專利名稱：具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及ー種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造及其組裝方法，特別是涉及ー種具有散熱凸塊的散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造及其組裝方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有高階半導(dǎo)體芯片(如邏輯運(yùn)算芯片)或堆棧式的半導(dǎo)體芯片在運(yùn)作時(shí)容易產(chǎn)生高溫，因此其表面需要另外接合一散熱片(heat sink)以提高整體散熱效率。常見(jiàn)的固定散熱片于芯片的方法是使用導(dǎo)熱膠，然而其接合時(shí)導(dǎo)熱膠厚度均一性控制不易，及內(nèi)含的金屬導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱性也較純金屬材質(zhì)差。為符合高散熱需求的半導(dǎo)體封裝，近年來(lái)開(kāi)始使用金屬導(dǎo)熱材料，例如銦(Indium)片，因?yàn)殂熅哂辛己玫臒嵛镄?Thermophysicalproperty)，以及絕佳的導(dǎo)熱性及延展性，可大幅提升導(dǎo)熱效果，因此在具有高階半導(dǎo)體芯片或堆棧式的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造上，已普遍開(kāi)始使用銦作為熱接合材料。 銦片在使用上必須與具有鍍金層的介質(zhì)在經(jīng)過(guò)特定溫度使銦片表面熔融后，才能與鍍金層形成金屬鍵結(jié)，達(dá)到有效接合效果。然而，銦片在高溫接合過(guò)程中，會(huì)因熔融態(tài)而具有流動(dòng)性，而該銦片的流動(dòng)意味著其無(wú)法有效黏合于該散熱片，導(dǎo)熱效果將大幅降低。此夕卜，四處流動(dòng)的銦片亦可能造成半導(dǎo)體封裝的內(nèi)部芯片電性短路。再者，銦片的材料成本較聞。故，有必要提供ー種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造及其組裝方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供ー種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，散熱片的接合表面上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊。所述散熱凸塊可直接増加所述散熱片與焊接層接合的表面積，因此可使所述芯片與所述散熱片之間的熱傳導(dǎo)效率能提高，且成本相對(duì)于使用銦作為熱接合材料能更為降低。為達(dá)成本發(fā)明的前述目的，本發(fā)明ー實(shí)施例提供ー種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，包含一基板、ー芯片、一散熱片及ー焊接層。所述基板具有一上表面；所述芯片設(shè)置于所述基板的上表面，所述芯片具有一有源表面及對(duì)應(yīng)側(cè)的ー無(wú)源表面，所述無(wú)源表面上設(shè)有一背金屬層；所述散熱片具有一接合表面及ー散熱表面，所述接合表面上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊，所述散熱凸塊與所述芯片的無(wú)源表面上的背金屬層抵接，并且所述散熱片的散熱凸塊通過(guò)所述焊接層接合所述芯片的背金屬層，以及所述焊接層填補(bǔ)所述多個(gè)散熱凸塊之間的空隙。本發(fā)明的另一目的在于提供ー種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法，芯片的背金屬層上預(yù)設(shè)ー焊接層，倒置散熱片并使所述芯片上的焊接層抵貼于所述散熱片的多個(gè)散熱凸塊上后進(jìn)行一回流焊程序，可確保所述焊接層能填補(bǔ)至所述散熱片的多個(gè)散熱凸塊之間的空隙，使所述芯片與所述散熱片能穩(wěn)固的結(jié)合。
為達(dá)成本發(fā)明的前述目的，本發(fā)明另一實(shí)施例提供ー種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法，包含以下步驟(a)備有一基板及ー芯片,所述芯片設(shè)置于所述基板的一上表面,所述芯片具有一有源表面及對(duì)應(yīng)側(cè)對(duì)應(yīng)側(cè)的ー無(wú)源表面，所述無(wú)源表面上設(shè)有ー背金屬層；以及備有一散熱片，所述散熱片具有一接合表面及ー散熱表面，所述接合表面上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊；(b)在所述芯片的所述背金屬層上設(shè)置一焊接層；(C)將所述散熱片的所述接 合表面朝上，以及將所述芯片的所述背金屬層向下，并使所述焊接層抵貼于所述散熱片的多個(gè)散熱凸塊上；及(d)進(jìn)行一回流焊程序，使所述散熱片的散熱凸塊與所述芯片的背金屬層抵接，并且所述焊接層填補(bǔ)于所述多個(gè)散熱凸塊間的空隙之內(nèi)，以接合固定所述芯片與所述散熱片。


圖I是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的側(cè)視圖。圖2A是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的局部立體圖。圖2B是本發(fā)明另ー實(shí)施例的具有散熱片的局部立體圖。圖3A至3D是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法示意圖。圖4A至4C是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的制作方法示意圖。圖5A至是本發(fā)明另ー實(shí)施例的具有散熱片的制作方法示意圖。圖6是本發(fā)明另ー實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下請(qǐng)參照?qǐng)DI所示，圖I是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的側(cè)視圖。本發(fā)明ー實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造主要包含一基板10、ー芯片20、一散熱片30及一焊接層40。所述基板10具有一上表面11，所述芯片20設(shè)置于所述基板10的上表面11，所述芯片20具有一有源表面21及對(duì)應(yīng)側(cè)的ー無(wú)源表面22，所述芯片20的有源表面21上可設(shè)有多個(gè)電性連接用的凸塊23，以供焊接結(jié)合于所述基板10，所述無(wú)源表面22上設(shè)有一背金屬層24(back side metallization, BSM),所述背金屬層24—般包含鈦(Ti)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銅(Cu)及/或錫(Sn)等成份的金屬層或其組合的金屬堆棧層，在一實(shí)施例中，所述背金屬層24自芯片20往散熱片30的堆棧方向依序是鈦-鋁層(500納米)/銅層(2微米)/錫層(10微米)的金屬堆棧層。所述背金屬層24的作用在于增加所述芯片20與所述散熱片30的接合性。如圖I所不,所述散熱片30具有一接合表面31及ー散熱表面32,所述接合表面31上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊33，所述散熱凸塊33與所述芯片20的無(wú)源表面22上的背金屬層24抵接，并且所述散熱片通過(guò)所述焊接層40接合所述芯片20的背金屬層24，以及所述焊接層40填補(bǔ)于所述多個(gè)散熱凸塊33之間的空隙。
再者，所述散熱凸塊33具體可呈ー圓柱體狀(如圖2A)或一方形柱體狀(如圖2B)。所述圓柱體狀散熱凸塊的直徑介于I至3毫米(mm)，及其高度介于100至150微米(μ m)?；蛘撸龇叫沃w狀散熱凸塊的邊長(zhǎng)介于I至3毫米(mm)，及其高度介于100至150微米(μπι)。在ー實(shí)施，所述多個(gè)散熱凸塊在所述散熱片的所述接合表面上呈矩形陣列(如圖2Α及2Β)或圓形陣列的排列(圖未示)。在另ー實(shí)施，所述焊接層40可以選自焊錫合金，例如共金的錫銦(SnIn)合金、共金的錫鋅(SnIn)合金、純錫或各種錫銀銅合金(如Sn-3. 5Ag-0. 5Cu等)，由于焊接層40可具有錫成份，因此可與具有錫層的背金屬層有良好的接合性。
綜上所述，由于所述焊接層40包覆所述散熱凸塊33，亦即所述焊接層40直接接觸于圓柱體狀的散熱凸塊33的底面與圓周面或方形柱體狀的散熱凸塊33的五個(gè)表面，故所述散熱凸塊33可直接増加所述散熱片30與所述焊接層40接合的表面積，因此可使所述芯片20與所述散熱片30之間的熱傳導(dǎo)效率能提高，且成本相對(duì)于使用銦作為熱接合材料能更為降低。因此，本發(fā)明可相對(duì)降低對(duì)于所述焊接層40的材料要求以及減少(或省略)銦的使用。另外，雖然本實(shí)施例中掲示的所述散熱片30是ー種金屬蓋式的散熱片，然而本發(fā)明并不限制所述散熱片30的具體型式，例如，所述散熱片30也可能是單片式的或具有鰭片的散熱片。請(qǐng)參照?qǐng)D3A至3D所示，圖3A至3D是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法示意圖。所述組裝方法包含以下步驟(a)如圖3A所不,備有一基板10及ー芯片20,所述芯片20設(shè)置于所述基板10的一上表面11，所述芯片20所述具有一有源表面21及對(duì)應(yīng)側(cè)的ー無(wú)源表面22，所述無(wú)源表面22上設(shè)有ー背金屬層24 ;同時(shí),備有一散熱片30,所述散熱片30具有一接合表面31及ー散熱表面32，所述接合表面31上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊33。(b)如圖3B所示，在所述芯片20的所述背金屬層24上設(shè)置ー焊接層40 ；(c)如圖3C所示，將所述散熱片30的所述接合表面31朝上，以及將所述芯片20的所述背金屬層34向下，使所述焊接層40抵貼于所述散熱片30的多個(gè)散熱凸塊33上 '及(d)如圖3D所示，進(jìn)行一回流焊(reflow)程序，使所述散熱片30的散熱凸塊33與所述芯片20的背金屬24層抵接，并且所述焊接層40填補(bǔ)于所述多個(gè)散熱凸塊33間的空隙之內(nèi)，以接合固定所述芯片20與所述散熱片30。通過(guò)上述方法，本發(fā)明可有效率的形成具有散熱片30的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，并且確保所述焊接層40能填補(bǔ)至所述散熱片30的多個(gè)散熱凸塊33之間的空隙，使所述芯片20與所述散熱片30能穩(wěn)固的結(jié)合。請(qǐng)參照?qǐng)D4A至4C所示，圖4A至4C是本發(fā)明一實(shí)施例的具有散熱片的制作方法示意圖。所述制作方法包含以下步驟(a)如圖4A所不,備有一散熱片30,其上表面(與芯片接合的表面)上設(shè)有ー屏蔽50，所述屏蔽50具有多個(gè)通孔曝露多個(gè)散熱凸塊成型的位置，所述通孔可為各種幾何形狀，例如圓形、方形或矩形等；
(b)如圖4B所示，在所述屏蔽50的通孔曝露出的散熱凸塊成型的位置上通過(guò)電鍍成型產(chǎn)生多個(gè)散熱凸塊33 '及(c)如圖4C所示，移除所述屏蔽50以形成一具有多個(gè)散熱凸塊33的散熱片30。請(qǐng)參照?qǐng)D5A至所示，圖5A至是本發(fā)明另ー實(shí)施例的具有散熱片的制作方法示意圖。 (a)如圖5A所示，備有ー散熱片30 ;
(b)如圖5B所不,備有一組對(duì)應(yīng)的上模61與下模62,所述上模61與下模62具有對(duì)應(yīng)的凹凸?fàn)睿瑢⑺錾崞?0置于所述上模61與下模62之間；(c)如圖5C所示，以所述上模61與下模62沖壓所述散熱片30，在所述散熱片30的上表面形成多個(gè)散熱凸塊33 (另一面形成對(duì)應(yīng)的凹穴34)(d)如圖所示，研磨所述散熱片下表面(具有凹穴34的一面)成為平面；但若有需要，亦可選擇保留所述凹穴34。請(qǐng)參照?qǐng)D6所示，圖6是本發(fā)明另ー實(shí)施例的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的側(cè)視圖。本實(shí)施例掲示的是ー種堆棧式的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，所述封裝構(gòu)造包括一基板71、ー間隔板(interposer) 72、一第一芯片20a、一第二芯片20b, —散熱片30a、一散熱環(huán)80以及散熱膠90。如圖6所示，所述基板71的下表面具有多個(gè)焊球(未標(biāo)示)做為對(duì)外電性連接結(jié)構(gòu)。所述間隔板72設(shè)于所述基板71上，其下表面具有多個(gè)凸塊(未標(biāo)示)與所述基板71的上表面電性連接。再者，所述第一芯片20a為邏輯芯片(Logical Die)，其以倒裝芯片的方式設(shè)于所述間隔板72上；所述第二芯片20b為內(nèi)存芯片(Memory Die)，其以倒裝芯片的方式設(shè)于所述間隔板72上。其中，所述第一芯片20a與所述第二芯片20b上表面的分別設(shè)有背金屬層24a, 24b ο所述散熱環(huán)80設(shè)于所述基板71上，其包圍所述所述間隔板72、所述第一芯片20a及所述第二芯片20b。所述散熱環(huán)80通過(guò)所述散熱膠90連接其下方的所述基板71及其上方的所述散熱片30a。所述散熱片30a的接合表面31a上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊33a，所述散熱凸塊33a與所述第一芯片20a及所述第二芯片20b的無(wú)源表面上的背金屬層24a，24b抵接，并且所述散熱片30a通過(guò)ー焊接層40a接合所述第一及第ニ芯片20a，20b及填補(bǔ)于所述多個(gè)散熱凸塊33之間的空隙。綜上所述，由于所述散熱凸塊33a可直接増加所述散熱片30a與焊接層40a接合的表面積，因此可使所述第一芯片20a及所述第二芯片20b (特別是運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生高溫的所述第一芯片20a)與所述散熱片30a的熱傳導(dǎo)效率能提高，且成本相對(duì)于使用銦作為熱接合材料能更為降低。本發(fā)明已由上述相關(guān)實(shí)施例加以描述，然而上述實(shí)施例僅為實(shí)施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已公開(kāi)的實(shí)施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反的，包含于權(quán)利要求書的精神及范圍的修改及均等設(shè)置均包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述半導(dǎo)體組裝構(gòu)造包含 一基板，具有一上表面； 一芯片，設(shè)置于所述基板的上表面，所述芯片具有一有源表面及對(duì)應(yīng)側(cè)的一無(wú)源表面，所述無(wú)源表面上設(shè)有一背金屬層； 一散熱片，具有一接合表面及一散熱表面，所述接合表面上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊，所述多個(gè)散熱凸塊與所述芯片的無(wú)源表面上的背金屬層抵接；以及一焊接層，接合所述多個(gè)散熱凸塊與所述背金屬層，所述焊接層填補(bǔ)所述多個(gè)散熱凸塊之間的空隙。
2.如權(quán)利要求I所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述散熱凸塊呈圓柱體狀。
3.如權(quán)利要求I所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述散熱凸塊呈方形柱體狀。
4.如權(quán)利要求I所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述背金屬層是一金屬堆棧層。
5.如權(quán)利要求4所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述金屬堆棧層自所述芯片往所述散熱片的堆棧方向依序是鈦-鋁合金層、銅層、錫層。
6.如權(quán)利要求I所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述焊接層的材質(zhì)為錫銦合金、錫鋅合金、純錫或錫銀銅合金。
7.如權(quán)利要求I所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造，其特征在于所述半導(dǎo)體組裝構(gòu)造另包含一散熱環(huán)設(shè)于所述基板與所述散熱環(huán)之間。
8.一種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法，其特征在于所述組裝方法包含以下步驟 (a)備有一基板及一芯片，所述芯片設(shè)置于所述基板的一上表面，所述芯片具有一有源表面及對(duì)應(yīng)側(cè)對(duì)應(yīng)側(cè)的一無(wú)源表面，所述無(wú)源表面上設(shè)有一背金屬層；以及備有一散熱片，所述散熱片具有一接合表面及一散熱表面，所述接合表面上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊； (b)在所述芯片的所述背金屬層上設(shè)置一焊接層； (C)將所述散熱片的所述接合表面朝上，以及將所述芯片的所述背金屬層向下，并使所述焊接層抵貼于所述散熱片的多個(gè)散熱凸塊上；及 (d)進(jìn)行一回流焊程序，使所述散熱片的散熱凸塊與所述芯片的背金屬層抵接，并且所述焊接層填補(bǔ)于所述多個(gè)散熱凸塊間的空隙之內(nèi)，以接合固定所述芯片與所述散熱片。
9.如權(quán)利要求8所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法，其特征在于所述多個(gè)散熱凸塊呈圓柱體狀或方形柱體狀。
10.如權(quán)利要求8所述的具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造的組裝方法，其特征在于所述多個(gè)散熱凸塊是電鍍成型或沖壓成型，所述多個(gè)散熱凸塊在所述散熱片的接合表面上呈矩形陣列或圓形陣列的排列。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具有散熱片的半導(dǎo)體組裝構(gòu)造及其組裝方法，所述半導(dǎo)體組裝構(gòu)造包含一基板、一芯片、一散熱片及一焊接層。所述基板具有一上表面。所述芯片設(shè)置于所述基板的上表面，所述芯片的一無(wú)源表面上設(shè)有一背金屬層。所述散熱片的一接合表面上設(shè)有多個(gè)散熱凸塊，所述多個(gè)散熱凸塊與所述芯片的背金屬層抵接，并且所述散熱片通過(guò)所述焊接層接合所述芯片及填補(bǔ)所述多個(gè)散熱凸塊之間的空隙。所述散熱凸塊可直接增加所述散熱片與焊接層接合的表面積，因此可使所述芯片與所述散熱片之間的熱傳導(dǎo)效率能提高，且成本相對(duì)于使用銦作為熱接合材料能更為降低。
文檔編號(hào)H01L21/50GK102856273SQ20121032719
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者邱盈達(dá), 林光隆 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司