专利名称：用于制作具有暴露的热散布器的半导体封装的方法
技术领域：
本发明涉及集成电路(IC)的封装，并且尤其涉及用于制作具有暴露的热散布器的半导体封装的方法。
背景技术：
当不能充分消除在半导体封装内所产生的热时，封装的可靠性会受到损害。为了防止由于过热而导致的封装故障，已经设计了多种热管理技术。一种常见的热管理技术涉及使用热散布器(spreader)来耗散由集成电路(IC)小片(die)所产生的热。图1示出了具有暴露的热散布器12的常规半导体封装10。半导体封装10包括附着于并电连接到衬底18的顶表面16的IC小片14。更具体地是，IC小片14利用小片附着材料20附着到衬底18，并且经由多个丝焊线路22电连接到所述衬底18。热散布器12被布置在IC小片14上并且利用热散布器附着材料24附着到衬底18。利用模塑复合物28来封装IC小片14、丝焊线路22、部分衬底18和部分热散布器12，包括其侧面26。多个焊球30被附着于衬底18的底表面32。在封装过程期间，一个相当大的夹紧压力被施加到热散布器12以便防止模塑复合物28溢出或渗出。为了防止IC小片14由于在热散布器12上所施加的高压力而破裂，如图1所示由一层模塑复合物28把所述IC小片14与所述热散布器12相分隔。然而，由于模塑复合物28典型情况下是不良热导体，所以从IC小片14经由模塑复合物28向热散布器12传导热的速率通常慢于产生热的速率。从而，由IC小片14所产生的热常常不能被充分地排除，并且半导体封装10易于由于过热而出现故障。
考虑到上述情况，希望具有一种制作半导体封装的方法，所述半导体封装具有直接附着于IC小片的暴露的热散布器，所述热散布器能够有效地耗散由所述IC小片所产生的热。
发明内容
本发明提供了一种用于制作半导体封装的方法，包括步骤把集成电路(IC)小片的底表面附着到基础载体并且把所述小片电连接到所述基础载体。把热散布器的第一表面附着到小片的顶表面。热散布器具有附着于其第二表面的叠片。封装所述小片、热散布器、叠片和至少部分基础载体。把叠片与热散布器分开，由此露出所述热散布器的第二表面。
本发明还提供了一种用于制作多个半导体封装的方法，包括步骤把多个集成电路(IC)小片的各自底表面附着到基础载体并且把所述小片电连接到所述基础载体。多个热散布器的各自底表面被附着到所述小片的各自顶表面。热散布器具有附着于其各自顶表面的叠片。封装所述小片、热散布器、叠片和至少部分基础载体。把叠片与热散布器分开，由此露出所述热散布器的顶表面和侧表面。
本发明进一步提供了一种用于制作多个半导体封装的方法，包括步骤把多个集成电路(IC)小片的各自底表面附着到基础载体并且把所述小片电连接到所述基础载体。把多个热散布器的各自第一表面附着到所述小片的各自顶表面。热散布器具有附着于其各自第二表面的叠片。封装所述小片、热散布器、叠片和至少部分基础载体。执行用于分隔相邻小片的分离(singulating)操作，从而借助所述分离操作来露出热散布器的侧表面。把叠片从热散布器分开，这暴露了所述热散布器的第二表面。
当结合附图阅读时可以更好地理解本发明优选实施例的以下详细说明。本发明以举例形式来图示并且不受附图的限制，其中相似的附图标记表示类似的元素。应当理解，附图并未按比例绘制并且为了便于理解本发明已经被简化。
图1是具有暴露的热散布器的常规半导体封装的放大剖视图；图2是根据本发明实施例的多个集成电路(IC)小片的放大剖视图，所述集成电路小片具有附着于基础载体的各自底表面和附着于热散布器的各自顶表面；图3是根据本发明实施例的图案化粘合层的放大顶部平面图；图4是根据本发明另一实施例的图案化粘合层的放大顶部平面图；图5是利用密封剂封装的图2的小片和热散布器的放大剖视图；图6是其上附有多个焊球的图5的基础载体的放大剖视图；图7是与叠片分开以便暴露其表面的图6的热散布器的放大剖视图；图8是根据本发明实施例形成的半导体封装的放大剖视图；和图9是根据本发明另一实施例形成的半导体封装的放大剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图所阐明的详细说明意在为本发明优选实施例的描述，而并不意在表示可以用来实施本发明的唯一形式。应当理解，相同的或等效的功能可以由本发明的精神和范围内所包含的不同实施例来实现。遍及附图，同样的数字用来表明同样的部件。
图2和5-7是放大的横剖面图，用于图示一种根据本发明实施例制作多个半导体封装50的方法。半导体封装50优选利用模制阵列工艺(Molded Array Process MAP)来制作，由此实现高生产量。
现在参照图2，示出了多个集成电路(IC)小片52，其具有附着于基础载体56的各自底表面54并且具有附着于相应的多个热散布器60的各自顶表面58。所述小片52被电连接到基础载体56。
所述小片52可以是诸如数字信号处理器(DSP)之类的处理器、诸如存储器地址发生器之类的特定功能电路、或执行任何其它类型功能的电路。所述小片52不局限于例如CMOS之类的特定技术，或根据任何特定的晶片技术得出。此外，如本领域技术人员应当理解的，发明可以适应各种尺寸的小片。典型例子是具有大约为15mm×15mm的尺寸的存储器小片。可以利用粘合材料62把小片52附着到基础载体56。粘合材料62可以是任何适当的粘合材料，诸如粘合带、热塑粘合剂、环氧材料等。这种用于把IC小片52附着到基础载体56的粘合剂为本领域技术人员所公知。小片52经由多个丝焊线路64电连接到基础载体56。线路64可以由金(Au)或本领域中所知并且可买到的其它导电材料制成。如从图2中可以看出，利用球焊接把该特定实施例中的丝焊线路64附着到IC小片52。然而应当理解的是，本发明不局限于特定的丝焊技术或丝焊类型的连接。在替换实施例中，小片52例如可以经由倒装芯片凸点(flip chip bump)(参见下面描述的图9中的倒装芯片凸点156)电连接到基础载体56。
热散布器60的各自第一或底表面66被附着到小片52的各自顶表面58。热散布器60具有附着于其各自的第二或顶表面70的叠片68。使用例如硅树脂之类的导电粘合剂72来把各热散布器60附着到各小片52。导电粘合剂72被分配到小片52的各自顶表面58上，然后热散布器60被作为一组(gang)布置在小片52的各自顶表面58上并且通过固化导电粘合剂72而附着于其上。因为热散布器60被附着到小片52而不是基础载体56上，所以对于基础载体56的设计来说没有任何约束。因此，在本发明中可以使用现有的基础载体。热散布器60由导热材料组成，诸如铜、铝或其合金，而叠片68优选为高温带并且厚度大约为50微米。
图案化(patterned)的粘合层74用来把叠片68附着到热散布器60的顶表面70。粘合层74可以由硅树脂制成并且被图案化以便于随后把叠片68与热散布器60相分离，如下所述。在此特定的实施例中，图案化的粘合层74包括具有至少一个穿孔76的粘合带。图3是图2的图案化粘合层74的放大顶部平面图。可以看出，粘合层74包括贴近其中心的一个穿孔76。在图4所示的另一实施例中，图案化的粘合层78包括遍及粘合层78所分布的多个穿孔80。因此，应当理解，本发明不受粘合层中穿孔的数目或位置的限制。
现在参照图5，利用密封剂82来封装图2的小片52、热散布器60、叠片68和至少部分基础载体56。执行诸如注入模塑工艺之类的模塑操作来封装小片52、热散布器60、叠片68和部分基础载体56。密封剂82可以包括公知的可买到的模塑材料，诸如塑料或环氧树脂。可以看出，热散布器60被密封剂82完全地封装并且在模塑操作期间不与模子直接接触。从而，保护热散布器60和它们附着于其上的小片52免于在模塑操作期间由密封剂82所施加的夹紧压力。这减少了在模塑操作期间小片破裂的风险。
现在参照图6，多个焊球84被附着到基础载体56。如图6所示，所封装的小片52、热散布器60和基础载体56被布置成“dead bug”方向(颠倒)以便附着焊球84。可以使用已知的焊球附着工艺把焊球84附着到基础载体56。所封装的小片52、热散布器60和基础载体56被安装在诸如Mylar_薄膜之类的条带86上作为分离操作、例如锯齿分离的一部分。更具体地是，条带86被附着到平行于基础载体56的密封剂82的暴露表面88。沿着垂直线A-A、B-B和C-C执行分离操作以便使相邻的小片52分离并且露出热散布器60的侧表面90。在此特定的例子中，在把焊球84附着到基础载体56之后执行分离操作。然而，本领域技术人员应当理解还可以在把焊球84附着到基础载体56之前执行分离操作。
现在参照图7，把热散布器60从叠片68分开以便露出热散布器60的顶表面70。更具体地是，每个半导体封装50被拾取并且在拾取过程中被脱带(detape)以便露出热散布器60的顶表面70。如图7所示，密封剂82的上部或层92连同叠片68一起被剥离以便露出热散布器60的顶表面70。如同所见，使用条带86来把叠片68与热散布器60分开。条带86通过粘附到密封剂82来帮助分开过程。因为密封剂82的层92被剥离，可以利用本发明来形成超薄的半导体封装50。因为在封装过程期间叠片68保护了热散布器60的顶表面70，所以防止了密封剂82在所述热散布器60的顶表面70上出现渗出或溢出。
尽管图2和5-7只示出了两个小片52，然而应当理解，根据基础载体56的尺寸、小片52的尺寸以及所产生半导体封装50所要求的功能，可以把更多或更少的小片52附着到基础载体56。
现在参照图8，示出了根据上述过程形成的半导体封装100的放大剖视图。半导体封装100包括集成电路(IC)小片102，其在底表面104上附着到基础载体106并且在顶表面108上附着到热散布器110。在此实施例中，基础载体106是衬底。利用粘合材料112把IC小片102附着到衬底106，而利用导电粘合剂114把热散布器110附着到所述IC小片102。IC小片102经由多个丝焊线路116电连接到衬底106。利用密封剂120来封装IC小片102、热散布器110的底表面或下侧118以及至少部分衬底106(即，衬底106的顶表面)。多个焊球122被附着到衬底106的下侧124。如图8所示，露出了热散布器110的顶表面126和侧表面128。
现在参照图9，示出了根据本发明另一实施例形成的半导体封装150的放大剖视图。半导体封装150包括位于基础载体154上的集成电路(IC)小片152，在此实施例中，所述基础载体154为铅框架。IC小片152经由倒装芯片凸点156电连接到铅框架154。利用导电粘合剂162把热散布器158附着到IC小片152的顶表面160。利用密封剂166来封装IC小片152、热散布器158的底表面或下侧164以及至少部分铅框架154，使热散布器158的顶表面168和侧表面170暴露出来。通过使顶和底表面由金属制成来强化半导体封装150。
如从图8和9中可以看出，在本发明中的热散布器被直接地附着于IC小片。从而，从IC小片到热散布器提供了直接的热通路。这便于耗散由IC小片所产生的热，由此减少了由于过热而导致的封装故障的可能性。
此外，因为本发明的热散布器在顶和侧表面暴露于周围环境，所以本发明的半导体封装提供了足够的表面区域来用于把热量对流到所述半导体封装之外。这增强了根据本发明制作的半导体封装的热性能。利用改进的热性能，可以增加半导体封装的功率容量，例如从大约2瓦(W)增加到大约3瓦。作为选择，例如可以把半导体封装的温度降低一半。
如从上面论述显然可以看出，本发明提供了一种用于批量生产可靠且热性能增强的半导体封装的廉价方法。可以使用当前的半导体装配设备来实现本发明。从而，不需要附加的资金投入。通过提供热散布器增强了封装刚度和可靠性。本发明的热散布器简单地被成形，因此易于制造并易于并入到组装工艺中。另外，热散布器设计适于用于所有封装类型和大小。
为了图示和说明的目的已经给出了本发明优选实施例的描述，但是并不意在穷举本发明或将其限为所公开的形式。本领域技术人员应当理解，在不脱离其宽泛发明原理的情况下可以对上述实施例进行改变。例如，本发明适用于模塑封装，包括但不局限于MapBGA、PBGA、QFN、QFP和FC设备。另外，小片尺寸和步骤的维数可以改变以适应所要求的封装设计。因此应当理解，本发明不局限于所公开的特定实施例，但是覆盖了在如所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的修改。
权利要求
1.一种用于制作半导体封装的方法，包括将集成电路(IC)小片的底表面附着到基础载体；将所述小片电连接到所述基础载体；将热散布器的第一表面附着到所述小片的顶表面，其中所述热散布器具有附着于其第二表面的叠片；封装所述小片、热散布器、叠片和至少部分基础载体；并且将所述叠片从热散布器分开，由此露出所述热散布器的第二表面。
2.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，其中露出所述热散布器的侧表面。
3.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，其中使用条带来把所述叠片与所述热散布器分开。
4.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，其中使用图案化的粘合层来把所述叠片附着到所述热散布器。
5.如权利要求4所述的用于制作半导体封装的方法，其中所述图案化的粘合层包括具有至少一个穿孔的粘合带。
6.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，其中使用导电粘合剂来把所述热散布器附着到所述小片。
7.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，还包括把多个焊球附着到所述基础载体。
8.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，其中所述小片经由多个丝焊线路被电连接到所述基础载体。
9.如权利要求1所述的用于制作半导体封装的方法，其中所述小片经由倒装芯片凸点被电连接到所述基础载体。
10.一种用于制作多个半导体封装的方法，包括将多个集成电路(IC)小片的各自底表面附着到基础载体；将所述小片电连接到所述基础载体；将多个热散布器的各自底表面附着到所述小片的各自顶表面，其中所述热散布器具有附着于其各自顶表面的叠片；封装所述小片、热散布器、叠片和至少部分基础载体；以及将所述叠片从所述热散布器分开，使得至少露出所述热散布器的顶表面。
11.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中使用条带来把所述叠片与所述热散布器分开。
12.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中使用图案化的粘合层来把所述叠片附着到所述热散布器。
13.如权利要求12所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中所述图案化的粘合层包括具有至少一个穿孔的粘合带。
14.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中使用导电粘合剂来把各个热散布器附着到各个小片。
15.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，还包括把多个焊球附着到所述基础载体。
16.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中所述小片经由多个丝焊线路被电连接到所述基础载体。
17.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中所述小片经由倒装芯片凸点被电连接到所述基础载体。
18.如权利要求10所述的用于制作多个半导体封装的方法，还包括执行用于分开相邻小片的分离操作，其中借助所述分离操作来露出所述热散布器的侧表面。
19.一种用于制作多个半导体封装的方法，包括将多个集成电路(IC)小片的各自底表面附着到基础载体；将所述小片电连接到所述基础载体；将多个热散布器的各自第一表面附着到所述小片各自的顶表面，其中所述热散布器具有附着于其各自第二表面的叠片；封装所述小片、热散布器、叠片和至少部分基础载体；执行用于分开相邻小片的分离操作，其中借助所述分离操作来露出所述热散布器的侧表面；以及将所述叠片从热散布器分开，由此露出所述热散布器的第二表面。
20.如权利要求19所述的用于制作多个半导体封装的方法，其中使用条带来把所述叠片与所述热散布器分开。
全文摘要
一种用于制作半导体封装(50)的方法，包括把集成电路(IC)小片(52)的底表面(54)附着到基础载体(56)并且把所述小片(52)电连接到所述基础载体(56)。热散布器(60)的第一表面(66)被附着到小片(52)的顶表面(58)。热散布器包括附着于与第一表面(66)相反的第二表面(70)的叠片(68)。封装所述小片(52)、热散布器(60)、叠片(68)和至少部分基础载体(56)。把叠片(68)从热散布器(60)分开，从而暴露所述热散布器(60)的第二表面(70)。
文档编号H01L21/56GK1975993SQ20061016307
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者冯志成, 卢威耀 申请人:飞思卡尔半导体公司