[发明专利]具有牢固固定的散热器的半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及固定有金属散热器以用于可靠处理的热增强型半导体装置。

背景技术

去除由有源组件产生的热量属于集成电路技术中最基本的难题。伴随着组件特征尺寸(component feature size)的不断缩小和装置集成密度的逐渐增加，功率和热能产生密度也不断增加。然而，为了将有源组件保持在其低操作温度和高速度，必须连续不断地耗散此热量，并将其去除到外部散热片。随着能量密度变得越来越高，这项努力变得越来越艰难。

在已知技术中，一种热量去除方法(特别针对具有金属引线的装置)集中在通过半导体芯片的厚度将热从有源表面输送到无源表面。无源表面又附接到金属引线框的芯片安装衬垫，使得热能可流动到金属引线框的芯片安装衬垫中。典型的聚合物附接材料层代表阻热层。当合适地形成时，引线框可充当将热量散热到外部散热片的散热器。在许多半导体封装设计中，这意味着引线框的一部分经形成以使得此部分从塑料装置密封中突出；因此其可直接附接到外部散热片。在无可用外部散热片的应用中，当引线框金属厚度受朝向更薄封装的趋势所迫而必须减小时，暴露的引线框的有效性变小。

已知技术的另一方法(特别针对不具有引线框的球栅阵列装置)使用接近半导体芯片的有源表面而隔开的散热器，其与有源表面的电连接保持安全距离。在此方法中，热量必须首先通过模制材料(通常是填充有无机微粒的环氧树脂，普通热导体)的宏观厚度来散热，且只有这时才进入金属散热器中。散热器经常定位在模制封装的表面上；在其它装置中，散热器嵌入模制封装中。

将散热器添加(“插入”)到装配好的装置的方法通常较复杂，因为需要在模制工艺期间稳定散热器。否则，在模制步骤期间，可能发生旋转和/或横向移动。

发明内容

申请人认识到需要一种低成本、热改进且机械稳定的结构，其不仅相对于传递模制工艺较稳固，而且具有足够的灵活性以应用于不同的半导体产品系列，且与朝向更薄装置封装的产业趋势兼容。所述新结构应不仅满足较高的热和电性能要求，而且还应实现朝向增强的过程产量和装置可靠性的目标的改进。

当应用于需要预定范围的操作温度的装置时，本发明在改进的导热性方面且还在充当初始散热片方面(尤其针对具有暴露的热衬垫的封装系列)提供改进的热性能。本发明的一个实施例是引线框，其具有可操作以用于安装工件的平面衬垫，以及多个非共面部件，其可作为经配置以固定插入的物体的机械稳定器而操作。引线框可由平面金属板制成。引线框部件邻接衬垫，且通过这些部件中的在其与引线框的附接附近的弯曲来提供这些部件的非共面性。

本发明的另一实施例是一种设备，其由引线框和散热器组成。所述引线框包含可操作以用于安装产生热量的工件的衬垫，以及多个非共面部件，其可作为经配置以固定插入的物体的机械稳定器而操作，藉此所述部件邻接所述衬垫。工件的实例包含工件，例如半导体芯片或多芯片，或经微机械加工的装置，且插入的物体的实例包含散热器和散热片。散热器的实例也包含散热片，其使工件保持在预定温度范围内。散热器具有与引线框衬垫尺寸匹配的平面衬垫，以及适合引线框部件插入的轮廓。将引线框部件插入到散热器轮廓中，使得引线框衬垫跨越衬垫尺寸接触散热器衬垫。

在优选实施例中，散热器具有轮廓，所述轮廓在数目、位置和尺寸上与引线框部件匹配，使得引线框部件配合到散热器轮廓中以在产生压力的密封工艺(例如模制工艺)期间，相对于引线框而稳定并固定散热器。

本发明的另一实施例是包括引线框的装置，所述引线框具有第一和第二表面、具有某一尺寸的平面衬垫以及邻接所述衬垫的多个非共面部件。所述装置进一步具有散热器，其具有第一和第二表面、尺寸与引线框衬垫尺寸匹配的平面衬垫、以及轮廓，引线框部件插入到所述轮廓中，使得第一散热器衬垫表面跨越衬垫尺寸接触第二引线框衬垫表面。将例如半导体芯片或微机械装置的产生热量的物体安装在第一引线框衬垫表面上。密封材料(优选模制化合物)覆盖芯片，但使第二散热器表面不被覆盖。散热器优选由一材料制成且具有一厚度以在半导体芯片的第一操作阶段期间，作为散热片而操作。

本发明的另一实施例是用于制造如上所述的半导体装置的方法。在提供具有邻接衬垫的多个非共面部件的引线框和具有供插入所述部件的轮廓的散热器之后，将引线框部件插入到散热器轮廓中，使得第一散热器衬垫表面跨越衬垫尺寸接触第二引线框表面衬垫表面。接着，提供半导体芯片，并将其安装在第一引线框衬垫表面上。优选通过传递模制技术来密封所安装的芯片，而第二散热器表面保持不被覆盖。