本發(fā)明涉及一種半導體封裝技術領域，特別涉及一種倒裝芯片式半導體封裝結構，可用于大功率芯片和高密度集成電路封裝。

背景技術：

集成電路芯片在工作時會產(chǎn)生大量熱量，而模塑料的低熱導率會使包封的芯片熱量不易逸散，為此需要對其封裝結構進行設計以降低熱阻。

在傳統(tǒng)封裝中一般采用引線鍵合的方式通過電氣將芯片與引線框架相連接，這種連接方式易增加芯片和和引線間的傳導電阻及熱阻，且引線也容易斷裂。

倒裝芯片式封裝則是將芯片翻轉倒扣在引線框架或基板上，芯片上的金屬凸塊使芯片焊盤和引線框架間的電連接更加堅固。圖1是帶散熱塊的小外形晶體管sot狀封裝結構的截面圖，圖2為圖1的引線框架、金屬凸塊、散熱塊和芯片的布局示意圖。

參照圖1，其半導體芯片11倒向安裝在引腳13a和13c上，芯片11上靠近第一引腳13a的第一接觸墊通過第一金屬凸塊12a與第一引腳13a連接，芯片11上靠近第二引腳13c的第二接觸墊通過第二金屬凸塊12d與第二引腳13c連接。為了提供低阻熱通道，芯片11上的第三接觸墊通過第三金屬凸塊12b與散熱塊15上靠近第一引腳13a的第一焊區(qū)連接，芯片11上的第四接觸墊通過第四金屬凸塊12c與散熱塊15上靠近第二引腳13c的第二焊區(qū)連接。散熱塊的底面15s暴露在模塑料14之外。引腳安裝部分的第一表面13as、第二表面13cs與模塑料14的底表面14cs、散熱塊15的底面15s共面。圖2是圖1所示封裝結構的引腳、金屬凸塊、散熱塊和芯片的布局示意圖，參照圖2，第三金屬凸塊12b、第四金屬凸塊12c、第五金屬凸塊12h、第六金屬凸塊12i負責將芯片11上的熱量傳導至散熱塊。

引線框架在封裝中不僅負責電信號在封裝體內(nèi)外部的輸運，還起到穩(wěn)固支撐芯片的作用。然而在越來越多倒裝芯片的封裝實施中，由于芯片尺寸的不斷減小和i/o密度的提高，芯片表面上的接觸墊越來越多，植上的金屬凸塊遍布芯片主表面的中心和周邊區(qū)域，引線框架也從芯片兩側延伸至芯片中心，確?；亓骱蠛托酒系慕饘偻箟K充分接觸。因此，芯片主表面的中間區(qū)域被引線框架占據(jù)，芯片上的熱量通過金屬凸塊傳導至散熱塊來提供高導熱通道的方法基本失效，小尺寸、高i/o密度的芯片所生成的大量的熱幾乎只能傳導至引線框架和模塑料。

另外，在倒裝芯片封裝中，由于芯片和引線框架的熱膨脹系數(shù)的失配，芯片上凸塊會產(chǎn)生熱應力、應變，積累的應變能會導致凸塊產(chǎn)生裂紋并斷裂，致使封裝失效。

因此，需要研究出新型的倒裝芯片的封裝結構以利用散熱塊的散熱優(yōu)勢，同時提升封裝結構的熱可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種新型的倒裝芯片式半導體封裝結構，通過新型散熱塊的散熱優(yōu)勢，配合填充工藝，減小封裝熱阻和熱機械應力，滿足高密度、小尺寸封裝的需要，提高封裝結構的散熱能力和熱可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種倒裝芯片式半導體封裝結構，包括：集成電路芯片、引線框架和一組金屬凸塊，該組金屬凸塊植在集成電路芯片主表面預留的表面接觸墊上，引線框架設有數(shù)個彼此絕緣的引腳，這些引腳按照輸出同一信號的金屬凸塊的排列布局延伸，集成電路芯片通過金屬凸塊與引線框架電連接，形成以集成電路芯片的主表面向上的定向倒裝芯片式結構，其特征在于：

集成電路芯片的下部設有散熱塊，該散熱塊表面開有凹槽，集成電路芯片整體嵌入到凹槽內(nèi)，使集成電路芯片的背面與散熱塊的凹槽的底面直接接觸；

集成電路芯片的主表面與引線框架之間填充有高導熱絕緣灌封膠，固化后形成膠層，以降低金屬凸塊受到的熱應力，并使集成電路芯片上的熱量更易于向散熱塊傳導。

作為優(yōu)選，所述引線框架的上表面及膠層和散熱塊的側面包封有模塑料，引線框架的引腳一端從模塑料內(nèi)水平延伸出來，經(jīng)切筋成型向下形成引腳的安裝部分，該引腳安裝部分的底表面與散熱塊暴露的底表面齊平。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明由于采用集成電路芯片的主表面向上定向，其背面和散熱塊直接接觸，芯片上金屬凸塊通過高導熱絕緣灌封膠和散熱塊間接接觸，散熱塊的底表面暴露在模塑料之外，引腳的安裝部分的表面與散熱塊的底表面共面的結構，根據(jù)熱傳導的原理，這種設計結構不僅可以幫助芯片快速散熱，而且散熱塊不會占用引線框架的空間，因而非常適合小型高密度電路的封裝。

2、本發(fā)明由于采用帶有凹槽的散熱塊支撐倒裝芯片，高導熱絕緣灌封膠固化后形成的膠層包封金屬凸塊的側面，并填滿芯片至引線框架的間隙，形成復合加強結構，這種加強結構可以分散金屬凸塊上熱導應力導致的畸變，提升封裝結構的熱機械可靠性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有帶散熱塊的封裝結構截面圖；

圖2為圖1的引線框架、金屬凸塊、散熱塊和芯片的布局示意圖；

圖3為本發(fā)明的倒裝芯片式半導體封裝結構截面圖；

圖4為本發(fā)明散熱塊的第二實施例的截面圖。

具體實施方式

實施例1

參照圖3，本發(fā)明的倒裝芯片式半導體封裝結構，包括：引線框架25、一組金屬凸塊24a-24e、集成電路芯片23、散熱塊21和模塑料26。

引線框架25上設有數(shù)個彼此絕緣的引腳，本實施例中以三個引腳25a-25c為例，芯片23的主表面預留有接觸墊，接觸墊根據(jù)芯片輸入輸出信號的要求，分布于芯片23的中心和周邊區(qū)域。第一金屬凸塊24a植在芯片23上靠近第一引腳25a的第一接觸墊29a上，第二金屬凸塊24b植在芯片23上靠近第一引腳25a的第二接觸墊29b上，第三金屬凸塊24c植在芯片23上中間區(qū)域的第三接觸墊29c上，第四金屬凸塊24d植在芯片23上靠近第三引腳25c的第四接觸墊29d上，第五金屬凸塊24e植在芯片23上靠近第三引腳25c的第五接觸墊29e上，每個接觸墊的直徑大于植在上面的金屬凸塊的直徑，芯片上的電信號通過這些接觸墊由金屬凸塊導入或導出至金屬凸塊。

將芯片23上金屬凸塊24a-24e中輸運同一電信號的若干個凸塊分為一個小組，即第一小組包括第一金屬凸塊24a，第二小組包括第二金屬凸塊24b、第三金屬凸塊24c和第四金屬凸塊24d，第三小組包括第五金屬凸塊24e。第一引腳25a從芯片23一側按照第一小組內(nèi)凸塊走向向芯片23中心靠近，保證其大小能覆蓋第一小組內(nèi)的所有凸塊；第二引腳25b從芯片23一側按照第二小組內(nèi)凸塊走向向芯片23中心靠近，保證其大小能覆蓋第二小組內(nèi)的所有凸塊；第三引腳25c從芯片23一側按照第三小組內(nèi)凸塊走向向芯片23中心靠近，保證其大小能覆蓋第三小組內(nèi)的所有凸塊。

芯片23的主表面面向封裝結構頂部倒向安裝到引線框架25上，芯片23上靠近第一引腳25a的第一接觸墊29a通過第一金屬凸塊24a與第一引腳25a上的第一焊區(qū)連接，芯片23上靠近第一引腳25a的第二接觸墊29b通過第二金屬凸塊24b與第二引腳25b上的第一焊區(qū)連接，芯片23上中間區(qū)域的第三接觸墊29c通過第三金屬凸塊24c與第二引腳25b上的第二焊區(qū)連接，芯片23上靠近第三引腳25c的第四接觸墊29d通過第四金屬凸塊24d與第二引腳25b上的第三焊區(qū)連接，芯片23上靠近第三引腳25c的第五接觸墊29e通過第五金屬凸塊24e與第三引腳25c上的第一焊區(qū)連接。

梯臺形狀的散熱塊21的表面開有凹槽，凹槽的形狀為梯臺，芯片23的背面在去除表面氧化物或者通過機械研磨將晶片減薄后，將芯片23整體嵌入到凹槽內(nèi)，使芯片23的背面散熱塊和散熱塊21上凹槽內(nèi)的底表面接觸?；亓骱附咏饘偻箟K24a-24e和引線框架25后，向凹槽內(nèi)填充高導熱絕緣灌封膠，高導熱絕緣灌封膠固化后形成膠層27，膠層27包覆芯片23的主表面和四個側面，以及包覆芯片上金屬凸塊24a-24e的側面，并與引線框架25接觸，在凹槽周圍的散熱塊和引線框架之間形成厚度為h＝0.05mm～0.1mm的膠柱。膠層27的熱傳導系數(shù)大于1.5w/m·k，體積電阻率為5x1014ω·㎝，絕緣常數(shù)為5.0，承受溫度為-60℃～260℃，瞬間溫度高達310℃。

高導熱絕緣灌封膠固化后，引線框架25、金屬凸塊24a-24e、膠層27、芯片23和散熱塊21連接形成倒裝芯片式封裝內(nèi)部組件一體化結構。

模塑料26包封在該一體化結構的外部，其散熱塊21的底面21s暴露于模塑料26的底部，并且與表面28接觸。第一引腳25a的一端從模塑料26內(nèi)水平延伸出來，經(jīng)切筋成型向下形成第一引腳25a的安裝部分，第三引腳25c的一端從模塑料26內(nèi)水平延伸出來，經(jīng)切筋成型向下形成第三引腳25c的安裝部分，該第一引腳25a的安裝部分的底表面25as、模塑料26的底表面26s、散熱塊21的底表面21s和第三引腳25c的安裝部分的底表面25cs這四者共面，形成倒裝芯片式封裝結構。

本實施例的倒裝芯片式封裝結構，是通過高導熱絕緣灌封膠層27和散熱塊21提供高導熱通道，即芯片23產(chǎn)生的熱量先通過該高導熱通道傳導到散熱塊21，再通過散熱塊21傳導到外部支撐結構，如印刷電路板的表面28。

高導熱絕緣灌封膠27固化后，芯片上的金屬凸塊24a-24e、芯片23及散熱塊21形成加強結構，芯片23和引線框架25由于熱膨脹系數(shù)不同所產(chǎn)生的畸變將分散于該加強結構，避免了金屬凸塊24a-24e上積累的應變能導致凸塊產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，提高了電氣連接和機械連接的可靠性。

實施例2

本實施例的結構關系與實施例1相同，所不同的是其散熱塊及凹槽的形狀不同，散熱塊和凹槽的形狀結構如圖4所示。本實例的散熱塊31形狀為長方體，凹槽形狀為梯臺，該梯臺凹槽中面積較小底面30的面積不小于芯片背面面積。

以上描述僅是本發(fā)明的兩個具體實例，不構成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本領域的技術人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結構的情況下，進行形式和細節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。