[发明专利]散热增强的球栅格阵列封装

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年3月28日提交的题目为“散热增强的球栅格阵列封装”的美国临时专利申请No.61/040,251的优先权和权益，将其通过引用全部结合于此。本申请还要求2009年2月3日提交的题目为“散热增强的球栅格阵列封装”的美国临时专利申请No.12/365,101的优先权和权益，将其通过引用全部结合于此。

背景技术

1、技术领域

本发明总地涉及半导体封装，具体地涉及改善半导体芯片内的散热。

2、背景信息

散热在半导体芯片中是必须的。在极端条件下，如果使半导体芯片过热，则会损伤芯片。即使在此极端条件之外，半导体芯片也被设计为在特定的温度范围内工作。为了将芯片保持在其工作温度范围内，必须将热从芯片引走。随着芯片性能变得更高，当芯片消耗更多的功率并产生更多的热时，它们所面临的挑战更大。

图1A以截面图示出基本的半导体芯片封装。图1B是半导体芯片封装100的靠近视图。应当指出，本公开中的所有附图都是概念上的表示，包含在这些附图中的部件不一定按比例。提交附图以图解与本发明相关的方面和实施例，并且附图不应被理解为限制。

除了半导体功能管芯102之外，半导体芯片包括某种电或光接口。在图1A和1B中，这由球栅格阵列(BGA：ball grid array)104示出。功能管芯102是已经经历一系列蚀刻和沉积步骤以在其上制造出电路的半导体衬底。然后，制造的衬底被划片为各个管芯。引线接合106用于将功能管芯102上的不同接合焊盘连接到BGA 104。最后，引线接合106和功能管芯102由封装材料108包封，封装材料108可以是环氧模塑化合物。封装材料的示例包括环氧或树脂，并且通常喷射成型。

为了使芯片100散热，热从功能管芯102通过封装材料108传导到外部环境。在高功率应用中，封装材料108可以结合到外部热沉(heat sink)，并且在极端条件下，热沉甚至可以耦接到电扇。然而，为了到达热沉，热首先通过封装材料引出。为此目的，之前的方案已经使用较昂贵的模塑化合物(mold compound)，使封装材料具有较高的热导率(例如，3W/mK而不是标准的1W/mK)。然而，除了昂贵之外，这些模塑化合物可靠性较低，并且在传输模塑操作(transfer molding operation)中较难使用。

图2A示出使用内部散热器(heat spreader)来辅助散热的半导体芯片。散热器202通常包括诸如铜的金属，以用于将热从功能管芯102传导掉。然而，热仍需要通过功能管芯102到散热器202之间的封装材料108传导。然后散热器202将热传导离开芯片，并且散热器202通常暴露到空气(或外部环境)。

图2B示出使用虚设管芯(dummy die)来改善散热。为了减少热传导的距离，虚设管芯204置于功能管芯102之上以使其更热靠近散热器202。虚设管芯204通常为从未制造的硅衬底分割的管芯。

还使用了诸如空腔向下(cavity-down)或倒装芯片封装的其他芯片构造。然而，这些构造更加昂贵，实际上它们制造起来要昂贵二至五倍。因而，在工业上存在大量需求以解决上述缺陷和不足。

发明内容

在半导体芯片中，热粘结剂用于将内部散热器接合到有源功能管芯。在可选的实施例中，虚设管芯直接置于有源功能管芯之上，热粘结剂用于将内部散热器接合到虚设管芯。这提供了从热源(也就是，功能器件)到封装顶部(也就是，也暴露到空气的内部金属散热器)的直接的且相对较小的热传导路径。

通过研究以下附图和详细描述，本公开的其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是明显的或者变得明显。所有这些另外的系统、方法、特征和优点旨在包括在本说明书内，包括在本公开的范围内，并被所附权利要求保护。

附图说明

本公开的许多方面能够通过参照以下附图更好地理解。附图中的部件不一定按比例，而是重点放在清楚地示出本公开的原理。此外，在附图中，相同的附图标记在各附图中都指代相应的部件。

图1A和1B以截面图示出基本的半导体芯片封装；

图2A示出使用内部散热器来辅助散热的半导体芯片封装；

图2B示出使用虚设硅管芯来改善散热；

图3示出散热改善的半导体芯片封装的第一实施例；以及

图4示出散热改善的半导体芯片封装的第二实施例。

具体实施方式