TWI880372B - 電子封裝件及其製法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種電子封裝件及其製法，係分層設置第一阻隔體及第二阻隔體，並在散熱結構上設置開孔。藉此，可經由開孔排出散熱結構內的氣體，以避免氣體殘留於導熱層中而影響散熱效果。

Description

電子封裝件及其製法

本發明係有關一種封裝結構，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，傳統包覆該半導體晶片之封裝膠體係為一種導熱係數僅0.8W/mk之不良傳熱材質，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。

為了迅速將半導體晶片所產生之熱能散逸至外部，業界通常在半導體封裝件中配置散熱件(Heat Sink或Heat Spreader)，主要將散熱件藉由導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)層結合至半導體晶片之非作用面，且將散熱件之頂片外露出封裝膠體或直接外露於大氣中，從而經由導熱介面材(TIM)層與散熱件將半導體晶片所產生之熱量排出。

習知半導體封裝件1之製法中，如圖1A所示，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111與底膠112)設於一 封裝基板10上，並將一阻隔體15及黏著層14設於封裝基板10上，使阻隔體15將半導體晶片11之側面包圍住。接著，將導熱介面材(TIM)層12設於半導體晶片11上，並藉由阻隔體15包圍半導體晶片11上之導熱介面材(TIM)層12。

後續，如圖1B所示，將一散熱件13以其頂片131藉由導熱介面材(TIM)層12結合於半導體晶片11之非作用面11b上，且將散熱件13之支撐腳132透過黏著層14設於封裝基板10上。接著，進行封裝壓模作業，以供封裝膠體(圖略)包覆半導體晶片11與散熱件13，並使散熱件13之頂片131外露出封裝膠體。

半導體封裝件1於運作時，半導體晶片11所產生之熱能會經由半導體晶片11之非作用面11b與導熱介面材(TIM)層12傳導至散熱件13之頂片131以散熱至半導體封裝件1之外部。

惟，習知半導體封裝件1中，阻隔體15大多為高分子物質，且在散熱件13封蓋時往往會需要進行加熱，而可能會使阻隔體15產生氣體進入到導熱介面材(TIM)層12中，進而導致導熱介面材(TIM)層12中含有氣泡b。當導熱介面材(TIM)層12中含有氣泡b時，會使導熱介面材(TIM)層12與散熱件13的接觸面積減少，進而影響散熱效果。

因此，如何克服上述習知技術之種種問題，實已成為目前業界亟待克服之難題。

鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明提供一種電子封裝件，係包括：一承載結構；一電子元件，係設於該承載結構上；一第一阻隔體，係設於 該承載結構上且包圍該電子元件之側面；一第二阻隔體，係設於該第一阻隔體上，且形成有外露出該電子元件的開口；一導熱層，係設於該第二阻隔體之該開口所露出之該電子元件上，以藉由該第二阻隔體包圍該導熱層；以及一散熱結構，係設於該第二阻隔體與該導熱層上而使該導熱層介於該電子元件與該散熱結構之間，且該散熱結構具有連通該開口之開孔。

本發明亦提供一種電子封裝件之製法，係包括：將一電子元件設於一承載結構上；將一第一阻隔體設於該承載結構上，且該第一阻隔體包圍該電子元件之側面；將一第二阻隔體設於該第一阻隔體上，且令該第二阻隔體形成有外露出該電子元件的開口；將一具有開孔的散熱結構設於該第二阻隔體上，其中，該開孔係連通該第二阻隔體之該開口；以及經由該開孔將一導熱層設於該第二阻隔體之該開口所露出之該電子元件上，以藉由該第二阻隔體包圍該導熱層。

前述之電子封裝件及其製法中，於設置該第二阻隔體之前，將該第一阻隔體加熱固化。

前述之電子封裝件及其製法中，於該第二阻隔體處於未固化的狀態時，將該散熱結構設於該第二阻隔體上。

前述之電子封裝件及其製法中，該第一阻隔體與該第二阻隔體之間具有分層。

前述之電子封裝件及其製法中，該第一阻隔體係高於該電子元件，而與該第二阻隔體共同包圍該電子元件上之該導熱層。

前述之電子封裝件及其製法中，該第一阻隔體與該第二阻隔體係由相同材料所構成。

前述之電子封裝件及其製法中，該開孔上係設有覆蓋層。

前述之電子封裝件及其製法中，該導熱層為液態導熱材。

由上述可知，本發明之電子封裝件及其製法中，主要是藉由分層設置第一阻隔體及第二阻隔體，並在散熱結構上設置開孔，從而可使散熱結構內的氣體經由開孔排出，以避免氣體殘留於導熱層中而影響散熱效果。

1:半導體封裝件

10:封裝基板

11:半導體晶片

11a:作用面

11b:非作用面

111:導電凸塊

112:底膠

12:導熱介面材(TIM)層

13:散熱件

131:頂片

132:支撐腳

14:黏著層

15:阻隔體

2:電子封裝件

20:承載結構

20a:第一側

20b:第二側

21:電子元件

21a:作用面

21b:非作用面

21c:側面

211:導電凸塊

212:底膠

22:第一阻隔體

23:第二阻隔體

231:開口

24:導熱層

25:散熱結構

251:散熱件

252:支撐件

253:開孔

26:黏著層

27:覆蓋層

A:置晶區

B:外圍區

b:氣泡

L:分層

圖1A及圖1B為習知散熱型之半導體封裝件之製法之剖面示意圖。

圖2A至圖2D為本發明之電子封裝件之製法之剖面示意圖。

圖2C-1為圖2C之局部俯視示意圖。

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」、「下」、「一」、「第一」及「第二」等用語，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為本發明之電子封裝件2之製法之剖面示意圖。

如圖2A所示，提供一具有相對之第一側20a(如上側)與第二側20b(如下側)之承載結構20，且將至少一(或複數)電子元件21設於承載結構20之第一側20a上。本發明所述「至少一」代表一個以上(如一、二或三個以上)，而「複數」代表二個以上(如二、三、五或十個以上)。

在一實施例中，承載結構20可為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。該承載結構20之第一側20a可作為置晶側以供承載電子元件21，且承載結構20之第二側20b可作為植球側以供依序接置銲球(如錫球)及電子裝置(如電路板)。

應可理解地，承載結構20亦可為其它可供承載電子元件21(如晶片)之承載單元，如導線架(lead frame)或其它具有金屬佈線(routing)之板體等，但不以此為限。

在一實施例中，電子元件21可為主動元件、被動元件或其組合，例如主動元件為半導體晶片等。

在一實施例中，電子元件21可為一半導體晶片並具有相對之作用面21a與非作用面21b，且電子元件21之作用面21a可具有複數電極墊(圖略)，以使複數電極墊藉由複數如銲錫材料之導電凸塊211以覆晶方式結合及電性連接承載結構20之線路層，再將如底膠212之包覆層填充形成於承載結構20之第一側20a與電子元件21之作用面21a之間以包覆複數導電凸塊211。

於其它實施例中，電子元件21可直接接觸承載結構20之線路層。

應可理解地，有關電子元件21電性連接承載結構20之方式繁多，且於承載結構20上可接置所需類型及數量之電子元件21，但不以此為限。

在一實施例中，承載結構20之第一側20a可定義有置晶區A與外圍區B，以將電子元件21設於承載結構20之第一側20a之置晶區A上。

又如圖2A所示，將第一阻隔體22形成於電子元件21四周以包圍電子元件21之側面21c，亦可將第一阻隔體22進一步形成於底膠212四周以包圍底膠212之側面。於本實施例中，且第一阻隔體22可為絕緣材料(如絕緣膠體)等所組成。並且，於圖2A所示的階段，將第一阻隔體22加熱使其固化。

如圖2B所示，將一第二阻隔體23形成於已固化的第一阻隔體22上，並形成有外露出電子元件21的開口231，另可同時將一黏著層26形成於該承載結構20上。於此階段，第二阻隔體23尚未固化而處於半融溶態。

在第二阻隔體23尚未固化而處於半融溶態時，將一散熱結構25設於承載結構20之第一側20a上。散熱結構25可為散熱材料(如金屬材料)所組成，且散熱結構25包括一具有開孔253之散熱件251與至少一(如複數)支撐件252。

於本實施例中，散熱結構25之散熱件251可結合於半融溶態的第二阻隔體23上，例如，先以點膠方式形成第二阻隔體23於第一阻隔體22上，在第二阻隔體23固化前將散熱結構25之散熱件251黏接於第二阻隔體23上。此外，散熱件251上的開孔253係設於與電子元件21相對應的區域內，而與第二阻隔體23之開口231連通。

於本實施例中，散熱結構25之支撐件252可自散熱件251之邊緣向下延伸，且可藉由黏著層26結合至承載結構20。例如，以點膠方式形成黏著層26於承載結構20之第一側20a之外圍區B上，再將散熱結構25之支撐件252黏接於黏著層26上，從而將散熱結構25固定於承載結構20上。

於圖2B所示的階段中，在完成設置該散熱結構25後，對該第二阻隔體23及黏著層26進行加熱固化，即使在進行加熱時導致第二阻隔體23產生氣體，該氣體也可經由散熱結構25之開孔253排出到外部。

於本實施例中，第二阻隔體23可為絕緣材料(如絕緣膠體)等所組成，且第一阻隔體22與第二阻隔體23可由相同材料所構成，但第一阻隔體22與第二阻隔體23之間具有分層L，該分層L是由於第一阻隔體22與第二阻隔體23的固化時間不同所造成。具體而言，在形成第二阻隔體23之前，第一阻隔體22已先固化，因此即使後續再以相同材料形成第二阻隔體23，第一阻隔體22與第二阻隔體23之間也會有分層L。藉由在未覆蓋散熱結構25之前先固化第一阻隔體22，可以直接使第一阻隔體22受熱所產生的氣體散逸，並且在覆蓋散熱結構25之後，位於開孔253附近的第二阻隔體23受熱時所產生的氣體可容易地經由開孔253排出到散熱結構25外。此外，本發明並不限於上述，在其他實施例中，第一阻隔體22與第二阻隔體23亦可由不同材料所構成。

如圖2C所示，經由散熱結構25之開孔253，將形成導熱層24之材料注入到散熱結構25與電子元件21之間。

於本實施例中，導熱層24可為液態導熱材所構成之導熱介面材(TIM)層。例如，導熱層24可為如錫、鎵、銦等或其組合之液態導熱材並具有高導熱係數(如86W/mK)

再者，於本實施例中，第一阻隔體22可形成為略高於電子元件21，從而由第一阻隔體22與第二阻隔體23共同包圍電子元件21上之導熱層24，以藉由第一阻隔體22與第二阻隔體23共同防止導熱層24溢流至電子元件21之側面21c及承載結構20上而造成不良影響(如電性短路)。但本發明並不限 於上述，亦可使第一阻隔體22與電子元件21等高，或者亦可使第一阻隔體22低於電子元件21，而僅由第二阻隔體23阻隔或包圍電子元件21上之導熱層24，以藉由第二阻隔體23防止導熱層24溢流至電子元件21之側面21c及承載結構20上而造成不良影響(如電性短路)。

此外，請同時參閱圖2C-1，其為圖2C之局部俯視示意圖。第二阻隔體23係依循包圍於電子元件21的第一阻隔體22的形狀設置，而可形成為近似於環形、O字形、口字形等。並且，導熱層24設於第二阻隔體23之開口231所露出之電子元件21(如非作用面21b)上，而被第二阻隔體23所圍繞。藉由此設計，導熱層24不會溢流到第二阻隔體23之開口231外，換言之，可將導熱層24限制於置晶區A內(即電子元件21上方的區域)。另外，黏著層26可環繞地設於承載結構20上，從而散熱結構25之支撐件252可藉由黏著層26良好地接合於承載結構20上。

如圖2D所示，於散熱結構25之開孔253上方形成覆蓋層27，以防止導熱層24溢流。

於本實施例中，係利用金屬層的方式形成覆蓋層27，但本發明並不限於此，亦可使用其他方式或其他材料來形成覆蓋層27。再者，可注入稍多的導熱層24材料，使得導熱層24填滿散熱結構25與電子元件21之間的空間並填充開孔253的一部分。但本發明不限於上述，導熱層24亦可不填充開孔253的一部分，而僅由覆蓋層27密封該開孔253，或者，導熱層24亦可填滿開孔253，而覆蓋層27覆蓋於導熱層24與散熱件251上方。

然後，可於承載結構20之第二側20b設置複數如銅柱之金屬柱、包覆有絕緣塊之金屬凸塊、銲球(solder ball)、具有核心銅球(Cu core ball)之銲球 或其它導電構造等之導電元件(圖略)，以製得本發明之電子封裝件2，後續可藉由複數導電元件接置一如電路板之電子裝置(圖略)。

本發明復提供一種電子封裝件2，係包括：一承載結構20；一電子元件21，係設於承載結構20上；一第一阻隔體22，係設於承載結構20上且包圍電子元件21之側面21c；一第二阻隔體23，係設於第一阻隔體22上，且形成有外露出電子元件21的開口231；一導熱層24，係設於第二阻隔體23之開口231所露出之電子元件21上，以藉由第二阻隔體23包圍電子元件21上之導熱層24；以及一散熱結構25，係設於第二阻隔體23與導熱層24上而使導熱層24介於電子元件21與散熱結構25之間，且散熱結構25在與電子元件21相對應的區域內設有開孔253。

在一實施例中，第一阻隔體22與第二阻隔體23之間具有分層L。

在一實施例中，第一阻隔體22係高於電子元件21，而與第二阻隔體23共同包圍電子元件21上之導熱層24。

在一實施例中，第一阻隔體22與第二阻隔體23係由相同材料所構成。

在一實施例中，開孔253上係設有覆蓋層27。

在一實施例中，開孔253係由導熱層24及覆蓋層27所填充。

在一實施例中，導熱層24係被限制於電子元件21上方的區域。

在一實施例中，導熱層24為液態導熱材。

綜上所述，本發明之電子封裝件及其製法中，係在散熱結構上設置開孔，藉此可使散熱結構內的氣體經由開孔排出，以避免氣體殘留於導熱層中而影響散熱效果。

再者，由於本發明係分兩步驟分層地設置第一阻隔體及第二阻隔體，且於覆蓋散熱結構之前事先固化第一阻隔體，因此在覆蓋散熱結構後進行加熱時，位於開孔附近的第二阻隔體所產生的氣體可容易地從散熱結構之開孔排出，而不會蓄積於散熱結構內。

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，應如隨附之申請專利範圍所列。

2:電子封裝件

20:承載結構

21:電子元件

22:第一阻隔體

23:第二阻隔體

231:開口

24:導熱層

25:散熱結構

251:散熱件

252:支撐件

26:黏著層

27:覆蓋層

A:置晶區

B:外圍區

L:分層

Claims (12)

1. 一種電子封裝件，係包括：一承載結構；一電子元件，係設於該承載結構上；一第一阻隔體，係設於該承載結構上且包圍該電子元件之側面；一第二阻隔體，係設於該第一阻隔體上，且形成有外露出該電子元件的開口；一導熱層，係設於該第二阻隔體之該開口所外露出之該電子元件上，以藉由該第二阻隔體包圍該導熱層；以及一散熱結構，係設於該第二阻隔體與該導熱層上而使該導熱層介於該電子元件與該散熱結構之間，且該散熱結構具有連通該開口之開孔；其中，該開孔上係設有覆蓋層。
2. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該第一阻隔體與該第二阻隔體之間具有分層。
3. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該第一阻隔體係高於該電子元件，而與該第二阻隔體共同包圍該電子元件上之該導熱層。
4. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該第一阻隔體與該第二阻隔體係由相同材料所構成。
5. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該導熱層為液態導熱材。
6. 一種電子封裝件之製法，係包括：將一電子元件設於一承載結構上； 將一第一阻隔體設於該承載結構上，且該第一阻隔體包圍該電子元件之側面；將一第二阻隔體設於該第一阻隔體上，且令該第二阻隔體形成有外露出該電子元件的開口；將一具有開孔的散熱結構設於該第二阻隔體上，其中，該開孔係連通該第二阻隔體之該開口；經由該開孔將一導熱層設於該第二阻隔體之該開口所露出之該電子元件上，以藉由該第二阻隔體包圍該導熱層；以及於該開孔上設置覆蓋層。
7. 如請求項6所述之電子封裝件之製法，其中，於設置該第二阻隔體之前，將該第一阻隔體加熱固化。
8. 如請求項6所述之電子封裝件之製法，其中，於該第二阻隔體處於未固化的狀態時，將該散熱結構設於該第二阻隔體上。
9. 如請求項6所述之電子封裝件之製法，其中，該第一阻隔體與該第二阻隔體之間具有分層。
10. 如請求項6所述之電子封裝件之製法，其中，該第一阻隔體係高於該電子元件，而與該第二阻隔體共同包圍該電子元件上之該導熱層。
11. 如請求項6所述之電子封裝件之製法，其中，該第一阻隔體與該第二阻隔體係由相同材料所構成。
12. 如請求項6所述之電子封裝件之製法，其中，該導熱層為液態導熱材。

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