具有散热体的半导体器件及其组装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件，更具体地涉及具有散热体(heat spreader)的半导体器件。
【背景技术】
[0002]在当前的封装的半导体器件中，用于包封的半导体芯片(die)所产生的热的散热路径受到限制。图1和2示出常规的半导体器件100，其包括具有顶部表面12a、相对的底部表面12b和侧表面12c的封装体12，并且被安装至印刷电路板(PCB) 14。半导体芯片16具有有源的顶部主表面16a和相对的底部表面16b，并且被嵌入在封装体12内。引线18从封装体12的侧表面12c延伸。芯片16利用导线20被耦接至引线18。引线18允许器件100被连接至PCB 14。芯片16所产生的热通过封装体12被传导至封装体12的顶部表面12a，其然后在那里被散发到环境中(由向上的箭头所示)。此外，热也可以例如经由其上附接有芯片16的暴露的焊台(flag)或焊垫22被传导至PCB14。热然后被传导通过PCB 14，并且之后被散发到环境中(由向下的箭头所示)。
[0003]这样的热传导和散发路径可能不足以充分地冷却半导体芯片，这可导致半导体器件的过热以及损伤，如果该器件是高功率器件则尤其如此。同时，随着被并入有诸如四方扁平封装件(QFP)和小外形集成电路(SOIC)的半导体封装件的电子器件继续缩小，正在持续寻求这样的半导体封装件的更小尺寸和轮廓(profile)，由此缩减了散热的可用面积。
[0004]常用的解决方案是将分立的散热器(heat sink)添加至半导体器件的顶部表面以改善其热性能。这需要额外的材料和附接步骤，可增加生产时间和成本，并且也可导致完成的封装件的尺寸大于所希望的尺寸。
[0005]因此希望提供允许改善半导体芯片的冷却、但是并不大大增大完成的器件的尺寸的半导体器件。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个实施例，提供一种半导体器件，所述半导体器件包括封装体，所述封装体具有顶部表面和相对的底部安装表面。半导体芯片被嵌入在封装体内，并且具有面对封装体顶部表面的有源顶部表面以及面对封装体底部表面的相对的底部表面。散热体被附接至封装体的顶部表面，但是与芯片的有源表面间隔开。散热体帮助将芯片所产生的热传导至封装体的外部。
[0007]根据本发明的另一实施例，提供一种半导体器件，所述半导体器件包括封装体，所述封装体具有顶部表面和相对的底部表面。半导体芯片被嵌入在封装件内，并且具有面对封装体顶部表面的有源表面以及面对封装体底部表面的相对的底部表面。至少一个连接杆(tie bar)被部分地嵌入在封装体内，并且具有在封装件的外部延伸的暴露段(exposedsegment)ο暴露段的一部分被容纳在封装体的顶部表面中的凹槽内并与封装体的顶部表面接触。散热体与封装体的顶部表面以及暴露段的所述部分接触。
[0008]根据本发明的又一实施例，提供一种组装半导体器件的方法，所述方法包括将半导体芯片嵌入在封装材料中以形成封装体。封装体具有顶部表面和相对的底部安装表面。半导体芯片具有面对封装体顶部表面的有源顶部表面以及面对封装体底部表面的相对底部表面。所述方法包括将散热体附接在封装件的顶部表面上，优选地附接在封装体的顶部表面上的凹部内。散热体即便与芯片的有源表面间隔开，也将芯片所产生的热传导离开封装体。
【附图说明】
[0009]本发明通过例子来说明并且不受附图所示的其实施例的限制，在附图中相似的附图标记指示类似的元件。为了简便和清晰而示出图中的元件，并且图中的元件不一定按照比例被绘制。特别地，某些垂直尺寸相对于某些水平尺寸被夸大。
[0010]在图中:
[0011]图1是常规的半导体器件的截面侧视图；
[0012]图2是图1中的半导体器件的顶视图；
[0013]图3是根据本发明实施例的半导体器件的截面侧视图；
[0014]图4是图3的半导体器件的顶视图；
[0015]图5是根据本发明另一实施例的半导体器件的截面侧视图；
[0016]图6是图5的半导体器件的顶视图；
[0017]图7是根据本发明另一实施例的半导体器件的截面侧视图；
[0018]图8是图7的半导体器件的顶视图；
[0019]图9是用于组装根据本发明实施例的半导体器件的引线框架的顶视图；
[0020]图1OA和1B是根据本发明又一实施例的半导体器件的截面侧视图；以及
[0021]图11是制造图7中具有至少一个连接杆的半导体器件的方法的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0022]现在参照图3，根据本发明实施例的半导体器件200被安装在PCB14上。半导体器件200包括封装体12，封装体12具有顶部表面12a和相对的底部表面12b。封装体12的底部表面12b例如被安装成与PCB 14靠近或接触。侧表面12c连接顶部表面12a和底部表面12b，并且可以垂直地延伸至顶部主表面12a和底部表面12b中的一个或者两个。封装体12可由诸如陶瓷材料、聚合物材料等的模制化合物构建。如将从以下描述所理解的那样，本发明可应用于所有类型的封装件。
[0023]半导体芯片16被包封在封装体12中。半导体芯片16典型地具有集成电路(IC)等的形式。半导体芯片16可以由任何半导体材料或者所述材料的组合制成，诸如砷化镓、硅锗、绝缘体上硅(SOI)、硅、单晶硅等，以及以上的组合。优选地，半导体芯片16包括面对封装体12的顶部表面12a的有源表面16a、以及面对封装体12的底部表面12b的相对的底部表面16b。
[0024]在本发明的优选实施例中，半导体芯片16通过导线接合工艺利用多个接合导线20被电耦接至围绕半导体芯片16的多个引线18。半导体芯片16、所述多个接合导线20、以及所述多个引线18中的每一个引线的一部分被包封在封装体12中。所述多个引线18的材料、数量、形状和布置可依赖于半导体芯片16的类型、PCB 14的配置、封装体12的形状、以及其它相似的因素根据需要而改变。但是，也设想了所述多个引线18对于半导体芯片16的直接连接。
[0025]在优选实施例中，半导体器件200还包括芯片焊台22，芯片焊台22被所述多个引线18围绕并具有顶部表面22a和底部表面22b，其中，半导体芯片16的底部表面16b被附接至芯片焊台22的顶部表面22a，并且芯片焊台22的底部表面22b在封装体12的底部表面12b处被露出。芯片焊台22的材料不被特别限制。半导体芯片16优选地利用诸如环氧材料的粘接剂被附接至芯片焊台22，尽管其并不必限于此。
[0026]半导体器件200还包括散热体或热导部件26，热导部件26被设置为与封装体12的顶部表面12a接触，并且通过封装体12的一部分与半导体芯片16的有源表面16a间隔开，其中，热导部件26传导半导体芯片16所产生的热。更具体而言，如图3中的向上箭头示意性地示出的那样，在半导体器件200中，由于热导部件26，因此更多的热通过封装体12被传导至封装体12的顶部主表面12a，并且然后被散发到环境中。因此，热导部件26提供了集成的散热器，从而尤其对于封装体12的顶部表面12a提高半导体器件200的散热效率。
[0027]在优选实施例中，热导部件26被设置在封装体12的顶部表面12a中的凹部46内(在这种情况下，热导部件26仍能够被视为与封装体12的顶部表面12a接触)。在如图3所示的优选实施例中，凹部46具有通常与热导部件26的厚度相对应的深度，并且被设置在封装体12的顶部表面12a中以容纳热导部件26。以这种方式，半导体器件200能够具有平坦的轮廓。作为替代方案，依赖于封装体12的厚度等，凹部46的深度可以大于或小于热导部件26的厚度，在这样的情况下，热导部件26的顶部表面可以低于或高于封装体12的顶部表面12a。然而，凹部46不必被设置，并且热导部件26被直接设置在封装体12的顶部表面12a上。在以上情况中的每一个中，热导部件26用作集成的散热器，从而尤其对于封装体12的顶部表面12a提高半导体器件200的散热效率。
[0028]热导部件26优选地由具有良好导热性的材料制成。例如，热导部件26可包含金属部件，并且可由诸如铜(Cu)和铝(Al)的金属、其合金、或者其任何组合制成。然而，其不必被限于此。只要热导部件26具有良好导热性，就能够提高半导体器件200的散热效率。
[0029]在优选实施例中，热导部件26包含金属片(metal slug)。金属片典型地是单层的形式。然而，也可以使用多层的金属片。
[0030]图4示出半导体器件200的顶视图。为了获得较好的导热和散热，利用热胶48将热导部件26固定地附接至封装体12的顶部表面12a，尽管也可以使用机械的或其它的紧固件等。
[0031]在凹部46被设