專利名稱：具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其包括單晶(single-chip)或多晶(multi chip)封裝，特別是涉及在制作散熱型集成電路芯片封裝的安裝散熱板方法，其中散熱板并具有接地參考電位的功能。
半導體芯片封裝之一的形式，包含一或多個芯片連接至一基板上，可為一陶瓷基板，該陶瓷基板是以陶瓷材料作為絕緣層；或一塑料基板，該塑料基板是以塑料基材作為絕緣層。傳統上將此芯片封裝稱為一芯片載體(chip carrier)，通常將其配置及連接于一印刷電路卡(printedcircuit card)或一印刷電路板(printed circuit board)，而芯片則可以多種方式連接一基板上。一般最常見如打金線方式(wire bonding)，其是借助芯片組件位置到基板連接點的極細微金屬線作電性連接；另一種則是覆晶(flip chip)方式，其是以錫球(solder ball)作為芯片的實體接觸及電性連接。
各種不同方式已被成功開發應用于在成本較陶瓷基板低的塑料基板上設置芯片。主要由于塑料基板一直被認為在芯片的運作上，比陶瓷基板具備較更多關鍵優勢，包括高電流載量、于短操作延遲時間(delay time)的低介電常數以及低電感及電容等。然而，塑料基板的高溫穩定性依然是一個存在的問題，并已對現行塑料基板的發展引起很大的挑戰。其一的解決方式則是應用一種開口向下(cavity down)芯片封裝的結構，其包含一具有能承接芯片的開口(opening)的封裝基板，及在芯片底部貼有一散熱金屬塊或散熱板(heat spreader)的結構，且其開口端面對印刷電路卡或印刷電路板。


圖1所示是為公知塑料基板開口向下芯片封裝方式(cavity downplastic chip package)。參照圖1，封裝裝配構成100包含一塑料布線基板101，該塑料布線基板101設有一凹陷處(cavity)102及一借助粘結層(bonding layer)104與基板101粘結的散熱金屬塊或散熱板103。芯片105則位于凹陷處102內，而貼覆在散熱板103上。導電金屬線106則用于芯片105與基板101的電性連接。在打金線步驟后，凹陷處102則填以封膠107(encapsulant)覆蓋保護導電金屬線106與芯片105，以避免環境腐蝕破壞。另外，位于基板最外層的對外連接腳108，則作為基板101與印刷電路板109的電性連接。所述的對外連接腳108可為導電針(pins)、錫球或金屬柱，是分別應用在塑料針狀數組(plastic pin grid array，PPGA)、塑料球狀數組(plastic ball grid array，PBGA)或塑料柱狀數組(plastic column grid array，PCGA)的封裝方式。
然而對手提電子產品來說，并無法如一般電子產品可利用家用電力線作接地動作，而是使用外殼作為接地參考電位。因此，對開口向下芯片封裝而言，使其散熱板除散熱功能外，也能參與作為接地參考電位之一部分的應為一件值得注意的技術開發，其不但可使其接地電位更加穩定，且能減少信號噪聲。然而，最常見的開口向下芯片載體中，位于基板與散熱板之間的粘結層常為絕緣性，而使基板與散熱板之間造成電性不連接，不易使散熱板作為接地參考電位的一部分。
因此，本發明提供一種電性連接基板與散熱板用于開口向下芯片封裝載體的制法，以使得散熱板也能參與作為連接暨接地參考電位的一部分。
本發明的另一目的在于提供一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其中包含可粘結一基板與一散熱板的一粘結薄片(bonding sheet)與一導電粘著材(adhesion material)。該粘結薄片可為單層或疊合多層粘著層所組成；而所述的導電粘著材為一含有導電填充材的有機物；所述的基板具至少一可容置芯片的開口，且該基板表面具至少一電路層可同時與導電粘著材及散熱板接觸。
為實現上述目的，本發明提供一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，該散熱板不但能增加塑料芯片封裝的散熱性，也能作為接地參考電位。其中包含可粘結基板與一散熱板的一粘結薄片與一導電粘著材。該粘結薄片可為單層或疊合多層粘著層所組成；而所述的導電粘著材為一含有導電填充材的有機物；所述的基板具至少一可容置芯片的開口，且該基板表面具至少一電路層可同時與導電粘著材及散熱板接觸。
本發明是有關于一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，該散熱板除可提供更佳的散熱效果外，同時也可具備接地參考電位的功能。然而，值得指出的是，本發明的附圖僅供參考與說明之用，并非按照實際尺寸描繪，也即未反映出芯片載體結構中，各層次的實際尺寸與特色。
請參閱圖2，其為本發明的第一較佳實施例。首先提供一塑料電路基板1(或稱芯片塑料載體基板)，該基板1包含一開口2與若干階層5(tier)，以及相對的第一表面3及第二表面4。該基板1可包含有如公知以有機絕緣層隔開的布線電路層(或稱導電層)、通孔(through-holes)、導通孔(conductive through-holes)或介層孔(via)等；階層5表面的電極(或稱粘結指，bond finger)與保護層；第一表面3上的電極(或稱焊墊，landing pad)、屏障(dam)與保護覆層；以及第二表面4上的焊墊與保護覆層等，其為一般熟知技術即可制作的結構。其中特別的是，一由導電材所組成的導電層6形成于所述開口2的側壁，可作為接地線(groundline)。一熱導薄片7(或稱散熱板)，較為理想的是銅或銅底材合金薄片，可在兩側表面(也即第一表面8及第二表面9)進行化學或物理粗化(roughened)。在該散熱板7的第一表面8上，一粘著促進劑形成有一氧化層(oxide layer)，較為理想的是一耦合劑層(couple agent)，以增加其粘著性，如甲硅烷耦合劑(silane)、鈦耦合劑、鋯耦合劑或鋁耦合劑等。然而對本發明來說，所述的粘著促進層并不限定于氧化層或耦合劑。在第二表面9上則覆有一保護層(圖中未示)，如鎳、金、環氧樹脂(epoxy resin)、鉆石膜或類鉆石碳膜等。當然，在沉積所述保護層之前，也可先對所述第二表面9進行物理或化學粗化。一粘結薄片10及一導電粘著材11則設在基板1的第二表面4及散熱板7的第一表面8之間，其中導電粘著材11恰位于與導電層6接觸之處。借助壓合步驟，在粘結薄片10與導電粘著材11同時固化之后，將散熱板7與基板1第二表面4粘結在一起；其中可以加熱或輻射等方式將粘結薄片10與導電粘著材11同時固化。以本發明而言，導電層6與散熱板7為電性連接。在置放芯片、金屬線連接、封膠填充及對外連接等熟知制作過程之后，所述的具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制作過程即告完成。所述的散熱板可借助接地線單獨作為接地參考電位，也可借助接地線的連接，與基板中的接地面(ground plane)及其電子系統的導電外殼共同作為接地參考電位，使散熱板作為接地參考電位的一部分。
所述的芯片載體塑料基板1可為一單層或多層基板，所述基板是由介電材質(為形成絕緣層之用)與導電材質(形成電路層或導電層6之用)交互重疊組成，所述的介電材質可為一有機材料、纖維強化(fiber-reinforced)的有機材料或粒狀物強化(particle-reinforced)的有機材料所組成，如環氧樹脂、聚乙酰胺(polyimide)、雙順丁烯二酸酰亞胺/三氮阱(bismaleimide triazine)、氰酯類(cyanate ester)、聚苯環四烯(polybenzocyclobutene)或及其玻璃纖維復合材料(composities)等。所述的導電材可為金屬材質、金屬膏材(metalpaste)、碳膏材(carbon paste)或導電性高分子(conductive polymer)等；其中又以銅材質為較佳。所述的芯片載體塑料基板1最好在與散熱板7粘結之前先行制作完成，以使得導通孔(through-hole)能夠穿越基板1而形成于基板1，而且當基板1與散熱板7粘結時，形成基板1期間的固化收縮(cure shrinkage)，也不致引起任何的翹曲或扭曲的不良現象。
所述的散熱板7則可由銅、銅合金、鋁、鋁合金、導電顆粒填充或導電纖維填充的銅或銅合金及導電顆粒填充或導電纖維填充的鋁或鋁合金等所制成，如硅-碳化物強化-銅或石墨-纖維強化-鋁等。為使所述散熱板7得到保護完全的防止環境侵蝕，在散熱板7的側壁可再覆上一保護層，如鎳、金、導熱顆粒填充的環氧樹脂、鉆石膜或類鉆石碳膜等。而金屬覆層沉積在散熱板7的側壁時，同時也可增強其散熱效果，因為其散熱的表面積增加之故。
所述的粘結薄片10是由粘著層或疊合多粘著層所組成。該粘著層為一粘著材質、薄片填充(flake-filled)的粘著材、短纖維填充(fiber-filled)的粘著材或粒狀物填充(particle-filled)的粘著材。該粘著材可為(1)樹脂，如環氧樹脂(epoxy resin)、聚乙酰胺樹脂(polyimide resin)、聚氨酯(polyurethane)及丙烯酸樹脂(acrylicresin)等；(2)共聚合高分子(copolymer)，如環氧-丙烯酸樹脂(epoxy-acrylic resin)、環氧-丁二烯樹脂(epoxy-butadiene resin)、環氧-氨基甲酸酯樹脂(epoxy-urethane)等；(3)高分子混煉物(polymerblend)，如環氧樹脂/鹵化聚羥基苯乙烯混煉物(epoxy resin/halogenated polyhydroxystyrene blend)或環氧樹脂/酚樹脂混煉物(epoxy resin/phenolic resin blend)等。
所述的粘著材還可以經鹵素、硅樹脂(silicone)或磷(phosphorus)等加以更改性質。所述的短纖維(short fiber)是以金屬、有機或無機材料所制成，如鎢短纖維、聚酰胺(aramid)短纖維或玻璃短纖維等，可填入所述的粘著材以增加機械強度并減低粘著層的熱膨脹系數(CTE)。為實現同一目的，薄片(flake)或粒狀物可添加于有機材料，薄片是可如銀薄片或石墨薄片(graphite)，而粒狀物如硅土顆粒(silicaparticles)、硫酸鋇顆粒、粘土(clay)、碳酸鈣、三聚氰(melamine)顆粒、聚苯乙烯(polystyrene)、銅顆粒或銀顆粒等。所述的粘著層也可包含其它添加物，如化學催化劑、抗氧化劑、流變劑(reologicalagent)、偶合劑或著色劑(color agent)等。
所述導電性粘著材11即是指含有導電填充材的粘著材。該粘著層可為(1)樹脂，如環氧樹脂、聚乙酰胺樹脂、聚氨酯及丙烯酸樹脂等；(2)共聚合高分子，如環氧-丙烯酸樹脂、環氧-丁二烯樹脂、環氧-氨基甲酸酯樹脂等；(3)高分子混煉物，如環氧樹脂/鹵化聚羥基苯乙烯混煉物或環氧樹脂/酚樹脂混煉物等。所述的粘著材也可以經鹵素、硅樹脂或磷等加以更改其性質。而所述的導電填充材可以是金屬粉末，如銅粉末、銀粉末等，或碳粉末、金屬薄片、金屬纖維或其組成物。所述粘著材也可包含其它添加物，如化學催化劑、抗氧化劑、流變劑(reologicalagent)、偶合劑或著色劑(color agent)等。
以本發明的較佳實施例來說，所述導電性粘著材11的尺寸必須仔細的掌控，以致于該導電性粘著材11與粘結薄片10可在熱壓工藝之后稍微重疊在一起。對本例來說，該導電性粘著材11與粘結薄片10可以交互結合(crosslink)的方式進行化學粘結，以防止空隙(void)的產生。而對另一極端來說，該導電性粘著材11的尺寸不能太大，否則，該導電性粘著材11的一部分可能被擠出至開口2。
以本發明的較佳實施例來說，所述作為接地線的導電層6也可形成芯片載體基板1的第二表面4上任何位置，如圖3所示。而在此情形之下，該導電性粘著材11必須配置得恰當，以使導電層6在熱壓之后能與散熱板7接觸到。
在一具示范性的實施例中，一粘著層可與一離型膜(release film)耦合，也即日本住友(Sumitomo)3M公司制造的APAS 1592產品，首先將其覆在芯片載體基板的表面上。再借助二氧化碳激光的輔助，移除部分粘著層與離型膜形成一暴露出接地導電層的開口。接著，一導電性粘著材，如銅膏材(copper paste)，網印在該導電層上。然后，移除該離型膜，將一散熱板壓入該芯片載體基板。而在熱壓之后，該散熱板便完成穩固的接著于該芯片載體基板。
在另一具示范性的實施例中，使用一環氧樹脂的粘著層，可先借助網版印刷的方式涂布于芯片載體基板表面，但該粘著層并不覆蓋該表面的接地導電層，再利用點膠機(dispenser)，將導電性粘著層，如銅膏材，置于接地導電層上；接著，再將一散熱板貼合至芯片載體基板，經熱壓過程，該散熱板即完成穩固的接著于該芯片載體基板。
如圖4所示，在另一實施例中，在散熱板7與芯片載體基板1中可再置入一導電性的支撐體12。該支撐體12為金屬材質或金屬復合材料，如銅合金、鋁合金、石墨纖維強化鋁合金等。在此情形之下，粘結薄片10a與導電性粘著材11則必須在芯片載體基板1及支撐體12之間，與支撐體12與散熱板7之間作適當布置，如圖4所示。在進行熱壓之后，所述的導電層6可經由導電性粘著材11，與散熱板7產生電性連接。然而在本發明的實施例中，并不限于圖4的實施例，而可進一步布設更多導電性的支撐體12于散熱板7與芯片載體基板1間。在此情況下，粘結薄片10a與導電性粘著材11可適當地布設于芯片載體基板1及支撐體12之間，與支撐體12與散熱板7之間，以使得在進行熱壓之后，導電層6可經由導電性粘著材11，與散熱板7作電性連接。
如圖5所示，本發明也可只以導電性粘著材11將散熱板7與芯片載體基板1粘結，而不需任何上述粘結薄片的實施例。
當然本發明并非限定于可供單芯片封裝而已，其也可包含提供作為多芯片封裝的形式。本發明的另一較佳實施例，一可供多芯片封裝的基板如圖6所示。一電路基板13設有兩開口14、15，其均可各接納一芯片。經熱壓之后，借助粘結薄片17與導電性粘著材18的輔助，可將散熱板16電性連接至該電路基板13上，最后形成一“多芯片”的芯片載體。
本發明所述的芯片載體在業界批量生產時，可借助粘結薄片與導電粘著材的輔助，將散熱嵌板(panel)與電路嵌板接合，封裝后，再進行分割。所述的嵌板并不限定任何形狀或構造，其可為細長片(strip)等形狀。
此外，本發明的芯片載體并不只限定于承載半導體芯片，其它種類芯片如電子、熱、光學、光電芯片等，例如電阻器、震蕩器、傳感器或激光二極管等。
綜上所述，本發明公開了一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，該散熱板不但能增加塑料封裝基板的散熱性，也能作為接地參考電位。
當然，以上所述僅為本發明具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法的較佳實施例，并非用以限制本發明的實施范圍，任何熟悉本技術的人員在不違背本發明的精神下所進行的修改，均應屬于本發明的范圍，因此本發明的保護范圍當以權利要求所確定的范圍為依據。
權利要求
1.一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于包括如下步驟(a)提供一具電導性且有相對的第一表面及第二表面的塑料電路基板，該基板的第二表面包含至少一作為接地線的導電層，而該基板并可包含有一個以上可裝載芯片的開口；(b)提供一具有相對的第一表面及第二表面的散熱板；(c)提供一粘結薄片及一導電性粘著材，以該粘結薄片將所述散熱板的第一表面與基板的第二表面相連接，其中該導電性粘著材同時與該導電層及該散熱板的第一表面相連接。
2.如權利要求1所述的具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于該粘結薄片為熱導性或電導性的粘結薄片。
3.如權利要求1所述的具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于所述導電性粘著材為包含導電性填充材的有機材料。
4.一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于包括如下步驟(a)提供一具有相對的第一表面及第二表面的塑料電路基板，該基板的第二表面包含至少一作為接地線的導電層，而該基板并可包含有一個以上可裝載芯片的開口；(b)提供一具電導性且有相對的第一表面及第二表面的散熱板；(c)提供一導電性的支撐體于該散熱板與該基板之間，其中在該基板及該支撐體之間，與該支撐體及該散熱板之間，均布置有一粘結薄片及一導電性粘著材；(d)以各該粘結薄片將所述散熱板的第一表面、支撐體及基板的第二表面相連接，其中該導電性粘著材與該導電層及支撐體相連接，另一該導電性粘著材與該支撐體及散熱板的第一表面相連接。
5.如權利要求4所述的具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于在該散熱板與基板中可進一步布設更多導電性的支撐體于該散熱板與該基板之間，其中所述粘結薄片與導電性粘著材可依所需適當地布設于該基板及支撐體之間，與該支撐體與散熱板之間。
6.如權利要求4或5所述的具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于該粘結薄片為熱導性或電導性的粘結薄片。
7.一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于包括如下步驟(a)提供一具有相對的第一表面及第二表面的塑料電路基板，該基板的第二表面包含至少一作為接地線的導電層，而該基板并可包含有一個以上可裝載芯片的開口；(b)提供一具電導性且有相對的第一表面及第二表面的散熱板；(c)提供一導電性粘著材，以該導電性粘著材將所述散熱板的第一表面與基板的第二表面相連接，其中該導電性粘著材同時與該導電層及該散熱板的第一表面相連接。
8.一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于包括如下步驟(a)提供一具有相對的第一表面及第二表面的塑料電路基板，該基板的第二表面包含至少一作為接地線的導電層，而該基板并可包含有一個以上可裝載芯片的開口；(b)提供一具有相對的第一表面及第二表面的散熱板；(c)提供一導電性的支撐體于該散熱板與該基板之間，其中在該基板及該支撐體之間，與該支撐體及該散熱板之間，均布置有一導電性粘著材，其中該導電性粘著材與該導電層及支撐體相連接，另一該導電性粘著材與該支撐體及散熱板的第一表面相連接。
9.如權利要求8所述的具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，其特征在于在該散熱板與基板中可進一步布設更多導電性的支撐體于該散熱板與該基板之間，其中所述導電性粘著材可依所需適當地布設于該基板及支撐體之間，與該支撐體與散熱板之間。
全文摘要
一種具接地參考電位功能的散熱板用于散熱型芯片塑料封裝的制法，該散熱板不但能增加塑料封裝基板的散熱性，也能作為接地參考電位。其中包含可粘結一基板與一散熱板的一粘結薄片與一導電粘著材。該粘結薄片可為單層或疊合多層粘著層所組成；而所述的導電粘著材為一含有導電填充材的有機物；所述的基板具至少一可容置芯片的開口，及該基板表面具至少一可作為接地線的導電層，可同時與導電粘著材及散熱板接觸。
文檔編號H01L21/02GK1444260SQ0210717
公開日2003年9月24日 申請日期2002年3月13日 優先權日2002年3月13日
發明者董一中, 楊正雄, 許詩濱 申請人:全懋精密科技股份有限公司