电子装置及其制法的制作方法

本发明涉及一种电子装置，尤指一种具有散热件的电子装置及其制法。

背景技术：

随着电子产品在功能及处理速度的需求的提升，作为电子产品的核心组件的半导体芯片需具有更高密度的电子元件(Electronic Components)及电子电路(Electronic Circuits)，故半导体芯片在运作时将随的产生更大量的热能，且包覆该半导体芯片的封装胶体为一种导热系数仅0.8Wm^-1k^-1的不良传热材质(即热量的逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散所产生的热量，则会造成半导体芯片的损害或造成产品信赖性问题。

因此，为了迅速将热能散逸至大气中，通常在半导体封装件中配置散热片(Heat Sink或Heat Spreader)，且传统散热片是藉由散热胶结合至芯片背面，通过散热胶与散热片逸散出半导体芯片所产生的热量。

然而，散热胶已不符合制程需求，故遂发展出导热介面材(Thermal Interface Material，简称TIM)制程。

现有TIM制程以焊锡材料作为热传导材料，其设于半导体芯片背面与散热片之间，而为了提升TIM层与芯片背面之间的接着强度，需在芯片背面上覆金(即所谓的Coating Gold On Chip Back)，且需使用助焊剂(flux)，以利于该TIM层接着于该金层上。

然而，覆金(coating gold)制程容易造成污染，且进行覆金制程及使用助焊剂均会增加制程步骤及成本，故对晶圆厂或封装厂而言都不符合经济效益。

此外，于回焊该焊锡材料时，该助焊剂遇热会挥发，致使于该TIM层中产生空洞(void)区域，且该空洞区域约占该TIM层的体积40％， 导致热传导面积减少而使产品的良率降低。

因此，遂发展出另一种TIM制程，以氧化铝(Al₂O₃)作为热传导材料。

如图1及图1’所示，现有半导体封装结构1的制法为先将一半导体芯片11以其作用面11a利用覆晶接合方式(即透过导电凸块110与底胶111)设于一封装基板10上，再将一铜材散热件13以其顶片130藉由TIM层12(其包含氧化铝材120与聚合物颗粒121)结合于该半导体芯片11的非作用面11b上，且该散热件13的支撑脚131经由粘着层14架设于该封装基板10上。

于运作时，该半导体芯片11所产生的热能是经由该非作用面11b、TIM层12而传导至该散热件13以散热至该半导体封装结构1的外部。

然而，现有封装结构1中，该TIM层12以氧化铝材120作为热传导材料，其热导率(Thermal conductivity)极小，约为3.9W/mK，对于热导率系数极大的散热件13(铜的热导率系数约400W/mK)而言，明显无法有效传递热量。

此外，该半导体芯片11与TIM层12之间的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，简称CTE)相近，但该散热件13与TIM层12之间的热膨胀系数差异(CTE Mismatch)极大，导致变形量(即翘曲程度)极大，故该散热件13的顶片130与TIM层12之间容易发生脱层，不仅造成导热效果下降，且会造成半导体封装结构1外观上的不良，因而严重影响产品的信赖性。

因此，如何克服上述现有技术的问题，实已成为目前业界亟待克服的难题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的种种缺失，本发明提供一种电子装置及其制法，能有效提升电子装置的热传导的效率。

本发明的电子装置，包括：电子元件；导热体，其设于该电子元件上，且该导热体包含银材，其中，该导热体的宽度小于该电子元件的宽度；以及散热件，其设于该导热体上。

本发明还提供一种电子装置的制法，包括：提供一电子元件；以 及藉由导热体结合一散热件于该电子元件上，且该导热体包含银材，其中，该导热体的宽度小于该电子元件的宽度。

前述的电子装置及其制法中，该电子元件为主动元件、被动元件、封装元件或其三者的组合。

前述的电子装置及其制法中，该导热体包含多个聚合物颗粒，且该聚合物颗粒的直径小于或等于20微米。

前述的电子装置及其制法中，该导热体包含有结合至该电子元件上的第一金属层、结合至该散热件上的第二金属层、及位于该第一与第二金属层之间的烧结银层。例如，形成该第一金属层的材质为钛、钛/铜或钛/镍、钛/银、钛/铜/银或钛/镍/银，且形成该第二金属层的材质为银或镍/银，而该第一与第二金属层为以溅镀方式形成者。另外，该第一与第二金属层的银厚度大于或等于200纳米。

前述的电子装置及其制法中，该电子元件具有相对的作用面与非作用面，且该导热体设于部分该非作用面上。例如，该导热体与该非作用面的接触面积小于该非作用面的面积的80％。

前述的电子装置及其制法中，该散热件具有相对的第一表面与第二表面，且该导热体设于部分该第一表面或全部该第一表面上。例如，该导热体设于部分该第一表面上，且该导热体与该第一表面的接触面积小于该第一表面对应该非作用面的投影面积的80％。

前述的电子装置及其制法中，还包括形成绝缘材于该散热件上，以包覆该导热体、或该导热体与该电子元件。

由上可知，本发明的电子装置及其制法，主要藉由该导热体包含银材，使其热导率大幅增加，因而有效提升热传导的效率。

此外，藉由该导热体的宽度小于该电子元件的宽度，以避免该导热体与该电子元件间发生剥离的问题。

附图说明

图1为现有半导体电子装置的剖面示意图；

图1’为图1的局部放大的示意图；

图2为本发明的电子装置的局部剖面示意图；

图2’为本发明的电子装置的剖面示意图；以及

图3A、图3A’及图3B为本发明的电子装置的另一实施例的剖面示意图。

符号说明

1 封装结构

10,20 封装基板

11 半导体芯片

11a,21a 作用面

11b,21b 非作用面

110,210 导电凸块

111,211 底胶

12 TIM层

120 氧化铝材

121 聚合物颗粒

13,23 散热件

130,230 顶片

131,231 支撑脚

14,24 粘着层

2,3,3’ 电子装置

21 电子元件

21c 侧面

22 导热体

22a 第一金属层

22b,22b’ 第二金属层

22c 烧结银层

220 烧结银

221 聚合物颗粒

23a 第一表面

23b 第二表面

25 绝缘材

A,C 接触面积

B 面积

D 投影面积

W,T 宽度。

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图2及图2’为本发明的电子装置2的制法，其先提供一电子元件21，再经由导热体22将一散热件23结合至该电子元件21上，且该导热体22包含银材，其中，该导热体22的宽度W小于该电子元件21的宽度T。

于本实施例中，该散热件23为散热片(如铜片)，其具有相对的第一表面23a与第二表面23b，且该电子元件21为主动元件、被动元件、封装元件或其三者的组合。具体地，该主动元件为例如半导体芯片，该被动元件为例如电阻、电容及电感，且该封装元件包含基板、设于该基板上的芯片及包覆该芯片的封装层。于此是以该电子元件21为半导体芯片作为示例，其具有相对的作用面21a与非作用面21b。

此外，该散热件23的构造可如图1所示，但并不限于此，即该散热件23的构造可依需求选择各种样式。

又，该导热体22为多层导热层的结构，其由直接接触该电子元件21的第一金属层22a、直接接触该散热件23的第二金属层22b、及直 接接触于该第一与第二金属层22a,22b之间的烧结(sintering)银层22c所构成。

具体地，该第一与第二金属层22a,22b的结构可为多层结构或合金结构。例如，形成该第一金属层22a的材质为钛、钛/铜或钛/镍、钛/银、钛/铜/银或钛/镍/银等多层结构；形成该第二金属层22b的材质为钛、银、铜、镍或其合金的任一组合者，较佳地，形成该第二金属层22b的材质为银层或如镍/银的多层结构。较佳者，该第一与第二金属层22a,22b以溅镀(sputter)方式形成者，如溅镀银层。

另外，该烧结银层22c包含烧结银220与具有多个聚合物(polymer)颗粒221的胶材，且该聚合物颗粒221的直径小于或等于20微米(较佳为小于)。

因此，于制作该电子装置2时，例如，可先将该第一金属层22a溅镀于该电子元件21的全部该非作用面21b上，且将该第二金属层22b溅镀于该散热件23的第一表面23a上，之后再利用该烧结银层22c结合该第一与第二金属层22a,22b，使该散热件23结合于该电子元件21上。

实际地，于结合时，该第一与第二金属层22a,22b的溅镀银与该烧结银220会相融合以形成金属接合，此时会消耗部分溅镀银，故该第一金属层22a的银厚度需大于或等于200纳米(较佳为大于，如300纳米)，且该第二金属层22b的银厚度需大于或等于200纳米(较佳为大于，如300纳米)，以维持该导热体22的结构强度。

另一方面，该烧结银层22c为一种银胶态样，其藉由金属纳米颗粒结构以降低金属材的反应温度，且藉由混和该聚合物颗粒221，以降低材料的杨氏模数(Young’s modulus)。较佳地，该聚合物颗粒221的直径小于20微米，且于结合前，该烧结银层22c需预热处理，使该烧结银220的颗粒与聚合物颗粒221的分布均匀，令该导热体22的应力均匀分布，以避免产生脱层。

本发明的制法藉由该导热体22的宽度W小于该电子元件21的宽度T，使该电子元件21的部分非作用面21b未覆盖有该导热体22，以分散该导热体22与该电子元件21间的热应力，故能避免该导热体22与该电子元件21间因热膨胀系数(Coefficient of thermal expansion，简称CTE)的差异而发生剥离(peeling)的问题。

图3A及图3B为本发明的电子装置3,3’的另一实施例。本实施例与上述实施例的差异在于导热体22的分布。

如图3A所示，先将一电子元件21以其作用面21a利用覆晶接合方式(即透过导电凸块210与底胶211)设于一封装基板20上，再将该散热件23以其顶片230藉由该导热体22结合于该电子元件21的非作用面21b上，且该散热件23的支撑脚231经由粘着层24架设于该封装基板20上。

于本实施例中，该导热体22的第一金属层22a设于部分该非作用面21b，且该导热体22(即该第一金属层22a)与该非作用面21b的接触面积A小于该非作用面21b的面积B的80％(即A＜0.8B)。

此外，该散热件23具有相对的第一表面23a与第二表面23b，且该导热体22的第二金属层22b设于部分该第一表面23a上，而该导热体22(即该第二金属层22b)与该第一表面23a的接触面积C小于该第一表面23a对应该非作用面21b的投影面积D的80％(即C＜0.8D)。

又，该电子装置3还包括形成绝缘材25于该散热件23的顶片230的第一表面23a上，以包覆该导热体22与该电子元件21的侧面21c与部分非作用面21b，藉以强化该散热件23与该电子元件21间的结合。或者，如图3A’所示，该绝缘材25仅包覆该导热体22，仍可强化该散热件23与该电子元件21间的结合。

另外，如图3B所示，该导热体22的第二金属层22b’也可设于全部该第一表面23a上(即该顶片230的全部下表面与该支撑脚231的全部下表面)。

本实施例藉由将该第一金属层22a沉积于部分该非作用面21b上，同时藉由在该导热体22及电子元件21的侧面21c形成该绝缘材25，以避免该第一金属层22a自该非作用面21b剥离，且可提高该散热件23与该绝缘材25的接合强度。

综上所述，本发明的电子装置2及其制法，藉由该导热体22包含银材(特别是烧结银220)，使其热导率大幅增加(约为40W/mK)，因而有效提升该电子装置2的热传导效率。

此外，由于该第一与第二金属层22a,22b以溅镀方式形成者，使 该第一与第二金属层22a,22b分别强力附着于该电子元件21与该散热件23上，且该第一与第二金属层22a,22b的溅镀银与该烧结银220会紧密融合，故能有效避免该导热体22与该散热件23之间发生脱层，因而不仅能提升导热效果，且能提升产品的信赖性。

又，藉由该导热体22的宽度W小于该电子元件21的宽度T，以避免该导热体22与该电子元件21间发生剥离。

上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。