專利名稱：具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)一種半導(dǎo)體封裝件，特別是關(guān)于一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，可以提高該半導(dǎo)體封裝件的散熱效率。
背景技術(shù)：
覆晶式球柵陣列(Flip Chip Ball Grid Array，F(xiàn)CBGA)半導(dǎo)體封裝件是一種同時(shí)具有覆晶及球柵陣列的封裝結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)芯片借助多個(gè)焊塊(Solder Bump)電性連接至基板的一表面上，并在該基板的另一表面(通常是與置晶面相對(duì)的表面)上植設(shè)有多個(gè)作為輸入/輸出(Input/Output，I/O)端的焊球(Solder Ball)。為了釋放芯片運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，上述半導(dǎo)體封裝件中還設(shè)有一散熱片。如美國專利第5,311,402、5,637,920、5,931,222及6,011,304號(hào)案中，該散熱片可借膠粘劑(adhesive)或焊料(solder)等粘置在基板上，且其面積往往大于芯片的面積，以遮覆住芯片，從而能有效釋放來自芯片的熱量。然而，為使封裝件的電性功能更加完善，基板上還要增設(shè)被動(dòng)組件(Passive Component)，這樣就使基板上用來與散熱片相接的面積減少，使散熱片不易定位及附著在基板上，經(jīng)常造成散熱片的脫落，在使用大型散熱片時(shí)，這種情況會(huì)更嚴(yán)重。再有，利用膠粘劑或焊料將散熱片與基板的平面粘接在一起，這可能會(huì)因散熱片或基板的接觸面的雜質(zhì)或散熱片與基板之間的應(yīng)力等問題，產(chǎn)生散熱片與基板之間出現(xiàn)分層(delamination)現(xiàn)象，造成散熱片的脫落；另外，當(dāng)粘有散熱片的基板受到外力，如震動(dòng)時(shí)，也可能產(chǎn)生散熱片脫落的現(xiàn)象。
有鑒于此，目前已有技術(shù)將散熱片設(shè)置在芯片上或借助機(jī)械方式將散熱片固定在基板上。前者如美國專利第6,093,961號(hào)案，它是在一以覆晶方式接設(shè)在基板上的芯片上再卡接一個(gè)散熱片，該散熱片連設(shè)有多條朝芯片方向延伸、且具彈性的支腳，各支腳的末端呈鉤狀；當(dāng)施以一定的壓力，使散熱片觸及并壓緊在芯片的上表面時(shí)，散熱片的支腳可利用其彈性略微向外擴(kuò)張，使其鉤狀的末端與芯片下表面的邊角部位卡合，使散熱片固接且定位在芯片上。然而這種結(jié)構(gòu)容易在壓緊散熱片至芯片上時(shí)，使芯片因壓力而受損，同時(shí)，觸接芯片的散熱片具有與芯片不同的熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)，因此在高溫或溫度循環(huán)工序中，熱膨脹系數(shù)的差異可能使芯片受到熱應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂損(Crack)。
美國專利第5,396,403及5,926,371號(hào)案發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)是借機(jī)械方式使散熱片固定在基板上，其中，在散熱片上與基板觸接的部分開設(shè)有多條孔洞，且在基板上相對(duì)應(yīng)的部位也鉆設(shè)有多條孔洞，使如螺栓等的固定件嵌設(shè)在散熱片與基板彼此對(duì)應(yīng)的孔洞中，從而能夠連接散熱片與基板，將散熱片定位在基板上；另外，在美國專利第6,441,485號(hào)案中，散熱片的邊緣連設(shè)有延伸部，該延伸部的末端具有類似鉤狀的結(jié)構(gòu)，使該延伸部貫穿在基板上開設(shè)的孔洞中，借其鉤狀結(jié)構(gòu)與基板卡合，使散熱片定位在基板上。
然而，這種借助固定件或延伸部將散熱片固定在基板上的方式可能產(chǎn)生諸多問題，其一是基板上需要預(yù)留部分面積以供孔洞開設(shè)之用，使基板上難以植設(shè)更多的焊球，因而影響基板上的電路布局性(Routability)；再有，孔洞的開設(shè)也增加基板的制造成本及工序的復(fù)雜性；此外，開設(shè)有孔洞的基板可能因外界濕氣或污染物侵入孔洞，會(huì)導(dǎo)致封裝成品可靠性不良等問題。
因此，如何解決上述問題，能夠增進(jìn)散熱片與基板間的粘著力而使散熱片穩(wěn)固地定位在基板上，同時(shí)不會(huì)造成芯片裂損或影響基板上的電路布局性，是目前半導(dǎo)體業(yè)界的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，它是在散熱片與基板觸接的表面上開設(shè)多條凹槽或開孔，使散熱片借一敷設(shè)在散熱片與基板之間、且填入該凹槽或開孔中的膠粘性材料固接在基板上，凹槽或開孔的設(shè)置使敷設(shè)其中的膠粘性材料具有錨定(Anchor)作用，從而使散熱片穩(wěn)固地定位在基板上。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，基板上不需預(yù)留孔洞，借膠粘性材料使散熱片固接在基板上，因此不會(huì)影響基板上的焊球布設(shè)情況及電路布局性(Routability)。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，使散熱片定位在基板上而不會(huì)造成芯片的裂損(Crack)。
為達(dá)成上述及其它目的，本發(fā)明的一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件包括一基板，具有一上表面及一相對(duì)的下表面；至少一芯片，設(shè)置在該基板的上表面上、并借多條導(dǎo)電組件電性連接至該基板；一散熱片，設(shè)置在該基板的上表面上、并遮覆住該芯片，該散熱片具有一平坦部及一自該平坦部邊緣延伸至基板的支撐部，使該平坦部被該支撐部支持而架撐在該芯片上方，其中，該支撐部與基板上表面觸接的部位開設(shè)有多條凹部；一膠粘性材料，敷設(shè)在該散熱片的支撐部與該基板上表面之間、且被填入該散熱片的凹部中，借該膠粘性材料固接該散熱片在該基板上；以及多個(gè)焊球，植設(shè)在該基板的下表面上。
本發(fā)明一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件還可以包括一基板，具有一上表面及一相對(duì)的下表面；至少一芯片，設(shè)置在該基板的上表面上、并借多條導(dǎo)電組件電性連接至該基板；一散熱片，設(shè)置在該基板的上表面上、并遮覆住該芯片，該散熱片具有一平坦部及一自該平坦部邊緣延伸至基板的支撐部，使該平坦部被該支撐部支持而架撐在該芯片上方，其中，該支撐部向外形成有多條與該基板上表面觸接的凸緣，使各該凸緣與基板觸接的部分開設(shè)有至少一開孔；一膠粘性材料，敷設(shè)在該散熱片凸緣與該基板上表面之間、且被填入該散熱片的開孔中，借該膠粘性材料固接該散熱片在該基板上；以及多個(gè)焊球，植設(shè)在該基板的下表面上。
上述半導(dǎo)體封裝件的優(yōu)點(diǎn)在于利用開設(shè)有凹槽或開孔的散熱片，使一膠粘性材料敷設(shè)在散熱片與基板之間、且填入該凹槽或開孔中，能夠固接散熱片在基板上；凹槽或開孔的設(shè)置使敷設(shè)其中的膠粘性材料能夠提供一錨定作用，增進(jìn)散熱片與基板之間的附著力，使散熱片穩(wěn)固地定位在基板上。由于不需要使用螺栓將散熱片固定在基板上，因此基板無需預(yù)留孔洞，故不會(huì)影響基板上焊球的布設(shè)情況及電路布局性(Routability)，使基板能夠適用于植滿焊球的結(jié)構(gòu)中；同時(shí)，無需開設(shè)孔洞的基板還不會(huì)受到外界濕氣或污染物的侵入，確保封裝成品的可靠性。另外，散熱片是定位在基板上，故不會(huì)如現(xiàn)有技術(shù)那樣易造成芯片裂損(Crack)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體封裝件的剖視圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體封裝件的剖視圖；圖3A是圖2的半導(dǎo)體封裝件中的散熱片的上視圖；圖3B是圖2的半導(dǎo)體封裝件中的散熱片另一實(shí)例的剖視圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體封裝件的剖視圖；圖5A是圖4的半導(dǎo)體封裝件中的散熱片的上視圖；
圖5B是圖4的半導(dǎo)體封裝件中的散熱片的局部放大圖；圖5C是圖4的半導(dǎo)體封裝件中的散熱片另一實(shí)例的剖視圖；以及圖5D是圖4的半導(dǎo)體封裝件中的散熱片又一實(shí)例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下即配合圖1、2、3A、3B、4及圖5A至5D詳細(xì)說明本發(fā)明的具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體封裝件。如圖所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝件是使用一基板10作為芯片承載件(Chip Carrier)，該基板10主要以一常用的樹脂材料，如環(huán)氧樹脂(Epoxy resin)、聚酰亞胺(Polyimide)樹脂、BT(Bismaleimide Triazine)樹脂、FR4樹脂等制成。
基板10具有一上表面100及一相對(duì)的下表面101，該上表面100上的預(yù)定部位形成有多條焊墊(Bond Pad)102供植設(shè)焊塊(SolderBump)12之用，基板10的下表面101上形成有多個(gè)焊球墊(Ball Pad)103供與焊球(Solder Ball)17接設(shè)之用?；?0屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不重復(fù)說明。
制備至少一芯片11，該芯片11具有一個(gè)布設(shè)有電子組件及電路(未標(biāo))的作用表面(Active Surface)110以及一相對(duì)的非作用表面(Non-activeSurface)111，其中，芯片11的作用表面110上形成有多條焊墊112，使芯片11的焊墊112對(duì)應(yīng)于基板10的焊墊102。該芯片11的作用表面110是借多條焊塊12接設(shè)在基板10的上表面100上，使各焊塊12的兩端分別焊連至對(duì)應(yīng)的焊墊102、112，從而令芯片11電性連接至基板10。這種利用焊塊使芯片與基板相連接的結(jié)構(gòu)稱為覆晶(Flip-Chip)技術(shù)，其一大優(yōu)點(diǎn)在于有效縮短芯片與基板之間的電性連接路徑，能確保電性連接品質(zhì)。
敷設(shè)一樹脂等絕緣性材料13在芯片11與基板10之間，以填充相鄰焊塊12之間的空隙是一個(gè)較好的選擇，這樣可使焊塊12被絕緣性材料13包覆，能增進(jìn)芯片11與基板10間的焊接力。這種填充芯片與基板間空隙的方法稱為底部填膠(Underfill)技術(shù)，例如可以用現(xiàn)有的點(diǎn)膠(Dispense)方式注入絕緣性材料，借毛細(xì)管的作用(Capillarity)使絕緣性材料填滿相鄰焊塊之間的空隙，該底部填膠技術(shù)屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不重復(fù)說明。
再有，可選擇性地在基板10的上表面100上未設(shè)置焊塊12或芯片11的部位，接設(shè)至少一被動(dòng)組件(Passive Component)14，例如電容器(Capacitor)等，使整體半導(dǎo)體封裝件的電性功能更為完善。
設(shè)置一散熱片15在基板10的上表面100及芯片11的非作用表面111上，并借一粘膠18(如導(dǎo)熱膠等)粘接散熱片15與芯片11，使芯片11及被動(dòng)組件14被該散熱片15遮覆，與外界隔離免受外界水氣及污染物的侵害。散熱片15的作用在于使芯片10運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，能夠通過導(dǎo)熱膠18、經(jīng)由散熱片15散逸至外界，從而能改善半導(dǎo)體封裝件的散熱功效。該散熱片15具有一平坦部150及一自該平坦部150邊緣延伸至基板10的支撐部151，使平坦部150受到支撐部151的支持，能夠架撐在芯片11上方。其中，該支撐部151與基板10上表面100觸接的部位開設(shè)有多條凹槽152，使基板10的上表面100部分地露出在該凹槽152中。如圖1所示，散熱片15凹槽152的開口端的口徑小于其閉合端的內(nèi)徑時(shí)，具有較好的效果，這樣能使其剖面呈漸縮的結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生錨定作用，且凹槽152的數(shù)目至少二個(gè)且彼此對(duì)稱，或在散熱片15的四邊皆開設(shè)有凹槽152(不以此為限)。
敷設(shè)一膠粘性材料16，如膠粘劑(Adhesive)或焊料(Solder)等，在散熱片15支撐部151與基板10上表面100之間，并施以適當(dāng)壓力以使膠粘性材料16經(jīng)擠壓后填入散熱片15的凹槽152中，再進(jìn)行一烘烤(Baking)程序，使膠粘性材料16固化從而使其具有錨定(Anchor)作用，以借該膠粘性材料16錨固散熱片15在基板10上。
植設(shè)多個(gè)焊球17在基板10下表面101上的焊球墊103，該焊球17作為半導(dǎo)體封裝件的輸入/輸出端(Input/Output，I/O)端，與外界裝置如印刷電路板(Printed Circuit Board，未標(biāo))電性連接，使芯片11能夠通過焊球17電性連接至該印刷電路板；如此即完成本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝件。
在此實(shí)施例中，散熱片15上開設(shè)的凹槽152不會(huì)顯露在散熱片15的外表面上，因而不會(huì)影響整體半導(dǎo)體封裝件的外觀；同時(shí)，上述膠粘性材料16的敷設(shè)與現(xiàn)有涂膠在散熱片與基板之間的情況相似，故不會(huì)增加制造成本及工序的復(fù)雜性。
實(shí)施例2圖2是顯示本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體封裝件。如圖所示，該實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝件結(jié)構(gòu)大致與實(shí)施例1相同，不同之處在于散熱片15與基板10上表面100觸接的部位開設(shè)有多條垂直、并貫穿支撐部151的開孔153，使該開孔153具有一朝向基板10的第一開口154及一相對(duì)的第二開口155，且該第一開口154的孔徑小于第二開口155的孔徑時(shí)效果較好。如圖3A所示，開孔153位于散熱片15的角落部位較好(但不以此為限)。還有如圖2所示，散熱片15的開孔153是呈階梯狀結(jié)構(gòu)，開孔153較靠近第一開口154的部分借一階梯狀的轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)，使其孔徑縮小形成第一開口154以產(chǎn)生錨定作用。膠粘性材料16是敷設(shè)在散熱片15的支撐部151與基板10上表面100之間，經(jīng)擠壓由第一開口154填入散熱片15開孔153中、并溢出后流至第二開口155中，再經(jīng)烘烤、固化后形成一具有栓鎖(Locking)作用的類似鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)，能有效固接散熱片15在基板10上。
再有，散熱片15的開孔153也可呈類似錐狀或孔徑朝一端漸縮(Taper)的結(jié)構(gòu)，如圖3B所示，該開孔153的孔徑由第二開口155朝第一開口154漸縮，使第一開口154位于開孔153的尖端或窄端。
實(shí)施例3圖4顯示本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體封裝件。如圖4所示，實(shí)施例3的半導(dǎo)體封裝件結(jié)構(gòu)上大致與實(shí)施例1相同，不同之處在于散熱片15的支撐部151向外形成有多條與基板10上表面100觸接的凸緣156，該凸緣156形成在散熱片15的角落部位效果較好(如圖5A所示，但不以此為限)，使散熱片15的開孔153開設(shè)在各凸緣156上、且貫穿該凸緣156，將基板10上表面100的一部分露出在凸緣156的開孔153中(如圖5B所示)，因此，膠粘性材料16是敷設(shè)在該凸緣156與基板10的上表面100之間，經(jīng)擠壓填入散熱片15凸緣156的開孔153中，使散熱片15借該膠粘性材料16固接在基板10上。
由于貫穿凸緣156的開孔153的一端開口157，顯露在散熱片15的外表上，故可輕易監(jiān)控膠粘性材料16的敷設(shè)量；當(dāng)注入開孔153中的膠粘性材料16溢出該開口157時(shí)，即表示已有足夠的膠粘性材料16敷設(shè)在開孔153及散熱片15與基板10之間，無需再注入更多的膠粘性材料16。
此外，開設(shè)在散熱片15凸緣156的開孔153也可呈類似錐狀(圖5C)或階梯狀(圖5D)的結(jié)構(gòu)。如圖5C所示，呈錐狀的開孔153具有一朝向基板10的第一開口154及一相對(duì)的第二開口155，且該開孔153的孔徑朝一端漸縮，使第一開口154的孔徑小于第二開口155的孔徑；如圖5D所示，呈階梯狀的開孔153具有一朝向基板10的第一開口154及一相對(duì)的第二開口155，該第一開口154的孔徑小于第二開口155的孔徑，且開孔153較靠近第一開口154的部分借一階梯狀的轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)，使其孔徑縮小形成第一開口154，使敷設(shè)在散熱片15的凸緣156與基板10上表面100之間膠粘性材料16，經(jīng)擠壓后由第一開口154填入開孔153中。
上述半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于利用開設(shè)有凹槽或開孔的散熱片，使一膠粘性材料敷設(shè)在散熱片與基板之間，且填入該凹槽或開孔中能固接散熱片在基板上；凹槽或開孔的設(shè)置使敷設(shè)其中的膠粘性材料能夠提供錨定(Anchor)的固定作用，以增進(jìn)散熱片與基板之間的粘著力，使散熱片穩(wěn)固地定位在基板上。因此，基板上無需預(yù)留孔洞嵌設(shè)螺栓等用以接合散熱片至基板上的固定件，故不會(huì)影響基板上焊球的布設(shè)情況及電路布局性(Routability)，使基板能夠適用于植滿焊球的結(jié)構(gòu)中；同時(shí)，無需開設(shè)孔洞的基板還不會(huì)受外界濕氣或污染物侵入，確保封裝成品的可靠性。另外，由于散熱片是定位在基板上而不是卡接在芯片上，因此不會(huì)造成芯片的裂損(Crack)。
權(quán)利要求
1.一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝件包括一基板，具有一上表面及一相對(duì)的下表面；至少一芯片，設(shè)置在該基板的上表面上、并借多條導(dǎo)電組件電性連接至該基板；一散熱片，設(shè)置在該基板的上表面上、并遮覆住該芯片，該散熱片具有一平坦部及一自該平坦部邊緣延伸至基板的支撐部，使該平坦部被該支撐部支持而架撐在該芯片上方，其中，該支撐部與基板上表面觸接的部位開設(shè)有多條凹部；一膠粘性材料，敷設(shè)在該散熱片的支撐部與該基板上表面之間、且被填入該散熱片的凹部中，借該膠粘性材料固接該散熱片在該基板上；以及多個(gè)焊球，植設(shè)在該基板的下表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝件還包括至少一被動(dòng)組件，接設(shè)在該基板的上表面上未設(shè)置有芯片的部位、且被該散熱片所遮覆。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該凹部是一凹槽，且該凹槽的開口端口徑小于其閉合端的內(nèi)徑。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該凹部是一開孔。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該開孔具有一朝向基板的第一開口及一相對(duì)的第二開口，且該第一開口的口徑小于該第二開口的口徑。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該開孔是貫穿該散熱片的支撐部。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該膠粘性材料是膠粘劑及焊料中的任一種。
8.一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝件包括一基板，具有一上表面及一相對(duì)的下表面；至少一芯片，設(shè)置在該基板的上表面上、并借多條導(dǎo)電組件電性連接至該基板；一散熱片，設(shè)置在該基板的上表面上、并遮覆住該芯片，該散熱片具有一平坦部及一自該平坦部邊緣延伸至基板的支撐部，使該平坦部被該支撐部支持而架撐在該芯片上方，其中，該支撐部向外形成有多條與該基板上表面觸接的凸緣，使各該凸緣與基板觸接的部分開設(shè)有至少一開孔；一膠粘性材料，敷設(shè)在該散熱片凸緣與該基板上表面之間、且被填入該散熱片的開孔中，借該膠粘性材料固接該散熱片在該基板上；以及多個(gè)焊球，植設(shè)在該基板的下表面上。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該半導(dǎo)體封裝件還包括至少一被動(dòng)組件，接設(shè)在該基板的上表面上未設(shè)置有芯片的部位、且被該散熱片所遮覆。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體封裝件，其特征在于，該散熱片的開孔是垂直貫穿該凸緣。
全文摘要
一種具有散熱片的半導(dǎo)體封裝件，是在一基板上接設(shè)至少一芯片及一遮覆住該芯片的散熱片，該散熱片與基板觸接的表面上開設(shè)有多條凹槽或開孔，使散熱片借一敷設(shè)在散熱片與基板之間、且填入該凹槽或開孔中的膠粘性材料固接在基板上；凹槽或開孔的設(shè)置使敷設(shè)其中的膠粘性材料能夠提供一錨定作用，使散熱片穩(wěn)固地定位在基板上。由于不使用螺栓等固定件，因此基板上無需預(yù)留孔洞，故不會(huì)影響基板上的電路布局性及輸出/輸入端(如焊球等)的布設(shè)情況；同時(shí)，散熱片是固接在基板上因而不會(huì)造成芯片的裂損。
文檔編號(hào)H01L23/34GK1532921SQ03121320
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者林長甫, 普翰屏, 蕭承旭, 黃建屏 申請(qǐng)人:矽品精密工業(yè)股份有限公司