[发明专利]散热型半导体封装件及其所应用的散热结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体封装件，尤其涉及一种散热型半导体封装件及其所应用的散热结构。

背景技术

倒装芯片式球栅阵列(Flip Chip Ball Grid Array，FCBGA)半导体封装件为一种具有倒装芯片与球栅阵列的封装结构，以使至少一半导体芯片的主动面可通过多个导电凸块而电性连接至基板的一表面上，并于该基板的另一表面上植设多个作为输入/输出(I/O)端的焊球；此一封装结构可大幅缩减体积，同时减去现有焊线(wire)的设计，而可降低阻抗提升电性，以避免信号于传输过程中衰退，因此确已成为下一世代芯片与电子元件的主流封装技术。

由于该倒装芯片式球栅阵列封装的优越特性，使其多运用于高集成度(integration)的电子元件中，以符合该型电子元件的体积及运算需求，但是此类电子元件亦由于其高频率运算特性，使其于运作过程所产生的热能亦将比一般封装件高，因此其散热效果是否良好即成为该类封装技术影响品质良率的重要关键。

对现有的倒装芯片式球栅阵列半导体封装件而言，是直接将用以进行散热的散热片粘着于该芯片的非主动面，而不需通过导热性差的封装胶体(Encapsulant)来传递热量，藉以达到一较其他封装件为佳的散热功效。

一般提供散热片接着于倒装芯片式半导体芯片的非主动面上所使用的接着材料是以环氧树脂为基底(epoxy-base)，其热传导系数约为2～4w/m°K，对于有数百w/m°K热传导系数的散热片而言(铜的热传导系数为400w/m°K)，明显无法有效传递热量；因此，随着电子产品亦或半导体封装件散热需求的提高，势必使用具较大的热传导系数的导热接着材料，以提供散热片与倒装芯片式半导体芯片的连结与热量的传递。

鉴此，美国专利US6,504,242、US6,380,621、US6,504,723遂使用以锡金属为基底(Sn-base)的焊锡(solder)材料作为散热片与倒装芯片式半导体芯片间粘着的热传导介质材料(Thermal Interface material，TIM)，由于该焊锡材料为金属成份，其热传导系数约为50w/m°K，若为纯锡，其热传导系数更可达86w/m°K，相比于传统的环氧树脂型接着材料，其热传导能力高出甚多，且更能符合高散热的需求。

参阅图1，但是此种由焊锡材料15所构成的热传导介质材料(TIM)中，因其与散热片13(一般为铜材质)的湿润(wetting)能力甚佳，一旦进行热熔融结合时，焊锡材料15会很快在散热片13上扩散开来，使得散热片13与倒装芯片式半导体芯片12间未能形成有足够的厚度形成共金(entatic)结构，同时，亦导致焊锡材料15与倒装芯片式半导体芯片12的连结面积缩小，甚至发生断裂问题而影响散热效能及产品可靠度。

参阅图2，为美国专利US6,380,621所揭示的倒装芯片式半导体封装件剖面示意图，其于倒装芯片式半导体芯片22的非主动面以及散热片23的表面预先形成如镍(Ni)或金(Au)的金属层24，以供使用如焊锡材料25的热传导介质材料进行热熔融接着时，焊锡材料25可以与该金属层24形成共金结构，以限制其湿润区域。

然而此种方式由于必须预先在散热片表面及倒装芯片式半导体芯片非主动面上形成如镍或金的金属层，不仅制造过程复杂且成本亦高。

另参阅图3A及3B，为美国专利US6,504,723所揭示的倒装芯片式半导体封装件剖面示意图，其提供一于中心部分形成有向下渐缩的凸出部331以及于边缘部分形成有向下延伸的延伸部332的散热结构33，该中心部分的凸出部331是由一底面及四周的倾斜面所构成，且于该凸出部331表面预先涂布有助焊剂36，以将该散热结构33通过一接合材料(bonding material)37而压合至接置有倒装芯片式半导体芯片32的基板31上，并使该散热结构33的凸出部331压合至预设于该倒装芯片式半导体芯片32非主动面上的焊锡材料35，并进行热熔融，而使该焊锡材料35分布于该散热结构33的凸出部331与该倒装芯片式半导体芯片32间的间隙，并通过该凸出部331的倾斜面容置及限制该焊锡材料35流动。

但是此种散热结构过于复杂且制造过程成本亦高，不符实际应用及经济考虑。

因此，如何提供一种低成本的简易方式即可限制焊锡热传导介质材料(TIM)在散热片与半导体芯片间的湿润区域以防止其不当溢流，同时毋须使用复杂的散热结构及预镀金属层于散热片及半导体芯片上，以节省制造过程时间及成本，实为目前亟待解决的课题。

发明内容