[发明专利]具有机械解耦盖子连接附件的塑料覆盖模塑封装

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于集成电路(IC)及相关装置的塑料覆盖模塑封装，尤其涉及需要主动热管理的塑料覆盖模塑封装。

相关申请

本申请与同日提交的申请No.7-1-59(Crispell等人的申请案)相关。

背景技术

电子设备例如集成电路装置广泛采用的封装形式是塑料外壳。集成电路芯片通常与基板结合，聚合物覆盖模塑在该组件上以覆盖模塑(overmold)该装置。两个或更多的集成电路芯片装配在一个覆盖模塑封装内是常见的。多芯片封装称作多芯片模块(MCMs)。

随着集成电路技术领域中芯片尺寸的减小，集成电路封装中的过热问题也变得更加严重。由于用于覆盖模塑的聚合物的导热性差，这就进一步加剧这个问题。因此在塑料有效地封装这些装置的同时，它也收集了该装置产生的热量。在集成电路芯片通过焊线(wire bonds)与封装的电终端连接的封装内，封装材料的厚度必须足以适应焊线的高度。这导致在装置上出现厚塑料“盖”。因为任何给定材料的热阻都随着厚度的增加而减小，所以在其他一切都不变的情况下，增加的厚度进一步阻碍了散热。

多种散热方式已经被提出，并且也已用于解决热管理的问题。其中，适合于具有焊线结合的集成电路芯片的封装类型的散热方式是使用连接在集成电路芯片顶部而后被埋入塑料覆盖模塑件中的导热“烟囱”。导热烟囱通过塑料覆盖模塑件的厚度，但只是通过烟囱本身而不是塑料覆盖模塑材料，将集成电路芯片散出的热量传导至封装顶部。在一些封装设计中，烟囱顶部连接在一个盖子上。该盖子由金属制成，它能有效地散发热量并将热量导入周围环境。在传统设计中，烟囱用热界面材料(TIM)连接在盖子上。尽管任何导热材料都可以用于烟囱构造中，但优选的材料是硅，因为它与硅芯片具有热机械适应性，成本低，可行性高，与现有集成电路组件设备相适配，并且导热性好。

我们已经确定了这些封装设计中的装置缺陷。因此需要改进封装设计以克服这些缺陷。

发明内容

我们已经研究了带有烟囱式散热器的集成电路装置的失效模式，并且详细查明了失效产生的原因和影响。这些封装中最普通的两个失效模式是由于烟囱架机械完整性的破坏而产生的：i)由于热界面材料/盖子或热界面材料/烟囱交界面的破坏引起的盖子与硅烟囱之间的连接失效；以及ii)由于烟囱-集成电路胶粘剂/烟囱或烟囱-集成电路胶粘剂/集成电路装置交界面的破坏引起的硅烟囱与集成电路装置之间的连接失效。这种连接失败时，从集成电路芯片到周围环境的导热路径受到危害。在产生脱离的原因中，一个主要的原因是热机械应力。热机械应力过大时，盖子就会脱离烟囱，或者烟囱就会脱离集成电路装置。我们已经研究出一种能有效地减少热机械应力的不利影响和提高这些集成电路封装的热机械稳定性的方法。对于该改进的封装设计来说，重要的是认识到在维持密切的热耦合的同时，盖子应当至少部分地与烟囱机械解耦。这与通过使烟囱和盖子之间的机械结合更加牢固并因此更有刚性来解决该问题的倾向直观上正好相反。该改进基本上依靠取消烟囱架和盖子之间的胶粘剂结合，代之以使烟囱架和盖子之间允许相对移动的易弯曲的导热聚合物垫来实现。

附图说明

结合附图考虑，可以对本发明有更好的理解，其中：

图1-4是制造带有烟囱式散热器的覆盖模塑的集成电路装置封装的典型步骤示意图；

图5和6是说明书中采用的四个集成电路芯片和四个烟囱的多芯片模块封装的平面图，用于说明申请人认识到的这些装置的失效模式。

图7和8是多芯片模块封装的侧视图，显示了盖子与烟囱分离，或者盖子导致烟囱和集成电路芯片之间的结合失效的脱离模式；

图9-12根据一个实施例说明了装配在烟囱和盖子之间具有机械解耦作用的覆盖模塑封装的步骤；以及

图13示出了将盖子连接在封装上的可选方法。

具体实施方式