TW202036815A

TW202036815A - 具內散熱器的半導體封裝結構及其製法

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Publication number: TW202036815A
Application number: TW108114416A
Authority: TW
Inventors: 蘇庭鋒; 潘吉良; 楊啓銘
Original assignee: 力成科技股份有限公司
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US20200312734A1

Abstract

本發明係一種具內散熱器的半導體封裝結構及其製法，該半導體封裝結構係包含有一基板、一晶片及一封膠體；其中該基板包含有一內嵌式散熱器、一第一線路表面及一第二線路表面，且該內嵌式散熱器有第一表面及第二表面，而該內嵌式散熱器的第二表面係與該第二線路表面共平面；該晶片具有一主動面及一背面，該背面係透過一熱介面材料層設置在該內嵌式散熱器的第一表面上，該主動面電性連接至該第一線路表面；該封膠體係形成在第一線路表面，並包覆該晶片。晶片產生熱的快速地透過散熱器散逸至空中，以提升半導體封裝結構的散熱效能。

Description

具內散熱器的半導體封裝結構及其製法

本發明係關於一種半導體封裝結構及其製法，尤指一種具內散熱器的半導體封裝結構及其製法。

如圖5所示，一種半導體封裝結構50包含有一晶片51、一基板52、一封膠體53及一外散熱器54；其中該晶片51係設置在該基板52上，並由該封膠體53所包覆，而該外散熱器54係設置在該封膠體53上。由於該外散熱器54設置在該封膠體53上，可將晶片51於運作時產生的熱散逸至空中；因此，該晶片51的運作溫度可維持在正常範圍數值內，保持該晶片51正常運作。

當晶片51溫度快速上升時，由於該封膠體53的導熱係數低，使得設置在其上的外散熱器54必須花更多時間將晶片51的溫度降低正常範圍數值內；因此，使用外散熱器54的半導體封裝結構50的散熱效能差，而有必要進一步改良之。

有鑑於前揭使用外散熱器的半導體封裝結構的散熱效率差，本發明主要發明目的係提供一種具內散熱器的半導體結構，以提升半導體封裝結構的散熱效率。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該半導體封裝結構包含有：一基板，係包含有一貫穿孔、一散熱器、一第一線路表面及一第二線路表面；其中該散熱器係設置在該貫穿孔中，並包含有一第一表面及一第二表面，該基板的第二線路表面係與該散熱器的第二表面共平面；一晶片，係設置在該基板上，並具有一主動面及一背面；其中該背面係透過一熱介面材料層設置在該散熱器的第一表面，且該主動面係電性連接至該基板的第一線路表面；以及一封膠體，係形成在該基板的第一線路表面，並包覆該晶片於其中。

由上述可知，在本發明半導體封裝結構中，該散熱器係內嵌在該基板中，該晶片的背面透過熱介面材料層與該散熱器的第一表面接觸，使得晶片的熱可以快速傳導至該散熱器；再者，因為該散熱器的第二表面係自該基板外露並與空氣接觸，該散熱器所吸收晶片的熱可散散逸至空中；因此，該半導體封裝結構的散熱效能可提升。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該半導體封裝結構的製法包含有以下步驟： (a) 準備一覆晶封裝結構及一具內嵌式散熱器的基板；其中該基板係包含有一第一線路表面及一第二線路表面，而該內嵌式散熱器具有一第一表面及一第二表面；其中該第二線路表面及該散熱器的第二表面係共平面； (b) 形成一熱介面材料層於該覆晶封裝結構的一背面或該內嵌式散熱器的第一表面； (c) 將該覆晶封裝結構設置在該基板的第一線路表面上，以電性連接至該基板；其中該覆晶封裝結構係透過該熱介面材料層設置在該內嵌式散熱器的第一表上；以及 (d) 形成一封膠體於該基板的第一線路表面上，以包覆該覆晶封裝結構。

由上述可知，本發明半導體封裝結構的製法係使用具內嵌式散熱器的基板，使得該晶片的背面透過熱介面材料層與該散熱器的第一表面接觸，讓晶片的熱可以快速傳導至該散熱器；再者，因為該散熱器的第二表面係自該基板外露並與空氣接觸，該散熱器所吸收晶片的熱可散散逸至空中；因此，該半導體封裝結構的散熱效能可提升。此外，由於具內嵌式散熱器的基板已預先製作完成，故不會於本發明製法中增加複雜的製程步驟。

本發明係針對半導體封裝結構的散熱問題提出改善，並提出一種新的半導體封裝結構及製法，以下謹以複數實施例並配合圖式詳加說明本發明技術內容。

首先請參閱圖1所示，係為本發明半導體封裝結構的第一實施例，該半導體封裝結構係包含一基板10、一晶片20及一封膠體30。

該基板10包含有一貫穿孔11、一散熱器12、一第一線路表面13及一第二線路表面14；其中該散熱器12係設置在該貫穿孔11中，該第一線路表面13包含多個第一外接墊131，而該第二線路表面14包含有多個第二外接墊141。該散熱器12係包含有一第一表面121及一第二表面122，該第二表面122與該基板10的第二線路表面14共平面；於本實施例中，該基板10進一步包含多個錫球15，且該些錫球係分別設置在對應的第二外接墊141上。

該晶片20係設置在該基板10上，且包含有一主動面21及一背面22，該背面22係透過一熱介面材料層16設置在該散熱器12的第一表面121上，而該主動面121係電性連接至該基板10的第一線路表面13。在本實施例中，該主動面21係透過一中介層23電性連接至該基板10的第一線路表面13，該中介層23具有多個金屬柱231及多個錫球232，該晶片20的主動面21設置在該中介層23上，且一底膠24(unferfill)形成在該晶片20的主動面21與該中介層23之間，以構成一覆晶封裝結構。該些金屬柱231係靠近該晶片20的側壁，但該底膠24未覆蓋該些金屬柱231，至於該些錫球232則分別形成在金屬柱231上，使該些金屬柱231分別錫接至該基板10的第一線路表面13的上所對應第一外接墊131。

該封膠體30係形成在該基板10的第一線路表面13上，以包覆該晶片20；於本實施例，該封膠體30進一步包覆該中介板23、該底膠24、該些金屬柱231及該些錫球232。該封膠體30的熱導係數係低於該熱介面材料層16(如銀膠或相似產品)的熱導係數。

請參閱圖2所示，係為本發明半導體封裝結構1a的第二實施例，其大多結構與圖1所示之第一實施例相同，惟本實施例進一步包含一銲錫層17，該銲錫層17係形成在該散熱器12的第二表面122上。

再請參閱圖3所示，上述半導體封裝結構1係設置在一電路板40上，該電路板40包含有多個金屬墊41及金屬板42；此外，該金屬板42可由銅或鋁等金屬製成，以電性連接至接地端GND。在第一及第二實施例中，該基板10的該些錫球14分別銲接至該些金屬墊41，以第一實施例來說，該散熱器12的第二表面122可透過銲錫料17a銲接至金屬板42，而於第二實施例，該銲錫層17係直接銲接至該金屬板42。

如圖4A至圖4B所示，為圖1所示之半導體封裝結構的製法，其包含有步驟(a)至(d)及步驟(e)。

請參閱圖4D所示，在步驟(a)中，係準備一覆晶封裝結構及一基板10；該基板10具有一內嵌式散熱器12、第一線路表面13及一第二線路表面14，該內嵌式散熱器12具有一第一表面121及一第二表面122，該基板10的第二線路表面14係與該內嵌式散熱器12共平面；於本實施例中，如圖4A至圖4C所示，步驟(a)係進一步包含(a1)準備一中介層23及一晶片20；其中該中介層23係包含有多個金屬柱231，而該晶片20具有一主動面21及一背面22；(a2)將該晶片20的主動面21 設置在該中介層23上，並與中介層23電性連接；(a3)於該晶片20的主動面21與該中介層23之間形成有底膠24；其中該些金屬柱231及該晶片20的背面22係外露，未覆蓋有底膠24；以及(a4)在該些金屬柱231上分別形成有一錫球232。

如圖4D所示，在步驟(b)中，將一熱介面材料層16形成在該內嵌式散熱器12的第一表面121；於本實施例中，該覆晶封裝結構的背面22即為該晶片20的背面22；於另一實施例中，該熱介面材料層16也可形成在該覆晶封裝結構的背面22。

如圖4E所示，在步驟(c)所示，將該覆晶封裝結構設置在該基板10的第一線路表面13上，以電性連接至該基板10，而該覆晶封裝結構的晶片20的背面22係透過該熱介面材料層16設置在該內嵌式散熱器12的第一表面121；同時，該些金屬柱231係分別銲接至該基板10的第一線路表面13上的多個第一外接墊131。

如圖4F所示，在步驟(d)中，於該基板10的第一線路表面13上形成一封膠體30，以覆蓋該覆晶封裝結構；該封膠體30的熱導係數係低於該熱介面材料層16的熱導係數。

如圖4F所示，在步驟(e)中，多個錫球15係分別形成在該基板之第二線路表面14的多個第二外接墊141；同時，如圖2所示，一銲錫層17係形成在該內嵌式散熱器12的第二表面122，以完成本發明第二實施例的該半導體封裝結構1a。

如圖3所示，上述製法係進一步包含一步驟(f)，於步驟(f)中，該基板10係設置在一電路板40上；於本實施例中，該電路板40具有多個金屬墊41及多個金屬板42，各該錫球15係銲接至對應的金屬墊41，該銲錫層17係銲接至該金屬板42；於本實施例中，該金屬板42可電性連接至接地端GND，並可由銅、鋁或其他金屬製成。

綜上所述，在本發明半導體封裝結構的製法中，係使用一具有內嵌式散熱器的基板，使得該晶片的背面透過熱介面材料層與該散熱器的第一表面接觸，讓晶片的熱可以快速傳導至該散熱器；再者，因為該散熱器的第二表面係自該基板外露並與空氣接觸，該散熱器所吸收晶片的熱可散散逸至空中；因此，該半導體封裝結構的散熱效能可提升。此外，由於具內嵌式散熱器的基板已預先製作完成，故不會於本發明製法中增加複雜的製程步驟。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

1、1a:半導體封裝結構 10:基板 11:貫穿孔 12:散熱器 121:第一表面 122:第二表面 13:第一線路表面 131:第一外接墊 14:第二線路表面 141:第二外接墊 15:錫球 16:熱介面材料層 17:銲錫層 17a:銲錫料 20:晶片 21:主動面 22:背面 23:中介層 231:金屬柱 232:錫球 24:底膠 30:封膠體 40:電路板 41:金屬墊 42:金屬柱 50:半導體封裝結構 51:晶片 52:基板 53:封膠體 54:外散熱器

圖1：本發明半導體封裝結構的第一實施例的剖面圖。圖2：本發明半導體封裝結構的第二實施例的剖面圖。圖3：本發明半導體封裝結構設置在一電路板上的剖面圖。圖4A至圖4F：對應本發明半導體結構製法中各步驟的半導體結構的剖面圖。圖5：既有一半導體封裝結構的剖面圖。

1:半導體封裝結構

10:基板

11:貫穿孔

12:散熱器

121:第一表面

122:第二表面

13:第一線路表面

131:第一外接墊

14:第二線路表面

141:第二外接墊

15:錫球

16:熱介面材料層

20:晶片

21:主動面

22:背面

23:中介層

231:金屬柱

232:錫球

24:底膠

30:封膠體

Claims

一種半導體封裝結構，包括：一基板，係包含有一貫穿孔、一散熱器、一第一線路表面及一第二線路表面；其中該散熱器係設置在該貫穿孔中，並包含有一第一表面及一第二表面，該基板的第二線路表面係與該散熱器的第二表面共平面；一晶片，係設置在該基板上，並具有一主動面及一背面；其中該背面係透過一熱介面材料層設置在該散熱器的第一表面，且該主動面係電性連接至該基板的第一線路表面；以及一封膠體，係形成在該基板的第一線路表面，並包覆該晶片於其中。
如請求項1之半導體封裝結構，係進一步包含有：一中介層，其上設置有該晶片的主動面，並包含有多個金屬柱，該些金屬柱係分別銲接在該基板之第一線路表面上的多個第一外接墊；一底膠，係形成於該中介板與該晶片之間；以及多個錫球，係分別設置在該基板之第二線路表面上的多個第二外接墊上。
如請求項2之半導體封裝結構，係進一步包含：一銲錫層，係形成在該散熱器的第二表面；以及一電路板，係包含有：多個金屬墊，係與該基板的對應錫球銲接；以及一金屬墊，係與該銲錫層銲接。
如請求項3之半導體封裝結構，該熱介面材料層的導熱係數係高於該封膠層之導熱係數。
如請求項4之半導體封裝結構，其中：該金屬板係由銅或鋁製成；以及該熱介面材料層係為銀膠。
一種半導體封裝結構的製法，包含以下步驟： (a) 準備一覆晶封裝結構及一具內嵌式散熱器的基板；其中該基板係包含有一第一線路表面及一第二線路表面，而該內嵌式散熱器具有一第一表面及一第二表面；其中該第二線路表面及該散熱器的第二表面係共平面； (b) 形成一熱介面材料層於該覆晶封裝結構的一背面或該內嵌式散熱器的第一表面； (c) 將該覆晶封裝結構設置在該基板的第一線路表面上，以電性連接至該基板；其中該覆晶封裝結構係透過該熱介面材料層設置在該內嵌式散熱器的第一表上；以及 (d) 形成一封膠體於該基板的第一線路表面上，以包覆該覆晶封裝結構。
如請求項6所述之製法，其中步驟(a)係包含： (a1) 準備一中介層及一晶片；其中該中介層係包含有多個金屬柱，該晶片具有一主動面及一背面； (a2) 將該晶片的主動面設置在該中介層上，並與中介層電性連接； (a3) 於該晶片的主動面與該中介層之間形成有底膠；其中該些金屬柱及該晶片的背面係外露；以及 (a4) 在該些金屬柱上分別形成有一錫球。
如請求項7所述之製法，該熱介面材料層的導熱係數係高於該封膠層之導熱係數。
如請求項8所述之製法，其中步驟(c)中，將該些金屬柱銲接至該基板之第一線路表面的多個第一外接墊上。
如請求項9所述之製法，係進一步包含： (e) 於該基板之第二線路表面上之多個第二外接墊上分別形成有一錫球，且於該散熱器的第二表面上形成一銲錫層；以及 (f) 將該基板銲接在一電路板上；其中該電路板係包含有多個金屬墊及一金屬板，各該金屬墊係與該基板的對應錫球銲接，該金屬板與該銲錫層銲接。