TWI855669B - 電子封裝件及其製法 - Google Patents

Abstract

一種電子封裝件及其製法，主要於一承載結構上之電子元件上設置一具有開口之散熱件，以將散熱材形成於該開口中，再將散熱蓋設於該開口上以遮蓋該散熱材，避免因該散熱材流失而造成該電子元件散熱不足的問題。

Description

電子封裝件及其製法

本發明係有關一種封裝製程，尤指一種具散熱結構之電子封裝件及其製法。

隨著電子產品在功能及處理速度之需求的提升，作為電子產品之核心組件的半導體晶片需具有更高密度之電子元件(Electronic Components)及電子電路(Electronic Circuits)，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能。再者，由於傳統包覆該半導體晶片之封裝膠體係為一種導熱係數僅0.8瓦/(公尺．克耳文)(W．m-1．k-1)之不良傳熱材質(即熱量之逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散半導體晶片所產生之熱量，將會造成半導體晶片之損害與產品信賴性問題。

因此，為了迅速將熱能散逸至外部，業界通常在半導體封裝件中配置散熱片(Heat Sink或Heat Spreader)，該散熱片通常藉由散熱膠，如導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)，結合至半導體晶片背面，以藉散熱膠與散熱片逸散出半導體晶片所產生之熱量；再者， 通常令散熱片之頂面外露出封裝膠體或直接外露於大氣中，俾取得較佳之散熱效果。

如圖1所示，習知半導體封裝件1係先將一半導體晶片11以其作用面11a利用覆晶接合方式(即透過導電凸塊110與底膠111)設於一具有線路層100之封裝基板10上，再將一散熱件13以其頂片130藉由TIM層12結合於該半導體晶片11之非作用面11b上，且該散熱件13之支撐腳131透過黏著層14架設於該封裝基板10上。

於運作時，該半導體晶片11所產生之熱能係經由該非作用面11b、TIM層12而傳導至該散熱件13之頂片130以散熱至該半導體封裝件1之外部。

再者，業界為了配合電子產品逐漸朝多接點(I/O)、大尺寸封裝規格、大面積及高散熱等發展趨勢，遂採用液態之散熱材，如液態金屬(Liquid Metal)之流體製作TIM層12，以取代傳統的硬質材TIM。

惟，習知半導體封裝件1中，該TIM層12為流體，其於高溫時會呈熔融狀而膨脹，使其無法穩定地鋪設於該半導體晶片11之非作用面11b上，因而會溢流至該封裝基板10上，造成該半導體晶片11之非作用面11b與該散熱件13之頂片130之間的TIM量不足，導致該半導體晶片11之散熱不足，致使該半導體封裝件1容易聚熱，以致於發生因該半導體封裝件1過熱而造成電子產品損毀之問題。

因此，如何克服上述習知技術的問題，實已成目前亟欲解決的課題。

鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明係提供一種電子封裝件，係包括：承載結構，係具有線路層；電子元件，係設於該承載結構上以電性連接該線路層；散熱件，係設於該承載結構上以遮蓋該電子元件，其中，該散熱件係具有至少一開口，以令該電子元件之部分表面外露於該開口；散熱材，係設於該開口中以接觸該電子元件；以及散熱蓋，係設於該開口上以遮蓋該散熱材。

本發明亦提供一種電子封裝件之製法，係包括：提供一具有線路層之承載結構；將至少一電子元件設於該承載結構上，以令該電子元件電性連接該線路層；將散熱件設於該承載結構上，以令該散熱件遮蓋該電子元件，其中，該散熱件係具有至少一開口，以令該電子元件之部分表面外露於該開口；將散熱材設於該開口中，以令該散熱材接觸該電子元件；以及將散熱蓋設於該開口上，以令該散熱蓋遮蓋該散熱材。

本發明另提供一種電子封裝件之製法，係包括：提供一散熱結構，其包含相互疊合之散熱蓋與散熱件，其中，該散熱件係具有至少一開口，以外露該散熱蓋；將散熱材容置於該開口中之該散熱蓋上；以及將一具有線路層之承載結構設於該散熱件上，且該承載結構與該散熱件之間設有電子元件，以令該電子元件電性連接該線路層且接觸該散熱材。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該電子元件係藉由複數導電凸塊電性連接該線路層。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱材係作為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱材係為液態。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱件係包含有一具有該開口之片狀散熱體與複數立設於該散熱體上之支撐腳，以令該散熱體以其開口容置該散熱材，且該支撐腳設於該承載結構上。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱蓋與該散熱件係相互接觸堆疊。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱蓋係黏貼於該散熱件上。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱蓋係具有至少一連通該開口之通孔。

前述之電子封裝件及其兩種製法中，該散熱蓋與該散熱件係一體成形。

由上可知，本發明之電子封裝件及其製法中，主要藉由該開口與該散熱蓋之設計，以限制該散熱材之流動範圍而避免該散熱材流失，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件可避免因該散熱材流失而造成該電子元件散熱不足的問題。

再者，本發明之製法使用現有材料及舊有製程及機台即可，而無需增設新製程及材料或購買新設備，故本發明之製法能有效控制製程成本，使本發明之電子封裝件符合經濟效益。

1:半導體封裝件

10:封裝基板

100,200:線路層

11:半導體晶片

11a,21a:作用面

11b,21b:非作用面

110,25:導電凸塊

111:底膠

12:TIM層

13,23:散熱件

130:頂片

131,23b:支撐腳

14:黏著層

2,4:電子封裝件

2a:承載結構

2b,4b,6b:散熱結構

20:介電體

20a:第一側

20b:第二側

201:電性接觸墊

202:外接墊

203:絕緣保護層

204:植球墊

21:電子元件

210:電極墊

22:散熱材

23a:散熱體

230:開口

24:包覆層

27:結合層

28,48,68:散熱蓋

29:導電元件

480:通孔

圖1係為習知半導體封裝件之剖面示意圖。

圖2A至圖2D係為本發明之電子封裝件之製法之第一實施例的剖視示意圖。

圖3A及圖3B係為圖2D之局部的立體示意圖。

圖4A係為圖2D之另一態樣的剖視示意圖。

圖4B係為圖4A之局部的立體示意圖。

圖5A至圖5B係為本發明之電子封裝件之製法之第二實施例的剖視示意圖。

圖6係為圖5A之另一態樣的剖視示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「第一」、「第二」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

圖2A至圖2D係為本發明之電子封裝件2之製法之第一實施例之剖視示意圖。

如圖2A所示，提供一承載結構2a，其具有相對之第一側20a與第二側20b，且將至少一電子元件21設於該承載結構2a之第一側20a上。

所述之承載結構2a可為如具有核心層與線路部之封裝基板(substrate)或無核心層(coreless)之線路結構。

於本實施例中，該承載結構2a係包含介電體20及結合該介電體20之線路層200，如扇出(fan out)型重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)規格。例如，該承載結構2a之第一側20a係作為置晶側，供承載該電子元件21，且該承載結構2a之第二側20b係作為植球側，以植設複數如銲球之導電元件29於該第二側20b上，俾供接置一如電路板之電子裝置(圖未示)。

再者，該第一側20a之線路層200係包含有複數外接墊202及複數電性接觸墊201，且該第二側20b之線路層200係包含有複數結合該導電元件29之植球墊204，並於該第一側20a與第二側20b分別形成一如防焊層之絕緣保護層203，使該第一側20a之外接墊202與電性接觸墊201及第二側20b之植球墊204分別外露出該絕緣保護層203。

應可理解地，該承載結構2a亦可為其它可供承載晶片之承載單元，例如矽中介板(silicon interposer)，並不限於上述。

所述之電子元件21係為主動元件、被動元件或其二者組合，且該主動元件係例如半導體晶片，而該被動元件係例如電阻、電容及電感。

於本實施例中，該電子元件21係為半導體晶片，其具有相對之作用面21a與非作用面21b，且該作用面21a具有複數電極墊210，以令該些電極墊210藉由複數如銲錫材料之導電凸塊25以覆晶方式結合及電性連接該承載結構2a之電性接觸墊201，再將如底膠之包覆層24填充 形成於該承載結構2a之第一側20a與該電子元件21之作用面21a之間，以包覆該些導電凸塊25。

於其它實施例中，該電子元件21亦可藉由複數銲線(圖未示)以打線方式電性連接該承載結構2a之電性接觸墊201；或者，該電子元件21可直接接觸該承載結構2a之電性接觸墊201。

應可理解地，且有關電子元件21電性連接承載結構2a之方式繁多，且於該承載結構2a上可接置所需類型及數量之電子元件21，並不限於上述。

如圖2B所示，將一具有開口230之散熱件23設於該電子元件21之非作用面21b上，以令該非作用面21b外露於該開口230。

於本實施例中，該散熱件23係為如銅材之金屬框架，如圖3A所示，其包含有一具有該開口230之片狀散熱體23a與複數立設於該散熱體23a上之支撐腳23b，以令該散熱體23a接觸該非作用面21b，且該支撐腳23b藉由導電膏或絕緣膠等結合層27黏固於該外接墊202上。

如圖2C所示，形成散熱材22於該開口230中，使該散熱材22接觸該電子元件21之非作用面21b。

於本實施例中，該散熱材22係具有高導熱係數，約30~80瓦/公尺．克耳文(Wm-1K-1)，以作為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。例如，該散熱材22係為液態之流體，如液態金屬、銲錫材料、矽膠材、紫外線(UV)膠材或其它熔融狀材質，其中，該液態金屬係為純質，其不包含膠材。應可理解地，有關流體TIM之種類繁多，並無特別限制。

如圖2D所示，將散熱蓋28設於該散熱體23a上以封蓋該開口230，其中，該散熱件23與散熱蓋28可視為一散熱結構2b。

於本實施例中，該散熱蓋28係為銅材之金屬片體，其無孔洞，如圖3B所示，且可藉由膠材(圖略)黏貼該散熱蓋28與該散熱件23。

於其它實施例中，如圖4A及圖4B所示之電子封裝件4，其散熱蓋48可形成有至少一貫穿該散熱蓋48以連通該開口230之通孔480，以利於容置該散熱材22。應可理解地，若該通孔480之大小合適，該散熱材22可因其黏度或液體內聚力之因素而不會流出該散熱結構4b。

因此，本發明之製法主要藉由該開口230限制該散熱材22(或液態金屬)之流動範圍，且藉由該散熱蓋28將該散熱材22(或液態金屬)封閉於該開口230中，以避免該散熱材22(或液態金屬)流失，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件2,4能避免因該散熱材22(或液態金屬)流失而造成該電子元件21散熱不足的問題。

再者，藉由該通孔480之設計，使該散熱材22(或液態金屬)能朝該通孔480進行排氣及/或洩壓，以防止於高溫時，因該該散熱材22(或液態金屬)膨脹，造成該散熱材22(或液態金屬)受壓迫而從該散熱件23與該電子元件21(或該散熱蓋48)之間的界面溢流(bleeding)、或該散熱件23(或該散熱蓋48)發生爆裂或脫層等問題。

又，本發明之製法使用現有材料及舊有製程及機台即可，而無需增設新製程及材料或購買新設備，故本發明之製法能有效控制製程成本，使本發明之電子封裝件2,4符合經濟效益。

另外，於製程開始時，若該散熱材22於常溫下為液態，則於製程中，填充該散熱材22之方式將更簡易，且亦不會造成隨意流動之問題。

圖5A至圖5B係為本發明之電子封裝件2之製法之第二實施例之剖視示意圖。本實施例與第一實施例之差異在於製程順序，故以下僅說明相異處。

如圖5A所示，提供一散熱結構2b，其包含相互疊合之散熱蓋28與散熱件23，其中，該散熱蓋28作為承載板，且該散熱件23係具有至少一開口230，以外露該散熱蓋28。接著，將該散熱材22容置於該開口230中之該散熱蓋28上。

於本實施例中，可藉由膠材(圖略)黏貼該散熱蓋28與該散熱件23。

再者，亦可採用具有通孔480之散熱蓋48作為承載板，且若該通孔480之大小合適，該散熱材22可因其黏度或液體內聚力之因素而不會流出該散熱結構4b。

如圖5B所示，將一具有線路層200之承載結構2a設於該散熱件23上，且該承載結構2a與該散熱件23之間設有至少一電子元件21，以令該電子元件21電性連接該線路層200且接觸該散熱材22。

於本實施例中，可先將該電子元件21設於該承載結構2a之第一側20a上，再將設有該電子元件21之承載結構2a設於該散熱件23之支撐腳23b上，使該電子元件21接觸靠合於該散熱體23a與該散熱材22上。

於另一實施例中，可先將該電子元件21設於該散熱體23a與該散熱材22上，再將該承載結構2a以其第一側20a接置該電子元件21並結合於該散熱件23之支撐腳23b上。

另外，於後續製程中，可於該承載結構2a之第二側20b上形成複數導電元件29。

應可理解地，由於該散熱蓋28可作為承載板，故可一體成形該散熱蓋68與該散熱件23，如圖6所示，以免用黏貼方式即可製作出散熱結構6b，故可節省黏貼該散熱蓋68與該散熱件23之膠材之費用。

因此，本發明之製法可將該散熱結構2b,6b作為承載件，以製作出該電子封裝件2,4。

本發明提供一種電子封裝件2,4，係包括一具有線路層200之承載結構2a、至少一設於該承載結構2a上以電性連接該線路層200之電子元件21、一設於該承載結構2a上以遮蓋該電子元件21之散熱件23、接觸該電子元件21之散熱材22、以及一遮蓋該散熱材22之散熱蓋28,48,68。

所述之散熱件23係具有至少一開口230，以令該電子元件21之部分表面外露於該開口230。

所述之散熱材22係形成於該開口230中

所述之散熱蓋28,48,68係設於該開口230上。

於一實施例中，該電子元件21係藉由複數導電凸塊25電性連接該線路層200。

於一實施例中，該散熱材22係作為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。

於一實施例中，該散熱材22係為液態。

於一實施例中，該散熱件23係包含有一具有該開口230之片狀散熱體23a與複數立設於該散熱體23a上之支撐腳23b，以令該散熱體23a以其開口230容置該散熱材22，且該支撐腳23b設於該承載結構2a上。

於一實施例中，該散熱蓋48係具有至少一連通該開口230之通孔480。

於一實施例中，該散熱蓋68與該散熱件23係一體成形。

綜上所述，本發明之電子封裝件及其製法中，係藉由該開口與該散熱蓋之設計，以限制該散熱材之流動範圍而避免該散熱材流失，故本發明之電子封裝件能避免因該散熱材流失而造成該電子元件散熱不足的問題。

再者，本發明之製法使用現有材料及舊有製程及機台即可，而無需增設新製程及材料或購買新設備，故本發明之製法能有效控制製程成本，使本發明之電子封裝件符合經濟效益。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

2:電子封裝件

2a:承載結構

2b:散熱結構

20:介電體

20a:第一側

20b:第二側

200:線路層

201:電性接觸墊

202:外接墊

203:絕緣保護層

204:植球墊

21:電子元件

21a:作用面

21b:非作用面

210:電極墊

22:散熱材

23:散熱件

23a:散熱體

23b:支撐腳

230:開口

24:包覆層

25:導電凸塊

27:結合層

28:散熱蓋

29:導電元件

Claims (17)

1. 一種電子封裝件，係包括：承載結構，係具有線路層；電子元件，係設於該承載結構上以電性連接該線路層；散熱件，係設於該承載結構上以遮蓋該電子元件，其中，該散熱件係具有至少一開口，以令該電子元件之部分表面外露於該開口；散熱材，係設於該開口中以接觸該電子元件；以及散熱蓋，係設於該開口上以遮蓋該散熱材；其中，該散熱蓋係具有至少一連通該開口之通孔。
2. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該電子元件係藉由複數導電凸塊電性連接該線路層。
3. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱材係作為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。
4. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱材係為液態。
5. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱件係包含有一具有該開口之片狀散熱體與複數立設於該散熱體上之支撐腳，以令該散熱體以其開口容置該散熱材，且該支撐腳設於該承載結構上。
6. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱蓋與該散熱件係相互接觸堆疊。
7. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱蓋係黏貼於該散熱件上。
8. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱蓋與該散熱件係一體成形。
9. 一種電子封裝件之製法，係包括：提供一具有線路層之承載結構；將至少一電子元件設於該承載結構上，以令該電子元件電性連接該線路層；將散熱件設於該承載結構上，以令該散熱件遮蓋該電子元件，其中，該散熱件係具有至少一開口，以令該電子元件之部分表面外露於該開口；將散熱材設於該開口中，以令該散熱材接觸該電子元件；以及將散熱蓋設於該開口上，以令該散熱蓋遮蓋該散熱材；其中，該散熱蓋係具有至少一連通該開口之通孔。
10. 一種電子封裝件之製法，係包括：提供一散熱結構，其包含相互疊合之散熱蓋與散熱件，其中，該散熱件係具有至少一開口，以外露該散熱蓋；將散熱材容置於該開口中之該散熱蓋上；以及將一具有線路層之承載結構設於該散熱件上，且該承載結構與該散熱件之間設有電子元件，以令該電子元件電性連接該線路層且接觸該散熱材；其中，該散熱蓋係具有至少一連通該開口之通孔。
11. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該電子元件係藉由複數導電凸塊電性連接該線路層。
12. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱材係作為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)。
13. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱材係為液態。
14. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱件係包含有一具有該開口之片狀散熱體與複數立設於該散熱體上之支撐腳，以令該散熱體以其開口容置該散熱材，且該支撐腳設於該承載結構上。
15. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱蓋與該散熱件係相互接觸堆疊。
16. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱蓋係黏貼於該散熱件上。
17. 如請求項9或10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱蓋與該散熱件係一體成形。

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