[发明专利]具有模制盖连接件的塑料包覆成型的包装件

说明书

技术领域

本发明涉及用于集成电路(IC)和相关装置的塑料封装包装件，更具体地涉及需要主动热学管理的塑料封装包装件。

相关申请

本申请与同一日期提交的申请No.(Crispell et al.Case 8-2-60)相关。

背景技术

电子装置例如IC装置上广泛应用的包装形式是塑料外壳。通常，IC芯片被粘结在衬底上并且聚合物被模制在组件上以包覆成型(overmold)所述装置。对于两个或多个IC芯片常见的是组装成单一的包覆成型包装件。多芯片包装件被称为多芯片模件(MCM)。

随着在现有IC技术场合中芯片尺寸的减小，IC包装件过热的问题变得愈加严重。问题进一步加重是因为用于包覆成型的聚合物是性能差的热导体。因而，尽管塑料有效地封装了装置，但其依旧集留了由装置产生的热量。在IC芯片利用引线接合件与包装件的电气终端相连的包装件中，封装物的厚度必须足以容纳引线接合件的高度。这样就导致在装置上形成塑料的厚“盖”。由于在其它一切恒定时，任何给定材料的热阻都随厚度的增加而减小，因此厚度的增加进一步阻碍了热消散。

已经提出并采用多种散热器方案来解决热学管理问题。其中，为具有引线接合IC芯片这一类型的包装件定制的方案是采用与IC芯片顶部相连并形成为嵌入塑料包覆成型件内的导热“烟囱”。该导热烟囱穿过塑料包覆成型件的厚度且穿过烟囱本身而不是塑料包覆成型的材料，从IC芯片上将热量传导至包装件顶部。在一些包装件设计中，烟囱顶部固定于盖。该盖由金属制成，这样可有效地使热量散开并将热量传导到外部环境。在常规设计中，烟囱采用热界面材料(TIM)连接在盖上。尽管对于烟囱结构来讲可以采用任何导热材料，但硅因其与硅芯片的热机相容性、低成本、可用性、与现有IC组件设备的相容性以及良好的导热率而成为优选。

已经确认在这些包装件设计中存在装置失效。对包装件设计的改进需要克服这些失效。

发明内容

我们已经研究了具有烟囱式散热器的IC装置的失效模式并详细确定了失效的原因和影响。这些包装件中两种最常见的失效模式是起因于对总烟囱的机械完整性的破坏：i)由于TIM/盖或者TIM/烟囱界面的破坏而引起的盖对硅烟囱的连接的损失；以及ii)由于烟囱-IC粘合剂/烟囱或烟囱-IC粘合剂/IC装置界面的破坏而导致的硅烟囱对IC装置连接的损失。当这种连接失败时，失去了从IC芯片到外部环境的传热路径。在这些断开的原因中，主要原因是热机应力。当热机应力变得过大时，盖与烟囱分离或者烟囱与IC装置分离。我们已经研究了一种有效的方法以降低热机应力的不利影响，并提高这些IC包装件的热机稳定性。改进包装件设计的关键是认识到盖应该至少部分地与烟囱机械分离，同时保持密切的热连接。这是与通过使烟囱和盖之间形成的接合更机械加固并由此形成更大刚性的方法来解决问题的倾向在直觉上是相逆的。改进基本上依赖于向包覆成型件和盖提供机械结构，使得包覆成型件本身有助于将盖保持在适当位置，从而允许实现部分的机械分离和密切的热连接。

附图说明

当结合附图考虑时将会更清楚地理解本发明，其中：

图1-4是用于制造具有烟囱式散热器的包覆成型IC装置包装件的典型步骤顺序的示意图；

图5和6是在说明书中采用的说明申请人对所述装置失效模式认知的具有四个IC芯片和四个烟囱的MCM包装件的平面图；

图7和8是MCM包装件的侧视图，表示盖与烟囱分离或在烟囱与IC芯片之间的接合上引起失效的断开模式；

图9和10表示改进的包装件设计，其中在盖边缘处采用机械特征有助于使盖连接在包装件上；

图11-13是表示改进的包装件设计的类似图示，其中机械特征遍布盖的面积。

具体实施方式