構1之角落處將承受最大應力，使該散熱件13之頂片130與TIM層12之間容易發生脫層(如圖1所示之間隙d)，不僅造成導熱效果下降，且會造成半導體封裝結構1外觀上的不良，因而嚴重影響產品之信賴性。

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；以及至少一支撐件，係設於該散熱件上；其中，該支撐件係設於該散熱件之該邊緣區內，且未設於該角落區內。

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；以及至少一支撐件，係設於該散熱件上；其中，該電子元件係對應於該中心區的位置，且該支撐件係設於該散熱件之該邊緣區內而未設於該角落區內。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，更包括：至少一接合件，係設於該散熱件之該角落區內，且該接合件與該支撐件彼此不相連。亦或前述之電子封裝件及其散熱結構中，更包括：複數接合件，係設於部分該複數角落區內，例如該複數接合件係設於相對的該複數角落區內。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該接合件係由軟性材料所構成，且該支撐件系由硬性材料所構成。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該接合件為膠柱。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該支撐件為散熱牆或散熱柱。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，於至少一該邊緣區內設有複數該支撐件，且複數該支撐件係間隔排列。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該支撐件係設於相對向的兩個該邊緣區內。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該支撐件係設於每個該邊緣區內。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該散熱件及該支撐件為一體成型。

前述之電子封裝件及其散熱結構中，該散熱件及該支撐件為非一體成型。

由上述可知，本發明之電子封裝件及其散熱結構中，主要係將散熱結構的支撐件設於邊緣區內，而於角落區內未設置支撐件。藉此，位於邊緣區內的支撐件於角落區中斷而彼此不相連，因此相較於習知上包圍整個外周圍的支撐件，本發明之支撐件的應力不會集中於角落區，進而可避免整個電子封裝件翹曲而發生脫層。

再者，本案之散熱結構可於角落區設有接合件，接合件可加強散熱件與承載結構之間的連接，因此，藉由接合件可進一步提升整個電子封裝件的穩定性，避免其彎曲變形。

1:半導體封裝結構

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: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

23,23a,23b,23c,23d,23e:散熱結構

230:散熱件

231,231a,231b,231c,231d,231e:支撐件

232:接合件

24:黏著層

25:導電元件

26:被動元件

d:間隙

A:中心區

B:邊緣區

C:角落區

圖1係為習知的半導體封裝結構之剖視示意圖。

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係為本發明第一實施例之散熱結構之立體示意圖。

圖3B係為本發明第一實施例之散熱結構之平面示意圖。

圖4A係為本發明第二實施例之散熱結構之立體示意圖。

圖4B係為本發明第二實施例之散熱結構之平面示意圖。

圖5A係為本發明第三實施例之散熱結構之立體示意圖。

圖5B係為本發明第三實施例之散熱結構之平面示意圖。

圖6A係為本發明第四實施例之散熱結構之立體示意圖。

圖6B係為本發明第四實施例之散熱結構之平面示意圖。

圖7A係為本發明第五實施例之散熱結構之立體示意圖。

圖7B係為本發明第五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，如扇出(fan out)型重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)規格。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)、晶圓(wafer)、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，以令該被動元件26電性連接該線路層。

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可為如銲錫材料之液態金屬，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，接著可於該承載結構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)。

電子封裝件2於運作時，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。

在下文中，將更詳細地說明本發明前述電子封裝件2之散熱結構23之各種實施態樣。

圖3A及圖3B係顯示本發明第一實施例之散熱結構23a。如圖3B所示，散熱結構23a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，於各該邊緣區B內係設有單一支撐件231a，且該支撐件231a未設於該角落區C內。換言之，位於複數該邊緣區B內的複數該支撐件231a於該角落區C中斷而彼此不相連。此外，該角落區C內設有接合件232，且該接合件232與該支撐件231彼此不相連。

藉此，該散熱結構23a的應力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，該接合件232能夠加強該散熱件 230與該承載結構20之間的連接。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231a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23a的散熱功效。但應可理解地，該支撐件231a亦可為其它能夠支撐該散熱件230之構件，並不限於上述。

再者，於本實施例中，該支撐件231a係設於每個該邊緣區B內。但應可理解地，該支撐件231a只要足以支撐該散熱件230即可，亦可不在每個該邊緣區B內均設置該支撐件231a。

所述之接合件232可為由具有彈性之軟性材料(黏著膠)所構成，例如為膠柱。藉此，可提升整個該散熱結構23a的韌性。但應可理解地，該接合件232亦可為其它能夠連接該散熱件230與該承載結構20之構件，並不限於上述。

再者，於本實施例中，該接合件232係設於每個該角落區C內。但應可理解地，該接合件232只要足以使該散熱件230與該承載結構20連接即可，亦可不在每個該角落區C內均設置該接合件232。

圖4A及圖4B係顯示本發明第二實施例之散熱結構。第二實施例之該散熱結構23b與第一實施例之該散熱結構23a相同或對應的構件係以相同或對應的編號標示，且對於相同的部分省略其說明。

如圖4A及圖4B所示，本發明第二實施例中，於該角落區C未設置前述之接合件232。換言之，僅藉由位於該邊緣區B內的該支撐件231b支撐及連接於該散熱件230與該承載結構20之間。

相較於第一實施例，第二實施例之該散熱結構23b的構造更簡單，因此可簡化該散熱結構23b之製程並降低成本。此外，若後續進行封膠作業時，封裝膠體可由該角落區C填入包覆該電子元件21，同時封膠作業之氣泡亦可由該角落區C排出。

圖5A及圖5B係顯示本發明第三實施例之散熱結構。第三實施例之該散熱結構23c與第一實施例之該散熱結構23a相同或對應的構件係以相同或對應的編號標示，且對於相同的部分省略其說明。

如圖5A及圖5B所示，本發明第三實施例中，於至少單一該邊緣區B內設有複數個支撐件231c，且複數個該支撐件231c係間隔排列。再者，複數個該支撐件231c的尺寸可相同亦可不同

相較於第一實施例，第三實施例之該散熱結構23c之單一側邊佈設有複數個支撐件231c，其餘三側邊則佈設有單一個支撐件231c，因此可中斷該單一側邊緣區B內的應力，從而提升整個結構的穩定性，避免彎曲變形。

圖6A及圖6B係顯示本發明第四實施例之散熱結構。第四實施例之該散熱結構23d與第一實施例之該散熱結構23a相同或對應的構件係以相同或對應的編號標示，且對於相同的部分省略其說明。

如圖6A及圖6B所示，本發明第四實施例中，於該角落區C亦未設置該接合件232，且該支撐件231d係設於相對向的兩個該邊緣區B內。換言之，僅藉由位於兩個該邊緣區B內的兩個該支撐件231d支撐及連接於該散熱件230與該承載結構20之間。

相較於第一實施例，第四實施例之該散熱結構23d的構造更簡單，因此可簡化該散熱結構23d之製程並降低成本。

再者，於本實施例中，該支撐件231d係設於相對向的兩個該邊緣區B內。但應可理解地，該支撐件231d只要足以平衡地支撐該散熱件230即可，例如在其它實施例中可在相鄰側之邊緣區B內設置該支撐件231d。

圖7A及圖7B係顯示本發明第五實施例之散熱結構。第五實施例之該散熱結構23e與第一實施例之該散熱結構23a相同或對應的構件係以相同或對應的編號標示，且對於相同的部分省略其說明。

如圖7A及圖7B所示，本發明第五實施例中，於部分複數角落區C(例如在相對的兩角落區C)內設置有接合件232，且於部分複數邊緣區B(例如在相對向的兩邊緣區B)內設置有支撐件231e。應可理解的，亦可選擇於三個角落區C及三個邊緣區B內分別設置該接合件232及該支撐件231e，而不以本實施例之圖示為限。

此外，於前述各實施例中，該散熱件230及該支撐件231可為一體成型。此時，該支撐件231可沿著該散熱件230之外邊緣設置，使得該散熱結構23的剖面成為ㄇ字型(如圖2E及圖2F所示)。但本發明並不限於上述，一體成型的該散熱件23亦可為非ㄇ字型的形狀。

另外，於前述各實施例中，該散熱件230及該支撐件231亦可為非一體成型。此時，該支撐件231可相對於該散熱件230之外邊緣向內縮而不沿著該散熱件230之外邊緣設置，使得該散熱結構23的剖面成為π字型。但本發明並不限於上述，非一體成型的該散熱結構23亦可為非π字型的形狀。

綜上所述，本發明之電子封裝件及其散熱結構中，主要係將散熱結構的支撐件設於邊緣區內，而於角落區內未設置支撐件。藉此，位於邊緣區內的支撐件於角落區中斷而彼此不相連，因此支撐件的應力不會集中於角落區，進而可避免整個電子封裝件翹曲而發生脫層。

再者，本案之散熱結構可於角落區設有接合件，接合件可加強散熱件與承載結構之間的連接，且同時亦可支撐散熱件。藉此，可進一步提升整個電子封裝件的穩定性，避免其彎曲變形。

再者，本案可在單一之邊緣區內設有複數個支撐件所構成，且複數個支撐件係間隔排列。藉此，可中斷支撐件於邊緣區的應力，以進一步避免彎曲變形。

再者，本案之支撐件可僅設置於部分的邊緣區內。藉此，可簡化結構。

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。

23a:散熱結構

230:散熱件

231a:支撐件

232:接合件

A:中心區

B:邊緣區

C:角落區

Claims

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；至少一支撐件，係設於該散熱件上；以及至少一接合件，係設於該散熱件之該角落區內，其中，該支撐件係設於該散熱件之該邊緣區內，且未設於該角落區內。
如請求項1所述之散熱結構，其中，該接合件與該支撐件彼此不相連。
如請求項2所述之散熱結構，其中，該接合件係由軟性材料所構成，且該支撐件系由硬性材料所構成。
如請求項2所述之散熱結構，其中，該接合件為膠柱。
如請求項1所述之散熱結構，更包括：複數接合件，係設於部分該複數角落區內。
如請求項5所述之散熱結構，其中，該複數接合件係設於相對的該複數角落區內。
如請求項1所述之散熱結構，其中，該支撐件為散熱牆或散熱柱。
如請求項1所述之散熱結構，其中，於單一該邊緣區內設有複數該支撐件，且複數該支撐件係間隔排列。
如請求項1所述之散熱結構，其中，該支撐件係設於相對向的兩個該邊緣區內。
如請求項1所述之散熱結構，其中，該支撐件係設於每個該邊緣區內。
如請求項1所述之散熱結構，其中，該散熱件及該支撐件為一體成型。
如請求項1所述之散熱結構，其中，該散熱件及該支撐件為非一體成型。
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；至少一支撐件，係設於該散熱件上，以令該散熱結構透過該支撐件設於該承載結構上；及至少一接合件，係設於該散熱件之該角落區內，其中，該電子元件係對應於該中心區的位置，且該支撐件係設於該散熱件之該邊緣區內而未設於該角落區內。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，該接合件與該支撐件彼此不相連。
如請求項14所述之電子封裝件，其中，該接合件係由軟性材料所構成，且該支撐件系由硬性材料所構成。
如請求項14所述之電子封裝件，其中，該接合件為膠柱。
如請求項13所述之電子封裝件，更包括：複數接合件，係設於部分該複數角落區內。
如請求項17所述之電子封裝件，其中，該複數接合件係設於相對的該複數角落區內。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，該支撐件為散熱牆或散熱柱。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，於單一該邊緣區內設有複數該支撐件，且複數該支撐件係間隔排列。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，該支撐件係設於相對向的兩個該邊緣區內。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，該支撐件係設於每個該邊緣區內。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，該散熱件及該支撐件為一體成型。
如請求項13所述之電子封裝件，其中，該散熱件及該支撐件為非一體成型。