[发明专利]半导体封装及其制造方法

说明书

提供一种具有改进的热耗散能力和低封装轮廓的倒装芯片半导体封装。所述封装包括具有多个热耗散翼片和多个热耗散引线的散热器。所述热耗散引线连接到衬底的多个导热通孔，以便提供从所述散热器到所述衬底的导热路径，以及支撑所述散热器以缓解由所述散热器施加到半导体芯片的压缩应力。所述封装进一步包括封装层，所述封装层被配置成覆盖所述散热器的热耗散引线并暴露所述散热器的所述热耗散翼片。

技术领域

本发明大体上涉及用于半导体封装的热耗散技术。更确切地说，本发明涉及一种并入在倒装芯片焊盘网格阵列封装中的散热器。

背景技术

基于氮化镓(GaN)的半导体归因于其极佳的材料特性而被广泛地应用于高频率和高功率电子装置。倒装芯片(FC)焊盘网格阵列(LGA)封装归因于实现了大针脚计数、芯片到封装互连路径中可忽略的寄生电感以及减小的封装大小而一直是用于基于GaN的装置的常见封装之一。在常规倒装芯片封装中，热从IC穿过衬底传递到环境。装置结温度需要维持在装置的最大结温度以下以使半导体的运输特性的降级最小化，且更重要的是确保良好的可靠性。随着装置功能性和功率消耗增加，基于GaN的装置中可用的高功率密度对于这些装置上的热管理产生了新的挑战。大多数GaN晶体管生长在SiC衬底上，SiC衬底的导热性可以在Si的1.5和3倍之间。然而，很多时候，SiC衬底比Si更昂贵，且仍很大程度上受热耗散限制。因此，需要一种具有较高热耗散能力的FC-LGA封装。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种半导体封装。所述半导体封装包括：衬底，其具有第一衬底表面、与第一衬底表面相对的第二衬底表面、布置于第一和第二衬底表面之间的绝缘芯层，以及从第一衬底表面穿过芯层延伸到第二衬底表面的多个导热通孔；半导体芯片，其具有有源表面和与有源表面相对的无源表面；且被倒装并附接在衬底上，使得有源表面面向衬底；散热器，其具有包括第一基底表面和与第一基底表面相对的第二基底表面的基底、直立于第一基底表面上的多个热耗散翼片，以及连接到基底的多个热耗散引线；封装层，其形成于衬底上且被配置成用于封装半导体芯片；其中：散热器安装在半导体芯片上，使得散热器的第二基底表面附接并热耦接到半导体芯片的无源表面，且散热器的耗散引线中的每一个连接到衬底的对应导热通孔；且封装层被配置成覆盖散热器的热耗散引线并暴露散热器的热耗散翼片。

根据本公开的一个方面，提供一种用于制造半导体封装的方法。所述方法包括：将半导体芯片倒装和附接在衬底上，使得有源表面面向衬底；将散热器安装在半导体芯片上，使得散热器的第二基底表面附接并热耦接到半导体芯片的无源表面，且散热器的耗散引线中的每一个连接到衬底的对应导热通孔；在衬底上形成电绝缘封装层以封装半导体芯片，使得封装层被配置成覆盖散热器的热耗散引线并暴露散热器的热耗散翼片。

附图说明

在下文中参考图式更详细地描述本公开的优选实施例，在图式中：

图1是根据本申请的一些实施例的倒装芯片焊盘网格阵列(FC-LGA)半导体封装的比较实施例的横截面图；

图2是根据本申请的一些实施例的半导体装置封装的横截面图；

图3描绘根据本申请的一些实施例的散热器的横截面图；

图4是根据本申请的一些实施例的半导体芯片的横截面图；

图5是根据本申请的一些实施例的衬底的横截面图；

图6A-6G描绘根据本申请的一些实施例的热耗散翼片和热耗散引线的各种配置；

图7A-7G描绘根据本申请的其它实施例的热耗散翼片和热耗散引线的各种配置；

图8A-8C描绘根据本申请的一些实施例的用于制造倒装芯片半导体装置封装的方法的步骤；以及

图9A-9C描绘根据本申请的一些实施例的在倒装芯片半导体装置封装中形成封装层的步骤。