芯片封裝結構及其制造方法
【專利摘要】提供一種芯片封裝結構及其制造方法。此芯片封裝結構包括基板、至少一個芯片、多個導電凸塊以及絕緣導熱材料。芯片配置于芯片載板上，并且此芯片載板配置于基板上。導電凸塊配置于基板與芯片載板之間，以電性連接基板與所述芯片。絕緣導熱材料配置于導電凸塊之間，并且包覆導電凸塊。
【專利說明】
芯片封裝結構及其制造方法
技術領域
[0001]本發明是有關于一種芯片封裝技術，且特別是有關于一種具有絕緣導熱材料的芯片封裝結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在半導體產業中，集成電路(Integrated Circuits，IC)的生產，主要分為三個階段:晶圓(Wafer)的制造、集成電路的制作以及集成電路的封裝(Package)等。芯片是經由晶圓制作、電路設計、光罩制作以及切割晶圓等步驟而完成。每一顆由晶圓切割而形成的芯片，在經由芯片上的接點與外部訊號電性連接之后，可再藉由封膠材料將芯片包覆。其封裝的目的在于防止芯片受到濕氣、熱量、雜訊的影響，并提供芯片與外部電路之間電性連接的媒介，如此即完成集成電路的封裝步驟。
[0003]隨著集成電路制程技術的不斷發展，芯片的內部電路的積集度(integrat1n)不斷提升，因而芯片的內部電路的電晶體數目也隨之不斷增加。同時，芯片內部電路的導線截面積逐漸縮小。因此，芯片在運作時，芯片將產生大量的熱能而導致芯片本身的溫度升高，甚而可能造成芯片失效。因此，芯片封裝結構除了作為芯片訊號向外連接的媒介之外，也必須提供芯片適當的保護作用及良好的散熱效能。
[0004]在目前球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)的封裝產品中，一般是以表面粘著技術(Surface Mount Technology，SMT)將芯片載板焊于印刷電路板(Printed CircuitBoard，PCB)上。然而，使用于焊接的錫球與錫球之間的間隙并未填充或覆蓋任何材料。因此，對于球柵陣列的封裝產品而言，僅能透過錫球將芯片所產生的熱往印刷電路板傳導，再藉由印刷電路板散熱至外界。因此，當芯片本身功率過大而產生過多的熱量時，必須藉由外部散熱裝置(例如，散熱鰭片)的配置來增加芯片的散熱性，并且改善芯片過熱的問題。但是，外部散熱裝置將占去許多體積，因而造成整體電子裝置機殼的設計限制。

【發明內容】

[0005]本發明提供一種芯片封裝結構，其具有絕緣導熱材料配置于導電凸塊之間并且包覆導電凸塊，以增加芯片的散熱性。
[0006]本發明提供一種芯片封裝結構的制造方法，其形成絕緣導熱材料于導電凸塊之間，以包覆導電凸塊，并進而增加整體芯片封裝結構的散熱效果。
[0007]本發明的一實施例提出一種芯片封裝結構，其包括基板、至少一個芯片以及多個導電凸塊。所述至少一個芯片配置于芯片載板上，并且芯片載板配置于基板上。所述多個導電凸塊配置于基板與芯片載板之間，以電性連接基板及所述至少一個芯片。絕緣導熱材料配置于所述多個導電凸塊之間，并且包覆所述多個導電凸塊。
[0008]在本發明的一實施例中，上述的基板包括至少一個貫通孔。絕緣導熱材料經由至少一個貫通孔進入所述多個導電凸塊之間。所述至少一個貫通孔位于所述至少一個芯片下方。
[0009]在本發明的一實施例中，上述的絕緣導熱材料充填于所述至少一個貫通孔中。
[0010]在本發明的一實施例中，上述的芯片封裝結構還包括從所述多個導電凸塊的側邊注入絕緣導熱材料。
[0011]在本發明的一實施例中，上述的芯片封裝結構還包括封裝膠體，其中封裝膠體覆蓋所述至少一個芯片，并且配置于芯片載板上。
[0012]在本發明的一實施例中，上述的芯片封裝結構還包括散熱片，散熱片配置于封裝膠體上并且與封裝膠體相互接觸。
[0013]本發明的一實施例提出一種芯片封裝結構的制造方法，其包括提供基板。此制造方法包括下列步驟。將至少一個芯片配置于芯片載板上，并將芯片載板及多個導電凸塊配置于基板上。所述多個導電凸塊配置于基板與芯片載板之間，且所述多個導電凸塊電性連接基板與所述至少一個芯片。形成絕緣導熱材料于所述多個導電凸塊之間，并且絕緣導熱材料包覆所述多個導電凸塊。
[0014]在本發明的一實施例中，上述的基板包括至少一個貫通孔，并且所述至少一個貫通孔位于所述至少一個芯片下方。此外，形成絕緣導熱材料于所述多個導電凸塊之間的步驟包括:經由所述至少一個貫通孔充填絕緣導熱材料進入所述多個導電凸塊之間。
[0015]在本發明的一實施例中，上述的所述至少一個貫通孔中被充填絕緣導熱材料。
[0016]在本發明的一實施例中，上述形成絕緣導熱材料于所述多個導電凸塊之間的步驟包括:在將所述多個導電凸塊配置于基板與芯片載板之間后，從所述多個導電凸塊的側邊注入絕緣導熱材料。
[0017]在本發明的一實施例中，上述將所述至少一個芯片配置于芯片載板上，并且將芯片載板及所述多個導電凸塊配置于基板上的步驟包括:形成所述多個導電凸塊于芯片載板的底面上。在將芯片載板配置于基板上之前，配置絕緣導熱材料于基板上。形成絕緣導熱材料于所述多個導電凸塊之間的步驟包括:將形成于芯片載板底面上的所述多個導電凸塊插入絕緣導熱材料中。
[0018]在本發明的一實施例中，上述芯片封裝結構的制造方法還包括:在配置絕緣導熱材料于基板上之前，配置多個對位標記于基板上。用以對所述至少一個芯片、芯片載板及所述多個導電凸塊與基板進行對位。
[0019]在本發明的一實施例中，上述芯片封裝結構的制作方法還包括提供封裝膠體。封裝膠體覆蓋所述至少一個芯片，并且配置于芯片載板上。
[0020]在本發明的一實施例中，上述芯片封裝結構的制作方法還包括配置散熱片于封裝膠體上，并且散熱片與封裝膠體相互接觸。
[0021]基于上述，本發明實施例所述的芯片封裝結構會將多個導電凸塊配置于芯片載板與基板之間，而絕緣導熱材料配置于導電凸塊之間并且包覆導電凸塊。因此，藉由絕緣導熱材料的配置，使得芯片可同時藉由導電凸塊與絕緣導熱材料以將熱傳導至基板，進一步增進芯片的散熱效果，從而提升芯片在運作時的可靠度。此外，將絕緣導熱材料充填于導電凸塊之間，可增加芯片載板與基板之間的結構支撐，減少導電凸塊所受到的應力，進而避免導電凸塊發生破裂(crack)的情形。
[0022]為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0023]圖1是根據本發明一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖；
[0024]圖2A、圖2B是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖；
[0025]圖3A、圖3B是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖；
[0026]圖4是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖；
[0027]圖5是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖；
[0028]圖6是根據本發明一實施例的芯片封裝結構的制造方法繪示的流程圖；
[0029]圖7是根據本發明另一實施例的芯片封裝結構的制造方法繪示的流程圖；
[0030]圖8是根據本發明另一實施例的芯片封裝結構的制造方法繪示的流程圖；
[0031]圖9A、圖9B及圖9C是根據本發明另一實施例的芯片封裝結構繪示的示意圖；
[0032]圖10是圖9A、圖9B及圖9C的芯片封裝結構的制造方法流程圖。
[0033]附圖標記說明
[0034]100:芯片封裝結構
[0035]110:基板
[0036]113:對位標記
[0037]115:貫通孔
[0038]120:芯片
[0039]125:底膠
[0040]130:導電凸塊
[0041]140:芯片載板
[0042]142:底面
[0043]150:絕緣導熱材料
[0044]160:封裝膠體
[0045]170:散熱片
[0046]S110-S130、S210-S230、S310-S330、S410-S440:步驟
【具體實施方式】
[0047]圖1是根據本發明一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖。請參考圖1，芯片封裝結構100包括基板110、至少一個芯片120、多個導電凸塊130以及絕緣導熱材料150。在本實施例中，芯片120配置于芯片載板140上，并且芯片載板140配置于基板110上。此夕卜，導電凸塊130配置于基板110與芯片載板140之間，以電性連接基板110與芯片120。再者，絕緣導熱材料150配置于導電凸塊130之間并且包覆導電凸塊130。在本實施例中，基板110例如是印刷電路板(printed circuit board, PCB)或是軟性電路板(flexiblecircuit board)。導電凸塊 130 例如是焊錫凸塊(solder bump)、銅柱(copper pillar)、銅凸塊(copper stud bump)或金凸塊(golden stud bump)等。除此之外，芯片120可藉由打線接合(wire bonding)或覆晶接合(flip chip bonding)的方式連接至芯片載板140，并可將底膠(underfill) 125填充于芯片120與芯片載板140之間。然而，本實施例的芯片120與芯片載板140接合的方式并不以前述的方式為限。
[0048]圖2k、圖2B是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖。請參考圖2A，在本實施例中，基板110可進一步包括至少一個貫通孔115，以使絕緣導熱材料150可經由貫通孔115注入導電凸塊130之間。在本實施例中，貫通孔115可對應芯片120的中央位置來配置，以使經貫通孔115注入的絕緣導熱材料150可均勻地沿基板110與芯片載板140之間的間隙，由芯片載板140的中央向邊緣擴散(如圖2A中所示的箭頭方向)。詳細而言，相較未于導電凸塊130之間填充絕緣導熱材料150的情形，當絕緣導熱材料150填充于所有的導電凸塊130之間，并且包覆所有的導電凸塊130時(如圖2B所示)，以絕緣導熱材料150的熱導率為3W/mK為例，本實施例芯片120的熱傳導途徑的熱阻抗(thermalimpedance)可減少約12%以上。此外，將絕緣導熱材料150充填于導電凸塊130之間，可增加芯片載板140與基板110之間的結構支撐，減少導電凸塊130所受到的應力，進而避免導電凸塊130產生破裂(crack)的情形。
[0049]圖3A及圖3B是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖。請參考圖3A，在本實施例中，配置于基板110中的貫通孔115數量可為多個，并且貫通孔115對應芯片載板140及導電凸塊130的配置位置均勻地分布于基板110中。因此，絕緣導熱材料150可同時由多個貫通孔115注入，以提升絕緣導熱材料150注入的效率與速度。值得一提的是，在前述的實施例中，絕緣導熱材料150除經由貫通孔115注入導電凸塊130之間外，絕緣導熱材料150也可填充于貫通孔115之中(如圖3B所示)，以使得芯片120所產生的熱除可經由基板110傳導之外，也可同時經由貫通孔115中的絕緣導熱材料150傳導至外界，而進一步增進散熱效果。
[0050]圖4及圖5分別是根據本發明另一實施例繪示的芯片封裝結構的示意圖。請參考圖4，芯片封裝結構100進一步包括封裝膠體(encapsulant) 160。在本實施例中，封裝膠體160覆蓋芯片120并且配置于芯片載板140上，以防止芯片120受到外力所破壞，且使芯片120不易受到外界濕度影響及雜塵污染。此外，請參考圖5，在另一個實施例中，可額外于封裝膠體160的上方配置散熱片170，并且散熱片170與封裝膠體160彼此接觸，以使本實施例的芯片120除經由基板110將熱傳導至外界之外，也可同時經由封裝膠體160與散熱片170所形成的導熱途徑排除熱量，以增強散熱效果。
[0051]值得一提的是，圖4所示的封裝膠體160及圖5所示在封裝膠體160上的散熱片170，亦可分別實施在對應圖2A、2B或圖3A、3B所繪示的芯片封裝結構100上。使得芯片封裝結構100除了可經由一個或多個貫通孔115將絕緣導熱材料150注入導電凸塊130、填充于貫通孔115以增加散熱效果外，更可經由封裝膠體160與散熱片170所形成的途徑進一步排除熱量，多重提升散熱效果。
[0052]圖6是根據本發明一實施例的芯片封裝結構的制造方法繪示的流程圖。請參考圖1及圖6，在本實施例中，芯片封裝結構100的制造方法包括提供基板110(步驟S110)。接著，將至少一個芯片120配置于芯片載板140上，并將芯片載板140與多個導電凸塊130配置于基板110上(步驟S120)。詳細而言，導電凸塊130是配置于基板110與芯片載板140之間，并且導電凸塊130電性連接基板110與芯片120。此外，本實施例的制造方法包括形成絕緣導熱材料150于導電凸塊130之間，并且絕緣導熱材料150包覆導電凸塊130 (步驟S130)。再者，在本實施例中，芯片120可如上述藉由打線接合或覆晶接合的方式連接至芯片載板140上，并可填充底膠125于芯片120與芯片載板140之間。舉例而言，底膠125填充于芯片120與芯片載板140之間，并且藉由烘烤的方式，使底膠125固化并且包覆芯片120與芯片載板140之間的凸塊(未示出)，以避免凸塊在長時間受到芯片120與芯片載板140的熱應力的反復作用下，發生橫向斷裂的現象。
[0053]圖7是根據本發明另一實施例的芯片封裝結構的制造方法繪示的流程圖。請參考圖2A、圖2B及圖7，本實例的制造方法包括提供基板110，其中基板110具有至少一個貫通孔115，且貫通孔115位于芯片120下方(步驟S210)。在本實施例中，貫通孔115形成的位置對應于芯片120的中央位置。接著，將芯片120配置于芯片載板140上，并將芯片載板140與導電凸塊130配置于基板110上，其中導電凸塊130配置于芯片載板140與基板110之間(步驟S220)。然后，如圖2A、圖2B所示，利用例如是針筒，將絕緣導熱材料150經由貫通孔115注入導電凸塊130之間。接著，絕緣導熱材料150沿芯片載板140與基板110之間的間隙，而由芯片載板140的中央位置向邊緣擴散，以包覆配置于芯片載板140與基板110之間的導電凸塊130(步驟S230)。在本實施例中，位于基板110的貫通孔115可藉由例如是雷射鉆孔或機械鉆孔的方式形成，并且其孔徑大小可對應于絕緣導熱材料150的注射針孔的孔徑大小。值得一提的是，在絕緣導熱材料150由芯片載板140的中央向邊緣擴散的過程中，可將原本存在芯片載板140與基板110之間例如是空氣的氣體向芯片載板140的邊緣推出，使得注入導電凸塊130之間的絕緣導熱材料150不會產生氣洞(void)，并可完全包覆導電凸塊130。
[0054]此外，在絕緣導熱材料150注入導電凸塊130之間并且完全包覆導電凸塊130之后，本實施例的制造方法可選擇采用常溫固化、加熱固化或是其他適合的方式固化絕緣導熱材料150。絕緣導熱材料150經固化后可固定芯片載板140、導電凸塊130以及基板110，并且增加芯片載板140與基板110之間的結構支撐。同時，導電凸塊130在垂直方向與橫向上所受到的應力也可相應地減少。
[0055]再者，請同時參考圖3A及圖7，本實施例的制造方法也可于基板110中，對應芯片載板140的配置位置均勻地形成多個貫通孔115，以將絕緣導熱材料150同時由多個貫通孔115注入，進而提升制程速度與效率。除此之外，在完成將絕緣導熱材料150注入導電凸塊130并且包覆導電凸塊130之后，可另外將絕緣導熱材料150亦充填于貫通孔115中(如圖3B所示)，以于基板110中形成更多的散熱途徑。
[0056]圖8是根據本發明另一實施例的芯片封裝結構的制造方法繪示的流程圖。請參考圖8及圖1，本實施例的制造方法包括提供基板110(步驟S310)。接著，將芯片120配置于芯片載板140上，并且將芯片載板140與導電凸塊130配置于基板110上，其中導電凸塊130配置于芯片載板140與基板110之間(步驟S320)。然后，本實施例可選擇由該些導電凸塊130的其中一側邊將絕緣導熱材料150注入芯片載板140與基板110之間的間隙，以使絕緣導熱材料150包覆導電凸塊130 (步驟S330)。詳細而言，絕緣導熱材料150可藉由本身的表面張力與毛細現象而沿芯片載板140與基板110之間的間隙，由芯片載板140的邊緣向芯片載板140于基板110上的覆蓋區域擴散。因此，絕緣導熱材料150可藉以填充于導電凸塊130之間并且包覆導電凸塊130。在本實施例中，當絕緣導熱材料130經由毛細現象填充于芯片載板140與基板110之間時，可避免填充完絕緣導熱材料150后，于絕緣導熱材料150中出現氣洞的現象。此外，本實施例也可選擇將芯片封裝結構100置放于真空環境中，以增進絕緣導熱材料150于芯片載板140與基板110之間間隙中的擴散速度。本實施例的制程方法可省去于基板110上鉆孔，以形成貫通孔115的步驟。因此，可進一步簡化芯片封裝結構100的制造流程，并且降低制造成本。
[0057]在前述圖6至圖8分別繪示的各個實施例中，提供基板110的步驟以及將芯片120配置于芯片載板140上的步驟，兩者的順序可加以對調，本發明對此并不加以限制。
[0058]圖9A、圖9B及圖9C是根據本發明另一實施例的芯片封裝結構的示意圖。圖10是圖9A、圖9B及圖9C的芯片封裝結構的制造方法流程圖。請參考圖9A、圖9B、圖9C及圖10，相較于前述的實施例，如圖9A所示，本實施例的制造方法在提供基板100 (步驟S410)之后，且尚未將芯片120與芯片載板140配置于基板110上之前，先將芯片120配置于芯片載板140上，并且將導電凸塊130配置于芯片載板140的底面142上(步驟S420)。接著，本實施例可選擇性地于基板110上預先配置多個對位標記113，以供形成于芯片載板140底面142上的導電凸塊130與基板110進行對位。接著，如圖9B所示，將絕緣導熱材料150直接以例如是涂布的方式配置于基板110上(步驟S430)。最后，將形成于芯片載板140底面142上的導電凸塊130向下(如圖9B中所示的箭頭方向)插入絕緣導熱材料150中，以使絕緣導熱材料150如圖9C所示完全包覆導電凸塊130 (步驟S440)。在本實施例中，導電凸塊130插入絕緣導熱材料150的過程中，可藉由上述對位標記113的輔助，增加導電凸塊130與基板110對位的精確性。此外，導電凸塊130可藉由下壓芯片載板140及加熱固化絕緣導熱材料150的方式固定于基板110上，并且使得導熱凸塊130為絕緣導熱材料150所包覆。
[0059]在本實施例中，由于絕緣導熱材料150是預先配置于基板110上，因此，可省去絕緣導熱材料150注入并填充于芯片載板140與基板110之間間隙的步驟，并且避免絕緣導熱材料150于芯片載板140與基板110之間擴散不均的問題。也因此，可增加絕緣導熱材料150于基板110上的涂布或是擴散速度。
[0060]綜上所述，在上述的多個實施例中，藉由將絕緣導熱材料填充于導電凸塊之間并且包覆導電凸塊，可降低芯片封裝結構散熱的熱阻抗，從而增加芯片的散熱途徑、散熱性以及可靠度。此外，由于芯片散熱性的提升，本發明可減少或者是不需要外部散熱裝置的配置。因此，可減少整體芯片封裝結構的厚度，進而減少整體電子裝置機殼的設計限制。再者，本發明藉由絕緣導熱材料的配置可一步提升芯片載板與基板之間的結構支撐強度。同時，藉由絕緣導熱材料的包覆，導電凸塊在垂直方向及橫向上所受的應力均相應的減少，從而避免導電凸塊的破裂，并且增進整體芯片封裝結構的耐熱性以及穩定性。
[0061]雖然本發明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，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范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
【主權項】
1.一種芯片封裝結構，其特征在于，包括: 基板； 至少一個芯片，配置于芯片載板上，并且該芯片載板配置于該基板上； 多個導電凸塊，配置于該基板與該芯片載板之間，以電性連接該基板及該至少一個芯片；以及 絕緣導熱材料，配置于該些導電凸塊之間并且包覆該些導電凸塊。2.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，該基板包括至少一個貫通孔，該絕緣導熱材料經由該至少一個貫通孔進入該些導電凸塊之間，其中該至少一個貫通孔位于該至少一個芯片下方。3.如權利要求2所述的芯片封裝結構，其特征在于，該絕緣導熱材料充填于該至少一個貫通孔中。4.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括從該些導電凸塊的側邊注入該絕緣導熱材料。5.如權利要求1所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括封裝膠體，其中該封裝膠體覆蓋該至少一個芯片，并且配置于該芯片載板上。6.如權利要求5所述的芯片封裝結構，其特征在于，還包括散熱片，配置于該封裝膠體上，并且該散熱片與該封裝膠體相互接觸。7.—種芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，包括: 提供基板； 將至少一個芯片配置于芯片載板上，并將該芯片載板及多個導電凸塊配置于該基板上，其中該些導電凸塊配置于該基板與該芯片載板之間，且該導電凸塊電性連接該基板與該至少一個芯片；以及 形成絕緣導熱材料于該些導電凸塊之間，并且該絕緣導熱材料包覆該些導電凸塊。8.如權利要求7所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，該基板包括至少一個貫通孔，該至少一個貫通孔位于該至少一個芯片下方， 并且形成該絕緣導熱材料于該些導電凸塊之間的步驟包括: 經由該至少一個貫通孔充填該絕緣導熱材料進入該些導電凸塊之間。9.如權利要求7所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，該至少一個貫通孔中被充填該絕緣導熱材料。10.如權利要求7所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，形成該絕緣導熱材料于該些導電凸塊之間的步驟包括: 在該些導電凸塊配置于該基板及該芯片載板之間后，從該些導電凸塊的側邊注入該絕緣導熱材料。11.如權利要求7所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，將該至少一個芯片配置于該芯片載板上，并且將該芯片載板及該些導電凸塊配置于該基板上的步驟包括: 形成該些導電凸塊于該芯片載板的底面上；以及 在將該芯片載板及該些導電凸塊配置于該基板上之前，配置該絕緣導熱材料于該基板上， 并且，形成該絕緣導熱材料于該些導電凸塊之間的步驟包括: 將形成于該芯片載板的該底面上的該些導電凸塊插入該絕緣導熱材料中。12.如權利要求11所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，還包括: 在配置該絕緣導熱材料于該基板上之前，配置多個對位標記于該基板上，用以對該至少一個芯片、該芯片載板及該些導電凸塊與該基板進行對位。13.如權利要求7所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，還包括提供封裝膠體，其中該封裝膠體覆蓋該至少一個芯片，并且配置于該芯片載板上。14.如權利要求13所述的芯片封裝結構的制造方法，其特征在于，還包括配置散熱片于該封裝膠體上，并且該散熱片與該封裝膠體相互接觸。
【文檔編號】H01L21/48GK105990304SQ201510087080
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月25日
【發明人】張育儒, 高志宏, 陳芝瑩
【申請人】揚智科技股份有限公司