[发明专利]半导体芯片的散热封装构造

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种半导体芯片的散热封装构造，特别是关于一种能防止导热介面材料层发生溢流或空隙的半导体芯片的散热封装构造。

【背景技术】

现今，半导体封装产业为了满足各种高密度封装的需求，逐渐发展出各种不同型式的封装构造，其中常见具有基板(substrate)的封装构造包含球形栅格阵列封装构造(ball grid array，BGA)、针脚栅格阵列封装构造(pin grid array，PGA)、接点栅格阵列封装构造(land grid array，LGA)或基板上芯片封装构造(board on chip，BOC)等。在上述封装构造中，所述基板的上表面承载有至少一芯片，并通过打线(wire bonding)或凸块(bumping)制程将芯片的数个接垫电性连接至所述基板的上表面的数个焊垫。同时，所述基板的下表面亦必需提供大量的焊垫，以焊接数个输出端，例如锡球。在完成上述具有基板的封装构造后，其可通过表面贴装技术(SMT)固定到主机板等电子装置上。当电源通过所述封装构造使其运转时，所述封装构造的芯片通常会因为电路本身具备电阻而不可避免的产生热能。因此，必需利用适当的散热构造，以便及时的对所述芯片进行散热，以避免所述芯片因过热而烧毁。

举例而言，请参照图1A、1B及1C，其揭示一种现有半导体芯片的散热封装构造的组装示意图。如图1A所示，首先，提供一基板11，其上表面电性连接及承载一芯片12。接着，通过一黏着层13将一框体14固定在所述基板11的上表面周围，使所述芯片12位于所述框体14内。随后，再将另一黏着层15涂布在所述框体14的上表面。另一方面，提供一散热片16，并在其下表面形成一润湿层161，以结合一导热介面材料层(thermal interfacematerial，TIM)17。再者，如图1B所示，利用所述黏着层15将所述散热片16结合在所述框体14上，同时利用所述导热介面材料层17将所述散热片16结合在所述芯片12上。在初步结合后，利用适当温度(约160℃)进行烘烤(cure)，使所述黏着层15固化，并使所述导热介面材料层17适当些微软化结合在所述散热片16及芯片12之间。接着，如图1C所示，在所述基板11的下表面利用高温回流焊接(reflow)方式植上数个锡球18，如此即可完成一散热封装构造的组装制程。

如图1C所示，在完成上述散热封装构造后，其可通过表面贴装技术(SMT)固定到主机板等电子装置上。当电源通过所述散热封装构造使其运转时，所述芯片12产生的热能可通过所述导热介面材料层17传导至所述散热片16，以对所述芯片12持续进行散热。然而，上述散热封装构造在实际进行组装期间仍具有下述问题：如图1C所示，当利用回流焊接方式植上所述锡球18时，通常必需使用约260℃的高温，所述高温超过上述烘烤制程的温度(约160℃)甚多。但是，所述导热介面材料层17的材料通常选自低熔点的软金属，例如铟(In)。由于铟的熔点只有约156℃，因此所述导热介面材料层17在进行回流焊接时，将吸收热能而大量熔化，并向外溢流到所述芯片12的周围，形成一外溢部171。同时，由于所述导热介面材料层17损失了部分材料形成所述外溢部171，因此所述导热介面材料层17通常也会连带在内部形成至少一空隙(void)172。所述空隙172会减少所述导热介面材料层17能提供的有效导热区积，因而降低对所述芯片12的散热效率。再者，在某些情况下，若所述空隙172中含有空气或水气，则所述芯片12产生的热能可能会造成所述空隙172中的空气膨胀或水气汽化，进而造成所谓的爆米花效应(popcorn effect)，迫使所述导热介面材料层17发生裂痕(crack)。结果，使得所述散热封装构造的散热效率逐渐劣化，甚至因散热不及而造成所述芯片12烧毁。由于所述导热介面材料层17具有上述不耐高温制程的问题，因此为了确保封装成品率(yield)，所述导热介面材料层17仅适用在不需进行回流焊接的接点栅格阵列封装构造(LGA)或针脚栅格阵列封装构造(PGA)，但并不适合应用在需进行回流焊接的球形栅格阵列封装构造(BGA)。结果，大幅限制了此类散热设计的应用范围。

因此，有必要提供一种改良式的半导体芯片的散热封装构造，以解决现有技术所存在的问题。

【发明内容】

本发明的主要目的是提供一种半导体芯片的散热封装构造，其是在散热片的导热面利用挡墙形成限料空间，能在进行回流焊接等高温制程期间防止导热介面材料层向外溢流或产生空隙，进而有利于提高封装成品率、确保产品散热效率并延长使用寿命。