带有散热器的集成电路管芯组件制造技术

公开了带有散热器的集成电路管芯组件。封装的半导体器件包括封装衬底，其包括第一封装衬底接触件和第二封装衬底接触件，以及位于封装衬底上的半导体管芯。半导体器件还包括位于管芯信号接触焊盘和封装衬底之间的电连接，以及散热器包括被电连接到第一信号接触焊盘和第一封装衬底接触件的第一散热器部分，第一散热器部分提供了位于第一信号接触焊盘和第一封装衬底接触件之间的电传导路径以及位于半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径。第二散热器部分提供了位于第二信号接触焊盘和第二封装衬底接触件之间的电传导路径以及位于半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径。绝缘层被放置在第一和第二散热器部分之间。

【技术实现步骤摘要】
带有散热器的集成电路管芯组件
本公开通常涉及半导体器件，更具体地说，涉及一种形成带有散热器的半导体封装的方法。
技术介绍
在操作期间，热量由集成电路(IC)管芯生成。如果被不适当地移除，由管芯生成的热量可能引起器件失效或不规律地执行。同样地，散热器通常被并入半导体封装以改进IC的热性能。此外，随着对减少的尺寸和成本方面处理能力不断增长的需求，给半导体管芯提供稳定电源的选择变得更加受限。附图说明本专利技术通过举例的方式说明并没有被附图所限制，在附图中类似的参考符号表示相同的元素。附图中的元素说明是为了简便以及清晰，不一定按比例绘制。图1根据本专利技术，显示了在制造的中间阶段期间的半导体器件的一个实施例。图2-4显示了在制造的其它中间阶段期间的图1的半导体器件。图5-6显示了在传导散热器被添加的制造的其它中间阶段期间的图4的半导体器件。图7根据本专利技术，显示了半导体器件的一个实施例的截面侧视图。图8根据本专利技术，显示了半导体器件的另一个实施例的截面侧视图。图9根据本专利技术，显示了半导体器件的另一个实施例的截面侧视图。图10根据本专利技术，显示了传导散热器的顶视图。图11显示了图10的散热器的部分的顶剖视图和侧剖视图。图12根据本专利技术，显示了半导体器件的另一个实施例的顶剖视图。具体实施方式本专利技术公开的方法和组件的实施例提供了叠层散热器，所述叠层散热器有用于热耗散和接地的外热层和不但有助于热耗散还给半导体管芯提供电源的内传导层。绝缘材料将所述接地/热耗散层从所述电源层分离开。所述接地/热耗散层完全覆盖所述电源层，并且因此通过所述绝缘材料稳定了带有实质电容耦合的电源供应装置。电源供应装置改进的稳定性以及通过叠层散热器耗散的较高数量的热量使得能够进行较高频率的操作和/或减少对半导体管芯的空间需求。图1根据本专利技术显示了在制造的中间阶段期间的半导体器件100的一个实施例，所述半导体器件包括封装衬底102、以及半导体管芯104，其中电源接触件108和接地接触件110被附着到所述半导体管芯104。所述电源接触件108被放置在管芯104的顶表面外周界的周围以及所述接地接触件110被放置在管芯104的顶表面的内部。导线接合112形成于管芯104的顶表面的接触件(未显示)和衬底102的所述顶表面的接触件(未显示)之间。接地接触件114形成于衬底102的顶表面的外周界。电源接触件116也形成于比接地接触件114更接近管芯104的相邻于接地接触件114的衬底102的顶表面。接地接触件110、114传导第一电信号，例如Vss。电源接触件108、116传导第二电信号，例如Vdd。其它合适的电信号可以通过接触件110、114和接触件108、116被传导，其中通过接触件110、114传导的信号不同于通过接触件108、116传导的信号。管芯104可以是倒装芯片(flipchip)或导线接合管芯。所述衬底102可以是引线框或是其它类型的半导体封装衬底。通过使用管芯附着材料层(未显示)，例如粘合剂膏或膜，IC管芯可以被附着。虽然为了简便图1只显示单一管芯组件100，应了解本专利技术描述的管芯组件可以应用于形成于引线框或其它类型的衬底阵列上的管芯组件的阵列。在使用了倒装芯片形成因子而非所显示的导线接合管芯102的配置中，可以通过在与衬底102上的电接触件(未显示)相接触的倒装芯片(未显示)上的凸起(未显示)来建立电互连。用于在管芯104和衬底102之间建立电互连的其它合适技术可以被使用。电源接触件108和接地接触件110可以在半导体管芯104内被连接到硅通孔(throughsiliconvias)(TSV)。参照图2，半导体器件100在制造的另一个阶段期间被显示，在此阶段模制化合物118形成在导线接合112、所述管芯104的周界区域、以及衬底102的顶表面的一部分上方。模制化合物118没有形成在接地接触件110、114或电源接触件108、116上方。可以通过使用膜辅助成型(FAM)或通过覆盖管芯104和衬底102之间的电接触件而将接触件108、110、114、116暴露的其它合适方法形成模制化合物118。任何合适的模制化合物118例如但不限于，填充了熔融石英和其它填充物或添加剂的环氧树脂材料可以被使用。参照图3，半导体器件100在制造的另一个阶段期间被显示，在此阶段焊料凸起120在电源接触件108上形成并且焊料凸起122在接地接触件110上形成。虽然焊料凸起120、122被显示，但是在回流工艺期间进行软化或在其他情况下能附着到其它部件的其它合适传导材料可以被使用。参照图4，半导体器件100在制造的另一个阶段期间被显示，在此阶段热界面材料124被放置在管芯104的顶表面上方以及放置在焊料凸起120、122上方和周围。粘合材料126也被放置在模制化合物118的顶表面上方。热界面材料124可以是填充树脂材料、填充环氧树脂材料、填充润滑脂、或能够在预期温度下承受后续装配操作和操作条件并且具有所需传热特性的其它合适非导电材料。正如将在下面进行描述的，衬底102、管芯104、接触件108、110、114、116、导线接合112、模制化合物118、焊料凸起120、122、热界面材料124、以及粘合材料126形成了将被加入到散热器的集成电路(IC)管芯组件136。参照图5，半导体器件100在制造的另一个阶段期间被显示，在此阶段带有管芯组件136的电传导散热器134被显示。散热器134包括第一散热器部分128、绝缘层130、以及第二散热器部分132。绝缘层130将第二散热器部分132从第一散热器部分128分离开。第一和第二散热器部分128、132可以由电传导材料和热传导材料形成，例如铜、铜合金、铝、铝合金、或其它合适的(一种或多种)材料。第一和第二散热器部分128、132不一定是相同的材料或具有相同的厚度。例如，第一散热器部分128可以是被选择成衰减电磁干扰或其它电特性的材料，而第二散热器部分132可以是被选择成防止或减少弯曲或其它(一个或多个)不期望物理特性的材料。绝缘层130可以由带有高介电常数的电介质材料形成，其带有低信号损失和低消耗因数以提供电容。绝缘层130将第一散热器部分128从第二散热器部分132电隔离开，并且也能从第一散热器部分128和管芯104传导热到第二散热器部分132。粘合材料126被用于将散热器134机械耦合和/或热耦合于管芯组件136。参照图6，半导体器件100在制造的另一个阶段期间被显示，在此阶段通过使用回流焊料工艺或其它合适技术，电传导散热器134被附着到管芯组件136。第一散热器部分128被附着到并且在管芯104的边缘上的一个或多个凸起120和衬底102上的一个或多个接触件116之间延伸。第二散热器部分132被附着到并且在管芯104内部的一个或多个凸起122和一个或多个接地接触件116之间延伸。在显示的一个实施例中，第一散热器部分128被配置成接触粘合材料126，以有助于保持管芯组件136上的散热器134。图7显示了在制造的另一个阶段期间的半导体器件100，在此阶段电接触件(例如焊料球(solderballs)137)在衬底102的底表面形成。例如，焊料球137可以被配置为球栅阵列或允许半导体器件100附着到另一个结构(例如衬底(未显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封装的半导体器件，包括：封装衬底，所述封装衬底包括第一封装衬底接触件和第二封装衬底接触件；位于所述封装衬底上方的半导体管芯，所述半导体管芯包括位于所述半导体管芯顶表面的内区域内的第一信号接触焊盘和第二信号接触焊盘，其中，所述第一封装衬底接触焊盘和第二封装衬底接触焊盘中的每个与所述半导体管芯横向间隔开；多个电连接，所述多个电连接位于外围区域内的所述多个信号接触焊盘和所述封装衬底之间；以及散热器，所述散热器包括：第一散热器部分，所述第一散热器部分被电连接到所述第一信号接触焊盘和所述第一封装衬底接触件，并且提供位于所述第一信号接触焊盘和所述第一封装衬底接触件之间的电传导路径和位于所述半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径；第二散热器部分，所述第二散热器部分被电连接到所述第二信号接触焊盘和所述第二封装衬底接触件，并且提供位于所述第二信号接触焊盘和所述第二封装衬底接触件之间的电传导路径和位于所述半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径，其中所述第二散热器部分完全覆盖所述半导体管芯；以及绝缘层，所述绝缘层位于所述第一散热器部分和第二散热器部分之间。

【技术特征摘要】
2012.05.31 US 13/485,9121.一种封装的半导体器件，包括：封装衬底，所述封装衬底包括第一封装衬底接触件和第二封装衬底接触件；位于所述封装衬底上方的半导体管芯，所述半导体管芯包括位于所述半导体管芯顶表面的内区域内的第一信号接触焊盘和第二信号接触焊盘，其中，所述第一封装衬底接触件和第二封装衬底接触件中的每个与所述半导体管芯横向间隔开；多个电连接，所述多个电连接位于外围区域内的所述多个信号接触焊盘和所述封装衬底之间；以及散热器，所述散热器包括：第一散热器部分，所述第一散热器部分被电连接到所述第一信号接触焊盘和所述第一封装衬底接触件，并且提供位于所述第一信号接触焊盘和所述第一封装衬底接触件之间的电传导路径和位于所述半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径；第二散热器部分，所述第二散热器部分被电连接到所述第二信号接触焊盘和所述第二封装衬底接触件，并且提供位于所述第二信号接触焊盘和所述第二封装衬底接触件之间的电传导路径和位于所述半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径，其中所述第二散热器部分完全覆盖所述半导体管芯；绝缘层，所述绝缘层位于所述第一散热器部分和第二散热器部分之间；界面层，所述界面层位于所述第一散热器部分、第二散热器部分中的每个和所述半导体管芯之间，其中，所述界面层物理接触所述第一散热器部分的表面、所述第二散热器部分的表面、以及所述半导体管芯的所述顶表面，其中所述第二散热器部分的所述表面位于所述内区域的第一区域上方，以及所述第一散热器部分的所述表面位于所述内区域的第二区域上方，其中所述第二区域环绕所述第一区域，以及所述第二散热器部分的所述表面和所述第一散热器部分的所述表面通过界面层共同地热接触，所述界面层的面积是所述半导体管芯的所述顶表面的总表面积的至少20％。2.根据权利要求1所述的封装的半导体器件，其中所述界面层包括各向异性传导材料。3.根据权利要求1所述的封装的半导体器件，还包括：焊料材料，所述焊料材料位于所述第一信号接触焊盘和第二信号接触焊盘中的每个上，其中所述界面层包括非导电材料。4.根据权利要求1所述的封装的半导体器件，其中所述半导体管芯包括多个信号接触焊盘，所述多个信号接触焊盘位于环绕所述内区域的所述半导体管芯的所述顶表面的外围区域内，并且其中所述多个电连接包括导线接合连接。5.根据权利要求1所述的封装的半导体器件，还包括：模制密封剂，所述模制密封剂位于所述封装衬底上方并且环绕所述半导体管芯，其中所述第一散热器部分位于所述模制密封剂和所述第二散热器部分之间。6.根据权利要求1所述的封装的半导体器件，其中所述第二散热器部分覆盖所述第一散热器的主要表面，所述主要表面为所述第一散热器的与所述界面层所接触的相反的表面。7.根据权利要求1所述的封装的半导体器件，其中所述第一信号接触焊盘是用于第一电源供应装置电压POWER的第一电源供应装置接触焊盘，以及所述第二信号接触焊盘是用于不同于所述第一电源供应装置电压的第二电源供应装置电压GROUND的第二电源供应装置接触焊盘。8.一种封装的半导体器件，包括：封装衬底，所述封装衬底包括第一封装衬底接触件和第二封装衬底接触件；位于所述封装衬底上方的半导体管芯，所述半导体管芯包括第一组多个信号接触焊盘和第二组多个信号接触焊盘，所述第一组多个信号接触焊盘位于所述半导体管芯的顶表面的第一区域内，所述第二组多个信号接触焊盘位于环绕所述第一区域的所述半导体管芯的所述顶表面的第二区域内，其中所述第一封装衬底接触件和第二封装衬底接触件中的每个与所述半导体管芯横向间隔开；多个电连接，所述多个电连接位于所述半导体管芯和所述封装衬底之间；界面层，所述界面层位于所述半导体器件的所述顶表面上并且物理接触所述半导体器件的所述顶表面；以及散热器，所述散热器包括：第一散热器部分，所述第一散热器部分被电连接到所述第一组多个信号接触焊盘和所述第一封装衬底接触件，并且提供位于所述第一组多个信号接触焊盘和所述第一封装衬底接触件之间的电传导路径以及位于所述半导体管芯和封装衬底之间的热传导路径，其中所述第一散热器部分包括第一表面，所述第一表面物理接触所述半导体管芯的所述顶表面的所述第一区域上方的所述界面层；第二散热器部分，所述第二散热器部分被电连接到所述第二组多个信号接触焊盘和所述第二封装衬底接触件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯顿·J·卡蓬特，利奥·M·希金斯三世，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：