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CN1219766A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

半导体器件及其制造方法 Download PDF

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CN1219766A
CN1219766A CN98123317A CN98123317A CN1219766A CN 1219766 A CN1219766 A CN 1219766A CN 98123317 A CN98123317 A CN 98123317A CN 98123317 A CN98123317 A CN 98123317A CN 1219766 A CN1219766 A CN 1219766A
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Abstract

一种半导体器件包括带式载体、半导体芯片、金属散热器、支撑环、突起、凹槽和点焊部分。带式载体包括TAB带,半导体芯片安装于其上。金属散热器固定到与带式载体相对的芯片表面以散去所产生的热量。支撑环位于散热器和带式载体之间,并粘接到带式载体上,用于保证散热器和带式载体之间的预定间隙,防止带式载体弯曲。突起、凹槽和点焊部分通过使用机械啮合或熔焊将散热器和加固部件键合。本发明还公开了制造半导体器件的方法。

Description

半导体器件及其制造方法
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，特别涉及具有用于消散在半导体芯片中产生的热量的散热器(heat spearder)和用于防止带式载体弯曲的加固部件的半导体器件及其制造方法。
通常情况下，作为用于实现半导体芯片的高密度安装的方法，采用了称之为带式BGA(球栅阵列)的封装，其中半导体芯片安装在带式载体上并具有凸起(bump)电极。
图17表示常规半导体器件。如图17所示，半导体芯片1通过内引线2与TAB(带式自动键合)带3的铜箔3a相连。每个TAB带3由聚亚酰胺3b和形成在带3b上的铜箔3a构成以形成所需的互连图形。TAB带3，和内引线2和外部电极4一起构成带式载体，用于在其上安装半导体芯片1。
半导体芯片1的各种类型的端子(未示出)通过内引线2、铜箔3a和外部电极4与凸起电极5电连接。
散热器7通过铜膏6固定到与将要连接内引线2的表面相反的半导体芯片1的表面上。散热器7可以把在半导体芯片1工作过程中产生的热量散到外面去。在半导体芯片1周围，在散热器7和TAB带3之间插入支撑环8用作加固部件，以防止TAB带3弯曲，环8的厚度大于半导体芯片1的厚度。支撑环8的两表面通过粘合部分9和10粘接到散热器7和TAB带3上。
暴露在凸起电极5周围的外部电极4用覆盖抗蚀剂11涂敷。半导体芯片1和内引线2用封装树脂12密封。封装树脂12保持电绝缘并保护半导体芯片1免受外部应力、潮湿等。
通过这种方式，在常规半导体器件中，粘合部分9和10用于把散热器7和支撑环8彼此键合在一起。
但是，当在封装的制造中使用大量的粘合剂时，在安装等过程中会由于热量而回流引起粘附力下降，从而发生剥离。这是由于粘合剂被热或含在粘合剂中的水升华膨胀引起的。如果使用粘合剂，很难避免这些问题。
本发明的目的是提供一种半导体器件及其制造方法，在该半导体器件中，尽可能少地使用粘合剂，从而即使在其上受热也不容易发生剥离。
为实现上述目的，根据本发明，提供的半导体器件包括：由TAB(带式自动键合)带构成的带式载体；固定到与带式载体相对的半导体芯片的表面上以散去半导体芯片中产生的热量的金属散热器，该散热器的形状大于半导体芯片的形状；安装在散热器和带式载体之间并粘接到带式载体上的加固部件，该加固部件用于保证散热器和带式载体之间的预定间隙，以防止带式载体弯曲；和键合结构，通过使用机械啮合和熔焊(fusion welding)之一把散热器和加固部件彼此键合彼此键合在一起。
图1是根据本发明第一实施例的半导体器件的截面图；
图2是图1中的散热器和支撑环的透视图；
图3A-3C是表示键合图1中所示的散热器和支撑环的步骤的示意图；
图4是表示图1中所示的半导体器件的改型的示意图；
图5是表示图1中所示的半导体器件的另一改型的截面图；
图6是表示图1中所示的半导体器件的又一改型的截面图；
图7是根据本发明的第二实施例的半导体器件的截面图；
图8A-8C是键合图7中所示的散热器和支撑环的步骤的示意图；
图9是根据本发明第三实施例的半导体器件的截面图；
图10是根据本发明的第四实施例的半导体器件的截面图；
图11A-11B是表示制造图10中所示的散热器的方法中的步骤的示意图；
图12是表示图10中所示的散热器的改进的平面图；
图13是表示图10中所示的半导体器件的另一改型的截面图；
图14是表示图10中所示的半导体器件的另一改型的截面图；
图15是表示图10中所示的半导体器件的另一改型的截面图；
图16是表示图10中所示的半导体器件的另一改型的截面图；和
图17是常规半导体器件的截面图。
下面参照附图说明本发明。
图1表示本发明的第一实施例。参见图1，半导体芯片101通过内引线102与TAB带103的铜箔103a连接。每个TAB带103由聚亚酰胺带103b和形成在带103b上的铜箔103a构成，以形成所需的互连图形。TAB带103，与内引线102和外部电极104一起构成带式载体，用于在其上安装半导体芯片101。
半导体芯片101的各种类型的端子(未示出)通过内引线102、铜箔103a和外部电极104与凸起电极105电连接。
散热器107通过铜膏106固定到与要连接内引线102的表面相对的半导体芯片101的表面上。散热器107把在半导体芯片101工作过程中产生的热量散到外面。在半导体芯片101周围，在散热器107和TAB带103之间插入用作加固部件的支撑环108以防止TAB带103弯曲，其厚度大于半导体芯片101的厚度。支撑环108的一个表面通过粘合剂110粘接到TAB带103上，而其另一表面通过填隙(caulking)方式固定到散热器107上。
暴露在凸起电极105周围的外部电极104用覆盖抗蚀剂111涂敷。半导体芯片101和内引线102用封装树脂112密封。封装树脂112保持电绝缘并保护半导体芯片101和免受外部应力、潮湿等。
本实施例的特征在于，散热器107和支撑环108通过填隙方式彼此连接在一起。图2表示键合之前的散热器107和支撑环108。
如图2所示，预先在支撑环108的所要求位置上形成多个突起114。在对应于突起114的位置上，在散热器107中形成稍小于突起114的凹槽116。
下面参照图3A-3C说明键合散热器107和支撑环108的步骤。
如图3A中所示，散热器107的凹槽116和支撑环108的突起114彼此对准。如图3B所示，突起114在凹槽116中啮合并从散热器107一边被压紧。因此，如图3C所示，突起114和凹槽116彼此配合，金属被塑性流化在配合部分以将散热器107和支撑环108彼此键合在一起。
如图4中所示，可以形成具有能通过散热器107延伸的长度的突起114’，从散热器107突出的突起114’的末端可以被挤压以键合散热器107。
如图5或6所示，可以在散热器107上形成突起115或115’。在图5中，形成在散热器107上的突起115的长度小于支撑环108的厚度。在图6中，突起115’具有能通过支撑环108延伸的长度。
突起114、114’、115和115’和凹槽116的数量和位置可以任意选择以得到所需强度。
下面说明使用粘合剂将散热器107和支撑环108彼此键合在一起的第二实施例。
图7表示根据本发明的第二实施例的半导体器件。参见图7，与图1中相同的元件使用了与图1相同的参考标记表示，并省略了它们的详细说明。图7和图1的区别在于，在图7中，散热器207和支撑环208的键合(通过熔焊)采用了点焊。参考标记217表示点焊部分。
下面参照图8A-8C说明散热器207和支撑环208彼此键合的步骤。
首先，如图8A所示，散热器207和支撑环208彼此对准。如图8B所示，散热器207放置在支撑环208上。如图8C所示，散热器207和支撑环208的配合表面在所需部分点焊，以得到足够高的强度。更详细地说，施加电压，同时从散热器207施加压力，从而在每一边上形成两个点焊部分217，由此使散热器207和支撑环208彼此键合在一起。
下面说明使用树脂形成支撑环308的情况，其与采用金属的情况不一样。
图9表示根据本发明第三实施例的半导体器件。参见图9，与图1中相同的元件使用与图1相同的参考标记表示，并省略了它们的详细说明。图9和1的区别在于，在图9中，支撑环308是用耐热树脂制造的，例如：含硅石的环氧树脂，氧化铝等。参考标记308表示支撑环；318表示多个突起。
下面说明散热器307和支撑环308彼此键合的步骤。
为了提高粘附力，在散热器307上预先形成多个突起318。把具有流动性的熔化环氧树脂装入模子中，散热器307放置在环氧树脂上，同时在环氧树脂中掩埋突起318。然后，通过冷却固化环氧树脂，以形成固定到散热器307上的支撑环308。
根据本例，采用了由环氧树脂的固化产生的固定力。支撑环308可以不用粘合剂而键合到散热器307上。
除了环氧树脂以外的其它树脂也可以使用，只要它作为支撑环能达到足够的强度并具有足够高的耐热能力即可。突起318的数量和形状可以任意设置以得到所需的键合力。
图10表示根据本发明第四实施例的半导体器件。参见图10，与图1中相同的元件使用与图1中相同的参考标记表示，并省略了它们的详细说明。图10和1的区别在于，在图10中，散热器407的周边部分407a弯过180°，并使用弯曲的周边部分407a形成支撑环。
因而，不必形成专用的支撑环，并且元件的数量减少了，从而可以以低成本提供半导体器件。
下面参照图11A和11B说明散热器407的制造步骤。
如图11A所示，预先将用于形成散热器的铜板(厚度：大约0.2-0.4m)切割成八边形。周边部分407a弯过180°，以制造正方形散热器407，如图11B所示。
当采用本例时，不必制备用于形成支撑环的专用的元件，元件的数量可以相应减少，以小于常规例子中的数量。由于可以只通过弯曲形成支撑环部件，所以制造工艺非常简单。当弯曲的周边部分407a的面积设置为等于或大于要形成凸起电极105的区域的面积时，在形成凸起电极105时周边部分407a可以用作支撑。
当在半导体芯片101上安装散热器时，和半导体芯片101一起密封的空气有时膨胀，使封装破裂。这个问题可以通过下面的措施解决。
图12表示图10中所示的散热器407。如图12所示，当在弯曲的周边部分407a中形成间隙413时，被密封的空气和外部空气相通，从而膨胀的空气可以被释放到外面。
图13-16表示图10中所示半导体器件的改型。
在图13中，散热器407的周边部分407a被弯曲得使它们的边缘表面对着TAB带103，从而它们具有S形/倒S形(成数字5或倒5的形状)截面。
在图14中，散热器407的周边部分407a从图11的状态进一步向半导体芯片101弯曲，从而它们具有成数字9或倒9形状的截面。
在图15中，散热器407的周边部分407a被弯曲得使它们的边缘表面处于与TAB带103相反的方向中，从而它们具有O形截面。
在图16中，散热器407的周边部分407a被弯曲得使它们的边缘表面指向TAB带103，从而它们具有L形截面。此时，散热器407和TAB带103之间的间隔用封装树脂112填充。
如上所述，根据本发明，散热器和支撑环不用粘合剂就可以彼此键合在一起。因此，可以防止散热器随着时间的推移而从支撑环上分离开。

Claims (19)

1．一种半导体器件，其特征在于包括：
由TAB(带式自动键合)带构成的带式载体(103)；
安装在所述带式载体上的半导体芯片(101)；
金属散热器(107,207,307)，固定在与所述带式载体相对的半导体芯片的表面上，用于散去所述半导体芯片中产生的热量，所述散热器的形状大于所述半导体芯片的形状；
加固部件(108,208,308)，安装在所述散热器和所述带式载体之间并粘接到所述带式载体上，所述加固部件用于保证所述散热器和所述带式载体之间的预定间隙，并防止所述带式载体弯曲；和
键合结构(114,114’,115,115’,116,217,318)，用于通过使用机械啮合和熔焊之一把所述散热器和所述加固部件彼此键合。
2．根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述键合结构包括：
形成在所述散热器和所述加固部件之一上的啮合突起(114,114’,115,115’)，和
形成在所述散热器和所述加固部件的另一个中的啮合凹槽(116)，以与所述啮合突起配合。
3．根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述啮合凹槽包括啮合孔。
4．根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述啮合凹槽包括通孔，
所述啮合突起的长度比其中形成有所述通孔的所述散热器和所述加固部件之一的厚度大。
5．根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述加固部件由金属制成，
所述键合结构包括通过点焊将所述散热器和所述加固部件熔焊起来的焊接部分(217)。
6．根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述加固部件由耐热树脂制成，
所述键合结构具有形成在所述散热器上的突起(318)，
所述突起被掩埋在所述树脂中，所述树脂在与所述散热器接触的同时被固化，由此将所述加固部件和所述散热器彼此键合在一起。
7．一种半导体器件，其特征在于包括：
由TAB(带式自动键合)带构成的带式载体(103)；
安装在所述带式载体上的半导体芯片(101)；
金属散热器(107,207,307)，固定在与所述带式载体相对的所述半导体芯片的表面上，用于散去所述半导体芯片中产生的热量，所述散热器的形状大于所述半导体芯片的形状；
由朝向所述带式载体弯曲的所述散热器的周边部分构成的加固部分(407a)，所述加固部分用于保证所述散热器和所述带式载体之间的预定间隙并防止所述带式载体弯曲。
8．根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述加固部分由从带式载体一边向所述半导体芯片弯曲大约180°的所述散热器的周边部分构成。
9．根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述加固部分由朝向所述带式载体弯曲以具有S形/倒S形截面的所述散热器的所述周边部分构成。
10．根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述加固部分由朝向所述带式载体弯曲以具有数字9/倒9形状的截面的所述散热器的所述周边部分构成。
11．根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述加固部分由朝向所述带式载体弯曲以具有O形截面的所述散热器的所述周边部分构成。
12．根据权利要求7所述的半导体器件，其中所述加固部分由通过在所述散热器的所述周边部分形成的多个弯曲部分构成，所述相邻的弯曲部分形成间隙(413)。
13．一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
由TAB(带式自动键合)带构成带式载体(103)；
将所述带式载体上安装半导体芯片(101)；
将金属散热器(107,207,307)固定在与所述带式载体相对的半导体芯片的表面上，用于散去所述半导体芯片中产生的热量，所述散热器的形状大于所述半导体芯片的形状；
将加固部件(108,208,308)安装在所述散热器和所述带式载体之间并粘接到所述带式载体上，所述加固部件用于保证所述散热器和所述带式载体之间的预定间隙，并防止所述带式载体弯曲；和
该方法的特征在于包括通过使用机械啮合和熔焊之一将所述散热器和所述加固部件彼此键合的步骤。
14．根据权利要求13所述的方法，其中所述加固部件由金属制成，该键合步骤包括通过填隙方式将所述散热器和所述加固部件彼此键合的步骤。
15．根据权利要求13所述的方法，其中所述加固部件由金属制成，该键合步骤包括通过点焊将所述散热器和所述加固部件彼此键合的步骤。
16．根据权利要求13所述的方法，其中所述加固部件由耐热树脂制成；
所述散热器具有突起；
所述键合步骤包括：将所述散热器和所述树脂连在一起以在所述树脂中掩埋所述突起的步骤，和
固化所述树脂，从而通过所述突起将所述散热器和所述加固部件彼此键合。
17．一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
用TAB(带式自动键合)带构成带式载体(103)；
在所述带式载体上安装半导体芯片(101)；
将金属散热器(107,207,307)固定在与所述带式载体相反的半导体芯片的表面上，用于散去所述半导体芯片中产生的热量，所述散热器的形状大于所述半导体芯片的形状；
该方法的特征在于包括弯曲所述散热器的边缘的步骤和将弯曲部分和所述带式载体彼此键合以保证所述散热器和所述带式载体之间的预定间隙的步骤。
18．根据权利要求17所述的方法，其中弯曲步骤包括将所述散热器的所述边缘向所述半导体芯片弯曲180°的步骤。
19．根据权利要求17所述的方法，其中弯曲步骤包括在弯曲部分之间形成间隙的步骤。
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