TWM610405U - 半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構 - Google Patents

Abstract

本創作公開一種半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構。半導體元件包括一半導體晶片、一導電導熱界面層以及一金屬鍍層，導電導熱界面層形成於半導體晶片上，金屬鍍層共形地形成於導電導熱界面層上，並通過導電導熱界面層與半導體晶片結合成一體，其中金屬鍍層的厚度大於0.01mm。藉此，本創作的半導體元件封裝結構與半導體元件具有高散熱效率。

Description

半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構

本創作涉及一種半導體元件，特別是涉及一種具有高散熱效率的半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構。

智慧型手機、筆記型電腦等電子產品需依賴各種功能的半導體晶片來運作，而半導體晶片必須經由封裝製作成元件，才能應用於這些電子產品。半導體封裝(semiconductor package)可作為包覆一個或多個半導體晶片的載體或外殼，其能夠保護半導體晶片、提供電氣路徑與管理散熱。

在科技的發展與消費市場的需求趨勢下，電子產品不斷地往高性能化、高速度化和微型化的方向發展，這會導致電子元件的密度相對增加，熱量集中於小尺寸的封裝結構中。因此如何使電子產品在有限的元件體積下能夠具備良好的散熱效率，以確保電子產品的正常運作，進而延長產品的使用壽命，「散熱」便成為現今電子產品首要克服的關鍵問題。

因此，在現行的封裝結構中，常於半導體晶片上設置散熱件，以藉由散熱件與空氣接觸，而將熱傳導至封裝結構外部。

本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種半導體元件，其具有高散熱效率，因此更能符合現今電子產品的需求。並且，提供一種半導體元件封裝結構。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的其中一技術方案是提供一種半導體元件，其包括一半導體晶片、一導電導熱界面層以及一金屬鍍層。所述導電導熱界面層形成於所述半導體晶片上，所述金屬鍍層共形地形成於所述導電導熱界面層上，並通過所述導電導熱界面層與所述半導體晶片結合成一體，其中所述金屬鍍層的厚度大於0.01mm。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外再一技術方案是提供一種半導體元件封裝結構，其包括一基板、一半導體元件以及一封裝體。所述半導體元件設置於所述基板上，其中所述半導體元件包括一半導體晶片、一導電導熱界面層以及一金屬鍍層；所述導電導熱界面層形成於所述半導體晶片上，所述金屬鍍層共形地形成於所述導電導熱界面層上，並通過所述導電導熱界面層與所述半導體晶片結合成一體，其中所述金屬鍍層的厚度大於0.01mm。所述封裝體設置於所述基板上，且包覆所述半導體元件。

在本創作的一實施例中，所述導電導熱界面層覆蓋於所述半導體晶片的一上表面上。

在本創作的一實施例中，所述導電導熱界面層含有一導電材料以及一金屬觸媒。

在本創作的一實施例中，所述導電導熱界面層包括一第一界面層以及一第二界面層，所述第一界面層覆蓋於所述半導體晶片的所述上表面上，且所述第二界面層層疊於所述第一界面層上，其中所述第一界面層含有一導電材料，所述第二界面層含有一金屬觸媒。

在本創作的一實施例中，所述導電材料選自於石墨、石墨稀以及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫；所述金屬觸媒選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬。

在本創作的一實施例中，所述封裝體的一外表面與所述金屬鍍層的一外表面平齊。

在本創作的一實施例中，所述半導體元件封裝結構還進一步包括一散熱結構，且所述散熱結構設置於所述金屬鍍層上。

本創作的其中一有益效果在於，本創作的半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構，其能通過“所述導電導熱界面層形成於所述半導體晶片上，所述金屬鍍層共形地形成於所述導電導熱界面層上，並通過所述導電導熱界面層與所述半導體晶片結合成一體”以及“所述金屬鍍層的厚度大於0.01mm”的技術特徵，以提高散熱效率，進而確保所應用的電子產品正常運作以及延長其使用壽命。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

參閱圖1所示，本創作第一實施例提供一種半導體元件1，其包括一半導體晶片11、一導電導熱界面層12及一金屬鍍層13。導電導熱界面層12形成於半導體晶片11上，金屬鍍層13共形地形成於導電導熱界面層12上，並通過導電導熱界面層12與半導體晶片11結合成一體。術語“共形地形成(conformally formed)”，指的是金屬鍍層13形成為與導電導熱界面層12的表面形貌一致。

使用時，導電導熱界面層12能將金屬鍍層13牢固地附著於半導體晶片11上，且能在半導體晶片11與金屬鍍層13之間提供導熱路徑，金屬鍍層13能將半導體晶片11產生的熱有效地向外逸散。值得一提的是，導電導熱界面層12能作為形成金屬鍍層13的輔助層；也就是說，在導電導熱界面層12的存在下，金屬鍍層13能以更經濟、快速有效的方式來形成，且具有特定目的或應用所需的厚度和均勻性。

進一步而言，半導體晶片11是從一載有積體電路的半導體晶圓分割出來的，半導體晶圓的材料可為單晶矽(monocrystalline silicon)、多晶矽(polycrystalline silicon)、非晶矽(amorphous silicon)或含有周期表中第三、第五族元素的合金化合物；半導體晶片11具有相對的一上表面111及一下表面112，其中上表面111是作為支撐面，以支撐上方的金屬鍍層13，下表面112是作為可焊接面(solderable surface)。

導電導熱界面層12覆蓋於半導體晶片11的上表面111上，其中導電導熱界面層12的主體材料為含甲基或苯基的聚合物，其能與半導體晶圓的材料(如單晶矽)產生化學鍵結，且導電導熱界面層12含有一導電材料及一金屬觸媒，其有助於形成厚度更厚且均勻的金屬鍍層13。實際應用時，導電導熱界面層12可以是將一水性塗料塗覆於半導體晶片11的上表面111並經固化而形成，其中水性塗料包含含甲基或苯基的聚合物、導電材料及金屬觸媒。

進一步而言，含甲基或苯基的聚合物可選自於聚乙烯醇、氰基丙烯酸酯、矽膠、環氧樹脂及壓克力。導電材料可選自於石墨、石墨稀及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫，其可以分散形式存在；基於水性塗料100wt%的水性塗料，導電材料的含量可為至少1wt%，且優選為至少5wt%。金屬觸媒可選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬，其可以分散形式存在；基於水性塗料100wt%的水性塗料，金屬觸媒的含量可為至少0.5wt%，且優選為至少3wt%。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

金屬鍍層13是在導電導熱界面層12的輔助下，通過電鍍(electroplating)或無電鍍(electroless plating)而形成。在本實施例中，金屬鍍層13的材料可為以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫、鎳；金屬鍍層13的厚度大於0.01mm，優選大於0.05mm，且在導電導熱界面層12的外表面的每一點或區域上的金屬鍍層13的厚度大致相同。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

參閱圖2所示，為了更符合實際應用的需求，本創作第一實施例還提供一種半導體元件封裝結構P，其包括一半導體元件1、一基板2及一封裝體3；半導體元件1設置於基板2上，半導體元件1的構造如前所述，封裝體3設置於基板2上，且包覆住半導體元件1。在本實施例中，封裝體3的一外表面300與金屬鍍層13的一外表面130平齊。

使用時，可通過基板2向半導體晶片11施加電訊號，使半導體晶片11運作而發揮其功能，而半導體晶片11運作時產生的熱可經由導電導熱界面層12傳遞至金屬鍍層13，然後再經由金屬鍍層13快速地向外逸散；封裝體3既能保護半導體晶片11免受物理損傷，又能將半導體晶片11與外部環境隔絕，以降低外部環境的干擾因素(如水氣)。

進一步而言，基板2為一電路板，其可具有多個內部導電結構及多個外部連接介面(如外部導電墊)，內部導電結構與外部導電墊可為導電性良好的金屬所形成，例如金、銀、銅或它們的合金。半導體晶片11可通過焊料(未標號)接著於基板2的外部連接介面上，其中焊料能在半導體晶片11的下表面112與基板2之間提供垂直互連路徑，因此半導體晶片11能與基板2配合以實現所應用電子產品的主要功能。封裝體3可為環氧樹脂或矽樹脂所形成。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

需要說明的是，導電導熱界面層12與金屬鍍層13都是在半導體晶圓的製造階段即形成於半導體晶片11上。

[第二實施例]

參閱圖3所示，本創作第二實施例提供一種半導體元件1，其包括一半導體晶片11、一導電導熱界面層12及一金屬鍍層13。導電導熱界面層12形成於半導體晶片11上，金屬鍍層13共形地形成於導電導熱界面層12上，並通過導電導熱界面層12與半導體晶片11結合成一體。本實施例與第一實施例的差異在於，導電導熱界面層12包括一第一界面層121及一第二界面層122，其中第一界面層121主要起到固定金屬鍍層13和導電的作用，第二界面層122主要起到更容易鍍上金屬的作用，且第一界面層121與第二界面層122都能在半導體晶片11與金屬鍍層13之間提供導熱路徑。關於半導體晶片11與金屬鍍層13的技術細節，已描述於第一實施例中，故在此不加以贅述。

進一步而言，第一界面層121覆蓋於半導體晶片11的上表面111上，其中第一界面層121的主體材料為含甲基或苯基的聚合物，且第一界面層121含有一導電材料。實際應用時，第一界面層121可以是將一水性塗料塗覆於半導體晶片11的上表面111並經固化而形成，此水性塗料包含含甲基或苯基的聚合物及導電材料。含甲基或苯基的聚合物可選自於聚乙烯醇及氰基丙烯酸酯、矽膠、環氧樹脂及壓克力。導電材料可選自於石墨、石墨稀及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫，其可以分散形式存在；基於水性塗料100wt%的水性塗料，導電材料的含量可為至少1wt%，且優選為至少5wt%。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

另外，第二界面層122層疊於第一界面層121上，其中第一界面層121的主體材料可為合適的聚合物，且第二界面層122含有一金屬觸媒。實際應用時，第二界面層122可以是將另一水性塗料塗覆於第一界面層121的外表面上並經固化而形成，此另一水性塗料包含合適的聚合物及金屬觸媒；合適的聚合物可選自於聚乙烯醇及矽膠；金屬觸媒可選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬，其可以分散形式存在；基於水性塗料100wt%的另一水性塗料，金屬觸媒的含量可為至少0.5wt%，且優選為至少3wt%。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

參閱圖4所示，為了更符合實際應用的需求，本創作第二實施例還提供一種半導體元件封裝結構P，其包括一半導體元件1、一基板2及一封裝體3；半導體元件1設置於基板2上，封裝體3設置於基板2上，且包覆住半導體元件1。關於半導體元件1、基板2與封裝體3的技術細節，已描述於前面段落中，故在此不加以贅述。

需要說明的是，第一界面層121、第二界面層122與金屬鍍層13都是在半導體晶圓的製造階段即形成於半導體晶片11上。

[第三實施例]

參閱圖5所示，本創作第三實施例提供一種半導體元件封裝結構P，本實施例與前述實施例的差異在於，半導體元件封裝結構P還包括一散熱結構4，例如散熱片，其設置於封裝體3上，且接觸到半導體元件1的金屬鍍層13。藉此，半導體元件封裝結構能具有更好的散熱效率。關於其他的實施細節，已描述於前述實施例中，故在此不加以贅述。 進一步而言，金屬鍍層13的外表面130外露於封裝體3的外表面300，金屬鍍層13的外表面130較佳是配置為與封裝體3的外表面300平齊。散熱結構4可以在通過電鍍(electroplating)或無電鍍(electroless plating)形成金屬鍍層13的步驟中，另外形成於金屬鍍層13的外表面130上；或者，散熱結構4可以在封裝體3成型之後，再以附加的方式配置於封裝體3的外表面300上。散熱結構4的材料可為以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫、鎳。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

本創作還提供一種半導體元件封裝結構的製作方法，其主要包括以下步驟。首先，從一載有積體電路的半導體晶圓分割出一半導體元件，其結構如前所述；導電導熱界面層與金屬鍍層都是在半導體晶圓的製造階段即形成於半導體晶片上。接著，將半導體元件設置於一基板(如電路板)上。然後，形成一封裝體於基板上以包覆住半導體元件，其中封裝體的一外表面與金屬鍍層的一外表面平齊。

[實施例的有益效果]

本創作的其中一有益效果在於，本創作的半導體元件及包括其的半導體元件封裝結構，其能通過“所述導電導熱界面層形成於所述半導體晶片上，所述金屬鍍層共形地形成於所述導電導熱界面層上，並通過所述導電導熱界面層與所述半導體晶片結合成一體”以及“所述金屬鍍層的厚度大於0.01mm”的技術特徵，以提高散熱效率，進而確保所應用的電子產品正常運作以及延長其使用壽命。

更進一步來說，導電導熱界面層能將金屬鍍層牢固地附著於半導體晶片上，且能在半導體晶片與金屬鍍層之間提供導熱路徑。又，導電導熱界面層能作為形成金屬鍍層的輔助層；也就是說，在導電導熱界面層的存在下，金屬鍍層能以更經濟、快速有效的方式來形成，且具有特定目的或應用所需的厚度和均勻性。

更進一步來說，導電導熱界面層可包括一第一界面層及一第二界面層，其中第一界面層主要起到固定金屬鍍層和導電的作用，第二界面層主要起到更容易鍍上金屬的作用，且第一界面層與第二界面層都能在半導體晶片與金屬鍍層之間提供導熱路徑。

以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的申請專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。

P:半導體元件封裝結構 1:半導體元件 11:半導體晶片 111:上表面 112:下表面 12:導電導熱界面層 121:第一界面層 122:第二界面層 13:金屬鍍層 130:外表面 2:基板 3:封裝體 300:外表面 4:散熱結構

圖1為本創作第一實施例的半導體元件的示意圖。

圖2為本創作第一實施例的半導體元件封裝結構的示意圖。

圖3為本創作第二實施例的半導體元件的結構示意圖。

圖4為本創作第二實施例的半導體元件封裝結構的示意圖。

圖5為本創作第三實施例的半導體元件封裝結構的示意圖。

P:半導體元件封裝結構

1:半導體元件

11:半導體晶片

111:上表面

112:下表面

12:導電導熱界面層

13:金屬鍍層

130:外表面

2:基板

3:封裝體

300:外表面

Claims (14)

1. 一種半導體元件，包括： 一半導體晶片； 一導電導熱界面層，形成於所述半導體晶片上；以及 一金屬鍍層，共形地形成於所述導電導熱界面層上，並通過所述導電導熱界面層與所述半導體晶片結合成一體，其中所述金屬鍍層的厚度大於0.01mm。
2. 如請求項1所述的半導體元件，其中，所述導電導熱界面層覆蓋於所述半導體晶片的一上表面上。
3. 如請求項2所述的半導體元件，其中，所述導電導熱界面層含有一導電材料以及一金屬觸媒。
4. 如請求項3所述的半導體元件，其中，所述導電材料選自於石墨、石墨稀以及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫；所述金屬觸媒選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬。
5. 如請求項2所述的半導體元件，其中，所述導電導熱界面層包括一第一界面層以及一第二界面層，所述第一界面層覆蓋於所述半導體晶片的所述上表面上，且所述第二界面層層疊於所述第一界面層上；其中，所述第一界面層含有一導電材料，且所述第二界面層含有一金屬觸媒。
6. 如請求項5所述的半導體元件，其中，所述導電材料選自於石墨、石墨稀以及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫；所述金屬觸媒選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬。
7. 一種半導體元件封裝結構，包括： 一基板； 一半導體元件，設置於所述基板上，其中所述半導體元件包括： 一半導體晶片； 一導電導熱界面層，形成於所述半導體晶片上；以及 一金屬鍍層，共形地形成於所述導電導熱界面層上，並通過所述導電導熱界面層與所述半導體晶片結合成一體，其中所述金屬鍍層的厚度大於0.01mm； 一封裝體，設置於所述基板上，且包覆所述半導體元件。
8. 如請求項7所述的半導體元件封裝結構，其中，所述導電導熱界面層覆蓋於所述半導體晶片的一上表面上。
9. 如請求項8所述的半導體元件封裝結構，其中，所述導電導熱界面層含有一導電材料以及一金屬觸媒。
10. 如請求項9所述的半導體元件封裝結構，其中，所述導電材料選自於石墨、石墨稀以及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫；所述金屬觸媒選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬。
11. 如請求項8所述的半導體元件封裝結構，其中，所述導電導熱界面層包括一第一界面層以及一第二界面層，所述第一界面層覆蓋於所述半導體晶片的所述上表面上，且所述第二界面層層疊於所述第一界面層上；其中，所述第一界面層含有一導電材料，且所述第二界面層含有一金屬觸媒。
12. 如請求項11所述的半導體元件封裝結構，其中，所述導電材料選自於石墨、石墨稀以及以下金屬和它們的合金：金、銀、銅、鋁、錫；所述金屬觸媒選自於以下金屬和它們的合金：金、銀、鉑、鈀、鎢、鉬。
13. 如請求項7所述的半導體元件封裝結構，其中，所述封裝體的一外表面與所述金屬鍍層的一外表面平齊。
14. 如請求項13所述的半導體元件封裝結構，還進一步包括一散熱結構，且所述散熱結構設置於所述金屬鍍層上。

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