具有散热结构的半导体封装件制造技术

一种具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该半导体封装件包括：　　　　基板，具有一个第一表面及一个相对的第二表面；　　　　至少一芯片，接置在基板的第一表面上且与基板电性连接；　　　　散热结构，包括具有至少一个第一定位部的第一散热片和具有至少一第二定位部及至少一镂空部的第二散热片，其中，第二散热片接置在基板的第一表面上，第一散热片借第一定位部接置在第二散热片的第二定位部上，并将该芯片包覆在该第一散热片、第二散热片的镂空部与基板围置成的空间中；以及　　　　多个焊球，接置在基板的第二表面上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种具有散热结构的半导体封装件，特别是关于一种可降低成本与封装件高度的具有散热结构的半导体封装件。
技术介绍
倒装芯片球栅阵列(Flip-Chip Ball Grid Array，FCBGA)半导体封装件是一种同时具有倒装芯片与球栅阵列的封装结构，图17就是现有具有散热片的倒装芯片封装件剖视图，如图所示，该封装件是使至少一芯片的作用表面(Active Surface)可通过多个焊点(Solder Bumps)电性连接至基板(Substrate)的一表面上，并在该基板的另一表面上植设多个作为输入/输出(I/O)端的焊球(Solder Ball)；这种封装结构可使体积大幅缩减，同时也减去现有焊线(Wire)的设计，可降低阻抗、提升电性品质，避免信号在传输过程中的衰减，因此已成为芯片与电子组件的主流封装技术。由于该倒装芯片球栅阵列封装的优越特性，使其多用于高集成度(Integration)的多芯片封装件中，以满足这种电子组件的体积与运算需求，但是这类电子组件由于其高频率运算特性，使其在运行过程产生的热量高于一般的封装件，因此，其散热效果的好坏就成为影响这类封装件品质的关键；对现有的倒装芯片球栅阵列封装件而言，它是直接将散热片(Heat Sink)粘覆在芯片的非作用表面(Non-active Surface)上，不需通过导热性较差的封装胶体(Encapsulant)传递热量，从而形成芯片-胶粘剂-散热片-外界的直接散热路径，与其它散热方式相比，它具有较好的散热功效。对于这类封装结构的散热片，现有技术如图18所示，直接用粘胶材料61将散热片60的支撑部60b粘接在基板62上，并将散热片60的平坦部60a用导热胶63粘接在芯片64的非作用表面64a上，通过外露的平坦部60a散逸芯片64的热量，例如美国专利第5,311,402号、第5,909,474号、第5,909,057号或第5,637,920号专利等现有技术，都揭示了这种近似结构，并根据其定位需求而逐渐发展出其它定位散热片的方式，例如以螺栓或其它定位件将散热片的支撑部锁固在基板上，从而强化散热片的附着力等。然而，不论相关技术如何发展，也不论其如何改变散热片的定位方式或如何提升其散热效率，该散热片的平坦部与其周围支撑部的结构设计却始终未改变，这是由于在该倒装芯片封装件中，散热片是以罩盖形式覆盖在基板上，并通过散热片的平坦部与其周围支撑部围置出的容设空间将芯片包覆其中，因此，在这种结构限制下，该散热片的剖面形状必须设计成如图18所示的凹陷形状，并随着芯片数量与集成度的提高，适度增加容设空间的体积与封装件的高度。因此，该凹陷的容设空间设计已逐渐成为这类封装件改良上的限制，并成为现今封装件向高散热、低成本与小体积化方向发展的一大阻碍，也是此类技术在未来发展上有难以跨越的障碍；其原因是这种散热片都是以锻造(Forging)的方式制成，此锻压出的散热片上的容设空间而形成支撑部，例如图18A、图18B所示的方形散热片60，先将一板状铜或铝材料置入高温模具内，在其锻造温度范围内施加冲击力或加压，进而锻压出该方形凹陷区域65，并可在接置到基板62时将芯片64包覆在该凹陷区域65内，此制法受限于锻造机与锻锤(ForgingHammer)的操作与设备成本，形成产量上的一大负荷，也使制造成本随着散热片尺寸的变化而提高。除此之外，由于锻锤的成形精度有限，使散热片的厚度比例(AspectRatio，t/T)，如图18A、图18B所示具有一定的上限，无法使散热片60的总厚度T降低到接近容设空间65的高度t，目前的锻造制法仅能使厚度比例t/T最大约为0.5左右，也就是该散热片60的总厚度T将受要开设的容设空间65的高度t影响，若容设空间65所需的高度t提高至1mm，则制成散热片60的板状材料至少也需有2mm厚，才可进行锻造法的加工；因此，当由于基板62上接置的芯片64厚度或其堆栈的数量增加，使散热片60的容设空间65的高度t增加时，该散热片60的厚度T显然也需等倍放大，使整体的封装件尺寸难以缩小，不符合轻薄短小的发展趋势，且随着芯片64的高度增加而逐渐增厚的散热片60更不利于芯片64散热，严重影响封装件的散热效能。如图19所示的封装件剖视图，当该封装件采用双芯片的堆栈结构时，与单芯片的封装件比较，该封装件的整体厚度除了增加增设的芯片66的厚度外，散热片60也因板材受限于锻造法而同时增加厚度，导致封装件的整体厚度大幅上升，既增加散热片的成本，也使散热效率下降，同时，也难符合电子工业的小尺寸发展趋势。再有，以锻造法制造散热片，也受限于锻锤的种类与尺寸，使散热片的尺寸与形状变化缺乏弹性，难以根据需要改变其造型和提高散热面积，如图20所示的封装件剖视图，是在散热片的平坦部60a上增设鳍片67(Fin)，以提升散热片60与外界的接触面积，此设计即是因散热片60的设计限制，使鳍片67仅能形成在平坦部60a的正上方，而无法有其它方位的设计，进而也导致整体封装件厚度的大幅增加；另外，该封装件也可能如图21所示，在基板62上增设一被动组件68(Passive Component)以提高该封装件的电性效能，此时，该散热片60上开设的容设空间65体积需略为加大以容设被动组件68，然而，由于受锻造法的锻锤尺寸的限制，该散热片60将无法根据基板62上的布局变化而任意改变其尺寸与形状，可能使其增加不必要的区域，并需重新进行新尺寸的批量制造，形成线路布局与设计上的牵制。同时，这种现有制法是在高温下利用锻锤的瞬间冲压力而锻压出散热片的容设空间，因此，当制程完成后，该散热片的容设空间边缘会因应力集中而有残留应力(Residual Stress)的产生，使该铜或铝材料的晶格组成产生破坏，所以，当接置有该散热片的封装件在后续可靠度测试或长期使用后，将可能如图22所示，在该散热片的平坦部60a与支撑部60b的交界处出现残留应力导致的裂缝69，进而发生裂缝延伸而破坏该散热片的结构。此外，现有散热片设计与其制法的缺点还不仅是这些，当散热片接置在基板上时，是通过环绕在该平坦部周围的支撑部而粘着在该基板上，而平坦部与支撑部又是一体成型的材料，因此，当封装件进行后续高温制程时，由于散热片与芯片的热膨胀系数(Coefficient ofThermal Expansion，CTE)相距很大，散热片的平坦部的热变形量将略大于芯片，此时由于平坦部的周围受到支撑部的束缚，将使其热应变难以释放而造成如图23所示的变形，使平坦部60a与芯片64或导热胶63间产生分层70而降低散热效能，甚至导致散热片60的支撑部60b与基板62间的分层(图未标)，使散热片60在受震时脱落。由此可知，对倒装芯片封装件的最初散热需求而言，该散热片设计确实为一合适的解决方向，然而，随着电子工业逐步朝向高集成度、高散热、低成本与小体积等趋势发展，这种散热片因其结构与制法的限制，已成为进一步发展的主要障碍，同时，限于现有锻造技术的瓶颈，若只针对这种散热片进行结构改良，也难以完全克服现有问题，这就形成了产业升级上的困境。综上所述，如何开发出一种具有散热结构的半导体封装件，使新式散热结构无须以锻造方式制造，同时也不具有厚度比例的限制，同时还可提高散热效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该半导体封装件包括基板，具有一个第一表面及一个相对的第二表面；至少一芯片，接置在基板的第一表面上且与基板电性连接；散热结构，包括具有至少一个第一定位部的第一散热片和具有至少一第二定位部及至少一镂空部的第二散热片，其中，第二散热片接置在基板的第一表面上，第一散热片借第一定位部接置在第二散热片的第二定位部上，并将该芯片包覆在该第一散热片、第二散热片的镂空部与基板围置成的空间中；以及多个焊球，接置在基板的第二表面上。2.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一散热片与第二散热片为平板状散热片。3.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一定位部为一凸缘，而第二定位部包括一凹孔与一凸缘。4.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一定位部为一凹孔，而第二定位件包括一凸缘与一凹孔。5.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一定位部与第二定位部分别用冲压头冲制而成。6.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一定位部与第二定位部分别形成于第一散热片与第二散热片的周缘位置。7.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一散热片与第二散热片的边缘相互对齐。8.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，该第一散热片与第二散热片的边缘以错位方式排列。9.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件，其特征在于，当具有多个第二散热片时，它是以边缘相互对齐的方式堆栈在基板上。10.如权利要求1所述的具有散热结构的半导体封装件...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建屏，普翰屏，陈锦德，林长甫，
申请(专利权)人：矽品精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：