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TWI553799B - 半導體封裝結構 - Google Patents

半導體封裝結構 Download PDF

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TWI553799B
TWI553799B TW104127972A TW104127972A TWI553799B TW I553799 B TWI553799 B TW I553799B TW 104127972 A TW104127972 A TW 104127972A TW 104127972 A TW104127972 A TW 104127972A TW I553799 B TWI553799 B TW I553799B
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黄建文
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Description

半導體封裝結構
本發明是有關於一種半導體封裝結構，且特別是有關於一種具有較佳散熱效果的半導體封裝結構。
在半導體產業中， 積體電路(Integrated Circuits, IC)的生產，主要分為三個階段：晶片(die)的製造、積體電路(IC)的製作以及積體電路(IC)的封裝(Package)等。其中，晶片係經由晶圓(Wafer)製作、電路設計、光罩製作以及切割晶圓等步驟而完成，而每一顆由晶圓切割所形成的晶片，經由晶片上之焊墊(Bonding Pad)與外部訊號電性連接後， 再以包封體將晶片包覆著，其封裝之目的在於防止晶片受到濕氣、熱量、雜訊的影響，並提供晶片與外部電路， 比如與印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)或其他封裝用基板之間電性連接的媒介，如此即完成積體電路的封裝(Package)步驟。
為了連接上述之晶片和封裝用基板，通常會使用導線(Wire)及/或焊球(Bump)作為接合之媒介。其中，打線接合(Wire bonding ) 是透過導線將晶片及導線架(lead frame)連接起來的技術。覆晶接合技術(Flip Chip Interconnect Technology)即是在晶片之焊墊上以陣列排列的方式形成焊球，接著再將晶片翻覆之後，利用晶片上之焊球分別對應連接至封裝用基板上的接點，使得晶片可經由焊球而電性連接至封裝用基板，再經由封裝用基板之內部線路及表面之接點而與外部訊號電性連接。
隨著晶片的效能越高，晶片運作時產生的熱量也愈高，如此將導致晶片之本身的溫度逐漸升高。當晶片之本身的溫度一旦超出其正常的工作溫度範圍時，晶片之內部電路可能會發生運算錯誤的現象，或是暫時性地失效。如何能夠提升半導體封裝結構的散熱效果則是本領域所欲探討的其中一項重點。
本發明提供一種半導體封裝結構， 其具有較佳的散熱效果。
本發明的一種半導體封裝結構，包括一基座、一第一晶片、一包封體、一導熱組件及一散熱板件。第一晶片配置於基座上且包括一第一貫通孔。包封體配置於基座上且包封第一晶片，包封體包括對應於第一貫通孔的一孔洞。導熱組件填充於第一貫通孔及孔洞中，且導熱組件不與第一晶片電性連接。散熱板件配置於包封體上且接觸導熱組件。
在本發明的一實施例中，上述的基座為一導線架，導線架包括一晶片座與多個導腳，第一晶片透過多條導線連接於這些導腳。
在本發明的一實施例中，上述的第一晶片透過一散熱膠層連接於晶片座，且散熱膠層接觸導熱組件。
在本發明的一實施例中，上述的上述的導熱組件包括位在第一貫通孔內的一晶片導熱柱、位在包封體內的一包封體導熱柱以及連接於晶片導熱柱與包封體導熱柱的一銲球。
在本發明的一實施例中，上述的第一晶片包括多個第一貫通孔，包封體包括多個孔洞，這些孔洞分別對應於這些第一貫通孔。
在本發明的一實施例中，上述的半導體封裝結構更包括一第二晶片，配置於第一晶片上且包括一第二貫通孔，其中第二貫通孔對應於第一晶片的第一貫通孔以及該封體的孔洞，導熱組件填充於第二貫通孔且不與第二晶片電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的第二晶片透過一導線電性連接於第一晶片。
在本發明的一實施例中，上述的第一晶片包括多個第一貫通孔，第二晶片包括多個第二貫通孔，包封體包括多個孔洞，這些孔洞分別對應於這些第一貫通孔與這些第二貫通孔。
在本發明的一實施例中，上述的第一晶片的第一貫通孔、第二晶片的第二貫通孔以及包封體的孔洞的直徑分別約在50微米至100微米之間。
在本發明的一實施例中，上述的導熱組件包括位在第一貫通孔與第二貫通孔內的一晶片導熱柱、位在包封體內的一包封體導熱柱以及連接於晶片導熱柱與包封體導熱柱的一銲球。
基於上述，本發明的半導體封裝結構透過在第一晶片中未影響電路處設有第一貫通孔、包封體在對應於第一貫通孔處設有孔洞，導熱組件填充於第一貫通孔及孔洞中且不與第一晶片電性連接，導熱組件向下透過散熱膠層接觸導熱組件，向上接觸散熱板件，以將第一晶片所發出的熱量向上下方向傳遞，而提升半導體封裝結構整體的散熱效果。此外，本發明的半導體封裝結構也可以是多晶片封裝結構，堆疊在第一晶片上的第二晶片在對應於第一貫通孔且未影響電路處設有第二貫通孔，導熱組件也填充第二貫通孔，如此一來，第一晶片與第二晶片所發出的熱量便能夠透過導熱組件向上下方向傳遞，而提升半導體封裝結構整體的散熱效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在本實施例中，基座110為一導線架112，導線架112包括一晶片座114與多個導腳116，第一晶片120配置於導線架112的晶片座114上。更詳細地說，第一晶片120透過一散熱膠層170連接於導線架112的晶片座114。散熱膠層170的成分例如是銀膠，但散熱膠層170的種類並不以此為限制。
在本實施例中，第一晶片120以打線接合技術電性連接於基座110，更明確地說，第一晶片120透過導線180連接於導線架112的導腳116，需在此說明的是圖1僅示意性地繪示一條導線180，實際上第一晶片120透過導線180連接於導線架112的導腳116。當然，第一晶片120電性連接於基座110的方式並不以此為限制。在其他的實施例中，基座110也可以是電路板，第一晶片120也可以覆晶接合的技術，透過凸塊電性連接於基座110。第二晶片130配置於第一晶片120上且透過導線180電性連接於第一晶片120。包封體140配置於基座110上且包封第一晶片120、第二晶片130及導線180。
在本實施例中，特別採用下面的設計來提升半導體封裝結構100的散熱效果。詳細地說，第一晶片120包括第一貫通孔122，第一貫通孔122貫穿第一晶片120，且第一貫通孔122設置在第一晶片120中未影響電路處。第二晶片130包括對應於第一貫通孔122的第二貫通孔132，同樣地，第二貫通孔132貫穿第二晶片130，且第二貫通孔132設置在第二晶片130中未影響電路處。也就是說，在製作時，設計者可先根據第二晶片130要堆疊在第一晶片120上的何處，來確定第一晶片120與第二晶片130中哪些位置是能夠一起被穿孔而不會影響到第一晶片120與第二晶片130的電路，第一貫通孔122與第二貫通孔132便可以設置在上述的位置。
包封體140包括對應於第一貫通孔122與第二貫通孔132的一孔洞142。在本實施例中，第一晶片120的第一貫通孔122、第二晶片130的第二貫通孔132以及包封體140的孔洞142的直徑尺寸實質上相同，第一晶片120的第一貫通孔122、第二晶片130的第二貫通孔132以及包封體140的孔洞142的直徑分別約在50微米至100微米之間，當然，在其他實施例中，第一晶片120的第一貫通孔122、第二晶片130的第二貫通孔132以及包封體140的孔洞142的直徑尺寸也可以不同，且第一晶片120的第一貫通孔122、第二晶片130的第二貫通孔132以及包封體140的孔洞142的尺寸並不以此為限制。
導熱組件150填充於第一貫通孔122、第二貫通孔132及孔洞142中。詳細地說，在本實施例中，導熱組件150包括位在第一貫通孔122與第二貫通孔132內的一晶片導熱柱152、位在包封體140的孔洞142內的一包封體導熱柱154以及連接於晶片導熱柱152與包封體導熱柱154的一銲球156。散熱板件160配置於包封體140上且接觸導熱組件150。在本實施例中，散熱板件160是一個平面的板體，導熱組件150貫穿第一晶片120、第二晶片130與包封體140，導熱組件150的下方接觸散熱膠層170，且導熱組件150的上方接觸散熱板件160。如此一來，當半導體封裝結構100的第一晶片120與第二晶片130在運作時，第一晶片120與第二晶片130所發出的熱，便可以透過晶片導熱柱152向下經過散熱膠層170與基座110的晶片座114而傳遞至外界，並且熱量也可透過晶片導熱柱152向上經過銲球156、包封體導熱柱154與散熱板件160而傳遞至外界，有效地提升半導體封裝結構100的散熱效果。
當然，導熱組件150與散熱板件160的形式並不以此為限制。在其他實施例中，導熱組件150也可以是銲球156，經過加熱之後融熔流到第一貫通孔122與第二貫通孔132，散熱板件160也可以具有一凸出部（未繪示），凸出部可以伸入包封體140的孔洞142內接觸到未流入第一貫通孔122與第二貫通孔132內的銲球156。此外，雖然在圖1中，晶片導熱柱152是填滿於第一貫通孔122與第二貫通孔132，但在其他實施例中，晶片導熱柱152也可以是不填滿於第一貫通孔122與第二貫通孔132，也就是說，局部的第一貫通孔122與第二貫通孔132作為傳熱的空氣通道。
值得一提的是，晶片導熱柱152與包封體導熱柱154的材料例如是銅，銲球156的材料例如是錫，但導熱組件150的材料種類與形式並不以此為限制。在本實施例中，由於第一晶片120的第一貫通孔122與第二晶片130的第二貫通孔132設置在不會影響電路的位置，因此，即便導熱組件150填充於第一晶片120的第一貫通孔122、第二晶片130的第二貫通孔132，導熱組件150也不與第一晶片120與第二晶片130電性連接，而僅具有散熱的效果。
另外，需說明的是，為了清楚地表示出第一貫通孔122、第二貫通孔132、孔洞142及導熱組件150的相對關係，在圖1所舉的例子中，僅繪示出一個第一貫通孔122、一個第二貫通孔132、一個孔洞142及一個導熱組件150，且放大了第一貫通孔122、第二貫通孔132、孔洞142及導熱組件150的尺寸。實際上第一貫通孔122、第二貫通孔132、孔洞142及導熱組件150的尺寸很小，因此，為了更為提升半導體封裝結構100的散熱效果，第一晶片120可包括多個第一貫通孔122，第二晶片130可包括多個第二貫通孔132，包封體140可包括多個孔洞142，這些孔洞142分別對應於這些第一貫通孔122與這些第二貫通孔132，以更快速地將第一晶片120與第二晶片130所發出的熱量向外傳遞。
此外，上述的半導體封裝結構100是以多晶片封裝結構為例，當然，半導體封裝結構100的種類並不以此為限制，在其他實施例中，即便半導體封裝結構100僅具有單一個晶片（例如僅具有第一晶片120），也可以透過上述的方式，在第一晶片120與包封體140中設有貫穿且彼此對應的第一貫通孔122與孔洞142，透過設置在第一貫通孔122與孔洞142中的導熱組件150將第一晶片120的熱量向上與向下傳遞至外界。
綜上所述，本發明的半導體封裝結構透過在第一晶片中未影響電路處設有第一貫通孔、包封體在對應於第一貫通孔處設有孔洞，導熱組件填充於第一貫通孔及孔洞中且不與第一晶片電性連接，導熱組件向下透過散熱膠層接觸導熱組件，向上接觸散熱板件，以將第一晶片所發出的熱量向上下方向傳遞，而提升半導體封裝結構整體的散熱效果。此外，本發明的半導體封裝結構也可以是多晶片封裝結構，堆疊在第一晶片上的第二晶片在對應於第一貫通孔且未影響電路處設有第二貫通孔，導熱組件也填充第二貫通孔，如此一來，第一晶片與第二晶片所發出的熱量便能夠透過導熱組件向上下方向傳遞，而提升半導體封裝結構整體的散熱效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧半導體封裝結構
110‧‧‧基座
112‧‧‧導線架
114‧‧‧晶片座
116‧‧‧導腳
120‧‧‧第一晶片
122‧‧‧第一貫通孔
130‧‧‧第二晶片
132‧‧‧第二貫通孔
140‧‧‧包封體
142‧‧‧孔洞
150‧‧‧導熱組件
152‧‧‧晶片導熱柱
154‧‧‧包封體導熱柱
156‧‧‧銲球
160‧‧‧散熱板件
170‧‧‧散熱膠層
180‧‧‧導線
圖1 是依照本發明的一實施例的一種半導體封裝結構的示意圖。
100‧‧‧半導體封裝結構
110‧‧‧基座
112‧‧‧導線架
114‧‧‧晶片座
116‧‧‧導腳
120‧‧‧第一晶片
122‧‧‧第一貫通孔
130‧‧‧第二晶片
132‧‧‧第二貫通孔
140‧‧‧包封體
142‧‧‧孔洞
150‧‧‧導熱組件
152‧‧‧晶片導熱柱
154‧‧‧包封體導熱柱
156‧‧‧銲球
160‧‧‧散熱板件
170‧‧‧散熱膠層
180‧‧‧導線

Claims (10)

  1. 一種半導體封裝結構，包括：一基座；一第一晶片，配置於該基座上，且包括一第一貫通孔，其中該第一晶片以打線接合技術電性連接於該基座，且該第一貫通孔貫穿該第一晶片；一包封體，配置於該基座上且包封該第一晶片，該包封體包括對應於該第一貫通孔的一孔洞；一導熱組件，填充於該第一貫通孔及該孔洞中，且該導熱組件不與該第一晶片電性連接；以及一散熱板件，配置於該包封體上且接觸該導熱組件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該基座為一導線架，該導線架包括一晶片座與多個導腳，該第一晶片透過多條導線連接於該些導腳。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體封裝結構，其中該第一晶片透過一散熱膠層連接於該晶片座，且該散熱膠層接觸該導熱組件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該導熱組件包括位在該第一貫通孔內的一晶片導熱柱、位在該包封體內的一包封體導熱柱以及連接於該晶片導熱柱與該包封體導熱柱的一銲球。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，其中該第一晶片包括多個該第一貫通孔，該包封體包括多個該孔洞，該些孔洞分別對應於該些第一貫通孔。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體封裝結構，更包括：一第二晶片，配置於該第一晶片上，且包括一第二貫通孔，其中該第二貫通孔對應於該第一晶片的該第一貫通孔以及該包封體的該孔洞，該導熱組件填充於該第二貫通孔且不與該第二晶片電性連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的半導體封裝結構，其中該第二晶片透過一導線電性連接於該第一晶片。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的半導體封裝結構，其中該第一晶片包括多個該第一貫通孔，該第二晶片包括多個該第二貫通孔，該包封體包括多個該孔洞，該些孔洞分別對應於該些第一貫通孔與該些第二貫通孔。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的半導體封裝結構，其中該第一晶片的該第一貫通孔、該第二晶片的該第二貫通孔以及該包封體的該孔洞的直徑分別約在50微米至100微米之間。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的半導體封裝結構，其中該導熱組件包括位在該第一貫通孔與該第二貫通孔內的一晶片導熱柱、位在該包封體內的一包封體導熱柱以及連接於該晶片導熱柱與該包封體導熱柱的一銲球。
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