CN111293036B - 半导体封装设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体封装设备，其包含：衬底、电子组件、环形框架、包封物、热传导材料和封盖。所述电子组件安置在所述衬底上。所述环形框架安置在所述衬底上且包围所述电子组件。所述包封物包封所述电子组件以及所述环形框架的第一部分。所述包封物暴露所述环形框架的第二部分。所述包封物与所述环形框架的所述第二部分定义一空间。所述热传导材料安置在所述空间中。所述封盖安置在所述热传导材料上且与所述环形框架的所述第二部分连接。

Description

半导体封装设备及其制造方法

技术领域

本公开大体上涉及一种半导体封装设备，且更具体地说，本公开涉及一种包含热耗散结构的半导体封装设备及其制造方法。

背景技术

热耗散对于各种电子设备已变得越来越重要。热传导材料通常用于半导体管芯/组件与例如散热片的热耗散结构之间。然而，由于制造工艺期间的温度循环，热传导材料的一部分可能熔融并流失，且半导体管芯/组件与热耗散结构之间的热传导材料的其余部分可能并不足以用于热耗散。

发明内容

在一个方面中，根据一些实施例，半导体封装设备包含衬底、电子组件、环形框架、包封物、热传导材料和封盖。电子组件安置在衬底上。环形框架安置在衬底上且包围电子组件。包封物包封电子组件以及环形框架的第一部分。包封物暴露环形框架的第二部分。包封物与环形框架的第二部分定义一空间。热传导材料安置在所述空间中。封盖安置在热传导材料上且与环形框架的第二部分连接。

在另一方面中，根据一些实施例，半导体封装设备包含衬底、电子组件、包封物、屏蔽盖和热传导材料。电子组件安置在衬底上。包封物包封电子组件。屏蔽盖安置在包封物上。屏蔽盖与包封物定义一空间。热传导材料安置在所述空间内。

在又一方面中，根据一些实施例，制造半导体封装设备的方法包含：提供其上具有离型膜的载体；在离型膜上形成环形框架，其中环形框架的第一端部插入到离型膜中；形成包封物以包封环形框架；在包封物上形成重新分布层；去除载体和离型膜，以在包封物与环形框架的第一端部之间形成容纳空间；且将热传导材料安置在容纳空间中。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本公开的各方面。应注意，各种特征可能未按比例绘制，且附图中所描绘特征的尺寸可能出于论述的清楚起见而任意增大或减小。

图1A说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备的截面图。

图1B说明图1A中的半导体封装设备的一部分的放大图。

图1C说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备的俯视图。

图1D说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备的截面图。

图2A说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备的截面图。

图2B说明图2A中的半导体封装设备的一部分的放大图。

图3A说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备的截面图。

图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G、图4H、图4I、图4J、图4K和图4L为根据本公开的一些实施例的在各个阶段制造的半导体封装设备的截面图。

图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G、图5H、图5I、图5J、图5K和图5L为根据本公开的一些实施例的在各个阶段制造的半导体封装设备的截面图。

贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或类似元件。根据以下结合附图作出的详细描述将容易地理解本公开。

具体实施方式

根据本公开的一些实施例，通过围绕热传导材料形成例如环形框架或封盖的屏蔽结构，热传导材料可在制造工艺的各个操作期间含有于半导体管芯/组件与热耗散结构之间，且可增强热耗散性能。

图1A说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备1a的截面图。

半导体封装设备1a包含：衬底10、电子组件20和30、环形框架40、包封物50、热传导材料60、封盖70和连接元件90。

衬底10可包含(例如)印刷电路板，例如，纸基铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层合物。衬底10可包含互连结构，例如重新分布层(RDL)或接地元件。在一些实施例中，接地元件是从衬底10的表面暴露的通孔。在一些实施例中，接地元件是从衬底10的表面暴露的金属层。在一些实施例中，接地元件是从衬底10的表面暴露的金属迹线。

电子组件20安置在衬底10上。电子组件20可经由导电元件22电性连接到衬底10。电子组件20可以是在其中包含半导体衬底、一或多个集成电路设备和一或多个上覆互连结构的芯片或管芯。集成电路设备可包含例如晶体管的有源设备和/或例如电阻器、电容器、电感器的无源设备，或其组合。电子组件30安置在衬底10上并靠近电子组件20。电子组件30可经由导电元件32电性连接到衬底10。在一些实施例中，电子组件30具有与电子组件20类似的特征。

环形框架40安置在衬底10上。环形框架40包围电子组件20和电子组件30。环形框架40可具有环形形状。从俯视角度看，环形框架40可具有封闭轮廓。环形框架40可根据各种应用而具有圆形、方形(如将于图1C中展示)或任何合适形状。环形框架40具有部分42和部分44。部分42由包封物50覆盖或包封。部分44从包封物50暴露。

环形框架40可包含导电材料，例如环形框架40可包含铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或不锈钢，或其混合物、合金或其它组合。在一些实施例中，环形框架40电性连接到衬底10。环形框架40可经由衬底10中的接地元件接地。环形框架40可充当电子组件20和电子组件30的电磁干扰(EMI)屏蔽结构。在一些实施例中，环形框架40可不包含导电材料。在图1A中所展示的实施例中，环形框架40与衬底10接触。环形框架40可支持半导体封装设备1a的整体结构并在半导体封装设备1a的制造期间减少翘曲。

包封物50安置在衬底10上并包封电子组件20和30。电子组件20的一部分和电子组件30的一部分从包封物50暴露。举例来说，电子组件20的表面201(例如背侧表面)和电子组件30的表面301(例如背侧表面)从包封物50暴露。举例来说，电子组件20的表面201和电子组件30的表面301与包封物50的表面501基本上共面。包封物50包封或包围环形框架40的部分42。包封物50暴露环形框架40的部分44。环形框架40的部分44突出于包封物50之外。包封物50以及环形框架40的部分44定义一空间S1。包封物50可包含具有填充物的环氧树脂、模制原料(例如环氧模制原料或其它模制原料)、聚酰亚胺、酚类化合物或材料、其中分散有硅酮的材料，或其组合。

热传导材料60(或热界面材料)安置在空间S1中。热传导材料60可不完全填充空间S1。举例来说，热传导材料60与环形框架40之间可能存在间隙。也就是说，空间S1的体积大于热传导材料60的体积。在一些实施例中，空间S1的体积与热传导材料60的体积的比率在1.2与1.5之间。热传导材料60安置在包封物50的表面501上。热传导材料60安置在电子组件20的表面201和/或电子组件30的表面301上。热传导材料60与电子组件20的表面201和/或电子组件30的表面301接触。在图1A中所展示的实施例中，热传导材料60完全与电子组件20的表面201和电子组件30的表面301接触或完全覆盖电子组件20的表面201和电子组件30的表面301。热传导材料60由环形框架40的部分44包围。在一些实施例中，热传导材料60完全由环形框架40的部分44包围。举例来说，从俯视角度看，环形框架40的部分44可具有完全包围热传导材料60的连续轮廓(如图1C中所展示)。

封盖70安置在热传导材料60和环形框架40上。封盖70与热传导材料60接触。如图1A中所展示，热传导材料60具有接触或完全接触封盖70的表面601。从俯视角度看，电子组件20和/或电子组件30位于热传导材料60的表面601的轮廓内。封盖70可包含导电材料，例如封盖70可包含Al、Cu、Cr、Sn、Au、Ag、Ni或不锈钢，或其混合物、合金或其它组合。封盖70可包含或可以是散热片、热散播器或任何其它合适的热耗散结构。

封盖70与环形框架40的部分44连接。在图1A中所展示的实施例中，封盖70通过粘性材料75与环形框架40的部分44连接。粘性材料75可持续地安置在环形框架的部分44与封盖70之间。举例来说，从俯视角度看，粘性材料75可形成包围热传导材料60的连续轮廓。在一些实施例中，粘性材料75可不连续地安置在环形框架的部分44与封盖70之间。举例来说，粘性材料75可部分地安置在环形框架的部分44与封盖70之间(如图1C中所展示)。在一些实施例中，封盖70可电性连接到环形框架40。在一些实施例中，封盖70可经由环形框架40接地。在一些实施例中，封盖70和环形框架40可为电子组件20和30提供EMI屏蔽。

如图1A中所展示，包封物50与封盖70之间的距离H1大于环形框架40的部分44从包封物50暴露的距离(或高度、长度)H2。在一些实施例中，距离H2与距离H1的比率大于0.7，例如在0.7与1之间。所述配置可防止热传导材料60在半导体封装设备1a的制造期间流出环形框架40之外。

连接元件90安置在衬底10的表面101上。连接元件90电性连接到衬底10中的导电线、迹线、通孔或导柱。连接元件90可包含焊球。

图1B说明图1A中的半导体封装设备1a的部分1b的放大图。如图1B中所展示，包封物50包含填充物55。在包封物50与衬底10之间的界面502(其也为包封物50的表面)附近，一些填充物55与界面502相交且具有与界面502共面的表面。相反地，在一些实施例中，在表面501(参看图1A)附近的包封物50的填充物可为完整的且可不与表面501相交。

图1C说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备1c的俯视图。半导体封装设备1c可具有与图1A中的半导体封装设备1a类似的特征。为清楚起见而省略封盖70。如图1C中所展示，环形框架40具有包围热传导材料60的连续轮廓。粘性材料75不连续地或部分地沿环形框架40的轮廓安置，所述环形框架40的轮廓包围热传导材料60。电子组件20完全由热传导材料60覆盖。

图1D说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备1d的截面图。半导体封装设备1d类似于图1A中的半导体封装设备1a，具有在下文中描述的一些差异。

包封物50和衬底10并不延伸到环形框架40的侧面之外。因此，半导体封装设备1d的大小可小于图1A中的半导体封装设备1a的大小。另外，电子组件30的表面301并不从包封物50暴露。

根据本公开的一些实施例的配置，热传导材料60受环形框架40的部分44围束以覆盖(或完全覆盖)电子组件20和/或电子组件30。由于环形框架40的配置，热传导材料60在制造工艺期间将不会由于温度循环而从电子组件20和/或电子组件30的区域流出。所述配置可经由热传导材料60和封盖70改进热耗散，封盖70可以是散热片、热散播器或任何其它合适的热耗散结构。

图2A说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备2a的截面图。半导体封装设备2a类似于图1A中的半导体封装设备1a，具有在下文中描述的一些差异。

环形框架40不与衬底10接触。环形框架40(或环形框架40的部分42)通过包封物50的一部分而与衬底10间隔开。在一些实施例中，由于环形框架40不与衬底10接触，可防止可积聚在衬底10与环形框架40的部分42之间的连接点中的应力。应力可由以下产生：温度循环、不同材料之间的热膨胀系数(CTE)失配、各种制造工艺期间的翘曲和/或变形。

图2B说明图2A中的半导体封装设备2a的部分2b的放大图。如图2B中所展示，包封物50包含填充物55。在包封物50与衬底10之间的界面502(其也为包封物50的表面)附近，一些填充物55与界面502相交且具有与界面502共面的表面。

图3A说明根据本公开的一些实施例的半导体封装设备3a的截面图。半导体封装设备3a类似于图1A中的半导体封装设备1a和/或图2A中的半导体封装设备2a，具有在下文中描述的一些差异。

省略封盖70与环形框架40的组合。屏蔽盖80安置在包封物50和热传导材料60上。屏蔽盖80和包封物50定义容纳热传导材料60的空间S1。屏蔽盖80与热传导材料60接触。在一些实施例中，热传导材料60的表面601完全与屏蔽盖80接触并完全覆盖电子组件20和/或电子组件30。

屏蔽盖80包含环形框架82和封盖84。环形框架82包含安置在包封物50中的部分822和从包封物50暴露的部分824。屏蔽盖80的部分822延伸到包封物50中或突出到包封物50中。在图3A中所展示的实施例中，屏蔽盖80的部分822通过包封物50的一部分而与衬底10间隔开。在一些其它实施例中，屏蔽盖80的部分822可接触衬底10。

屏蔽盖80可包含导电材料，例如屏蔽盖80可包含Al、Cu、Cr、Sn、Au、Ag、Ni或不锈钢，或其混合物、合金或其它组合。屏蔽盖80可电性连接到衬底10。屏蔽盖80可经由衬底10中的接地元件接地。屏蔽盖80可为电子组件20和30提供EMI屏蔽。在一些实施例中，屏蔽盖80可不包含导电材料。

图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G、图4H、图4I、图4J、图4K和图4L为根据本公开的一些实施例的在各个阶段制造的半导体封装设备4l的截面图。为了更好地理解本公开的各方面，已简化各图。

参看图4A，提供载体CR。载体CR可包含玻璃或其它材料。参看图4B，离型膜RF设置在载体CR上。参看图4C，电子组件20和30安置在离型膜RF上。参看图4D，环形框架40形成或设置在离型膜RF上。环形框架40包含部分42和部分44。部分44(其可以是环形框架40的端部)插入到离型膜RF中或突出到离型膜RF中。

参看图4E，包封物50形成于离型膜RF上，以包封电子组件20和30以及环形框架40。环形框架40的部分44从包封物50暴露。包封物50可通过模制操作形成。参看图4F，执行研磨操作以去除包封物50的一部分，从而暴露电子组件20的导电元件(或电接触件)22、电子组件30的导电元件32(或电接触件)以及环形框架40的部分42。可通过研磨操作去除电子组件20的导电元件22的一部分、电子组件30的导电元件32的一部分以及环形框架40的部分42的一部分(或端部)。

参看图4G，衬底(其可以是或可包含重新分布层)10安置在包封物50、电子组件20和30以及环形框架40上。衬底10与电子组件20的导电元件22、电子组件30的导电元件32以及环形框架40接触。衬底10可电性连接到电子组件20的导电元件22、电子组件30的导电元件32以及环形框架40。

参看图4H，去除载体CR，其中可利用紫外线操作。参看图4I，去除离型膜RF，其中可利用紫外线操作。空间(或容纳空间)S1形成在包封物50的表面501与环形框架40的部分44之间。

参看图4J，热传导材料60安置在空间S1中。热传导材料60安置在电子组件20和30以及包封物50上。热传导材料60可通过分配操作来安置。粘性材料75安置在环形框架40的部分44上。粘性材料75可通过分配操作来安置。参看图4K，封盖70安置在热传导材料60上且在环形框架40的部分44上。封盖70通过粘性材料75安置在环形框架40的部分44上。热传导材料60由封盖70按压。热传导材料60完全覆盖电子组件20和30。热传导材料60的表面601完全与封盖70接触并从俯视角度看完全覆盖电子组件20和30。

参看图4L，连接元件90安置在衬底10的表面102上。连接元件90可通过可包含回焊操作的植球工艺安置。形成半导体封装设备4l。半导体封装设备4l可与图1A的半导体封装设备1a类似或相同。

图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G、图5H、图5I、图5J、图5K和图5L为根据本公开的一些实施例的在各个阶段制造的半导体封装设备5l的截面图。为了更好地理解本公开的各方面，已简化各图。

参看图5A，提供载体CR。载体CR可包含玻璃或其它材料。参看图5B，离型膜RF设置在载体CR上。参看图5C，电子组件20和30安置在离型膜RF上。参看图5D，环形框架40形成或设置在离型膜RF上。环形框架40包含部分42和部分44。部分44(其可以是环形框架40的端部)插入到离型膜RF中或突出到离型膜RF中。

参看图5E，包封物50形成于离型膜RF上，以包封电子组件20和30以及环形框架40。环形框架40的部分44从包封物50暴露。包封物50可通过模制操作形成。参看图5F，执行研磨操作以去除包封物50的一部分，从而暴露电子组件20的导电元件(或电接触件)22以及电子组件30的导电元件32(或电接触件)。可通过研磨操作去除电子组件20的导电元件22的一部分以及电子组件30的导电元件32的一部分。环形框架40的部分42并不从包封物50暴露。环形框架40的部分42通过包封物50的一部分而与包封物50的表面501间隔开。在一些实施例中，由于环形框架40的部分42并不在研磨操作中接地，可改进研磨操作的产率并可延长研磨工具的使用期限。

参看图5G，衬底(其可以是或可包含重新分布层)10安置在包封物50以及电子组件20和30上。衬底10与电子组件20的导电元件22以及电子组件30的导电元件32接触。衬底10可电性连接到电子组件20的导电元件22以及电子组件30的导电元件32。

参看图5H，去除载体CR，其中可利用紫外线操作。参看图5I，去除离型膜RF，其中可利用紫外线操作。空间(或容纳空间)S1形成在包封物50的表面501与环形框架40的部分44之间。

参看图5J，热传导材料60安置在空间S1中。热传导材料60安置在电子组件20和30以及包封物50上。热传导材料60可通过分配操作来安置。粘性材料75安置在环形框架40的部分44上。粘性材料75可通过分配操作来安置。参看图5K，封盖70安置在热传导材料60上且在环形框架40的部分44上。封盖70通过粘性材料75安置在环形框架40的部分44上。热传导材料60由封盖70按压。热传导材料60完全覆盖电子组件20和30。热传导材料60的表面601完全与封盖70接触并从俯视角度看完全覆盖电子组件20和30。

参看图5L，连接元件90安置在衬底10的表面102上。连接元件90可通过可包含回焊操作的植球工艺安置。形成半导体封装设备5l。半导体封装设备5l可与图2A的半导体封装设备2a类似或相同。

如本文中所使用，术语“大致”、“基本上”、“实质”和“约”用于描述和解释小的变化。当与事件或情况结合使用时，所述术语可指事件或情况精确发生的例子以及事件或情况极近似地发生的例子。举例来说，当与数值结合使用时，术语可指小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“基本上”或“约”相同。举例来说，“基本上”平行可指相对于0°的小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。举例来说，“基本上”垂直可指相对于90°的小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。

如果两个表面之间的位移不超过5μm、不超过2μm、不超过1μm或不超过0.5μm，那么可认为所述两个表面是共面的或基本上共面。如果表面的最高点与最低点之间的差不超过5μm、不超过2μm、不超过1μm或不超过0.5μm，那么可认为表面是平面的或基本上平面。

如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含复数指示物。在一些实施例的描述中，提供于另一组件“上”或“上方”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如与后一组件物理接触)的情形，以及一或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情形。

尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由随附权利要求书定义的本公开的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，且可在实施例内取代等效组件。所述图解可能未必按比例绘制。归因于制造工艺中的变量等等，本公开中的艺术再现与实际装置之间可能存在区别。可能存在并未特定说明的本公开的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性而非限定性的。可进行修改，以使特定情境、材料、物质组成、方法或工艺适宜于本公开的目标、精神和范围。所有这类修改都既定在随附的权利要求书的范围内。尽管已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本公开的限制。

Claims (7)

1.一种制造半导体封装设备的方法，其包括：

提供其上具有离型膜的载体；

在所述离型膜上形成环形框架，其中所述环形框架的第一端部插入到所述离型膜中；

形成包封物以包封所述环形框架；

在所述包封物上形成重新分布层；

去除所述载体和所述离型膜，以在所述包封物与所述环形框架的所述第一端部之间形成容纳空间；以及

将热传导材料安置在所述容纳空间中。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在形成所述包封物之前将电子组件安置在所述离型膜上。

3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括在形成所述重新分布层之前去除所述包封物的一部分以及所述电子组件的电接触件的一部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述重新分布层形成于所述电子组件的所述电接触件上。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括去除所述环形框架的第二端部。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述重新分布层形成于所述环形框架的所述第二端部上。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将封盖安置在所述环形框架的所述第一端部上。