专利名称：具外露式散热件的半导体封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具外露式散热件的半导体封装结构，特别指一种可应用于倒装式半导体封装结构，以提高散热能力并提高铸模的精准度。
背景技术：
球栅阵列半导体封装件(BGA Semiconductor Package)的结构，主要是在为提供芯片上电子组件高数量化与集成电路高密度化的需求下，能使半导体封装件具有足够的信号输入输出(I/O)管脚所应运而生。
然而BGA半导体封装件需要通过多个接线，将朝上的芯片接点向下电连接于位于芯片下方的基板，因而延长芯片与基板间电子信号传输距离，不适用于高速组件的封装；并且加大芯片封装后的尺寸。此外，为避免模具灌注封装胶体的巨大压力对芯片造成破坏，通常BGA半导体封装件的散热片未与芯片黏接；然而封装胶体的热传导系数较低，使该种半导体封装件的散热效率无法有效提高。
为改善上述缺点，美国专利US6236568号，公告于公元2001年5月22日，提供一种用于半导体封装件1a的散热结构，包括有一散热组件4a、一垫片5a、及一弹胶黏层6a。该散热组件4a具有一第一表面外露出半导体封装件1a的封装胶体9a的表面；该垫片5a以其上表面与该散热组件4a的第二表面相接；该弹胶黏层6a的顶面黏接至该垫片5a的下表面，而以其底面与半导体封装件1a的半导体芯片3a黏接。
上述先前技术通过该垫片使半导体芯片于作用时所产生的热量传递至散热片，并且增强与其接着的半导体芯片的机械强度。然而其无可避免地增加整体高度，并且仍无法直接将芯片所产生的热量传递至该散热片。
倒装式半导体封装技术为一种先进的半导体封装技术，其与一般公知球栅阵列(BGA)半导体封装技术最主要的差异在于该项技术将欲封装的半导体芯片以作用表面(即铺设有多个电子电路与电子组件的芯片表面)朝下的倒置方式安置于基板上，同时通过多个焊块(Solder Bumps)焊结而电连接至基板，而后施以底部填胶(Underfill)，将一绝缘性胶料填入相邻焊块之间供半导体芯片得以稳固地接置于基板。由于倒装式封装结构中不需使用较占空间的焊线提供半导体芯片进行电连接，故能有效缩减封装件的整体厚度，更能符合轻薄短小的封装趋势。FCBGA(倒装球栅阵列)封装则含有一个面朝下置于基板底层上的芯片；此种封装不使用针脚，而是使用可作为处理器接点的小型球状体。
请参考图2A，为先前技术的倒装封装结构，包括一基板10a、一芯片12a以倒装方式设置于该基板10a上并且封填一层胶料14a、一散热片16a通过一热导界面物质18a黏接于该芯片12a。
然而上述的胶料14a材料贵，并且需要经过数小时的烘干过程，生产流程久。另一面由于没有完全包覆芯片，仍有水汽侵蚀芯片的问题，容易造成芯片的损坏。
为改善上述可靠性差的问题，有另一先前技术的倒装封装装置如图2B所示，该技术先将芯片22a置于基板20a并通过胶料24a填封后，再将具有防电磁干扰的封胶26a完全封住该芯片22a。然而上述技术却造成芯片散热的问题。
为改善倒装方式封装的散热问题，先前技术有如美国专利第6459144号，公告于公元2002年10月1日，该专利公开一种倒装型半导体封装，包括一基板30a；一半导体芯片31a，其以倒装方式安置于该基板30a上且通过焊块32a电连接于基板30a，该半导体芯片31a与该基板30a间存在有一倒装底部间隙；一热膨胀系数大于该基板30a的胶剂，利用该胶剂于该半导体芯片31a以外的基板30a区域上设置胶堤303a；一底部填料33a充填该倒装底部间隙。其中，该半导体芯片31a由一封装胶体35a所包覆，该封装件内安置有一散热件36a。
由于模具在夹合以灌注该封装胶体35a时需要极大的夹合力量，通常为30吨，然而芯片能承受的压力为100至150公斤。故该散热件36a与该芯片31a通常不能直接接触而保留一间隙，避免夹合的力量损毁该芯片31a。然而此间隙又造成芯片的热量无法直接传导至散热片上。
由上可知，在半导体芯片的封装结构上，不管是球栅阵列半导体封装件或者是倒装型封装结构，如何能保持封装件的可靠性，又顾到其散热性，是目前业界极需要解决的课题。
发明内容
本实用新型的主要目的是提供一种具外露式散热件的封装结构，其主要是提供一种具有良好可靠性并且具有良好散热性的封装方法，特别适用于先进的倒装式半导体封装技术。
本实用新型的另一目的是提供一种具外露式散热件的封装结构，可以提高模具与待封装件之间模铸位置的精准度，使封装胶体准确地封装于封装件的外围。
本实用新型的再一目的是提供一种具外露式散热件的封装结构，其中该散热件直接接触芯片，并且外露及向上凸出于封装胶体外，具有良好的散热作用。
为达上述目的，本实用新型的一种具外露式散热件的半导体封装结构的制备，包括下列步骤首先提供一半导体组件，该半导体组件包括有一基板、一芯片电连接于该基板、及一散热件黏接于该芯片上；接着，提供一模具，将模具置于该半导体组件上，且形成一封装体容置腔及一位于该模具与该散热件顶面之间的间隙，其中该封装体容置腔的顶面低于该散热件顶面0.05mm以上；最后，灌注熔融的封装体于该模具内；借此减少该模具的夹合力量直接施加于该芯片上以避免该芯片损毁。
为达上述目的，本实用新型的一种具外露式散热件的半导体封装结构，包括一基板；一半导体芯片设置于该基板的顶面；一散热件，其具有一底部黏接于该芯片的顶面；及一封装体覆盖于该芯片及部分该散热板，且由该散热板的侧边延伸至该基板；其中该散热板突出该封装体0.05mm以上。
根据上述构想，其中该半导体芯片以倒装方式电连接于该基板。
根据上述构想，其中该散热件为一平板状的散热片。
根据上述构想，其中该散热片的侧边呈垂直状。
根据上述构想，其中该散热片的侧边具有一倾斜面。
根据上述构想，其中该散热片的侧边具有一倾斜面及一由该倾斜面向下延伸的垂直面。
根据上述构想，其中该半导体芯片通过导线方式电连接于该基板。
根据上述构想，其中该散热件具有一基部及一由该基部的底面向下凸出的接触部抵接于该芯片的部分顶面。
根据上述构想，其中该散热件进一步具有一由该基部的边缘向下倾斜延伸的支撑部置于该基板上。
因此本实用新型所能产生的特点及功能包括一、本实用新型大大减少了半导体封装制程中施加于芯片的模具夹合力量，有效提高半导体封装结构中芯片的可靠性。
二、本实用新型中的散热件直接外露于封装体外并且直接接触于芯片，确保半导体封装结构的散热能力，其中封装体完全包覆芯片，没有水汽侵蚀芯片的问题，可确保芯片的使用寿命。
三、本实用新型中的散热件提供模具追踪对准的功能，可防止封装体的位移，确保封装的质量。
图1为先前技术球栅数组半导体封装结构剖面示意图。
图2A为先前技术的倒装封装结构剖面示意图。
图2B为先前技术的另一种倒装封装结构剖面示意图。
图2C为美国专利第6459144号的半导体封装结构剖面示意图。
图3为本实用新型的半导体封装结构(未设封装体)的剖面示意图。
图4为本实用新型的半导体封装结构中模具夹合的剖面示意图。
图4A为图4的局部放大图。
图5为本实用新型的半导体封装结构中灌注封装体的剖面示意图。
图5A为本实用新型的半导体封装结构的俯视图。
图6为本实用新型的半导体封装结构的剖面示意图。
图7为本实用新型的半导体封装结构另一实施例的剖面示意图。
图8为本实用新型的半导体封装结构第三实施例的剖面示意图。
图9为本实用新型的半导体封装结构应用于BGA半导体封装件的剖面示意图。
其中，附图标记说明如下3a 半导体芯片 4a 散热组件5a 垫片 6a 弹胶黏层9a 封装胶体10a 基板 12a 芯片14a 胶料 16a 散热片18a 热导界面物质20a 基板 22a 芯片30a 基板 31a 芯片32a 焊块 303a 胶堤33a 底部填料 35a 封装胶体36a 散热件10 基板 20、20’ 芯片22 胶料 24’ 顶面30、30’、30”散热片32 顶面 342 垂直面34、34’倾斜面 34”垂直面40 封装体50、50’模具 52 封装体容置腔54、54’倾斜面 56 间隙60 散热件 62 基部64 接触部具体实施方式
请参阅图3至图6，为本实用新型的具外露式散热件的半导体封装结构应用于倒装方式的半导体封装结构的制造过程。本实用新型的具外露式散热件的半导体封装结构，包括下列的制造过程首先提供一半导体组件；接着，提供一模具；以及最后，灌注熔融的封装体于该模具内。其中本实用新型的主要特征在于模具夹合时，以分散夹合力量的方式，避免直接施力于该芯片上，借此可有效避免芯片在模具夹合的过程中损坏，提高半导体芯片封装的可靠性。接着以倒装方式半导体封装制程的较佳实施例说明本实用新型细节。
在“提供一半导体组件”的步骤中，该半导体组件包括有一基板10、一芯片20电连接于该基板10、及一散热件30黏接于该芯片20上。此实施例中，该芯片20以倒装(Flip chip)方式设置并电连接于该基板10，接着以底部填胶(Underfill)的方式，将一绝缘性胶料22填入该芯片20及该基板10之间，供该芯片20得以稳固地接置于基板10。
此较佳实施例中该散热件为一平板状的散热片30，并且该散热片30的侧边具有一倾斜面34及一由该倾斜面34向下延伸的垂直面342。该散热片可以有不同的实施例，如图7所示，该半导体封装结构具有一散热片30’，其侧边形成一延伸到底面的倾斜面34’；或者如图8所示，该半导体封装结构具有一散热片30”形成一垂直状的侧边，而具有一垂直面34”。其中该散热片具有倾斜面可于模具闭合时(mold chase closing)具有自对准(self-alignment)的功能。
在“提供一模具”的步骤中，是提供一具有凹陷模腔的模具50以灌注封装体并封住该半导体组件。请配合参阅图4，该模具50放置于该半导体组件上，且形成一封装体容置腔52及一位于该模具50与该散热件30顶面之间的间隙56。其中该模具50的模腔内设有一倾斜面54贴合于该散热片30的倾斜面34。该封装体容置腔52的顶面低于该散热件30的顶面32在0.05mm以上。即，该散热件30侧边的顶端应高出铸模后的封装胶体0.05mm以上。该间隙56减少该模具50直接作用于该散热片30的力量，即减少作用于该芯片30的力量。该模具50夹合的力量只分配于该散热片30的周围。
请参阅图4A，为图4中的局部放大图。在将模具50对准该半导体组件的过程中，由于无法目视观察，是极难寻找对准位置。此外，稍微的振动都可能使该半导体组件移动，若未准确定位可能造成封装体的偏移。本实用新型中该散热片30的该倾斜面34具有导引的作用，能配合该模具50的该倾斜面54，导引该模具50至准确的位置。在本实用新型中，圆形的散热片30是较佳的选择，其可减少散热片与模腔之间的匹配误失(mismatch)。
在“将灌注熔融的封装体于该模具内”的步骤中，如图5所示，在导引该模具50至准确的位置后，将封装体灌注于该模具50的该封装体容置腔52内，以形成一封装体40，并完成本实用新型的具外露式散热件的半导体封装结构，如图5A所示的，为本实用新型的具外露式散热件的半导体封装结构的俯视图。该具外露式散热件的半导体封装结构，由该基板10、该芯片20、该散热片30及该封装体40所组成。其中该散热片30的顶面外露于该封装体40的部分约占其整体高度的10％以上，且至少为0.05mm以上。
本实用新型于该模具50及该半导体组件之间保留该间隙56，因此该模具50的夹合力量主要分布于该封装体40的位置，只有部分力量施加于该散热片30的该倾斜面34上。借此本实用新型有效地避免该模具50灌注封装体时，直接施力于该芯片30上。假设该半导体组件的全部水平投影面积为A1、该散热片30的该倾斜面34的水平投影面积为A2，并且该模具50的夹合力量为F。可推论本新型中该模具50夹合时施加于该散热片30的力量F2＝F*A2/(A2+A1)。
上述实施步骤不过是本实用新型的较佳实施例，以倒装方式半导体封装制程来说明本实用新型的特征及细节。本实用新型应用于半导体封装制程中模具夹合的步骤，例如也可以应用于球栅阵列半导体封装件。如图9所示，其中该半导体组件具有一芯片20’通过导线方式电连接于该基板10、及一散热件60。该散热件60具有一基部62及一由该基部62的底面向下凸出的接触部64抵接于该芯片20’的部分顶面24’。其中模具50’与该散热件60形成一间隙60。其中该散热件60进一步具有一由该基部62的边缘向下倾斜延伸的支撑部66置于该基板62上。该散热件60较佳也是形成一圆形状，且同样形成一倾斜面于该基部62的侧边。该模具50’的模腔内设有一倾斜面54’贴合于该散热件60的倾斜面。
因此本实用新型所能产生的特点及功能经整理如后
一、本实用新型大大减少了半导体封装制程中施加于芯片的模具夹合力量，有效提高半导体封装结构中芯片的可靠性。
二、本实用新型中的散热件直接外露于封装体外并且直接接触于芯片，确保半导体封装结构的散热能力，其中封装体完全包覆芯片，没有水汽侵蚀芯片的问题，可确保芯片的使用寿命。
三、本实用新型中的散热件提供模具追踪对准的功能，可防止封装体的位移，确保封装的质量。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能以此限定本实用新型的权利范围，因此依本实用新型申请范围所做的均等变化或修饰，仍属本新型所涵盖的范围。
权利要求1.一种具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于包括一基板；一半导体芯片，设置于该基板的顶面；一散热件，其具有一底部黏接于该芯片的顶面；及一封装体，覆盖于该芯片及部分该散热件，且由该散热件的侧边延伸至该基板；其中该散热件侧边的顶端突出该封装体0.05mm以上。
2.如权利要求1所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该半导体芯片以倒装方式电连接于该基板。
3.如权利要求2所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该散热件为一平板状的散热片。
4.如权利要求3所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该散热片的侧边呈垂直状。
5.如权利要求3所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该散热片的侧边具有一倾斜面。
6.如权利要求3所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该散热片的侧边具有一倾斜面及一由该倾斜面向下延伸的垂直面。
7.如权利要求1所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该半导体芯片通过导线方式电连接于该基板。
8.如权利要求7所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该散热件具有一基部及一由该基部的底面向下凸出的接触部抵接于该芯片的部分顶面。
9.如权利要求8所述的具外露式散热件的半导体封装结构，其特征在于该散热件进一步具有一由该基部的边缘向下倾斜延伸的支撑部置于该基板上。
专利摘要本实用新型涉及一种具外露式散热件的半导体封装结构，可减少施加于芯片的模具夹合力量，并且具有一散热件直接接触于芯片以加强散热。该具外露式散热件的半导体封装结构包括一基板；一半导体芯片设置于该基板的顶面；一散热件具有一底部黏接于该芯片的顶面；及一封装体覆盖于该芯片及部分该散热件，且由该散热件的侧边延伸至该基板；其中该散热件突出该封装体0.05mm以上。本实用新型大大减少了半导体封装制程中施加于芯片的模具夹合力量，有效提高半导体封装结构中芯片的可靠性。
文档编号H01L23/31GK2729905SQ20042007416
公开日2005年9月28日 申请日期2004年9月14日 优先权日2004年9月14日
发明者杨智安 申请人:威盛电子股份有限公司