TWI720796B

TWI720796B - 半導體封裝結構及其製造方法

Info

Publication number: TWI720796B
Application number: TW109102236A
Authority: TW
Inventors: 潘玉堂
Original assignee: 南茂科技股份有限公司
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-03-01
Also published as: TW202129854A; CN113224014A

Abstract

一種半導體封裝結構，包括基板、晶片、封裝膠體、散熱元件以及多個導電端子。基板具有第一表面與相對於第一表面的第二表面。晶片位於第一表面上且與基板電性連接。封裝膠體包封晶片。散熱元件位於第二表面上且部分散熱元件嵌入基板中。晶片於基板的正投影重疊於散熱元件。多個導電端子位於第二表面上且與基板電性連接。多個導電端子圍繞散熱元件。另提供一種半導體封裝結構的製造方法。

Description

半導體封裝結構及其製造方法

本發明是有關於一種封裝結構及其製造方法，且特別是有關於一種半導體封裝結構及其製造方法。

為了確保電子產品的持續小型化與多功能性，具有多功能性的半導體封裝受到期待。此外，為了滿足對前述多功能半導體封裝的需求，需進一步增加輸入/輸出(Input/output, I/O)連接端點數量。然而，增加輸入/輸出連接端點數量的同時，會使半導體封裝中的晶片運作時產生的熱能不斷提高，如此一來，晶片可能會因為過熱而導致效能衰減甚至失效。因此，如何降低半導體封裝中的晶片因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題，已成為本領域研究人員的一大挑戰。

本發明提供一種半導體封裝結構及其製造方法，其可以有效提升半導體封裝結構的散熱效率，進而降低半導體封裝結構中的晶片因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。

本發明提供一種半導體封裝結構，包括基板、晶片、封裝膠體、散熱元件以及多個導電端子。基板具有第一表面與相對於第一表面的第二表面。晶片位於第一表面上且與基板電性連接。封裝膠體包封晶片。散熱元件位於第二表面上且部分散熱元件嵌入基板中。晶片於基板的正投影重疊於散熱元件。多個導電端子位於第二表面上且與基板電性連接。多個導電端子圍繞散熱元件。

本發明提供一種半導體封裝結構的製造方法，包括提供基板，其中基板具有第一表面與相對於第一表面的第二表面。配置晶片於第一表面上且與基板電性連接。形成封裝膠體以包封晶片。形成散熱元件於第二表面上且部分散熱元件嵌入基板中。晶片於所述基板的正投影重疊於散熱元件。形成多個導電端子於第二表面上且與基板電性連接。多個導電端子圍繞散熱元件。

基於上述，本發明嵌入基板中的散熱元件可以構成晶片有效地散熱路徑，以使晶片運作時產生的熱能可以經由散熱元件從基板的第一表面傳遞至第二表面逸散出去，因此可以有效提升半導體封裝結構的散熱效率，進而降低半導體封裝結構中的晶片因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本文所使用之方向用語（例如，上、下、右、左、前、後、頂部、底部）僅作為參看所繪圖式使用且不意欲暗示絕對定向。

除非另有明確說明，否則本文所述任何方法絕不意欲被解釋為要求按特定順序執行其步驟。

以下將參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。相同或相似之標號表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

圖1A至圖1I是依據本發明一實施例的半導體封裝結構的部分製造方法的部分剖面示意圖。請參考圖1A，首先，提供多層板10，其中多層板10可以是由核心層12以及形成於核心層12上的導電層所構成。舉例而言，導電層可以包括形成於核心層12的上表面12a的第一導電層14以及形成於核心層12的下表面12b的第二導電層16所構成。換句話說，如圖1A所示，多層板110可以是由第二導電層16、核心層12以及第一導電層14依序堆疊的三層結構，但本發明不限於此，多層板的層數與各層的排列方式都可以視實際需求而定。

在一些實施例中，第一導電層14與第二導電層16的材料可以是導電金屬或合金。舉例而言，第一導電層14與第二導電層16的材料例如是銅、鋁或其合金，但本發明不限於此，第一導電層14與第二導電層16的材料可以是其他適宜的導電材料。

請同時參考圖1A與圖1B，移除部分核心層12與部分導電層，以形成貫穿多層板10的開口OP1，其中移除部分導電層可以是移除部分第一導電層14與部分第二導電層16。換句話說，剩餘的核心層112、剩餘的第一導電層1141與剩餘的第二導電層1161可以分別具有位於開口OP1兩側的多個部分。

請參考圖1C，填充導熱材料於開口OP1中，以形成散熱塊120，其中散熱塊120可以構成一散熱路徑。舉例而言，導熱材料可以是填滿開口OP1，因此散熱塊120的頂面120a可以與剩餘的第一導電層1141的外表面1141a實質上共面，而散熱塊120的底面120b可以與剩餘的第二導電層1161的外表面1161a實質上共面。在一些實施例中，導熱材料可以是導熱效率較好的金屬或其合金。舉例而言，導熱材料例如是銅。填充導熱材料的方法例如是電鍍。

請同時參考圖1C與圖1D，對剩餘的導電層進行圖案化製程，以形成圖案化線路層，其中剩餘的核心層112與圖案化線路層構成基板130。舉例而言，對剩餘的第一導電層1141以及剩餘的第二導電層1161進行圖案化製程，以分別形成第一圖案化線路層114以及第二圖案化線路層116。在本實施例中，基板130具有第一表面130a與相對於第一表面130a的第二表面130b，其中第一表面130a可以是第一圖案化線路層114暴露出的表面，而第二表面130b可以是第二圖案化線路層116暴露出的表面，且散熱塊120嵌入基板130中。散熱塊120可以貫穿基板130而顯露於第一表面130a。圖案化製程例如是微影蝕刻製程。

另一方面，圖案化線路層可以具有多個開口，以暴露出部分核心層112。舉例而言，第一圖案化線路層114可以具有多個開口OP2，第二圖案化線路層116可以具有多個開口OP3，以分別暴露出部分核心層112。

應說明的是，本發明的基板130不限制於前述以多層板10的製造方法所製成的基板130，只要基板130的第一表面130a與第二表面130b上具有適宜的導電線路且散熱塊120可以嵌入基板130中，皆屬於本發明的保護範圍。此外，本發明不限制前述開口的形成方法，前述開口可以以適宜的方法所形成。舉例而言，可以藉由蝕刻製程以形成前述開口。

請參考圖1E，為了避免基板130的第一表面130a與第二表面130b上的導電線路產生短路及氧化，可以於基板130上形成防銲層，以包覆圖案化線路層且部分防銲層可以位於開口。舉例而言，可以於基板130的第一表面130a上形成第一防銲層1421，以包覆第一圖案化線路層114且部分第一防銲層1421位於開口OP2中，可以於基板130的第二表面130b上形成第二防銲層1441，以包覆第二圖案化線路層116部分第二防銲層1441位於開口OP3中。防銲層的材料例如是綠漆，但本發明不限於此。防銲層可以藉由適宜的方法所形成。

請同時參考圖1E與圖1F，對防銲層進行圖案化製程，以形成圖案化防銲層。舉例而言，對第一防銲層1421與第二防銲層1441進行圖案化製程，以分別形成第一圖案化防銲層142與第二圖案化防銲層144。圖案化防銲層可以根據實際設計需求而具有不同圖案。舉例而言，第一圖案化防銲層142可以具有至少一開口OP4，其中至少一開口OP4可以暴露出部分第一圖案化線路層114與散熱塊120的頂面120a，而第二圖案化防銲層144可以具有多個開口OP5，其中多個開口OP5暴露出部分第二圖案化線路層116與散熱塊120的底面120b。於本實施例中，更進一步地在後續暴露出的電性接點上進行表面處理(電鍍)。

請參考圖1G，於第一表面130a上配置晶片150且晶片150與基板130電性連接，且晶片150於基板130上的正投影與散熱塊120重疊，因此晶片150可以透過嵌入基板130中的散熱塊120進行散熱，將晶片150運作時產生的熱能從基板130的第一表面130a傳遞至第二表面130b。在本實施例中，晶片150可以是位於第一圖案化防銲層142的開口OP4中，且晶片150可以是以覆晶接合的方式配置於第一表面130a上，因此晶片150上具有散熱或接地功能的凸塊可以直接與散熱塊120接觸，以縮短晶片150的散熱路徑，但本發明不限於此。在此，本發明不限制晶片150的種類，可以視實際設計需求而定。

請參考圖1H，為了防止水氣或外界異物入侵，進而對半導體封裝結構100造成影響，例如鏽蝕、短路或功能失常等，可以形成封裝膠體160以包封晶片150。在本實施例中，部分封裝膠體160可以填充至開口OP4中，因此封裝膠體160可以與部分第一圖案化線路層114直接接觸，但本發明不限於此。封裝膠體160的材料例如是環氧模壓樹脂（Epoxy Molding Compound, EMC），而封裝膠體160例如是藉由模封製程所形成。

請參考圖1I，為使本發明達到更佳的散熱效果，亦可選擇性的接合一散熱模組172於散熱塊120上，其中散熱塊120與散熱模組172構成散熱元件170。舉例而言，散熱模組172可以位於基板130的第二表面130b上，且散熱模組172可以直接連接至嵌入基板130中的散熱塊120以構成散熱元件170。晶片150於基板130的正投影重疊於散熱元件170，且散熱模組172可以是凸設於第一圖案化線路層114。散熱模組172例如是金屬片，其中金屬片可以藉由散熱膠20連接於散熱塊120上，但本發明不限於此。應說明的是，在其他實施例中，散熱模組172可以具有其他不同態樣。

嵌入基板130中的散熱元件170可以構成晶片150有效地散熱路徑，如圖1I中的箭頭所示，以使晶片150運作時產生的熱能可以經由散熱元件170從基板130的第一表面130a傳遞至第二表面130b逸散出去，因此可以有效提升半導體封裝結構100的散熱效率，進而降低半導體封裝結構100中的晶片150因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。

請繼續參考圖1I，於第二表面130b上還可以形成多個導電端子180且導電端子180與基板130電性連接，其中導電端子180後續可以進一步與其他元件連接，例如是PCB電路板。在本實施例中，多個導電端子180可以圍繞散熱元件170。換句話說，多個導電端子180可以位於散熱元件170的兩側。導電端子180可以是錫球，但本發明不限於此。在一實施例中，可以對導電端子180進行迴焊製程，以提升導電端子180與基板130之間的黏著力。經過上述製程後即可大致上完成本實施例之半導體封裝結構100的製作。其中，更應說明的是，散熱元件170的下表面可以選擇性的與外部元件(例如電路板)直接接觸，形成熱傳導散熱路徑，或亦可選擇性的與外部元件保持一段間距，利用空氣流通來達到散熱，無論是接觸或是非接觸，均屬於本發明之範圍。

在此必須說明的是，以下實施例沿用上述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明，關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2是依據本發明另一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的半導體封裝結構200類似於上述實施例的半導體封裝結構100，而其差別在於：晶片150以打線接合的方式配置於第一表面130a上。舉例而言，晶片150可以藉由導線L連接第一圖案化線路層114，以形成電性連接。在本實施例中，封裝膠體160的高度可以高於導線L的高度以完全包覆導線L。

圖3是依據本發明又一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的半導體封裝結構300類似於上述實施例的半導體封裝結構100，而其差別在於：半導體封裝結構300更包括電路板390，且散熱模組372可以是熱導管。舉例而言，電路板390位於散熱元件370與多個導電端子180上，其中多個導電端子180與散熱元件370可以與電路板390直接接觸，以使晶片150運作時產生的熱能可以進一步透過電路板390傳遞出去，因此可以更有效提升半導體封裝結構300的散熱效率，進而降低半導體封裝結構300中的晶片150因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。

圖4是依據本發明再一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的半導體封裝結構400類似於上述實施例的半導體封裝結構300，而其差別在於：散熱元件470中的散熱模組472可以是水冷式散熱器。在此，水冷式散熱器例如是藉由相變化來達到散熱的功效。

應說明的是，儘管上述實施例中僅繪示出單獨存在的散熱模組，如圖1I所示的金屬片，圖3所示的熱導管以及圖4所示的水冷式散熱器，然而，本發明不限於此，散熱模組可以是多種散熱構件的組合。舉例而言，散熱模組可以是金屬片、熱導管、水冷式散熱器的組合。

圖5是依據本發明又再一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的半導體封裝結構500類似於上述實施例的半導體封裝結構100，而其差別在於：散熱元件170與電路板390之間可以藉由如散熱材料592(散熱膏、散熱或錫膏)連接，因此可以更進一步有效提升半導體封裝結構500的散熱效率，進而降低半導體封裝結構500中的晶片150因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。

綜上所述，本發明嵌入基板中的散熱元件可以構成晶片有效地散熱路徑，以使晶片運作時產生的熱能可以經由散熱元件從基板的第一表面傳遞至第二表面逸散出去，因此可以有效提升半導體封裝結構的散熱效率，進而降低半導體封裝結構中的晶片因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。此外，半導體封裝結構可以更包括位於散熱元件與多個導電端子上的電路板且散熱模組可以具有不同態樣，以更進一步有效提升半導體封裝結構的散熱效率，進而降低半導體封裝結構中的晶片因為過熱而導致效能衰減甚至失效的問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:多層板 12、112:核心層 12a:上表面 12b:下表面 14、1141:第一導電層 16、1161:第二導電層 20:散熱膠 100、200、300、400、500:半導體封裝結構 114:第一圖案化線路層 116:第二圖案化線路層 1141a、1161a:外表面 120:散熱塊 120a:頂面 120b:底面 130:基板 130a:第一表面 130b:第二表面 142:第一圖案化防銲層 144:第二圖案化防銲層 1421:第一防銲層 1441:第二防銲層 150:晶片 160:封裝膠體 170、370、470:散熱元件 172、372、472:散熱模組 180:導電端子 390:電路板 592:散熱膏 L:導線 OP1、OP2、OP3、OP4、OP5:開口

圖1A至圖1I是依據本發明一實施例的半導體封裝結構的部分製造方法的部分剖面示意圖。圖2是依據本發明另一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。圖3是依據本發明又一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。圖4是依據本發明再一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。圖5是依據本發明又再一實施例的半導體封裝結構的部分剖面示意圖。

20:散熱膠

100:半導體封裝結構

120:散熱塊

130:基板

130a:第一表面

130b:第二表面

142:第一圖案化防銲層

144:第二圖案化防銲層

150:晶片

160:封裝膠體

170:散熱元件

172:散熱模組

180:導電端子

Claims

一種半導體封裝結構，包括：基板，具有第一表面與相對於所述第一表面的第二表面；晶片，位於所述第一表面上且與所述基板電性連接；封裝膠體，包封所述晶片；散熱元件，位於所述第二表面上且部分所述散熱元件嵌入所述基板中，其中所述晶片於所述基板的正投影重疊於所述散熱元件，其中所述散熱元件包括散熱塊與接合於所述散熱塊的散熱模組，且所述散熱塊貫穿所述基板而顯露於所述第一表面，所述散熱模組凸設於所述第二表面；以及多個導電端子，位於所述第二表面上且與所述基板電性連接，其中所述多個導電端子圍繞所述散熱元件。
如請求項1所述的半導體封裝結構，其中所述散熱模組包括金屬片、熱導管、水冷式散熱器或其組合。
如請求項1所述的半導體封裝結構，更包括電路板，位於所述散熱元件與所述多個導電端子上，其中所述多個導電端子與所述電路板直接接觸。
如請求項3所述的半導體封裝結構，其中所述散熱元件與所述電路板直接接觸。
如請求項3所述的半導體封裝結構，其中所述散熱元件與所述電路板之間藉由散熱膏、散熱膠或錫膏連接。
一種半導體封裝結構的製造方法，包括：提供多層板，其中所述多層板包括核心層以及形成於所述核心層上的導電層；移除部分所述核心層與部分所述導電層，以形成貫穿所述多層板的開口；填充導熱材料於所述開口中，以形成散熱塊；對剩餘的所述導電層進行圖案化製程，以形成圖案化線路層，其中剩餘的所述核心層與所述圖案化線路層構成基板，其中所述基板具有第一表面與相對於所述第一表面的第二表面；配置晶片於所述第一表面上且與所述基板電性連接；形成封裝膠體，以包封所述晶片；接合散熱模組於所述散熱塊上，且所述散熱模組凸設於所述圖案化線路層，其中所述散熱塊與所述散熱模組構成所述散熱元件形成於所述第二表面上且部分所述散熱元件嵌入所述基板中，其中所述晶片於所述基板的正投影重疊於所述散熱元件；以及形成多個導電端子於所述第二表面上且與所述基板電性連接，其中所述多個導電端子圍繞所述散熱元件。
如請求項6所述的半導體封裝結構的製造方法，其中所述導熱材料填滿所述開口。
如請求項6所述的半導體封裝結構的製造方法，其中所述晶片以覆晶接合或打線接合的方式配置於所述第一表面上。