[发明专利]半芯片封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体封装结构及其制造方法，且特别是涉及一种散热性佳且可吸收剪应力的芯片封装结构及其制造方法。

背景技术

在开源节流和发展无污染新能源工业技术的考量与需求下，可再生能源逐渐受到重视，尤其以太阳能电池最受瞩目。一般而言，III-V族太阳能电池芯片具有较高的光电转换效率，但其芯片成本甚高，因此通常会搭配大面积的聚光系统，以提高聚光倍率至千倍以上，然而，此种系统必须先解决散热的问题。另外，高功率光电二极管(LED)芯片也是日前常用的光电转换芯片之一，不过其同样也有散热不佳的问题。

在封装过程中，芯片通常是配置在基板上，且多以导热胶或锡球作为芯片与基板的接合介质。导热胶通常为树脂类，热传导系数较低，散热效果差。锡球的接合方式虽然成本低且容易制作，但接合介面的膨胀系数不同，系统操作时温度反复变化造成的疲劳效应，是形成芯片接合点破坏的主因。疲劳破坏可以分为机械式疲劳破坏或热疲劳破坏。机械式疲劳破坏乃因不断的形变与做动，造成机械强度的降低。热疲劳破坏则是因为两界面之间的热膨胀系数匹配不佳，造成高温及低温时产生微小形变而互相拉扯，长期影响下容易产生界面剥离的现象。如此一来，芯片和其下的基板都会受损，进而导致芯片封装结构的效能及可靠度的降低。另外，也有将芯片与次粘着基板(submount)相互接合等方式，芯片与次粘着基板的热膨胀系数相近，不过次粘着基板通常为陶瓷材料，例如Al₂O₃、AlN等，热传递过程必须包含次粘着基板，且存在有热传导系数较低与价格较高等问题。

发明内容

本发明提供一种芯片封装结构，其散热性佳，且可吸收剪应力，避免系统因温度变化造成的机械式疲劳破坏或热疲劳破坏。

本发明提供一种芯片封装结构的制造方法，利用微机电电铸技术制造上述的芯片封装结构，可提升芯片封装结构的效能及可靠度。

本发明提出一种芯片封装结构，包括散热基板、芯片及异质接合导热缓冲层。芯片配置于散热基板上。异质接合导热缓冲层配置于散热基板与芯片之间。异质接合导热缓冲层包括多个垂直于散热基板配置的柱状体，且各柱状体的深宽比介于约3∶1到50∶1之间。

在本发明的实施例中，上述的异质接合导热缓冲层的材料包括锡或铜。

在本发明的实施例中，上述的异质接合导热缓冲层的柱状体的截面包括圆形、方形、三角形或菱形。

在本发明的实施例中，上述的异质接合导热缓冲层的柱状体呈阵列分布。

在本发明的实施例中，上述的异质接合导热缓冲层的高度约为长度或宽度的1/5～1/10。

在本发明的实施例中，上述的异质接合导热缓冲层还包括连接层，连接柱状体的顶部。

在本发明的实施例中，上述的芯片封装结构还包括接合层，配置在芯片与异质接合导热缓冲层之间。

在本发明的实施例中，上述的接合层的材料和异质接合导热缓冲层的材料相同。

在本发明的实施例中，上述的接合层的材料和异质接合导热缓冲层的材料不同。

在本发明的实施例中，上述的接合层的材料包括锡、铜、金、银或金锡合金。

在本发明的实施例中，上述的芯片封装结构还包括填充物，配置在异质接合导热缓冲层的柱状体之间。

在本发明的实施例中，上述的填充物的材料包括金属粉粒材料或高分子材料。

在本发明的实施例中，上述的芯片包括太阳能电池芯片、发光二极管芯片或其他异质接合。

本发明又提出一种芯片封装结构的制造方法。首先，提供散热基板。接着，在散热基板上形成异质接合导热缓冲层，其中异质接合导热缓冲层包括垂直于散热基板配置的多个柱状体。然后，在异质接合导热缓冲层上接合芯片。

在本发明的又一实施例中，上述形成异质接合导热缓冲层的方法例如利用微机电电铸(electroforming)技术或纳米技术。

在本发明的又一实施例中，上述利用微机电电铸技术形成异质接合导热缓冲层的步骤，包括在散热基板上先形成金属种子层或者可略过这个步骤，再形成一层光致抗蚀剂层，其中光致抗蚀剂层具有多个开口，且各开口的深宽比介于约3∶1到50∶1之间。接着，对金属种子层进行第一次电铸工艺，以于光致抗蚀剂层的开口中形成柱状体。之后，移除光致抗蚀剂层，以形成异质接合导热缓冲层。

在本发明的又一实施例中，还可以对异质接合导热缓冲层进行第二次电镀工艺，以加粗异质接合导热缓冲层的各柱状体。