CN111769085A - 一种半导体散热片装置、封装方法及封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种半导体散热片装置，使若干颗散热片可整合为一条散热片框架。封装框架配合其设计，即可在塑封制程先后完成散热片的安装与塑封，后通过封装后段切割完成散热片之间的分离。将散热片单颗作业方式优化为整条作业，提升作业效率。同时本发明还提出了对应的封装方法和封装结构。

Description

一种半导体散热片装置、封装方法及封装结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种半导体散热片装置、封装结构及封装方法。

背景技术

在半导体封装中，散热片(heat slug)，包括内藏型及外露型作为封装可选组件，因以下用途而被广泛应用：a.良好的导热性，作为高发热量半导体的有效散热途径；b.良好的导电性，可通过接地连接形成屏蔽效应，能有效的增加半导体抗电磁波干扰(EMI)的能力；

现有市场上，散热片主要应用于方型扁平式封装(QFP)及塑料焊球阵列封装(PBGA)此类单颗注塑类型产品；

现有市场上，散热片使用方法是在半导体封装流程中，在焊线之后塑封之前加入一道贴散热片制程，使用贴片机作业，通过导电胶等粘结材料将散热片贴于基板或框架上。

传统方案具有线路比较简单，容易实现等一些优点，但主要存在以下缺点：

局限性大：随着市场发展，半导体高功率或对散热要求较高的应用越来越广泛，但散热片的应用局限于前述封装类型，即QFP及PBGA上，降低了半导体封装选择的灵活性，同时也提高了下游产业链作相应适配的难度和成本。

成本高：由于相对无散热片半导体产品，增加了贴散热片一个制程，增加了相应的机台、人员、材料成本。

效率低：作业方式为单个散热片贴装作业，单位小时产能(UPH)低。

为此，有必要对现有的散热片及其工艺进行改良。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的半导体散热片装置和半导体封装工艺，以使得现有技术中对半导体散热片使用的局限性、成本及效率问题得到解决。

根据本发明的目的提出的一种半导体散热片装置，包括散热片框架和设置在所述散热片框架内、由复数个散热片单体组成的散热片阵列，所述每个散热片单体包括散热片主体和设置在所述散热片主体四周的四个支撑脚，所述四个支撑脚沿着所述散热片外侧向下延伸，使得所述散热片主体隆起并在该散热片主体下方形成容置空间，相邻的两个散热片单体相交于相对设置的两个支撑脚上，且相交处形成所述相邻的两个散热片单体的分割点，该散热片阵列处于同一直线处的分割点形成该散热片阵列的分割线。

优选的，所述支撑脚向下延伸至最低点后又沿着外侧方向向上延伸，形成折弯结构。

优选的，所述折弯结构的弯折处具有平坦底部的凹槽，该凹槽的底部形成该散热片单体的支撑点。

优选的，所述散热片主体为圆形或正方形，当所述散热片主体为圆形时，所述四个支撑脚均匀的分布在所述圆形散热片主体的四周，当所述散热片主体为正方形时，所述四个支撑脚设置在所述正方形散热片主体的四个角上或四条边的中心处。

优选的，所述散热片框架上设有若干个凸点。

根据本发明的目的提出的一种封装方法，包括

提供如上所述的散热片装置；

提供对应所述散热片装置的封装片，所述封装片包括封装框架和设置在该封装框架内、由复数颗芯片单元构成的芯片单元阵列，所述芯片单元包括芯片和装载该芯片的基板或引线框架，所述芯片单元阵列中的每一芯片单元与所述散热片阵列中的每一散热片单体具有对应关系；

对准所述散热片装置和所述封装片，使所述每一颗芯片单元落入对应的所述散热片单体的容置空间内；

注入封装胶，使所述封装胶充满所述容置空间并覆盖至少部分外延的支撑脚；

固化所述封装胶；

沿所述分割线对该封装片进行切割，形成单颗封装芯片。

优选的，所述封装框架上设有与所述若干个凸点对应的若干个固定槽，对准所述散热片装置和所述封装片时，所述凸点嵌入所述固定槽内，使所述散热片装置和所述封装片被固定。

优选的，所述封装胶的填充高度与所述散热片主体的隆起高度一致，使得所述散热片主体的上表面露出在所述封装胶外。

根据本发明的目的提出的一种封装结构，使用如上所述的封装方法制备得到。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的技术效果：

1、扩展了散热片在半导体封装类型的应用范围，可在FBGA、LGA、QFN等这类塑封区域包含完整上芯区域的封装形式上使用。

2、降低封装成本，节省了现有技术需要贴散热片的制程，不需相应的贴装机台，粘结材料，作业人员。

3、极大提高了作业效率，由单颗作业提升为整条作业。

附图说明

图1是本发明的半导体散热片装置的整体示意图。

图2是图1中的AA剖面图。

图3是本发明封装方法的流程示意图。

图4是本发明的封装片示意图。

图5是本发明散热片装置与封装片结合之后的示意图。

图6是图5中BB剖面图。

图7是本发明另一实施例下的BB剖面图。

图8是本发明单颗芯片封装结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如背景技术中所述的，现有的半导体散热片工艺，大都是在芯片封装完之后通过贴片工艺一颗颗制作，这对于很多半导体封装类型来说，应用局限性较大，而且工艺的成本高且效率低，使得半导体芯片散热片工艺成为整个半导体封装工艺中的瓶颈。

因此，本发明为了解决该问题，提出了一种可以融入半导体封装工艺中的半导体散热片装置，一方面该散热片装置在芯片进行塑封之前就已经和半导体芯片进行装配，让散热片的制作工艺早于封装胶，既可以提升散热片的结合效果，又能够让散热片工艺具有更广的适应性，另一方面本发明设计的散热片装置，能够在整条芯片框架上进行整体封装，然后通过切割技术将一颗颗芯片进行分割独立，提升了工作效率，并且降低了制作成本，使得芯片的散热片工艺更具工业化应用能力。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案做详细描述。

请参见图1和图2，图1是本发明的半导体散热片装置的整体示意图，图2是图1中的AA剖面图。如图所示，该半导体散热片装置10，包括散热片框架11和设置在所述散热片框架11内、由复数个散热片单体12组成的散热片阵列。

散热片框架11作为该散热片装置10的支撑件，为内部的散热片阵列提供具有一定机械强度的支撑，同时该散热片框架11限定了散热片装置10的大小，作为不同型号和类型的芯片使用时，可以具体设计对应的散热片框架11尺寸。进一步的，在该散热片框架11上，可以设置若干个凸点15，这些凸点15可以按照一定的规律排布在框架11的周边上，比如图1中所示的在散热片框架11的长边上具有更多的凸点15，凸点之间的距离可以是将每条边等分，也可以更加靠拢中间位置，总之能够将整个散热片装置10进行固定即可。在后续的封装工艺中，可以使用这些凸点15嵌入到对应的固定槽中，从而对该散热片装置进行固定。当然将凸点15设计成固定槽，而在封装片上设计相应的固定凸点，也是可行的方案，作为本领域技术人员而言，应当明了这种简单的替换也是属于本发明的保护范围之内。

所述每个散热片单体12包括散热片主体121和设置在所述散热片主体121四周的四个支撑脚122。散热片主体121为芯片提供散热，该散热片主体121通常为金属薄片，优选为正方形或圆形。散热片主体121的大小视所需封装的芯片大小而定，设计时需要考虑散热效率和与芯片的尺寸匹配度，如果过大，则会影响相邻芯片之间的装载，所以需要在满足尺寸匹配的情况下尽可能做大散热面积。

所述四个支撑脚122沿着所述散热片主体121外侧向下延伸，使得所述散热片主体121隆起并在该散热片主体121下方形成容置空间，相邻的两个散热片单体12相交于相对设置的两个支撑脚122上，且相交处形成所述相邻的两个散热片单体12的分割点，该散热片阵列处于同一直线处的分割点形成该散热片阵列的分割线13，如图1中的虚线所示。当芯片封装完成后，进行切割时，可以沿着这些横向以及纵向的分割线13进行切割，这样就可以得到一颗颗独立的封装芯片。

请再参见图2，所述支撑脚122向下延伸至最低点后又沿着外侧方向向上延伸，形成折弯结构。该折弯结构的弯折处具有平坦底部的凹槽123，该凹槽123的底部形成该散热片单体的支撑点，即每个支撑脚122实际与芯片单元接触的点(或面)在该凹槽123的平坦底部。另一方面，在本发明中，该四个支撑脚122至少大部分会覆盖在封装胶底部，此时有该折弯结构，尤其是底部的凹槽123存在时，封装胶可以更好的与支撑脚122接触并提供咬合力，从而让散热片不容易从封装胶中脱落。

进一步的，当所述散热片主体121为圆形时，所述四个支撑脚122均匀的分布在所述圆形散热片主体121的四周，当所述散热片主体121为正方形时，所述四个支撑脚122设置在所述正方形散热片主体121的四个角上或四条边的中心处。

下面，就本发明的封装方法做详细介绍，请参见图3-图6，图3是本发明封装方法的流程示意图，图4-图6是封装过程中部分工艺形成的状态结构图。如图所示，该封装方法包括：

S1、提供如上所述的散热片装置；

S2、提供对应所述散热片装置的封装片20，如图4、图5和图6所示，所述封装片20包括封装框架21和设置在该封装框架21内、由复数颗芯片单元22构成的芯片单元阵列(如图4中虚线所示的内部截面示意)，所述芯片单元22包括芯片221和装载该芯片221的基板222，所述芯片单元阵列中的每一芯片单元22与所述散热片阵列中的每一散热片单体12具有对应关系。此处的对应关系是指，每一颗芯片单元22对应一个散热片单体12，并且芯片221能够被散热片主体121覆盖。

S3、对准所述散热片装置10和所述封装片20，使所述每一颗芯片单元22落入对应的所述散热片单体12的容置空间内，如图5所示，所述封装框架21上设有与所述若干个凸点15对应的若干个固定槽25，对准所述散热片装置10和所述封装片20时，所述凸点15嵌入所述固定槽25内，使所述散热片装置10和所述封装片20被固定。

S3、注入封装胶30，使所述封装胶30充满所述容置空间并覆盖至少部分外延的支撑脚122。如图6所示，在填充封装胶30时，所述封装胶30的填充高度与所述散热片主体121的隆起高度一致，使得所述散热片主体121的上表面露出在所述封装胶30外。由于每个散热片单体12的四个支撑脚122之间的间隙较大填充的封装胶30比较容易进入由散热片主体121隆起形成的容置空间，进而对芯片进行覆盖，同时外部的封装胶30会对四个支撑脚122进行覆盖，从而将散热片单体12整个埋在封装胶30里，只露出散热片主体121的上表面。该露出的上表面，可以通过后续在上面安装其它散热装置进行进一步的散热，比如通过硅胶安装主动散热装置或被动散热装置。

请参见图7，图7是另一实施例下的BB剖面图，图6给出的实施例中，芯片采用基板进行承载，而在该实施例中，芯片采用引线框架222’进行承载，此时引线框架222’需要设计与芯片阵列匹配的表面结构，比如在对应每一颗芯片的位置设置基岛，而在对应引线的地方设置焊盘，从而能够让本发明的散热装置形成一个统一的整体。

S4、固化所述封装胶。

S5、沿所述分割线对该封装片进行切割，形成单颗封装芯片。该过程中，由于分割线13已经被封装胶覆盖，所以无法直接获取每条分割线的位置，此时可以在封装框架21上制作对位标记，通过对位比较，让切割机台获取初始位置，然后按照预先设计好的切割线路进行切割即可。不同型号的封装芯片进行切割时，只需调整预先设计的切割线路即可，大大提升切割效率。

最后请参见图8，图8是根据本发明的封装方法制作得到的封装结构示意图，如图所示，该单颗封装芯片结构具有与封装胶30一体的散热片单体12，使得整体的机械强度提升的同时，由于散热片单体12契合在整个封装工艺中，因此可以正对不同封装工艺中的器件进行使用，从而避免了不同封装芯片因封装之后的形状、尺寸问题所带来的不适应问题。

综上所述，本发明设计了一种半导体封装散热片结构，使若干颗散热片可整合为一条散热片框架。封装框架配合其设计，即可在塑封制程先后完成散热片的安装与塑封，后通过封装后段切割完成散热片之间的分离。将散热片单颗作业方式优化为整条作业，提升作业效率。针对FBGA,LGA,QFN此类塑封区域包含整体上芯区域无空隙的封装类型，给出了散热片的定位方式及分离方法，扩展了散热片的在此类封装类型上的应用。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (9)

1.一种半导体散热片装置，其特征在于：包括散热片框架和设置在所述散热片框架内、由复数个散热片单体组成的散热片阵列，所述每个散热片单体包括散热片主体和设置在所述散热片主体四周的四个支撑脚，所述四个支撑脚沿着所述散热片主体外侧向下延伸，使得所述散热片主体隆起并在该散热片主体下方形成容置空间，相邻的两个散热片单体相交于相对设置的两个支撑脚上，且相交处形成所述相邻的两个散热片的分割点，该散热片阵列处于同一直线处的分割点形成该散热片阵列的分割线。

2.如权利要求1所述的半导体散热片装置，其特征在于：所述支撑脚向下延伸至最低点后又沿着外侧方向向上延伸，形成折弯结构。

3.如权利要求2所述的半导体散热片装置，其特征在于：所述折弯结构的弯折处具有平坦底部的凹槽，该凹槽的底部形成该散热片单体的支撑点。

4.如权利要求1所述的半导体散热片装置，其特征在于：所述散热片主体为圆形或正方形，当所述散热片主体为圆形时，所述四个支撑脚均匀的分布在所述圆形散热片主体的四周，当所述散热片主体为正方形时，所述四个支撑脚设置在所述正方形散热片主体的四个角上或四条边的中心处。

5.如权利要求4所述的半导体散热片装置，其特征在于：所述散热片框架上设有若干个凸点。

6.一种封装方法，其特征在于：

提供如权利要求1-5任意一项所述的散热片装置；

提供对应所述散热片装置的封装片，所述封装片包括封装框架和设置在该封装框架内、由复数颗芯片单元构成的芯片单元阵列，所述芯片单元包括芯片和装载该芯片的基板或引线框架，所述芯片单元阵列中的每一芯片单元与所述散热片阵列中的每一散热片单体具有对应关系；

对准所述散热片装置和所述封装片，使所述每一颗芯片单元落入对应的所述散热片单体的容置空间内；

注入封装胶，使所述封装胶充满所述容置空间并覆盖至少部分外延的支撑脚；

固化所述封装胶；

沿所述分割线对该封装片进行切割，形成单颗封装芯片。

7.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于：所述封装框架上设有与所述若干个凸点对应的若干个固定槽，对准所述散热片装置和所述封装片时，所述凸点嵌入所述固定槽内，使所述散热片装置和所述封装片被固定。

8.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于：所述封装胶的填充高度与所述散热片主体的隆起高度一致，使得所述散热片主体的上表面露出在所述封装胶外。

9.一种使用如权利要求6-8任意一项所述的封装方法制备得到的封装结构。

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