[发明专利]用于使用倒装法的模块的改进热性能的可定制盖

说明书

对于集成电路芯片(特别是大功率芯片)的封装，从芯片和封装模块高效耗散热量的能力是非常重要的。模块耗散由芯片产生的热量的能力一般是从芯片至模块外部表面的主要散热路径的质量的函数。

在诸如美国专利5，396，403中描述的那些之类的模块结构中，在从芯片至模块外部表面的主要散热路径中的点处，使用热膏或一些其他导热柔顺材料。界面(其中热量从一种材料到另一种材料必须穿过)一般是散热路径中的最弱环节(即他们比散热路径的其他元件具有显著低的导热率)，即使当他们填充有导热柔顺材料时也是如此。

利用导热柔顺材料的模块结构的一些优点是，材料有能力容纳要装在模块中的芯片的厚度、焊料高度(在倒装法封装的情况下)、盖空腔深度、密封厚度、基片曲度等的统计变化。控制各种元件尺寸变化的能力是困难的，特别是在元件可能来自不同制造商的场合，或者在可能要求元件的重新加工或改进的场合。在涉及大规模工业生产(即高模块产量)的场合，该问题特别明显。

因而，希望以经济方式进一步改进电子封装模块的热性能。

本发明提供具有改进散热性能的盖结构和封装模块。本发明的盖结构和模块的特征在于一种定制盖下层结构，该结构能够减小导热柔顺(非刚性)材料在主要散热路径中的量。本发明还包括用来制造本发明的盖结构和模块的方法，其中对于要容纳的芯片定制盖下层结构。本发明的方法能够减小低导热材料在主要散热路径(从芯片通过模块中的盖)中的量。

在一个方面，本发明包括一种用于包含集成电路芯片的电子模块的盖结构，盖结构包括：

(a)一个盖件，适于密封到模块上，

(b)一条从包含在模块中的芯片至盖件的主要散热路径，该散热路径包括：

(ⅰ)一种固体定制下层结构，从盖件向包含在模块中的芯片延伸，和

(ⅱ)一种在定制下层结构与芯片之间的导热柔顺材料。

在另一个方面，本发明包括容纳一个或多个集成电路芯片的电子模块，该模块包括：

(a)一个基片，

(b)一个集成电路芯片，安装在基片上，

(c)一个盖件，适于密封到基片上，盖和基片限定一个用来包含集成电路芯片的空间，及

(d)一条从包含在该空间中的芯片至盖件的主要散热路径，该散热路径包括：

(ⅰ)一种固体定制下层结构，从盖件向包含在模块中的芯片延伸，和

(ⅱ)一种在定制下层结构与芯片之间的导热柔顺材料。

定制下层结构最好包括从由焊料、导热热固性树脂、导热热塑性树脂、或其他材料组成的组中选择的一种材料，这些材料在与模块元件和芯片的整体相容的温度下能容易地变形，但在模块操作温度范围内或把盖结构密封到芯片载有基片上的温度下不经历显著塑性变形。导热柔顺材料在模块的操作温度范围和密封温度范围内最好是柔软的。

盖结构和模块可以进一步包含在主要散热路径中的一个或多个散热器。如果希望，则本发明的盖结构和模块可以适于容纳多个芯片。

在另一个方面，本发明包括一种用来制造一种用于包含至少一个集成电路芯片的电子模块的方法，该方法包括：

(a)提供一个使集成电路芯片安装在其上的基片，

(b)提供一种适于密封到基片上的盖结构，

(c)提供一个垫片和一种可定制下层结构材料，可定制下层结构材料定位在该垫片与盖件之间，并且垫片定位在可定制下层结构材料与芯片之间，

(d)把盖件向基片运动，由此使可定制下层结构材料变形，

(e)使变形下层结构材料大体上成为刚性的，把变形下层结构材料粘结到盖件上，

(f)运动盖件和变形下层结构材料远离基片，

(g)从变形下层结构与芯片之间除去垫片，

(h)在芯片与变形下层结构之间涂敷导热、柔顺材料，

(i)把盖件密封到基片上，以提供一条从芯片经导热、柔顺材料和变形下层结构至盖件的主要散热路径。

定制下层结构最好包括从由焊料、导热热固性树脂、导热热塑性树脂、或其他材料组成的组中选择的一种材料，这些材料在与模块元件和芯片的整体相容的温度下能容易地变形，但在模块操作温度范围内或把盖结构密封到芯片载有基片上的温度下不经历显著塑性变形。导热柔顺材料在模块的操作温度范围和密封温度范围内最好是柔软的。