TWI890394B - 電子封裝件及其製法 - Google Patents

Abstract

一種電子封裝件及其製法，將電子模組設於承載結構的第一表面，將擋牆結構立設於承載結構的第一表面上，擋牆結構環設於電子模組的外側並間隔一預設距離。將散熱材設於電子模組的上側及側邊，其中散熱材設於擋牆結構與電子模組之間，且散熱材設於擋牆結構與電子模組之間的厚度為預設距離。將散熱結構設於散熱材和擋牆結構上，將流體調節空間設於散熱結構、散熱材和擋牆結構之間，流體調節空間連接設於散熱結構的至少一排氣孔，以利於散熱。

Description

電子封裝件及其製法

本發明係有關一種半導體裝置，尤指一種可提升散熱性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，俾取得散熱效果。

惟，習知半導體封裝件中，因TIM層可為液態金屬，其為流體，且於高溫時會膨脹，使其無法穩定地鋪設於該半導體晶片之非作用面上，甚至會溢流出該半導體封裝件外，造成該半導體封裝件外部之其它元件受汙染。

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，具有相對之第一表面和第二表面；電子模組，設於該承載結構之該第一表面；擋牆結構，立設於該承載結構之該第一表面上，且環設於該電子模組的外側並間隔一預設距離；散熱材，設於該電子模組上及該電子模組與該擋牆結構之間，以包覆該電子模組的上側及側邊；以及散熱結構，設於該散熱材及該擋牆結構上且遮蔽該電子模組。

本發明亦提供一種電子封裝件之製法，係包括：提供具有相對之第一表面和第二表面之承載結構，以將電子模組設於該承載結構的該第一表面；將擋牆結構立設於該承載結構之該第一表面上，且環設於該電子模組的外側並間隔一預設距離；將散熱材設於該電子模組上及該電子模組與該擋牆結構之間，以令該散熱材包覆該電子模組的上側及側邊；以及將散熱結構設於該散熱材及該擋牆結構上且遮蔽該電子模組。

前述之電子封裝件及其製法中，散熱結構包括：散熱片，設於該散熱材及該擋牆結構上；以及支撐部，一端立設於承載結構的該第一表面並環設於該擋牆結構的外側，該支撐部的另一端連接該散熱片。

前述之電子封裝件及其製法中，該散熱結構、該散熱材和該擋牆結構之間形成有流體調節空間。

前述之電子封裝件及其製法中，該散熱結構形成有至少一排氣孔，且該流體調節空間連通該至少一排氣孔。

前述之電子封裝件及其製法中，該電子模組包括：電子元件、承載件和封裝體，該電子元件設於承載件上且為封裝體所包覆。

前述之電子封裝件及其製法中，該散熱結構係透過結合材設於該擋牆結構上。

前述之電子封裝件及其製法中，該散熱材為液態金屬。

前述之電子封裝件及其製法中，復包括：於該承載結構的該第一表面、該電子模組的外側、該擋牆結構的內側及該散熱結構內側設置金屬層，且包覆該散熱材。

前述之電子封裝件及其製法中，該金屬層為鎳金材質。

前述之電子封裝件及其製法中，該金屬層與該散熱材之間形成介面合金共化物層。

由上可知，本發明之電子封裝件及其製法中，主要在承載結構、擋牆結構、電子模組及散熱結構之間形成一圍束空間，以令如液態金屬之散熱材包覆該電子模組的上側及側邊(該電子模組的五面)，同時透過將金屬層設於承載結構上、電子模組外側、擋牆結構的內側及散熱結構內側而與散熱材接觸，使金屬層與散熱材之間形成介面合金共化物，以限制散熱材的流動，同時提升散熱效能。

100:電子封裝件

110:承載結構

1101:第一表面

1102:第二表面

120:電子模組

121:電子元件

122:承載件

123:封裝體

130:擋牆結構

D:預設距離

140:散熱材

150:散熱結構

151:散熱片

153:支撐部

S:流體調節空間

H:排氣孔

160:遮蔽件

1600:開口

170:結合材

180:金屬層

圖1至圖4係為本發明之電子封裝件之製法之剖視示意圖。

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」、「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1至圖4係為本發明之電子封裝件100之製法之剖視示意圖。

如圖1所示，提供一具有相對之第一表面1101和第二表面1102之承載結構110，以將電子模組120設於承載結構110的第一表面1101。

於本實施例中，該承載結構110例如為具有核心層與線路結構之封裝基板(substrate)或無核心層(coreless)之線路結構，其係於介電材上形成線路層，如扇出(fan out)型重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)，且該電子模組120係電性連接承載結構110。

於本實施例中，電子模組120包括電子元件121、承載件122和封裝體123。電子元件121係為主動元件、被動元件或其二者組合等，其中，該主動元件為半導體晶片、且該被動元件為電阻、電容或電感。承載件122例如為基板、導線架或中介板，以供電子元件121設於該承載件122上。封裝體123之材質係如聚對二唑苯(Polybenzoxazole，簡稱PBO)、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、預浸材(Prepreg，簡稱PP)或其它等之介電材，並令封裝體123包覆電子元件121。另外，於其它實施例中，該電子模組120亦可僅由電子元件所構成。

如圖2所示，將擋牆結構130立設於該承載結構110的該第一表面1101上，該擋牆結構130環設於該電子模組120的外側並間隔一預設距離D。

如圖3所示，於該承載結構110上設置一遮蔽件160，其中該遮蔽件160設有對應該電子模組120及該擋牆結構130之開口1600，並於該電子模組120外表面，以及該電子模組120與該擋牆結構130之間的該承載結構110外表面及擋牆結構130內表面形成一金屬層180，以令該金屬層180外露出該開口1600；接著於該開口1600中填入散熱材140，並使該散熱材140設於該電子模組120上及該電子模組120與該擋牆結構130之間，以充分包覆該電子模組120的上側及側邊。

於本實施例中，該金屬層180例如為鎳/金層，該散熱材140即為導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)，例如低溫熔融之熱傳導材料，其可為液態金屬，液態金屬的材質包括銦金屬。本發明可藉由將散熱材140全面包覆於電子模組120的五表面(上側、前側、後側、左側、右側)，有效增加液態金屬對電子模組120的散熱面積。另外，擋牆結構130的材質可以為金屬、環氧 樹酯(epoxy)，也可為特殊多孔結構使空氣可通過而流體不可通過，有效止擋散熱材140在擋牆結構130的內側。

如圖4所示，將散熱結構150設於該散熱材140及該擋牆結構130上且遮蔽該電子模組120，以製得本發明之電子封裝件100。

於本實施例中，該散熱結構150包含有一散熱片151及立設於該散熱片151之支撐部153，其中，該散熱片151可透過結合材170設於擋牆結構130上，且該支撐部153立設於該承載結構110上。

本實施例中，該散熱結構150的散熱片151可透過金屬層180接置於該散熱材140上，據此，使該散熱材140之周圍包覆有金屬層180，該金屬層180即為背側鍍金屬層(Back Side Metallization,BSM)，以令該散熱材140(液態金屬)可與金屬層180形成介面合金共化物(Inter Metallic Compound,IMC)，限制散熱材140(液態金屬)的流動。另可將散熱結構150的支撐部153的一端通過膠材立設於承載結構110的第一表面1101並環設於擋牆結構130的外側，以令該支撐部153給予散熱片151一支撐力。

於本實施例中，散熱結構150(其中的散熱片151)、擋牆結構130、散熱材140及結合材170之間可形成流體調節空間S(可稱為膨脹預留區)。流體調節空間S連接設於散熱結構150(其中的散熱片151)的至少一排氣孔H，電子元件121運作時，如液態金屬的散熱材140產生體積膨脹的情況下，流體調節空間S可給予液態金屬產生體積膨脹的容納空間，並使電子元件121運作時產生的熱能通過連接設於散熱結構150的排氣孔H將熱氣或氣體排出。流體調節空間S不僅能有效防止散熱材140溢流出電子封裝件100外，避免電子封裝件100外部之其它元件受到汙染之問題，且藉由流體調節空間S能調節壓力而避免發 生爆孔(popcorn)之問題。另外，藉由將鎳金材質的金屬層180設於承載結構110的第一表面1101、電子模組120的外側、擋牆結構130的內側及散熱結構150內側，以令金屬層180包覆該散熱材140，俾於金屬層180與散熱材140之間形成介面合金共化物，進而形成金屬鍵結與附著力，以限制散熱材140的流動，能有效防止液態金屬形成的散熱材140溢流出電子封裝件100外。

本發明復提供一種電子封裝件100，係包括：承載結構110、電子模組120、擋牆結構130、散熱材140以及散熱結構150。承載結構110具有相對之第一表面1101和第二表面1102。電子模組120設於承載結構110的第一表面1101。擋牆結構130，立設於承載結構110的第一表面1101上且環設於電子模組120的外側並間隔一預設距離D。散熱材140設於電子模組120的上側及側邊，且位於擋牆結構130與電子模組120之間。散熱結構150設於散熱材140上且遮蔽該電子模組120。另外，在散熱結構150、散熱材140和擋牆結構130之間設流體調節空間S，流體調節空間S連接設於散熱結構150的至少一排氣孔H。

於一實施例中，散熱結構150包括：散熱片151，設於該散熱材140及該擋牆結構130上；支撐部153，一端立設於承載結構110的該第一表面1101並環設於該擋牆結構130的外側，該支撐部153的另一端連接該散熱片151，其中在該散熱片151、該擋牆結構130和該散熱材140之間形成該流體調節空間S。

於一實施例中，電子模組120包括：電子元件121、承載件122和封裝體123，電子元件121設於承載件122上且為封裝體123所包覆。

於一實施例中，該散熱片151透過結合材170設置於該擋牆結構130上。

於一實施例中，該散熱材140為液態金屬，該液態金屬的材質包括銦金屬。

於一實施例中，該電子封裝件100復包括：金屬層180，設於該承載結構110的該第一表面1101、該電子模組120的外側、該擋牆結構130的內側及該散熱結構150內側，且包覆該散熱材140。

於一實施例中，該金屬層180為鎳金材質。

於一實施例中，該金屬層180與該散熱材140之間形成介面合金共化物層，用於限制該散熱材140的流動。

綜上所述，本發明之電子封裝件及其製法，主要在承載結構、擋牆結構、電子模組及散熱結構之間形成一圍束空間，以令如液態金屬之散熱材包覆該電子模組的上側及側邊(該電子模組的五面)，同時透過將金屬層設於承載結構上、電子模組外側、擋牆結構的內側及散熱結構內側而與散熱材接觸，使金屬層與散熱材之間形成介面合金共化物，以限制散熱材的流動，同時提升散熱效能。

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。

100:電子封裝件

110:承載結構

1101:第一表面

1102:第二表面

120:電子模組

130:擋牆結構

140:散熱材

150:散熱結構

151:散熱片

153:支撐部

170:結合材

180:金屬層

S:流體調節空間

H:排氣孔

Claims (18)

1. 一種電子封裝件，包括：承載結構，具有相對之第一表面和第二表面；電子模組，設於該承載結構之該第一表面；擋牆結構，立設於該承載結構之該第一表面上，且環設於該電子模組的外側並間隔一預設距離；散熱材，設於該電子模組上及該電子模組與該擋牆結構之間，以包覆該電子模組的上側及側邊；散熱結構，設於該散熱材及該擋牆結構上且遮蔽該電子模組；以及金屬層，設於該承載結構的該第一表面、該電子模組的外側、該擋牆結構的內側及該散熱結構內側，且包覆該散熱材。
2. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱結構包括：散熱片，設於該散熱材及該擋牆結構上；以及支撐部，一端立設於承載結構的該第一表面並環設於該擋牆結構的外側，該支撐部的另一端連接該散熱片。
3. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱結構、該散熱材和該擋牆結構之間形成有流體調節空間。
4. 如請求項3所述之電子封裝件，其中，該散熱結構形成有至少一排氣孔，且該流體調節空間連通該至少一排氣孔。
5. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該電子模組包括：電子元件、承載件和封裝體，該電子元件設於承載件上且為封裝體所包覆。
6. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱結構係透過結合材設於該擋牆結構上。
7. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱材為液態金屬。
8. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該金屬層為鎳金材質。
9. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該金屬層與該散熱材之間形成介面合金共化物層。
10. 一種電子封裝件之製法，包括：提供具有相對之第一表面和第二表面之承載結構，以將電子模組設於該承載結構的該第一表面；將擋牆結構立設於該承載結構之該第一表面上，且環設於該電子模組的外側並間隔一預設距離；將散熱材設於該電子模組上及該電子模組與該擋牆結構之間，以令該散熱材包覆該電子模組的上側及側邊；將散熱結構設於該散熱材及該擋牆結構上且遮蔽該電子模組；以及於該承載結構的該第一表面、該電子模組的外側、該擋牆結構的內側及該散熱結構內側設置金屬層，且包覆該散熱材。
11. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，散熱結構包括：散熱片，設於該散熱材及該擋牆結構上；以及支撐部，一端立設於承載結構的該第一表面並環設於該擋牆結構的外側，該支撐部的另一端連接該散熱片。
12. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱結構、該散熱材和該擋牆結構之間形成有流體調節空間。
13. 如請求項12所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱結構形成有至少一排氣孔，且該流體調節空間連通該至少一排氣孔。
14. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，該電子模組包括：電子元件、承載件和封裝體，該電子元件設於承載件上且為封裝體所包覆。
15. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱結構係透過結合材設於該擋牆結構上。
16. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，該散熱材為液態金屬。
17. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，該金屬層為鎳金材質。
18. 如請求項10所述之電子封裝件之製法，其中，該金屬層與該散熱材之間形成介面合金共化物層。