專利名稱：芯片散熱封裝結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種芯片封裝結構及其制造方法，尤指一種包含散熱裝置的芯片封裝結構及其制造方法。
背景技術：
集成電路不斷的改進、發展，體積不斷減小，價格不斷下降，在功能上則不斷的提高，而在提升功能的同時、集成電路工作的核心，半導體管芯的制程也愈趨嚴謹與重要；由于半導體管芯在工作時，在如此小的空間內所執行的運算處理，將產生比例上相當大的熱量出來，所產生的熱量必須通過適當的方式散出，以避免集成電路芯片因過熱導致運算處理錯誤，嚴重時會造成硬件電路的毀損。因此熱量的處理、散熱的工作便成為在集成電路設計與半導體制程中十分重要的設計重點。


圖1為已知散熱方式中所使用的一散熱元件1的仰視圖與剖面圖，由圖1可看出一散熱元件1為一平板10，在該平板10的四個角落處各設置有一第一支撐器11，而于該平板10的中央一突起部12的中心處還設置有一第二支撐器13；其中多個第一支撐器11與一基板所設置的支撐島位連接，以支撐該散熱元件1，而該第二支撐器13則是與一管芯連接，借由接觸傳導管芯工作所產生的熱量。
圖2為上述已知技術中該散熱元件1與一管芯2、一基板20及一絕緣封裝體3連接的剖面示意圖，由圖2可看出已知技術中包括有該散熱元件1、一管芯2、一絕緣封裝體3、一信號傳遞裝置4、一導體球陣列5與一基板20等結構；其中，該管芯2位于該基板20上所設置的一管芯島位21中；而該散熱元件1則是借由第一支撐器11與基板20中所設置的支撐島位22連接，并借由一芯片支撐島位(圖略)承載第二支撐器13，而借由該支撐島位22與管芯支撐島位的設置，避免該散熱元件1直接與管芯2、基板20連接所可能造成的電性上的問題，或因力道使用的過度，毀損基板的結構，造成集成電路工作的錯誤，而該散熱元件1的該第二支撐器13的下側面則與該管芯2的上側面接觸連接，通過面與面的接觸連接將管芯2工作時所產生的熱量傳導至外界，避免管芯因過熱而導致工作的失誤或毀損。
上述已知技術有臺灣專利增進散熱與電磁屏蔽效應的半導體封裝，公告號387117，公告日期2000年4月11日，另外還有美國專利Thermally and electrically enhanced PBGA package，公告號(U.8.Patent Number)5977626，公告日期(Issue Date)1999年11月2日，然而上述已知技術在實際的制作上，有其不便與缺陷存在；其中，由于該散熱片的制作成本過高，目前產業界所使用的散熱片都沒有設計第二支撐器13，且該散熱元件1的設置，在位置的對準上，必須要求精確，在執行上有其困難，因管芯2是一相當小的物件，因此并不容易將該散熱元件1精確的對準至相應的位置上，而且，就算精確對位了，由于該散熱元件1上該第二支撐器13必須與該管芯2接觸連接，對此要求則更難以達成，因管芯為電性處理的核心，其精密度不言可喻，因此該第二支撐器13必須恰如其分的與該管芯2接觸，且不可過度地壓壞管芯2，其困難度相當高而難以達到；更甚者，該絕緣封裝體3的設置是以灌膠的方式來執行，由于灌膠的執行將導致有包封的狀況發生，而造成產品可靠度的缺陷，若欲解決包封問題，則必須加大第二支撐器13與管芯2間的距離，然而如此便會降低了熱量傳導的效果，上述種種缺點，都是已知技術在執行散熱處理的芯片結構中所未加以考慮的重點。
為解決以上技術問題，本發明的芯片散熱封裝結構包括一基板、一設置于該基板上的管芯、一散熱裝置、一封膠材料，其特征在于該散熱裝置為一散熱片，設置于該管芯上，該散熱片與該管芯的一表面間通過一第一導熱膠粘合；該封膠材料覆于該基板、該管芯與該散熱片上；所使用的該散熱片并不限定大小、數量與位置，適當選用材質與大小面積可更為快速地將熱量散發至外界。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該管芯的另一表面與該基板間可通過一第二導熱膠粘合。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該基板可為一導線架，該管芯直接通過一第二導熱膠與該導線架粘合。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該管芯設置于該基板的一凹槽內，該管芯的另一表面也通過一第二導熱膠與一第二散熱片粘合，通過兩側面所設置的散熱片加速散熱的效果；該第二散熱片還可通過一第三導熱膠與一散熱裝置粘合，如一主機板、一風扇或其他散熱裝置，將熱量傳導至外界，提高管芯散熱的效果。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該散熱片的材料為銅、鋁或硅化物等導熱系數高的材料，以提高散熱效果。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該第一導熱膠與第二導熱膠為一高導熱系數的材質，如采用添加銀、硅、鐵弗龍或氮化硼至少其中之一的樹脂材質。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該散熱片可內埋于該封膠材料，也可裸露于該封膠材料外以加快熱量的傳導。
如上所述的芯片散熱封裝結構，該基板還設置有多個錫球和多個導槽，該多個錫球與該管芯設置在該基板的不同側面上，且該導槽的一端連接該錫球，另一端連接一導線，該導線與該管芯具有電性連接，其材質為金、銅或鋁。
由上可知，本發明通過導熱膠將散熱片與管芯以粘貼的方式直接接觸粘合，將管芯所產生的熱量傳導至外界，實施方便，且不會因封膠材料的模流因素而需加大支撐器與管芯的間隙，導致散熱效果的降低；另，該管芯與散熱片的粘貼過程中經過固化處理，因此不會對散熱造成影響。
本發明要解決的又一技術問題為提供上述芯片散熱封裝結構的制造方法，用簡單而有效的方式完成該芯片散熱封裝結構的制作。
為解決以上技術問題，本發明提供一種芯片散熱封裝結構的制造方法，其包含下列步驟切割晶片，執行散熱封裝結構中的一管芯的切割；粘貼管芯，該管芯借由一第二導熱膠粘貼于一基板上；第一固化處理，經一時間等待，該第二導熱膠固化，將該管芯固定于該基板上；粘貼散熱片，借由一第一導熱膠涂于該管芯一表面與一散熱片粘貼；第二固化處理，經一時間等待，該第一導熱膠固化，將該散熱片固定于該管芯上；拉線，執行該管芯的多個接腳與該基板上設置的多個導槽的多個導線連接；封膠，于該基板、該管芯、該散熱片與該導線上作封膠材料的設置；
焊貼錫球，借由多個錫球與該多個導槽焊貼。
上述制造方法，在切割晶片前，還可包括一第二散熱片粘貼的步驟，將該第二散熱片設置于該基板上，該第二散熱片是通過該第二導熱膠與該管芯粘貼。
上述制造方法，封膠材料是采用壓模式、點膠或真空印刷方式設置的。
由上可見，通過上述制造方法可簡單而有效的實現本發明芯片散熱封裝結構的制作。
現配合附圖和具體實施例對本發明的詳細內容說明如下。
該散熱片32與該管芯30的粘貼是借由第一導熱膠33的使用達成，由于此第一導熱膠33所使用的材質能快速的將管芯30工作所產生的熱量傳導擴散至散熱片32，且具有固化的效果，能將該散熱片32固定于該管芯30上的適當位置處；一封膠材料36覆蓋于管芯30、基板31、散熱片32與其它如導線35、導熱膠等結構上，借由此封膠材料36的設置完成半導體芯片的封裝，而此封膠材料36，在本發明的第一實施例中可看出，其高度是與該散熱片32切齊，因此，在實際的散熱處理上，可借由該散熱片32與外界的直接接觸，將熱量傳導擴散出去。
以上為本發明的第一實施例的說明，然而在實際的散熱處理設計與制作上，本發明也可借由第二實施例來達成，圖4所示為本發明第二實施例的結構剖面示意圖，與圖3所示的第一實施例不同的是第二實施例中的該散熱片32是內埋于該封膠材料36中，而由于該散熱片32并未暴露于外界，散熱的效果與速度上會有些影響，但在其它的部分則與第一實施例相同；然而第二實施例的優點是不需作封膠材料36與散熱片32高度切齊的處理，在制作上較為簡易、方便，而在實際的應用上，如要求高度必須相同時，可再借由適當的半導體制作方法完成高度切齊的處理，此處理方法，由于并非本發明的重點，因此不再贅述。
本發明的第一實施例與第二實施例，以及以后所要說明的其它實施例，其材料的選定，由于必須考慮導熱系數的高低，因此，在制程上必須作材料的選定，其中散熱片32必須為一高導熱系數的材料，如銅質或鋁質材料的散熱片，才能快速的將熱量傳導出去；另外，導熱膠部分，包括第一導熱膠33與第二導熱膠34，以及第五實施例中所使用的第三導熱膠41也都應為高導熱系數的材料，如添加銀、硅、鐵弗龍(Teflon)或氮化硼(BNi)等材料的樹脂，不僅能將管芯30、散熱片32等固定于適當位置處，更能將熱量傳導至所連接接觸的物體上；另外，在本發明中所通用的導線35是以金、銅及鋁為材質的導體。
圖5所示為本發明第三實施例的結構剖面示意圖，與該第二實施例所不同的是本第三實施例中的基板設計為一導線架38，其與管芯30借由導線35的連接，將該管芯30的信號作傳遞，執行工作的運算處理，并借由封膠材料36的固定，完成芯片封裝的處理，至于散熱片32、第一導熱膠33與第二導熱膠34等則與第一實施例相同，另外在散熱片32與封膠材料36的高度上，在本實施例中所示是切齊的，但在實際應用上，也可將散熱片32外露于該封膠材料36外，以提高散熱的效果。
圖6所示為本發明第四實施例的結構剖面示意圖，此第四實施例中是于一基板31中借由一適當位置的基板凹槽60置放一管芯30，而在該基板31的上層則設置有一第二散熱片39，該管芯30則借由第二導熱膠34與該第二散熱片39粘貼固定于該基板凹槽60內，且管芯30也借由多條以金、銅及鋁為材質的導線35與基板31上所設置的多個錫球37連接，作信號處理工作的連接傳輸；另外有第一散熱片32的設置，此第一散熱片32是借由第一導熱膠33與管芯30粘貼固定，之后，再借由封膠材料36的灌入完成芯片封裝的處理。此第四實施例與前述實施例不同的是管芯與散熱片的設置位置，在設計上配合不同的實施運用，而有不同的設計模式，在第四實施例中，我們借由兩個散熱片的設置使芯片散熱的效果更加明顯與快速，第二散熱片甚至的散熱效果更為明顯。
圖7為本發明第五實施例的結構剖面示意圖，此第五實施例與第四實施例的不同之處是在該第一散熱片32的下側面還借由一第三導熱膠41與一散熱裝置40粘貼固定，其中，該散熱裝置40可為主機板、風扇或也為一散熱板的裝置、借由此散熱裝置40的設置，可進一步加速散熱的處理，至于其它的部分則與第四實施例相同，因此不再贅述。
第三、第四與第五實施例中散熱片、導熱膠、封膠材料及其它運用的材質皆與第一或第二實施例中所使用的相同，由于本發明是作芯片散熱的處理，因此在材料的選用上，選擇高導熱系數的材質，便成為主要的條件，包括有散熱片可為銅、鋁及與芯片相同材質的硅化物等具有高導熱系數的材質，導熱膠則可為添加銀、硅、鐵弗龍(Teflon)或氮化硼(BN)材質的樹脂等，而在芯片工作的信號傳輸部分，為避免短路等問題，也有材料絕緣與非絕緣的問題，然此并非本發明的重點，在借由適當的材料選擇與設計的全盤考慮，便可避免上述可能造成短路的問題。
圖8所示為本發明的制造方法的步驟流程圖，其中，在制程開始80后，即先做晶片切割81的工作，將欲作散熱結構處理的芯片作切割，之后，將該芯片切割后的管芯借由一第二導熱膠粘貼于一基板上，即為執行管芯粘貼82的動作，再經過一段時間的等待，執行第一固化處理83，使該管芯固定粘貼于基板上，而后，借由第一導熱膠涂于該管芯上側面，將一散熱片粘貼于該管芯的上側面，作散熱片的粘貼84處理，且也同樣作固化的處理，經一段時間的等待，使該散熱片固定于該管芯上，此為第二固化處理85；拉線86，將該管芯的多個接腳與該基板上設置多個導槽的多個以金、銅或鋁為材質的導線作連接；封膠87，于該基板、該管芯、該散熱片與該導線上作封膠材料的設置，其中封膠設置的方法可以為壓模式(Transfer，Molding)、點膠(Dispensing)及真空印刷方式(Vacuumprinting)；最后，借由多個錫球焊貼88，完成制程步驟。
此制造步驟是以第一實施例的制作來說明，其中在封膠材料的灌入步驟中，并未述及必須作高度切齊的處理，因此，做更為詳細的動作步驟中，應包括高度切齊的處理動作；至于后述的實施例，根據實際的狀況，有后續的動作或步驟流程的變化，其中第三實施例中的該散熱片是內埋于封膠材料中，而在實際的制作上，也同樣可作封膠材料與散熱片的高度切齊的處理步驟；第四實施例中，則由于其所設置的模式與之前的實施例不同，因此其中第二散熱片的設置可提前至晶片切割之前便執行該第二散熱片與基板粘貼的動作，或延至之后適當的時候再執行，同樣，第五實施例亦同，由此可知，此制程步驟的順序與動作，并非固定不變，在實際的制程中，我們可作不同的調整以配合實施完成所要的散熱結構。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，不能以此限定本發明所保護的范圍，凡依本發明所作的均等變化與修飾，皆應屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種芯片散熱封裝結構，包含一基板、一設置于該基板上的管芯、一散熱裝置、一封膠材料，其特征在于該散熱裝置為一散熱片，設置于該管芯上，該散熱片與該管芯的一表面間通過一第一導熱膠粘合；該封膠材料覆于該基板、該管芯與該散熱片上。
2.如權利要求1所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的管芯的另一表面與該基板間通過一第二導熱膠粘合。
3.如權利要求1所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的基板為一導線架，該管芯直接通過一第二導熱膠與該導線架粘合。
4.如權利要求1所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的管芯設置于該基板的一凹槽內，該管芯的另一表面通過一第二導熱膠與一第二散熱片粘合。
5.如權利要求4所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的第二散熱片還通過一第三導熱膠與一散熱裝置粘合。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的散熱片的材料為銅、鋁或硅化物。
7.如權利要求1、2、3、4或5所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的第一導熱膠與第二導熱膠為一高導熱系數的材質。
8.如權利要求1、2、3、4或5所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的第一導熱膠與第二導熱膠為一添加銀、硅、鐵弗龍或氮化硼至少其中之一的樹脂材質。
9.如權利要求1所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的散熱片內埋于該封膠材料或裸露于該封膠材料外。
10.如權利要求1所述的芯片散熱封裝結構，其特征在于所述的基板還設置有多個錫球和多個導槽，該多個錫球與該管芯設置在該基板的不同側面上，且該導槽的一端連接該錫球，另一端連接一導線，該導線與該管芯具有電性連接。
11.一種如權利要求1所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于包含下列步驟切割晶片，執行散熱封裝結構中的一管芯的切割；粘貼管芯，該管芯借由一第二導熱膠粘貼于一基板上；第一固化處理，經一時間等待，該第二導熱膠固化，將該管芯固定于該基板上；粘貼散熱片，借由一第一導熱膠涂于該管芯一表面與一散熱片粘貼；第二固化處理，經一時間等待，該第一導熱膠固化，將該散熱片固定于該管芯上；拉線，執行該管芯的多個接腳與該基板上設置的多個導槽的多個導線連接；封膠，于該基板、該管芯、該散熱片與該導線上作封膠材料的設置；焊貼錫球，借由多個錫球與該多個導槽焊貼。
12.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的導線的材質為金、銅或鋁。
13.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的散熱片采用一高導熱系數的材質。
14.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的散熱片的材料為銅、鋁或硅化物。
15.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的第一導熱膠與第二導熱膠采用一高導熱系數的材質。
16.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的該第一導熱膠與該第二導熱膠采用一添加銀、硅、鐵弗龍及氮化硼中至少其一的樹脂材質。
17.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于，還有一第二散熱片粘貼的步驟，該步驟是在切割晶片前，將該第二散熱片設置于該基板上。
18.如權利要求17所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的第二散熱片是通過該第二導熱膠與該管芯粘貼。
19.如權利要求11所述的芯片散熱封裝結構的制造方法，其特征在于所述的封膠材料是采用壓模式、點膠或真空印刷方式設置的。
全文摘要
本發明涉及一種芯片散熱封裝結構及其制造方法,包含一基板、一設置于該基板上的管芯、一散熱裝置、一封膠材料,其特征在于該散熱裝置為一散熱片,設置于該管芯上,該散熱片與該管芯的一表面間通過一第一導熱膠粘合,該封膠材料覆于該基板、該管芯與該散熱片上;其制造方法為:切割晶片得到該管芯;將該管芯通過導熱膠粘貼于一基板上;該導熱膠固化后將該管芯固定于該基板上;利用另一導熱膠粘貼并固定該管芯與該散熱片;再經過拉線、封膠和焊貼錫球完成制作。因本發明的散熱片與管芯直接粘合,其制作簡單,并可快速地將管芯的熱量傳導至外界,從而能解決現有技術難以實施的缺陷。
文檔編號H05K7/20GK1372317SQ0210714
公開日2002年10月2日 申請日期2002年3月11日 優先權日2002年3月11日
發明者許志行 申請人:威盛電子股份有限公司