具有非对称凸柱/基座/凸柱散热座的半导体芯片组体制造技术

具有非对称凸柱/基座/凸柱散热座的半导体芯片组体。一种半导体芯片组体包含一半导体元件、一散热座、一导线及第一黏着层与第二黏着层。该散热座包含一第一凸柱、一第二凸柱及一基座。该导线包含一焊垫及一端子。该半导体元件电连结至该导线，并与该散热座热连结。该第一凸柱自该基座沿一第一垂直方向延伸进入该第一黏着层的一第一开口，且位于该第二凸柱的一周缘内，该第二凸柱则自该基座沿一第二垂直方向延伸进入该第二黏着层的一第二开口。该基座位于该第一凸柱与该第二凸柱之间，并自该第一凸柱与该第二凸柱侧伸而出。该导线可在该焊垫与该端子之间提供讯号路由。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体芯片组体，特别是涉及一种由半导体元件、导线、黏着层及散热座组成的半导体芯片组体及其制造方法。本申请案为2009年11月11日提出申请的第12/616，773号美国专利申请案的部分延续案，也为2009年11月11日提出申请的第12/616,775号美国专利申请案的部分延续案，以上两案的内容均以引用的方式并入本文。本申请案另主张2010年11月7日提出申请的第61/410，932号美国临时专利申请案及2010年6月3日提出申请的第61/350，923号美国临时专利申请案的优先权，以上两案的内容也以引用的方式并入本文。上述于2009年11月11日提出申请的第12/616，773号美国专利申请案及上述于2009年11月11日提出申请的第12/616，775号美国专利申请案均为2009年9月11日提出申请的第12/557，540美国专利申请案的部分延续案，且也均为2009年9月11日提出申请的第12/557，541号美国专利申请案的部分延续案。上述于2009年9月11日提出申请的第12/557，540号美国专利申请案及上述于2009年9月11日提出申请的第12/557,541号美国专利申请案均为2009年3月18日提出申请的第12/406,510号美国专利申请案的部分延续案。该第12/406,510号美国专利申请案主张2008年5月7日提出申请的第61/071，589号美国临时专利申请案、2008年5月7日提出申请的第61/071，588号美国临时专利申请案、2008年4月11日提出申请的第61/071，072号美国临时专利申请案及2008年3月25日提出申请的第61/064，748号美国临时专利申请案的优先权，上述各案的内容均以引用的方式并入本文。上述于2009年9月11日提出申请的第12/557，540号美国专利申请案及上述于2009年9月11日提出申请的第12/557，541号美国专利申请案也主张2009年2月9日提出申请的第61/150，980号美国临时专利申请案的优先权，其内容以引用的方式并入本文。
技术介绍
诸如经封装与未经封装的半导体芯片等半导体元件可提供高电压、高频率及高效能的应用，这些应用需消耗大量的功率以执行特定功能，然而功率愈高则半导体元件产生的热愈多。此外，在封装密度提高及尺寸缩减后，可供散热的表面积缩小，更导致热能累积加剧。半导体元件在高温操作下易产生效能衰退及使用寿命缩短等问题，甚至可能立即故障。高热不仅影响芯片效能，也可能因热膨胀不匹配而对芯片及其周遭元件产生热应力作用。因此，必须使芯片迅速有效散热方能确保其操作的效率与可靠度。高导热性路径通常需将热能传导并发散至一表面积较芯片或芯片所在的晶粒座更大的区域。发光二极管(LED)近来已普遍成为白炽光源、荧光光源与卤素光源的替代光源。LED可为医疗、军事、招牌、讯号、航空、航海、车辆、可携式设备、商用与住家照明等应用领域提供高能源效率及低成本的长时间照明。例如，LED可为灯具、手电筒、车头灯、探照灯、交通号志灯及显示器等设备提供光源。LED中的高功率芯片在提供高亮度输出的同时也产生大量热能。然而，在高温操作下，LED会发生色偏、亮度降低、使用寿命缩短及立即故障等问题。此外，LED在散热方面有其限制，进而影响其光输出与可靠度。因此，LED格外突显市场对于具有良好散热效果的高功率芯片的需求。LED封装体通常包含一 LED芯片、一基座、电接点及一热接点。所述基座热连结至LED芯片并用以支撑该LED芯片。电接点则电连结至LED芯片的阳极与阴极。热接点经由该基座热连结至LED芯片，其下方载具可充分散热以预防LED芯片过热 。业界积极以各种设计及制造技术投入高功率芯片封装体与导热板的研发，以期在此极度成本竞争的环境中满足效能需求。塑料球栅阵列(PBGA)封装是将一芯片与一层压基板包裹于一塑料外壳中，然后再以锡球黏附于一印刷电路板(PCB)之上。所述层压基板包含一通常由玻璃纤维构成的介电层。芯片产生的热能可经由塑料及介电层传至锡球，进而传至印刷电路板。然而，由于塑料与介电层的导热性低，PBGA的散热效果不佳。方形扁平无引脚(QFN)封装是将芯片设置在一焊接于印刷电路板的铜质晶粒座上。芯片产生的热能可经由晶粒座传至印刷电路板。然而，由于其导线架中介层的路由能力有限，使得QFN封装无法适用于高输入/输出(I/O)芯片或无源元件。导热板为半导体元件提供电性路由、热管理与机械性支撑等功能。导热板通常包含一用于讯号路由的基板、一提供热去除功能的散热座或散热装置、一可供电连结至半导体元件的焊垫，以及一可供电连结至下一层组体的端子。该基板可为一具有单层或多层路由电路系统及一或多层介电层的层压结构。该散热座可为一金属基座、金属块或埋设金属层。导热板接合下一层组体。例如，下一层组体可为一具有印刷电路板及散热装置的灯座。在此范例中，一 LED封装体是设于导热板上，该导热板则设于散热装置上，导热板/散热装置次组体与印刷电路板又设于灯座中。此外，导热板经由导线电连结至该印刷电路板。该基板将电讯号自该印刷电路板导向LED封装体，而该散热座则将LED封装体的热能发散并传递至该散热装置。因此，该导热板可为LED芯片提供一重要的热路径。授予Juskey等人的第6，507，102号美国专利揭示一种组体,其中一由玻璃纤维与固化的热固性树脂所构成的复合基板包含一中央开口。一具有类似前述中央开口的正方或长方形状的散热块黏附于该中央开口侧壁而与该基板结合。上、下导电层分别黏附于该基板的顶部及底部，并透过贯穿该基板的电镀导孔互为电连结。一芯片设置于散热块上并打线接合至上导电层，一封装材料模设成形于芯片上，而下导电层则设有锡球。制造时，该基板原为一置于下导电层上的乙阶(B-stage)树脂半固化片。散热块插设于中央开口，且位于下导电层上，并与该基板以一间隙相隔。上导电层则设于该基板上。上、下导电层经加热及彼此压合后，使树脂熔化并流入前述间隙中固化。上、下导电层被图案化而在该基板上形成电路布线，并使树脂溢料显露于散热块上。然后去除树脂溢料，使散热块露出。最后再将芯片固设于散热块上并进行打线接合与封装。因此，芯片产生的热能可经由散热块传至印刷电路板。然而在量产时，以手工方式将散热块放置于中央开口内的作业极为费工，且成本高昂。再者，由于侧向安装的容许公差小，散热块不易精确定位于中央开口中，导致基板与散热块之间易出现间隙以及打线不均的情形。如此一来，该基板仅部分黏附于散热块，无法自散热块获得足够支撑力，且容易脱层。此外，用于去除部分导电层以显露树脂溢料的化学蚀刻液也会去除部分未被树脂溢料覆盖的散热块，使散热块不平且不易结合，最终导致组体的良率偏低、可靠度不足且成本过闻。授予Ding等人的第6，528，882号美国专利揭露一种高散热球栅阵列封装体，其基板包含一金属芯层。芯片固设于金属芯层顶面的晶粒座区域，一绝缘层形成于金属芯层的底面，盲孔贯穿绝缘层直通金属芯层，且孔内填有散热锡球，另在该基板上设有与散热锡球相对应的锡球。芯片产生的热能可经由 金属芯层流向散热锡球，再流向印刷电路板。然而，夹设于金属芯层与印刷电路板间的绝缘层却对流向印刷电路板的热流造成限制。授予L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.18 US 13/030,1361.一种半导体芯片组体，包含一半导体元件、一散热座及一导线；其特征在于该半导体芯片组体还包含一具有一第一开口的第一黏着层，及一具有一第二开口的第二黏着层；该散热座包含一第一凸柱、一第二凸柱及一基座，其中(i)该第一凸柱邻接该基座，并自该基座沿一第一垂直方向垂直伸出，该第一凸柱位于该第二凸柱的一周缘内，且该第一凸柱的一表面区域小于该第二凸柱的一表面区域的一半；(ii)该第二凸柱邻接该基座，并自该基座沿一与该第一垂直方向相反的第二垂直方向垂直伸出；且(iii)该基座位于该第一凸柱与该第二凸柱之间，并自该第一凸柱与该第二凸柱沿垂直于该第一垂直方向与该第二垂直方向的侧面方向侧伸而出；该导线包含一焊垫、一端子及一电性互连结构，其中该焊垫与该端子间的一导电路径包含该电性互连结构；其中该半导体元件设置于该第一凸柱上，垂直延伸于该基座沿该第一垂直方向的外侧，且侧向延伸于该第一凸柱与该第二凸柱的周缘内；该半导体元件电连结至该焊垫，从而电连结至该端子；该半导体元件热连结至该第一凸柱，从而热连结至该第二凸柱；其中该第一黏着层垂直延伸于该基座沿该第一垂直方向的外侧，并自该第一凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子，同时位于该基座与该焊垫之间；其中该第二黏着层垂直延伸于该基座沿该第二垂直方向的外侧，并自该第二凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子，同时位于该基座与该端子之间；其中该焊垫垂直延伸于该基座沿该第一垂直方向的外侧，该端子垂直延伸于该基座沿该第二垂直方向的外侧，该 电性互连结构延伸穿过该第一黏着层、该第二黏着层及该基座，但与该基座保持距离且电性隔离；并且其中该第一凸柱延伸进入该第一开口，该第二凸柱延伸进入该第二开口，该基座位于该第一黏着层与该第二黏着层之间，并于该第二垂直方向覆盖该半导体元件。2.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该半导体元件为一LED芯片。3.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该半导体元件利用一打线电连结至该焊垫，并利用一固晶材料热连结至该第一凸柱。4.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该半导体元件利用一第一焊锡电连结至该焊垫，并利用一第二焊锡热连结至该第一凸柱。5.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层接触该第一凸柱与该基座，并与该第二凸柱保持距离，该第二黏着层接触该第二凸柱与该基座，并与该第一凸柱保持距离。6.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层沿所述侧面方向覆盖且环绕该第一凸柱，该第二黏着层沿所述侧面方向覆盖且环绕该第二凸柱。7.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层延伸至该半导体芯片组体的外围边缘，该第二黏着层也延伸至该半导体芯片组体的外围边缘。8.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层与该第二黏着层彼此保持距离。9.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一凸柱与该基座一体成形，该第二凸柱也与该基座一体成形。10.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一凸柱的直径随着该第一凸柱自该基座沿该第一垂直方向垂直延伸而递减，该第二凸柱的直径随着该第二凸柱自该基座沿该第二垂直方向垂直延伸而递减。11.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该基座延伸至该半导体芯片组体的外围边缘。12.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该焊垫延伸于该第一黏着层沿该第一垂直方向的外侧，该端子则延伸于该第二黏着层沿该第二垂直方向的外侧。13.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该焊垫接触该第一黏着层，该端子接触该第二黏着层。14.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该焊垫与该第一黏着层保持距离，该端子则与该第二黏着层保持距离；一第一介电层接触且位于该焊垫与该第一黏着层之间，但与该第一凸柱及该基座保持距离，一第二介电层接触且位于该端子与该第二黏着层之间，但与该第二凸柱及该基座保持距离；该电性互连结构延伸穿过该第一介电层与该第二介电层。15.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该焊垫位于该第二凸柱的该周缘内，该端子位于该第二凸柱的该周缘外，且该电性互连结构为一被覆穿孔。16.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该焊垫与该端子为相同的金属。17.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该焊垫与该端子包含一金、银或镍质表面层及一内部铜核心，且主要为铜，该基座为铜。18.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该导线包含一由该焊垫、该端子与该电性互连结构共用的铜核心。19.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该散热座包含一由该第一凸柱、该第二凸柱与该基座共用的铜核心。20.根据权利要求I所述的半导体芯片组体，其特征在于该导线包含一由该焊垫、该端子与该电性互连结构共用的铜核心，而该散热座则包含一由该第一凸柱、该第二凸柱与该基座共用的铜核心。21.一种半导体芯片组体，包含一半导体元件、一散热座及一导线；其特征在于该半导体芯片组体还包含一具有一第一开口的第一黏着层，及一具有一第二开口的第二黏着层；该散热座包含一第一凸柱、一第二凸柱、一第一盖体、一第二盖体及一基座，其中(i)该第一凸柱邻接该基座并与该基座形成一体，同时自该基座沿一第一垂直方向垂直伸出，且位于该基座与该第一盖体之间，该第一凸柱位于该第二凸柱的一周缘内，且该第一凸柱的一表面区域小于该第二凸柱的一表面区域的一半；(ii)该第二凸柱邻接该基座并与该基座形成一体，同时自该基座沿一与该第一垂直方向相反的第二垂直方向垂直伸出，且位于该基座与该第二盖体之间；(iii)该基座位于该第一凸柱与该第二凸柱之间，并自该第一凸柱与该第二凸柱沿垂直于该第一垂直方向与该第二垂直方向的侧面方向侧伸而出；Qv)该第一盖体邻接该第一凸柱，并于该第一垂直方向覆盖该第一凸柱，同时自该第一凸柱侧伸而出；且(V)该第二盖体邻接该第二凸柱，并于该第二垂直方向覆盖该第二凸柱，同时自该第二凸柱侧伸而出；该导线包含一焊垫、一端子及一电性互连结构，其中该焊垫与该端子间的一导电路径包含该电性互连结构；其中该半导体元件设置于该第一盖体上，垂直延伸于该第一盖体沿该第一垂直方向的外侧，侧向延伸于该第一凸柱、该第二凸柱、该第一盖体与该第二盖体的周缘内，且位于该第二凸柱与该第二盖体的周缘内；该半导体元件电连结至该焊垫，从而电连结至该端子；该半导体元件热连结至该第一盖体，从而热连结至该第二盖体；其中该第一黏着层接触该第一凸柱与该基座，但与该第二凸柱保持距离，该第一黏着层垂直延伸于该基座沿该第一垂直方向的外侧，并自该第一凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子，同时位于该基座与该焊垫之间；其中该第二黏着层接触该第二凸柱与该基座，但与该第一凸柱保持距离，该第二黏着层垂直延伸于该基座沿该第二垂直方向的外侧，并自该第二凸柱侧向延伸至该端子或越过该端子，同时位于该基座与该端子之间；其中该焊垫垂直延伸于该第一黏着层沿该第一垂直方向的外侧，该端子垂直延伸于该第二黏着层沿该第二垂直方向的外侧，该电性互连结构延伸穿过该第一黏着层、该第二黏着层及该基座，但与该基座保持距离且电性隔离；并且其中该第一凸柱延伸进入该第一开口，该第二凸柱延伸进入该第二开口 ；该第一盖体垂直延伸于该第一黏着层沿该第一垂直方向的外侧，该第二盖体垂直延伸于该第二黏着层沿该第二垂直方向的外侧；该基座位于该第一黏着层与该第二黏着层之间，并于该第二垂直方向覆盖该半导体元件。22.根据权利要求21所述的半导体芯片组体，其特征在于该半导体元件为一LED芯片，且位于该第一凸柱、该第二凸柱、该第一盖体与该第二盖体的周缘内；该半导体元件利用一固晶材料设置于该第一盖体上，并利用一打线电连结至该焊垫，同时利用该固晶材料热连结至该第一盖体。23.根据权利要求21所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层接触该第一盖体，该第二黏着层则接触该第二盖体。24.根据权利要求21所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层沿所述侧面方向覆盖且环绕该第一凸柱，该第二黏着层沿所述侧面方向覆盖且环绕该第二凸柱。25.根据权利要求21所述的半导体芯片组体，其特征在于该第一黏着层延伸至该半导体芯片组体的外围边缘，该第二黏着层也延伸至该半导体芯片组体...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文强，王家忠，
申请(专利权)人：钰桥半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：