半导体封装及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体封装及其制造方法。本发明专利技术的半导体封装包含：衬底，其具有穿透其的透孔；半导体芯片，其定位于所述衬底上，覆盖所述透孔；以及热传导装置，其填充所述透孔且接触所述半导体芯片。根据本发明专利技术，显著减少了所述半导体封装的结构中的热阻，且因此实现热量扩散或耗散的合意性能。另外，还减小了所述半导体封装的生产成本和大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及一种半导体封装，且更明确地说，涉及一种具有热量扩散结构的光电子半导体封装。
技术介绍
在典型的光电子组件或模块中，关于热扩散的问题显著影响所述组件或模块的效率和可靠性。如此项技术中已知，所述组件或模块的结构中的高热阻导致不良的热性能。通常，关于高热阻的问题是由形成于所述组件或模块的结构中的材料或界面造成的。图1是说明常规光电子半导体封装100的结构的侧视横截面图，所述光电子半导体封装100包含衬底110、光电子半导体芯片111、接合层112、结合金属113和隔离层 114。常规半导体封装100通过如下工艺来制造提供衬底110 ；将隔离层114沉积于所述衬底110的上表面上方；在隔离层114上形成结合金属113 ；在结合金属113上方形成接合层112 ；以及将光电子半导体芯片111定位于所述接合层112上，以便将光电子半导体芯片 111安装到衬底100上。Ag-环氧树脂或焊料通常用作接合层112的材料，且当焊料相关的材料用作接合材料时，Ag (银)、Cu (铜)或Al (铝)通常用作结合金属113的材料。衬底 110可为MCPCB(金属核心PCB)衬底，其由Al或Cu制成。或者，衬底110可由硅、陶瓷或聚合物制成。隔离层114由环氧树脂或聚合物或二氧化硅制成以当使用基于半导体的衬底 (例如，硅衬底)或基于金属的衬底(例如，Al或Cu衬底)时使金属电路与衬底110隔离。 半导体封装100的结构通过半导体制造工艺
中众所周知的常规沉积工艺来制造， 因此此处出于简明起见而省略了详细的制造工艺。如图1所示，可注意到，在光电子装置的传统封装结构中存在许多热量扩散屏障 (接合层112、隔离层114和由硅、陶瓷或聚合物制成的衬底110)，使得热量无法快速且有效率地扩散并耗散。因此，需要新的半导体封装结构以便解决上述缺陷。在标题为“LED阵列的塑料封装(Plastic Packaging of LED Arrays)”的已颁发专利US 6，730，533中，提供一种形成柔性电路模块的方法。所述方法包含形成传导互连图案，其具有位于柔性模块基底的第二侧上方的第一部分以及朝向至少一个刚性载体延伸穿过柔性模块基底的多个第二部分。然而，令人满意的热量扩散性能无法仅仅通过此专利中所揭示的传导互连图案LED和柔性衬底来实现。在标题为“LED功率封装(LED Power Package) ”的另一已颁发专利US 6，964，877 中，提供一种用于将热量从倒装芯片式结合的LED裸片热传导到电绝缘的子安装晶片的可焊接背侧的热传导路径。如此现有技术的图9中所示，被视为热量扩散屏障的焊料相关的材料安置于所述热传导路径中，因而仍需要改进所述结构中的热传导的性能。标题为“背光模块及其热量耗散结构(Backlight Module and Heat dissipation Structure thereof) ”的US 6，966，674也描述了一种用于背光模块的热量耗散结构，其包含具有透孔的电路板，其中对应于所述透孔的发光二极管(LED)安置于所述电路板的一侧上。所述结构包含热传导元件，其安置于热量传导部分与LED之间，所述热传导元件由对LED不具破坏性的软材料制成。由于在LED与热传导元件之间仍存在热量扩散屏障(软热传导垫或膏)，所以未实现令人满意的热量扩散性能。在标题为“发光二极管封装及其制造方法(Light Emitting Diode Package and Fabrication Method thereof) ”的另一已颁发专利US 7，262，440中，提议一种发光二极管封装。所述封装包含下部金属层；第一硅层；第一绝缘层；第二硅层；第二绝缘层和封装电极图案；间隔物；LED ；以及光学元件。显然，在LED与热传导元件之间堆叠了过多层，使得在所述结构中产生了过多热量屏障。此外，标题为“阵列型模块化发光二极管结构和用于封装所述结构的方法 (Array-type Modularized Light-emitting Diode Structure and a Method for Packaging the Mructure) ”的US 7，3 ，942提供一种用于封装阵列型模块化发光二极管结构的方法，其中上部衬底由材料制成为具有多个阵列式凹痕和穿过每一凹痕的底部的至少两个透孔，将传导材料植入于每一透孔中。然而，如附图中所展示且说明书中所说明，热元件仅仅接触电极，使得用于扩散或耗散热量的接触区域受到限制。因此，无法获得所期望的热量扩散性能。鉴于以上内容，在所有这些现有技术当中，揭示了在LED与热传导元件之间的至少一个热屏障。另外，离散热量柱/热通孔设计仅将来自热量源的热量弓I导到特定方向，这不足以进行热量扩散。此外，光电子元件与衬底之间的所有结合材料(环氧树脂、银环氧树脂、焊料等)将形成弱热接触且增加热阻。因此，为了减少半导体芯片(例如光电子装置)的封装中的热阻且确保合意的性能连同高可靠性，需要模块或封装中的有效率的热量扩散结构，其可容易地通过成熟的晶片级或面板级半导体制造工艺来在任何种类的衬底上实现。
技术实现思路
在一个方面中，提供一种具有热量扩散结构的半导体封装。所述半导体封装包含 衬底，其具有穿透其的透孔；半导体芯片，其定位于所述衬底上，覆盖所述透孔；以及热传导装置，其填充所述透孔且接触所述半导体芯片。在另一方面中，提供一种形成半导体封装的方法。所述方法包含提供衬底，其具有穿透其的透孔；将半导体芯片安装在所述衬底上，其中所述半导体芯片覆盖所述透孔； 以及将热传导装置填充在所述透孔中，其中所述热传导装置接触所述半导体芯片。下文在标题为“具体实施方式”的部分中描述这些和其它特征、方面和实施例。附图说明结合附图来描述特征、方面和实施例，在附图中图1是说明用于光电子装置的常规封装的结构的侧视横截面图。图2是说明根据本专利技术实施例的半导体封装的结构的侧视横截面图。图3展示根据本专利技术实施例的制造半导体封装的流程图。图4A和图4B是分别展示常规封装中和根据本专利技术的半导体封装中的在光电子装置附近的温度分布的图。图5是展示分别在常规封装中和根据本专利技术的半导体封装中的半导体芯片的温度与距中心线的距离之间的关系的折线图。 具体实施例方式图2是说明根据本专利技术的具有热量扩散结构的半导体封装的侧视横截面图。参看图2，在本专利技术的优选实施例中，半导体封装200包含衬底210，其具有穿透其的透孔218 ；半导体芯片211，其定位于衬底210上，覆盖所述透孔218 ；以及热传导装置 217，其填充在所述透孔218中。在另一优选实施例中，透孔218可具有任何形状，例如圆形、V形等，且通过例如化学蚀刻、机械钻孔或激光钻孔等技术而形成于衬底210中。一般来说，衬底210可由半导体、 基于有机物的材料、基于陶瓷的材料或此
中适用于所述衬底的其它材料制成。半导体芯片211可为基于Si的IC、发光二极管、基于化合物的太阳能电池、无源组件、无源装置或者其它半导体装置或电子装置。在将半导体芯片211安装于衬底210上之后，通过例如溅射、蒸发、有电镀敷、无电镀敷工艺或任何其它沉积工艺来将热传导装置217填充在所述透孔218中，使得热传导装置217本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体封装，其包含：衬底，其具有穿透其的透孔；半导体芯片，其定位于所述衬底上，覆盖所述透孔；以及热传导装置，其填充所述透孔且接触所述半导体芯片。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林志荣，卢明，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK