[发明专利]具有散热器的半导体器件

说明书

背景技术

本发明一般涉及具有用于传导热离开半导体管芯的热路径的半导体器件，并且更特别地涉及诸如具有增强型热耗散能力的球栅阵列(BGA)半导体封装的半导体器件。

常常以不同的芯片载体配置(诸如球栅阵列(BGA)型封装)来封装半导体集成电路和器件。此类封装保护脆弱且易碎的半导体管芯(die)及到达和来自管芯的电连接。半导体封装是可靠的且被大量地生产。在从计算和手持式电子设备到汽车和工业环境的许多行业中的实际应用中都需要半导体封装。

BGA封装包括安装在多层衬底(例如印刷电路板(PCB))的顶侧上的半导体管芯，在那里，PCB的底侧或下侧具有被布置为接触诸如另一PCB的表面以与外部电路互连的焊球阵列。工业不断地需要具有带有较小覆盖区和厚度的较高性能半导体集成电路和器件的半导体封装。随着功率和速度要求的增加和管芯尺寸的减小，由集成电路和器件产生的热增加。如果产生的热未被有效地耗散，则可能妨碍器件的性能并可能导致故障。

因此，需要通过增强半导体封装(诸如BGA半导体封装)的热耗散能力来解决或至少缓解上述问题。

附图说明

被结合到本文中并构成本说明书的一部分的附图举例说明本发明的多个方面并连同说明一起用来解释本发明的原理。虽然将结合某些实施例来描述本发明，但并不意图使本发明局限于所述的那些实施例。相反，意图是覆盖被包括在由所附权利要求书定义的本发明的范围内的所有替换、修改和等价物。在附图中：

图1是依照本发明的实施例的用于半导体器件的衬底的顶视平面图；

图2是依照本发明的实施例的沿着线1-1截取的图1所示的衬底的横截面图；

图3～8是依照本发明的实施例的图示球栅阵列(BGA)半导体器件的不同组装步骤的横截面图；

图9是依照本发明的实施例的图8所示的BGA半导体器件的横截面图的180°旋转图；

图10是依照本发明的实施例的包括具有暴露的散热器板(heat spreader p1ate)的BGA半导体器件的横截面图；

图11是依照本发明的实施例的具有热球布置的衬底的顶视平面图；

图12是依照本发明的实施例的具有焊球布置的衬底的底视平面图；以及

图13是依照本发明的实施例的组装BGA器件的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的一方面是具有热路径的半导体器件，其包括具有第一侧和第二侧的衬底；散热器板具有第一表面和第二表面；第一多个导电凸块，其被布置为将衬底的第一侧和散热器板的第二表面热连接；芯片或半导体管芯，其具有顶侧和底侧，所述芯片被布置为将芯片的底侧与散热器板的第二表面热连接，并将芯片的顶侧与衬底的第二侧电连接；以及模制化合物，其封装芯片和所述第一多个导体凸块。

本发明的实施例还包括布置在衬底的第二侧上的第二多个导电凸块，形成半导体器件的输入端和输出端。衬底可以具有窗口。该窗口可以具有边缘侧且芯片具有边缘侧，并且芯片位于窗口内，并且在窗口的边缘侧与芯片的边缘侧之间存在间隙。模制化合物封装散热器板的第一表面。可以使散热器板的第一表面暴露。所述第一多个凸块可以具有比所述第二多个凸块小、大或相同的尺寸。所述第一多个凸块包括热球。

本发明的一方面是一种组装具有热路径的半导体器件的方法，包括附接第一多个导电凸块以将衬底的第一侧热连接到散热器板的第二表面；布置芯片或半导体管芯以将芯片的背侧与散热器板的第二表面热连接，并将芯片的顶侧与衬底的第二侧电连接；以及用模制化合物来封装芯片和所述第一多个导电凸块。

本发明的实施例还包括附接布置在衬底的第二侧上的第二多个导电凸块以形成半导体器件的输入端和输出端。所述衬底可以布置有窗口，其中，该窗口具有边缘侧且芯片具有边缘侧，并且芯片被布置在窗口内且在窗口的边缘侧与芯片的边缘侧之间存在间隙。所述封装还可以包括封装散热器板的第一表面。所述封装可以扩展至散热器板的第一表面且散热器板的第一表面可以仍被暴露。

本发明公开了半导体器件和用于将半导体器件与具有热路径的热耗散区域组装以传递并耗散来自半导体器件的半导体管芯的背侧的热量的方法。所述半导体器件的热耗散区域的热路径包括具有被键合到半导体管芯的背侧的第一侧的散热器板和被固定到所述散热器板的第一侧的板，该板具有热球、凸块等的阵列。在操作期间由半导体管芯产生的热通过散热器板沿着热路径从半导体管芯的背侧耗散，这增强了半导体封装的热耗散能力。