TWI837021B - 電子封裝件 - Google Patents

Abstract

一種電子封裝件，主要將電子元件與散熱件設於一具有散熱層之承載結構之不同區域上，並以封裝層包覆該電子元件，且使該散熱件藉由該散熱層熱連接該電子元件，以避免該電子元件於散熱過程中將其所產生之熱能傳導至封裝層中而導致該電子元件周圍過熱之問題。

Description

電子封裝件

本發明係有關一種封裝結構，尤指一種具散熱件之電子封裝件。

隨著電子產品在功能及處理速度之需求的提升，作為電子產品之核心組件的半導體晶片需具有更高密度之電子元件(Electronic Components)及電子電路(Electronic Circuits)，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能。再者，由於傳統包覆該半導體晶片之封裝膠體係為一種導熱係數僅0.8(單位W．m^-1．k^-1)之不良傳熱材質(即熱量之逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散半導體晶片所產生之熱量，將會造成半導體晶片之損害與產品信賴性問題。

因此，為了迅速將熱能散逸至外部，業界通常在半導體封裝件中配置散熱片(Heat Sink或Heat Spreader)，該散熱片通常藉由散熱膠，如導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)，結合至半導體晶片背面，且通常令散熱片之頂面外露出封裝膠體或直接外露於大氣中，以藉散熱膠與散熱片逸散出半導體晶片所產生之熱量。

如圖1所示，習知半導體封裝件1之製法係先將一半導體晶片11以其作用面11a利用覆晶接合方式(即透過導電凸塊110與底膠111)設於一封裝基板10上，再將一散熱件12以其頂片120藉由TIM層13結合於該半導體晶片11之非作用面11b上，且該散熱件12之支撐腳121透過黏著層15架設於該封裝基板10上。接著，進行封裝壓模作業，以供封裝膠體14包覆該半導體晶片11及散熱件12，並使該散熱件12之頂片120外露出封裝膠體14。

於運作時，該半導體晶片11所產生之熱能係經由該非作用面11b、TIM層13而傳導至該散熱件12之頂片120以散熱至該半導體封裝件1之外部。

惟，習知半導體封裝件1中，該散熱件12與該封裝膠體14係配置於該封裝基板10之同一處，故當半導體晶片11所產生之熱能傳導至該散熱件12時，會經由該支撐腳121傳導至該封裝膠體14中，造成因該封裝膠體14之散熱過慢而導致該半導體晶片11周圍過熱，致使該半導體晶片11將因過熱而損壞，進而造成該半導體封裝件1之可靠性不佳。

因此，如何克服上述習知技術之問題，實已成為目前業界亟待克服之難題。

鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明提供一種電子封裝件，係包括：承載結構，係於其中一側定義有封裝區與一鄰接該封裝區之功能區；電子元件，係設於該承載結構之封裝區上且電性連接該承載結構；散 熱件，係設於該承載結構之功能區上且熱連接該電子元件；以及封裝層，係設於該承載結構之封裝區上以包覆該電子元件，且該封裝層未設於該功能區上。

前述之電子封裝件中，該承載結構係具有一熱連接該電子元件與該散熱件之散熱層。

前述之電子封裝件中，該電子元件相對該承載結構之高度係等於該封裝層相對該承載結構之高度。

前述之電子封裝件中，該散熱件相對該承載結構之高度係等於該電子元件相對該承載結構之高度。

前述之電子封裝件中，該散熱件相對該承載結構之高度係等於或低於該封裝層相對該承載結構之高度。

前述之電子封裝件中，該散熱件係齊平該承載結構之側面。

前述之電子封裝件中，該散熱件係凸出該承載結構之側面。

前述之電子封裝件中，該電子元件係具有顯熱區，且該承載結構係具有對應該顯熱區位置之功能墊，以供該電子元件透過該功能墊熱連接該散熱件。

前述之電子封裝件中，復包括至少一設於該功能區上之電子模組，其電性連接該承載結構。例如，該散熱件係圍繞該電子模組。

前述之電子封裝件中，可包括有設於該散熱件上之散熱結構。

前述之電子封裝件中，該承載結構上可設有複數該散熱件。

由上可知，本發明之電子封裝件，主要藉由該電子元件與該散熱件設於該承載結構之不同區域上，且該散熱件熱連接該電子元件，以 避免該電子元件於散熱過程中將其所產生之熱能傳導至該封裝層中，因而能避免該電子元件周圍過熱之問題，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件能有效避免運作過熱之問題，因而能確保該電子封裝件之可靠性。

1:半導體封裝件

10:封裝基板

11,26:半導體晶片

11a,21a:作用面

11b,21b:非作用面

110,211:導電凸塊

111:底膠

12,22,42:散熱件

120:頂片

121,22b:支撐腳

13:TIM層

14:封裝膠體

15:黏著層

2,3,4,5,6a,6b:電子封裝件

2a:電子模組

20:承載結構

20a:第一側

20b:第二側

20c:側面

200:線路層

200a:電性接觸墊

200b:植球墊

201:散熱層

201a:第一功能墊

201b:第二功能墊

21,23:電子元件

210:電極墊

22a,42a:散熱體

220,221:架體

24,34:封裝層

24a:第一表面

24b:第二表面

25:載板

250:介電層

251:佈線層

252:導電體

260:導線

27:包覆層

29:導電元件

58:散熱結構

580:結合層

A:功能區

M:封裝區

F:導熱路徑

T:顯熱區

H1,H2,H3,H4:高度

圖1係為習知半導體封裝件之剖視示意圖。

圖2A係為本發明之電子封裝件之剖視示意圖。

圖2B係為圖2A之上視示意圖。

圖2C及圖2D係為圖2A之其他態樣之上視示意圖。

圖3係為圖2A之另一實施例之剖視示意圖。

圖4A係為圖2A之其它實施例之剖視示意圖。

圖4B係為圖4A之上視示意圖。

圖5係為圖2A之又一實施例之剖視示意圖。

圖6A及圖6B係為圖4A之其它不同實施例之剖視示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功 效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「第一」、「第二」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

圖2A係為本發明之電子封裝件2之剖面示意圖，圖2B係為本發明之電子封裝件2之上視示意圖。

如圖2A所示，所述之電子封裝件2係包括一承載結構20、設於該承載結構20上之至少一電子模組2a、至少一電子元件21、至少一散熱件22、以及一包覆該電子元件21之封裝層24。

所述之承載結構20係具有相對之第一側20a與第二側20b，且該第一側20a係定義有至少一用以佈設該封裝層24之封裝區M及至少一鄰接該封裝區M之功能區A。

於本實施例中，該承載結構20係例如為具有核心層與線路結構之封裝基板、無核心層(coreless)形式線路結構之封裝基板、具導電矽穿孔(Through-silicon via，簡稱TSV)之矽中介板(Through Silicon interposer，簡稱TSI)或其它板型，其包含至少一絕緣層及至少一結合該絕緣層之線路層200，如至少一扇出(fan out)型重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)。例如，形成該線路層200之材質係為銅，且形成該絕緣層之材質係為如聚對二唑苯(Polybenzoxazole，簡稱PBO)、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、預浸材(Prepreg，簡稱PP)或其它介電材。應可理解地，該承載結構20亦可為其它承載晶片之板材，如導線架(lead frame)、晶圓(wafer)、或其它具有金屬佈線(routing)之板體等，並不限於上述。

再者，該承載結構20之第一側20a可作為置晶側，以令該線路層200於該承載結構20之第一側20a上形成有複數外露於該第一側20a之電性接觸墊200a、第一功能墊201a與第二功能墊201b，且該承載結構20之第二側20b可作為植球側，以令該線路層200於該承載結構20之第二側20b上形成有複數外露於該第二側20b之植球墊200b。例如，該電性接觸墊200a係位於該封裝區M與該功能區A上，且該第一功能墊201a係作為散熱墊並位於該封裝區M上，而該第二功能墊201b係作為散熱墊並位於該功能區A上。

又，該承載結構20之第二側20b可作為植球側，以於該植球墊200b上配置複數導電元件29。例如，該導電元件29可為如銅柱之金屬柱、包覆有絕緣塊之金屬凸塊、銲球(solder ball)、具有核心銅球(Cu core ball)之銲球或其它導電結構。

另外，該承載結構20中係形成有至少一連通該植球墊200b、第一與第二功能墊201a,201b之散熱層201。例如，該散熱層201可採用同於該線路層200之製程製作，以簡化該承載結構20之製作。

所述之電子模組2a係設於該承載結構20之第一側20a之功能區A上且電性連接該線路層200，其中，該電子模組2a係包含一載板25、至少一設於該載板25上之半導體晶片26及包覆該半導體晶片26之包覆層27。

於本實施例中，該載板25例如為具有核心層與線路結構之封裝基板、無核心層(coreless)形式線路結構之封裝基板、具導電矽穿孔(Through-silicon via，簡稱TSV)之矽中介板(Through Silicon interposer，簡稱TSI)或其它板型，其包含至少一介電層250及至少一結合該介電層250之佈線層251，如至少一扇出(fan out)型重佈線路層(redistribution layer，簡稱RDL)。例如，形成該佈線層251之材質係為銅，且形成該介電層250之材質係為如聚對二唑苯(Polybenzoxazole，簡稱PBO)、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、預浸材(Prepreg，簡稱PP)或其它介電材。應可理解地，該載板25亦可為其它承載晶片之板材，如導線架(lead frame)、晶圓(wafer)、或其它具有金屬佈線(routing)之板體等，並不限於上述。

再者，該載板25上係相互堆疊複數半導體晶片26，且該些半導體晶片26係以打線方式分別藉由複數導線260電性連接該佈線層251。或者，該半導體晶片26亦可採用覆晶方式藉由複數導電凸塊(圖略)電性連接該載板25之佈線層251，且以底膠(圖略)包覆該些導電凸塊；亦或，該半導體晶片26亦可直接接觸該載板25之佈線層251。

又，形成該包覆層27之材質係為絕緣材，如聚醯亞胺(PI)、環氧樹脂(epoxy)之封裝膠體或封裝材，其可用模壓(molding)、壓合(lamination)或塗佈(coating)之方式形成。

另外，該電子模組2a係以其載板25之佈線層251藉由複數導電體252結合至該電性接觸墊200a上以電性連接該線路層200。例如， 該導電體252可為如銅柱之金屬柱、包覆有絕緣塊之金屬凸塊、銲球(solder ball)、具有核心銅球(Cu core ball)之銲球或其它導電結構。

應可理解地，有關該電子模組2a之態樣繁多，可依該功能區A之需求設計，並不限於上述。

所述之電子元件21係設於該承載結構20之第一側20a之封裝區M上且電性連接該線路層200並熱連接該散熱層201，其中，該電子元件21係為主動元件、被動元件或其組合者，且該主動元件係例如半導體晶片，而該被動元件係例如電阻、電容及電感。

於本實施例中，該電子元件21係為半導體晶片，其具有相對之作用面21a與非作用面21b，該作用面21a具有複數電極墊210，以結合複數如銲錫材料、金屬柱(pillar)或其它等之導電凸塊211，使該電子元件21以覆晶方式藉由複數該些導電凸塊211結合該電性接觸墊200a以電性連接該線路層200，並結合該第一功能墊201a以熱連接該散熱層201。例如，可採用底膠(圖略)或封裝層24包覆該些導電凸塊211。

於其它實施例中，該電子元件21可藉由複數銲線(圖未示)以打線方式連接該電性接觸墊200a與第一功能墊201a；或者，該電子元件21可直接接觸該電性接觸墊200a與第一功能墊201a。

再者，該電子元件21係具有至少一顯熱區T。例如，該電子元件21於運作時較易產生高溫之部位係作為該顯熱區T，其溫度高於其周圍部位，如圖2A所示之邊緣電極墊210附近區域及/或如圖2B所示之其它部位。

應可理解地，該承載結構20之封裝區M上亦可配置如被動元件之電子元件23，故於該封裝區M上之元件佈設可依需求設計，並無特別限制。

所述之封裝層24係形成於該封裝區M上而未形成於該功能區A上，以令該封裝層24包覆該電子元件21,23而未包覆該電子模組2a。

於本實施例中，形成該封裝層24之材質係為絕緣材，如聚醯亞胺(PI)、環氧樹脂(epoxy)之封裝膠體或封裝材，其可用模壓(molding)、壓合(lamination)或塗佈(coating)之方式形成。

再者，該封裝層24係具有相對之第一表面24a與第二表面24b，並以該第一表面24a結合該承載結構20，且該電子元件21外露於該封裝層24之第二表面24b。例如，該電子元件21之非作用面21b係齊平該封裝層24之第二表面24b，使該些電子元件21之非作用面21b外露於該封裝層24之第二表面24b。或者，如圖3所示之電子封裝件3，該封裝層34可覆蓋該電子元件21之非作用面21b，使該電子元件21未外露於該封裝層34之第二表面24b。

所述之散熱件22係設於該承載結構20之第一側20a之功能區A上且結合該第二功能墊201b。

於本實施例中，該散熱件22係為導熱牆結構，其環繞該電子模組2a，以外露該電子模組2a。例如，該散熱件22係採用金屬材製作，如圖2B所示之連續型銅框架或非連續型銅框架(如圖2C所示之兩L形架體220或如圖2D所示之兩C形架體221)。

再者，該散熱件22係具有一散熱體22a及一承載該散熱體22a且結合該第二功能墊201b之支撐腳22b。例如，該散熱體22a係為凸台狀，其凸伸出該支撐腳22b之相對兩側，使該散熱件22之剖面為T字形；或者，如圖4A所示之電子封裝件4，該散熱體42a僅凸伸出該支撐腳22b之其中一側，使該散熱件42之剖面為倒L字形。

又，該散熱件22相對該承載結構20之第一側20a之高度H2係等於該電子元件21相對該承載結構20之第一側20a之高度H1及/或該封裝層24相對該承載結構20之第一側20a之高度H3。於另一實施例中，如圖3所示之電子封裝件3，該散熱件22相對該承載結構20之第一側20a之高度H2係低於該封裝層34相對該承載結構20之第一側20a之高度H4。

另外，該散熱件22之散熱體22a係未凸出(甚至於齊平)該承載結構20之側面20c；或者，如圖4A及圖4B所示之電子封裝件4，該散熱件42之散熱體42a係凸出該承載結構20之側面20c。

因此，本發明之電子封裝件2,3,4於運作時，該電子元件21係經由該第一功能墊201a、散熱層201與該第二功能墊201b之導熱路徑F(如圖2A、圖3或圖4A所示)將該顯熱區T之熱能傳導至該散熱件22,42，再散逸至外界環境，使該電子元件21能針對該顯熱區T散熱，故該電子封裝件2,3,4能符合高散熱之需求。

再者，該散熱件22上可依需求配置一如金屬罩蓋體之散熱結構58，如圖5所示之電子封裝件5，以提升散熱效果。例如，該散熱結構 58藉由如導熱介面材(Thermal Interface Material，簡稱TIM)之結合層580結合於該散熱體22a與封裝層24(甚至電子元件21)上。

又，可依需求配置多組散熱件22,42，以加速散熱速率。如圖6A或圖6B所示之電子封裝件6a,6b，其配置兩組散熱件42，其中，該散熱件42之散熱體42a係齊平(如圖6A所示)或未凸出(如圖6B所示)該承載結構20之側面20c。

應可理解地，該第一功能墊201a可對應該電子元件21之顯熱區T之位置作配置，使該第一功能墊201a對接最靠近該顯熱區T之電極墊210，以加速散熱速率。

綜上所述，本發明之電子封裝件2,3,4,5,6a,6b，主要藉由該電子元件21與該散熱件22,42設於該承載結構20之不同區域上，且該散熱件22,42熱連接該電子元件21，以避免該電子元件21於散熱過程中將其所產生之熱能傳導至該封裝層24中，因而能避免該電子元件21周圍過熱之問題，以有效提升該電子封裝件2,3,4,5,6a,6b的散熱速率，故相較於習知技術，本發明之電子封裝件2,3,4,5,6a,6b能有效避免其於運作過程中過熱之問題，因而能確保該電子封裝件2,3,4,5,6a,6b之可靠性。

再者，該承載結構20之板面因增加該功能區A而擴大，導致容易因應力分佈不均而發生翹曲，故藉由金屬框架作為該散熱件22,42，以分散該承載結構20之應力，並控制該承載結構20之變形量(翹曲量)，因而有效提升該電子封裝件2,3,4,5,6a,6b的剛性。因此，本發明之電子封裝件2,3,4,5,6a,6b不僅能滿足薄化需求及板面增大需求，且能防止因該承 載結構20於該電子模組2a或電子元件21處發生應力集中而過度翹曲之問題。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

2:電子封裝件

2a:電子模組

20:承載結構

20c:側面

21:電子元件

22:散熱件

24:封裝層

A:功能區

M:封裝區

T:顯熱區

Claims (11)

1. 一種電子封裝件，係包括：承載結構，係於其一側定義有封裝區與一鄰接該封裝區之功能區；電子元件，係設於該承載結構之封裝區上且電性連接該承載結構；散熱件，係設於該承載結構之功能區上且熱連接該電子元件；以及封裝層，係設於該承載結構之封裝區上以包覆該電子元件，且該封裝層未設於該功能區上；其中，該電子元件相對該承載結構之高度係等於該封裝層相對該承載結構之高度。
2. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該承載結構係具有一熱連接該電子元件與該散熱件之散熱層。
3. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱件相對該承載結構之高度係等於該電子元件相對該承載結構之高度。
4. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱件相對該承載結構之高度係等於或低於該封裝層相對該承載結構之高度。
5. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱件係齊平該承載結構之側面。
6. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該散熱件係凸出該承載結構之側面。
7. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該電子元件係具有顯熱區，且該承載結構係具有對應該顯熱區位置之功能墊，以供該電子元件透過該功能墊熱連接該散熱件。
8. 如請求項1所述之電子封裝件，復包括至少一設於該功能區上之電子模組，其電性連接該承載結構。
9. 如請求項8所述之電子封裝件，其中，該散熱件係圍繞該電子模組。
10. 如請求項1所述之電子封裝件，復包括設於該散熱件上之散熱結構。
11. 如請求項1所述之電子封裝件，其中，該承載結構上設有複數該散熱件。

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