專利名稱：芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種芯片封裝結(jié)構(gòu)，尤指一種包含散熱裝置的芯片封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
集成電路不斷的改進(jìn)、發(fā)展，體積不斷減小，價(jià)格不斷下降，在功能上則不斷的提高，而在提升功能的同時(shí)、集成電路工作的核心，半導(dǎo)體管芯的制程也愈趨嚴(yán)謹(jǐn)與重要；由于半導(dǎo)體管芯在工作時(shí)，在如此小的空間內(nèi)所執(zhí)行的運(yùn)算處理，將產(chǎn)生比例上相當(dāng)大的熱量出來，所產(chǎn)生的熱量必須通過適當(dāng)?shù)姆绞缴⒊?，以避免集成電路芯片因過熱導(dǎo)致運(yùn)算處理錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成硬件電路的毀損。因此熱量的處理、散熱的工作便成為在集成電路設(shè)計(jì)與半導(dǎo)體制程中十分重要的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
圖1為已知散熱方式中所使用的一散熱元件1的仰視圖與剖面圖，由圖1可看出一散熱元件1為一平板10，在該平板10的四個(gè)角落處各設(shè)置有一第一支撐器11，而于該平板10的中央一突起部12的中心處還設(shè)置有一第二支撐器13；其中多個(gè)第一支撐器11與一基板所設(shè)置的支撐島位連接，以支撐該散熱元件1，而該第二支撐器13則是與一管芯連接，借由接觸傳導(dǎo)管芯工作所產(chǎn)生的熱量。
圖2為上述已知技術(shù)中該散熱元件1與一管芯2、一基板20及一絕緣封裝體3連接的剖面示意圖，由圖2可看出已知技術(shù)中包括有該散熱元件1、一管芯2、一絕緣封裝體3、一信號(hào)傳遞裝置4、一導(dǎo)體球陣列5與一基板20等結(jié)構(gòu)；其中，該管芯2位于該基板20上所設(shè)置的一管芯島位2 1中；而該散熱元件1則是借由第一支撐器11與基板20中所設(shè)置的支撐島位22連接，并借由一芯片支撐島位(圖略)承載第二支撐器13，而借由該支撐島位22與管芯支撐島位的設(shè)置，避免該散熱元件1直接與管芯2、基板20連接所可能造成的電性上的問題，或因力道使用的過度，毀損基板的結(jié)構(gòu)，造成集成電路工作的錯(cuò)誤，而該散熱元件1的該第二支撐器13的下側(cè)面則與該管芯2的上側(cè)面接觸連接，通過面與面的接觸連接將管芯2工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至外界，避免管芯因過熱而導(dǎo)致工作的失誤或毀損。
上述已知技術(shù)有臺(tái)灣專利增進(jìn)散熱與電磁屏蔽效應(yīng)的半導(dǎo)體封裝，公告號(hào)387117，公告日期2000年4月11日，另外還有美國(guó)專利Thermally and electrically enhanced PBGA package，公告號(hào)(U.8.Patent Number)5977626，公告日期(Issue Date)1999年11月2日，然而上述已知技術(shù)在實(shí)際的制作上，有其不便與缺陷存在；其中，由于該散熱片的制作成本過高，目前產(chǎn)業(yè)界所使用的散熱片都沒有設(shè)計(jì)第二支撐器13，且該散熱元件1的設(shè)置，在位置的對(duì)準(zhǔn)上，必須要求精確，在執(zhí)行上有其困難，因管芯2是一相當(dāng)小的物件，因此并不容易將該散熱元件1精確的對(duì)準(zhǔn)至相應(yīng)的位置上，而且，就算精確對(duì)位了，由于該散熱元件1上該第二支撐器13必須與該管芯2接觸連接，對(duì)此要求則更難以達(dá)成，因管芯為電性處理的核心，其精密度不言可喻，因此該第二支撐器13必須恰如其分的與該管芯2接觸，且不可過度地壓壞管芯2，其困難度相當(dāng)高而難以達(dá)到；更甚者，該絕緣封裝體3的設(shè)置是以灌膠的方式來執(zhí)行，由于灌膠的執(zhí)行將導(dǎo)致有包封的狀況發(fā)生，而造成產(chǎn)品可靠度的缺陷，若欲解決包封問題，則必須加大第二支撐器13與管芯2間的距離，然而如此便會(huì)降低了熱量傳導(dǎo)的效果，上述種種缺點(diǎn)，都是已知技術(shù)在執(zhí)行散熱處理的芯片結(jié)構(gòu)中所未加以考慮的重點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題為提供一種芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，能解決已知技術(shù)實(shí)施困難及因包封問題需加大支撐器與管芯的間隙，導(dǎo)致散熱效果降低等不足。
為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)包括一基板、一設(shè)置于該基板上的管芯、一散熱裝置、一封膠材料，其特征在于該散熱裝置為一散熱片，設(shè)置于該管芯上，該散熱片與該管芯的一表面間通過一第一導(dǎo)熱膠粘合；該封膠材料覆于該基板、該管芯與該散熱片上；所使用的該散熱片并不限定大小、數(shù)量與位置，適當(dāng)選用材質(zhì)與大小面積可更為快速地將熱量散發(fā)至外界。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該管芯的另一表面與該基板間可通過一第二導(dǎo)熱膠粘合。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該基板可為一導(dǎo)線架，該管芯直接通過一第二導(dǎo)熱膠與該導(dǎo)線架粘合。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該管芯設(shè)置于該基板的一凹槽內(nèi)，該管芯的另一表面也通過一第二導(dǎo)熱膠與一第二散熱片粘合，通過兩側(cè)面所設(shè)置的散熱片加速散熱的效果；該第二散熱片還可通過一第三導(dǎo)熱膠與一散熱裝置粘合，如一主機(jī)板、一風(fēng)扇或其他散熱裝置，將熱量傳導(dǎo)至外界，提高管芯散熱的效果。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該散熱片的材料為銅、鋁或硅化物等導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，以提高散熱效果。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該第一導(dǎo)熱膠與第二導(dǎo)熱膠為一高導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)，如采用添加銀、硅、鐵弗龍或氮化硼至少其中之一的樹脂材質(zhì)。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該散熱片可內(nèi)埋于該封膠材料，也可裸露于該封膠材料外以加快熱量的傳導(dǎo)。
如上所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，該基板還設(shè)置有多個(gè)錫球和多個(gè)導(dǎo)槽，該多個(gè)錫球與該管芯設(shè)置在該基板的不同側(cè)面上，且該導(dǎo)槽的一端連接該錫球，另一端連接一導(dǎo)線，該導(dǎo)線與該管芯具有電性連接，其材質(zhì)為金、銅或鋁。
由上可知，本實(shí)用新型通過導(dǎo)熱膠將散熱片與管芯以粘貼的方式直接接觸粘合，將管芯所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至外界，在制作過程部分更為簡(jiǎn)單與有效，且不會(huì)因封膠材料的模流因素而需加大支撐器與管芯的間隙，導(dǎo)致散熱效果的降低；另，該管芯與散熱片的粘貼過程中經(jīng)過固化處理，因此不會(huì)對(duì)散熱造成影響。
現(xiàn)配合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容說明如下。


圖1為已知技術(shù)中散熱元件的仰視與剖面示意圖；圖2為已知技術(shù)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖3為本實(shí)用新型第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖4為本實(shí)用新型第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖5為本實(shí)用新型第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖6為本實(shí)用新型第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖7為本實(shí)用新型第五實(shí)施例結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖8為本實(shí)用新型的制程步驟流程圖。
具體實(shí)施方式
圖3所示為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，本實(shí)用新型芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)是于一芯片封裝中借由一散熱片32的設(shè)置，提高芯片散熱的能力，其包括一基板31，借由該基板31承載一晶片切割后的管芯30，且此管芯30與基板31間通過適當(dāng)材質(zhì)的第二導(dǎo)熱膠34將該管芯30粘貼于該基板31的適當(dāng)位置處，再經(jīng)過一段時(shí)間使第二導(dǎo)熱膠34固化，讓管芯30能固定于該基板31上的適當(dāng)位置；之后，借由適當(dāng)材質(zhì)的導(dǎo)線35將管芯30上信號(hào)輸入輸出端與基板31上適當(dāng)設(shè)置的接點(diǎn)連接；該管芯30為半導(dǎo)體工作的核心，在執(zhí)行運(yùn)算處理時(shí)，由于電能的消耗，將在單位面積產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，因此必須有足夠好的散熱裝置或方法來將熱量散發(fā)至外界，因此，本實(shí)用新型便于該管芯30上直接粘貼一散熱片32，將熱量以傳導(dǎo)的方式散發(fā)至外界；其中更通過適當(dāng)?shù)倪x用散熱片的材質(zhì)，更可加快熱量的傳導(dǎo)速度與效果，其材質(zhì)可為銅、鋁或與芯片相同的硅化物等。在該基板上的另一側(cè)面上設(shè)置有多個(gè)錫球37。
該散熱片32與該管芯30的粘貼是借由第一導(dǎo)熱膠33的使用達(dá)成，由于此第一導(dǎo)熱膠33所使用的材質(zhì)能快速的將管芯30工作所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散至散熱片32，且具有固化的效果，能將該散熱片32固定于該管芯30上的適當(dāng)位置處；一封膠材料36覆蓋于管芯30、基板31、散熱片32與其它如導(dǎo)線35、導(dǎo)熱膠等結(jié)構(gòu)上，借由此封膠材料36的設(shè)置完成半導(dǎo)體芯片的封裝，而此封膠材料36，在本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中可看出，其高度是與該散熱片32切齊，因此，在實(shí)際的散熱處理上，可借由該散熱片32與外界的直接接觸，將熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散出去。
以上為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的說明，然而在實(shí)際的散熱處理設(shè)計(jì)與制作上，本實(shí)用新型也可借由第二實(shí)施例來達(dá)成，圖4所示為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，與圖3所示的第一實(shí)施例不同的是第二實(shí)施例中的該散熱片32是內(nèi)埋于該封膠材料36中，而由于該散熱片32并未暴露于外界，散熱的效果與速度上會(huì)有些影響，但在其它的部分則與第一實(shí)施例相同；然而第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是不需作封膠材料36與散熱片32高度切齊的處理，在制作上較為簡(jiǎn)易、方便，而在實(shí)際的應(yīng)用上，如要求高度必須相同時(shí)，可再借由適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體制作方法完成高度切齊的處理，此處理方法，由于并非本實(shí)用新型的重點(diǎn)，因此不再贅述。
本實(shí)用新型的第一實(shí)施例與第二實(shí)施例，以及以后所要說明的其它實(shí)施例，其材料的選定，由于必須考慮導(dǎo)熱系數(shù)的高低，因此，在制程上必須作材料的選定，其中散熱片32必須為一高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，如銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料的散熱片，才能快速的將熱量傳導(dǎo)出去；另外，導(dǎo)熱膠部分，包括第一導(dǎo)熱膠33與第二導(dǎo)熱膠34，以及第五實(shí)施例中所使用的第三導(dǎo)熱膠41也都應(yīng)為高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，如添加銀、硅、鐵弗龍(Teflon)或氮化硼(BNi)等材料的樹脂，不僅能將管芯30、散熱片32等固定于適當(dāng)位置處，更能將熱量傳導(dǎo)至所連接接觸的物體上；另外，在本實(shí)用新型中所通用的導(dǎo)線35是以金、銅及鋁為材質(zhì)的導(dǎo)體。
圖5所示為本實(shí)用新型第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，與該第二實(shí)施例所不同的是本第三實(shí)施例中的基板設(shè)計(jì)為一導(dǎo)線架38，其與管芯30借由導(dǎo)線35的連接，將該管芯30的信號(hào)作傳遞，執(zhí)行工作的運(yùn)算處理，并借由封膠材料36的固定，完成芯片封裝的處理，至于散熱片32、第一導(dǎo)熱膠33與第二導(dǎo)熱膠34等則與第一實(shí)施例相同，另外在散熱片32與封膠材料36的高度上，在本實(shí)施例中所示是切齊的，但在實(shí)際應(yīng)用上，也可將散熱片32外露于該封膠材料36外，以提高散熱的效果。
圖6所示為本實(shí)用新型第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，此第四實(shí)施例中是于一基板31中借由一適當(dāng)位置的基板凹槽60置放一管芯30，而在該基板31的上層則設(shè)置有一第二散熱片39，該管芯30則借由第二導(dǎo)熱膠34與該第二散熱片39粘貼固定于該基板凹槽60內(nèi)，且管芯30也借由多條以金、銅及鋁為材質(zhì)的導(dǎo)線35與基板31上所設(shè)置的多個(gè)錫球37連接，作信號(hào)處理工作的連接傳輸；另外有第一散熱片32的設(shè)置，此第一散熱片32是借由第一導(dǎo)熱膠33與管芯30粘貼固定，之后，再借由封膠材料36的灌入完成芯片封裝的處理。此第四實(shí)施例與前述實(shí)施例不同的是管芯與散熱片的設(shè)置位置，在設(shè)計(jì)上配合不同的實(shí)施運(yùn)用，而有不同的設(shè)計(jì)模式，在第四實(shí)施例中，我們借由兩個(gè)散熱片的設(shè)置使芯片散熱的效果更加明顯與快速，第二散熱片甚至的散熱效果更為明顯，。
圖7為本實(shí)用新型第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，此第五實(shí)施例與第四實(shí)施例的不同之處是在該第一散熱片32的下側(cè)面還借由一第三導(dǎo)熱膠41與一散熱裝置40粘貼固定，其中，該散熱裝置40可為主機(jī)板、風(fēng)扇或也為一散熱板的裝置、借由此散熱裝置40的設(shè)置，可進(jìn)一步加速散熱的處理，至于其它的部分則與第四實(shí)施例相同，因此不再贅述。
第三、第四與第五實(shí)施例中散熱片、導(dǎo)熱膠、封膠材料及其它運(yùn)用的材質(zhì)皆與第一或第二實(shí)施例中所使用的相同，由于本實(shí)用新型是作芯片散熱的處理，因此在材料的選用上，選擇高導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)，便成為主要的條件，包括有散熱片可為銅、鋁及與芯片相同材質(zhì)的硅化物等具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)，導(dǎo)熱膠則可為添加銀、硅、鐵弗龍(Teflon)或氮化硼(BN)材質(zhì)的樹脂等，而在芯片工作的信號(hào)傳輸部分，為避免短路等問題，也有材料絕緣與非絕緣的問題，然此并非本實(shí)用新型的重點(diǎn)，在借由適當(dāng)?shù)牟牧线x擇與設(shè)計(jì)的全盤考慮，便可避免上述可能造成短路的問題。
圖8所示為本實(shí)用新型的制程步驟流程圖，其中，在制程開始80后，即先做晶片切割81的工作，將欲作散熱結(jié)構(gòu)處理的芯片作切割，之后，將該芯片切割后的管芯借由一第二導(dǎo)熱膠粘貼于一基板上，即為執(zhí)行管芯粘貼82的動(dòng)作，再經(jīng)過一段時(shí)間的等待，執(zhí)行第一固化處理83，使該管芯固定粘貼于基板上，而后，借由第一導(dǎo)熱膠涂于該管芯上側(cè)面，將一散熱片粘貼于該管芯的上側(cè)面，作散熱片的粘貼84處理，且也同樣作固化的處理，經(jīng)一段時(shí)間的等待，使該散熱片固定于該管芯上，此為第二固化處理85；拉線86，將該管芯的多個(gè)接腳與該基板上設(shè)置多個(gè)導(dǎo)槽的多個(gè)以金、銅或鋁為材質(zhì)的導(dǎo)線作連接；封膠87，于該基板、該管芯、該散熱片與該導(dǎo)線上作封膠材料的設(shè)置，其中封膠設(shè)置的方法可以為壓模式(Transfer，Molding)、點(diǎn)膠(Dispensing)及真空印刷方式(Vacuumprinting)；最后，借由多個(gè)錫球焊貼88，完成制程步驟。
此制程步驟是以第一實(shí)施例的制作來說明，其中在封膠材料的灌入步驟中，并未述及必須作高度切齊的處理，因此，做更為詳細(xì)的動(dòng)作步驟中，應(yīng)包括高度切齊的處理動(dòng)作；至于后述的實(shí)施例，根據(jù)實(shí)際的狀況，有后續(xù)的動(dòng)作或步驟流程的變化，其中第三實(shí)施例中的該散熱片是內(nèi)埋于封膠材料中，而在實(shí)際的制作上，也同樣可作封膠材料與散熱片的高度切齊的處理步驟；第四實(shí)施例中，則由于其所設(shè)置的模式與之前的實(shí)施例不同，因此其中第二散熱片的設(shè)置可提前至晶片切割之前便執(zhí)行該第二散熱片與基板粘貼的動(dòng)作，或延至之后適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再執(zhí)行，同樣，第五實(shí)施例亦同，由此可知，此制程步驟的順序與動(dòng)作，并非固定不變，在實(shí)際的制程中，我們可作不同的調(diào)整以配合實(shí)施完成所要的散熱結(jié)構(gòu)。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能以此限定本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍，凡依本實(shí)用新型所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，包含一基板、一設(shè)置于該基板上的管芯、一散熱裝置、一封膠材料，其特征在于該散熱裝置為一散熱片，設(shè)置于該管芯上，該散熱片與該管芯的一表面間通過一第一導(dǎo)熱膠粘合；該封膠材料覆于該基板、該管芯與該散熱片上。
2.如權(quán)利要求1所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管芯的另一表面與該基板間通過一第二導(dǎo)熱膠粘合。
3.如權(quán)利要求1所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的基板為一導(dǎo)線架，該管芯直接通過一第二導(dǎo)熱膠與該導(dǎo)線架粘合。
4.如權(quán)利要求1所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的管芯設(shè)置于該基板的一凹槽內(nèi)，該管芯的另一表面通過一第二導(dǎo)熱膠與一第二散熱片粘合。
5.如權(quán)利要求4所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第二散熱片還通過一第三導(dǎo)熱膠與一散熱裝置粘合。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的散熱片的材料為銅、鋁或硅化物。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第一導(dǎo)熱膠與第二導(dǎo)熱膠為一高導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第一導(dǎo)熱膠與第二導(dǎo)熱膠為一添加銀、硅、鐵弗龍或氮化硼至少其中之一的樹脂材質(zhì)。
9.如權(quán)利要求1所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的散熱片內(nèi)埋于該封膠材料或裸露于該封膠材料外。
10.如權(quán)利要求1所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的基板還設(shè)置有多個(gè)錫球和多個(gè)導(dǎo)槽，該多個(gè)錫球與該管芯設(shè)置在該基板的不同側(cè)面上，且該導(dǎo)槽的一端連接該錫球，另一端連接一導(dǎo)線，該導(dǎo)線與該管芯具有電性連接。
11.如權(quán)利要求10所述的芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的導(dǎo)線的材質(zhì)為金、銅或鋁。
專利摘要一種芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，包含一基板、一設(shè)置于該基板上的管芯、一散熱裝置、一封膠材料，其特征在于該散熱裝置為一散熱片，設(shè)置于該管芯上，該散熱片與該管芯的一表面間通過一第一導(dǎo)熱膠粘合，該封膠材料覆于該基板、該管芯與該散熱片上；由于該散熱片是與管芯以粘合的方式直接接觸，因此可快速地將管芯的熱量傳導(dǎo)至外界，并可解決現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施困難的缺陷。
文檔編號(hào)H01L23/34GK2526977SQ0220742
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2002年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月11日
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