[发明专利]具有凸块/基座的散热座及凸块内含凹穴的半导体芯片组体

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片组体，更详细的说，是关于一种具有半导体元件、导线、黏着层及散热座的半导体芯片组体及其制造方法。

背景技术

现有的经封装与未经封装的半导体芯片等半导体元件可提供高电压、高频率及高性能的应用；该些应用为执行特定功能，所需消耗的功率甚高，然功率愈高则半导体元件生热愈多。此外，在封装密度提高及尺寸缩减后，可供散热的表面积缩小，更导致热能严重积聚。

半导体元件在高温操作下易产生性能衰退及使用寿命缩短等问题，甚至可能立即故障。高热不仅影响芯片性能，也可能因热膨胀不匹配而对芯片及其周遭元件产生热应力作用。因此，必须使芯片迅速有效散热方能确保其操作的效率与可靠度。一条高导热性路径通常将热能传导并发散至一表面积较芯片或芯片所在的晶粒座更大的区域。

发光二极管(LED)近来已普遍成为白炽光源、荧光光源与卤素光源的替代光源。LED可为医疗、军事、招牌、讯号、航空、航海、车辆、可携式设备、商用与家用照明等应用领域提供高能源效率及低成本的长时间照明。例如，LED可为灯具、手电筒、车头灯、探照灯、交通号志灯及显示器等设备提供光源。

LED中的高功率芯片在提供高亮度输出的同时也产生大量热能。然而，在高温操作下，LED会发生色偏、亮度降低、使用寿命缩短及立即故障等问题。此外，LED在散热方面有其限制，进而影响其光输出与可靠度。因此，LED格外突显市场对于具有良好散热效果的高功率芯片的需求。

LED封装体通常包含一LED芯片、一基座、一电接点及一热接点。所述基座是热连接至LED芯片并用于支撑该LED芯片。电接点则电性连接至LED芯片的正极与负极。热接点经由该基座热连接至LED芯片，其下方载具可充分散热以预防LED芯片过热。

本领域人士积极以各种设计及制造技术投入高功率芯片封装体与导热板的研发，以期在此极度成本竞争的环境中满足性能需求。

塑料球栅数组(PBGA)封装是将一芯片与一层压基板包裹于一塑料外壳中，然后再以锡球黏附于一印刷电路板(PCB)上。所述层压基板包含一通常含有玻璃纤维的介电层。芯片产生的热能可经由塑料及介电层传至锡球，进而传至印刷电路板。然而，由于塑料与介电层的导热性低，PBGA的散热效果不佳。

方形扁平无引脚(QFN)封装是将芯片设置在一焊接于印刷电路板的铜质晶粒座上。芯片产生的热能可经由晶粒座传至印刷电路板。然而，由于其导线架中介层的路由能力有限，使得QFN封装无法适用于高输入/输出(I/O)芯片或无源元件。

导热板为半导体元件提供电性路由、热管理与机械性支撑等功能。导热板通常包含一用于讯号路由的基板、一提供热去除功能的散热座或散热装置、一可供电性连接至半导体元件的焊垫，以及一可供电性连接至下一层半导体芯片组体的端子。该基板可为一具有单层或多层路由电路系统及一或多层介电层的层压结构。该散热座可为一金属基座、金属块或埋设金属层。

导热板接合下一层半导体芯片组体。例如，下一层半导体芯片组体可为一具有印刷电路板及散热装置的灯座。在此范例中，一LED封装体是设于导热板上，该导热板则设于散热装置上，导热板/散热装置次组体与印刷电路板设于灯座中。此外，导热板经由导线电性连接至该印刷电路板。该基板将电讯号自该印刷电路板导向LED封装体，而该散热座则将LED封装体的热能发散并传递至该散热装置。因此，该导热板可为LED芯片提供一重要的热路径。

授予Juskey等人的第6,507,102号美国专利公开一种半导体芯片组体，其中一由玻璃纤维与固化的热固性树脂所构成的复合基板包含一中央开口。一具有类似前述中央开口正方或长方形状的散热块是黏附于该中央开口侧壁因而与该基板结合。上、下导电层分别黏附于该基板的顶部及底部，并通过贯穿该基板的电镀导孔互为电性连接。一芯片是设置于散热块上并打线接合至上导电层，一封装材料是模设成形于芯片上，而下导电层则设有锡球。

制造时，该基板原为一置于下导电层上的乙阶(B-stage)树脂胶片。散热块是插设于中央开口，因而位于下导电层上，并与该基板以一间隙相隔。上导电层则设于该基板上。上、下导电层经加热及彼此压合后，使树脂熔化并流入前述间隙中固化。上、下导电层形成图案，因而在该基板上形成电路布线，并使树脂溢料显露于散热块上。然后去除树脂溢料，使散热块露出。最后再将芯片安置于散热块上并进行打线接合与封装。