专利名称：电子设备和半导体封装的制作方法
技术领域：
本发明的一个实施例涉及与热接收板(heat receiving plate)热连接的半导体封装 以及具有该半导体封装的电子设备。
背景技术：
例如便携式计算机的电子设备安装有半导体封装，包括CPU,图形芯片等等。由于这 些半导体封装在运行时会产生热量，它们大多配备有促进热辐射的热接收板。第2002-280499号日本专利申请公开公报中描述了冷却模块，其中散热片(heat sink) 热连接到发热组件。冷却模块的散热片可浮动地设置在冷却模块外壳中。散热片由诸如盘 簧的弹性构件被压向并抵靠发热组件。因此，散热片被可靠地热连接到发热组件。各半导体封装包括衬底和安装在其上的硅芯片(die)。芯片突起为像衬底表面上的 台阶。如果热接收板是通过弹性构件压靠硅芯片，举例来说，有时当电子设备被携带或经受 外部撞击时，热接收板会严重地向半导体封装倾斜。如果热接收板严重倾斜，会有不当外力作用在硅芯片的角部分。如果热接收板与芯片 的接触角超过预定值，部分芯片可能会被损坏。随着现代半导体封装引起的热量进一步增 加，热接收板变得越来越大。使用大尺寸的热接收板特别可能会引起上述硅芯片的损坏。发明内容本发明的目的是提供一种电子设备，其中的硅芯片可以防止受到损坏。 本发明的另一目的是提供一种半导体封装，其中的硅芯片可以防止受到损坏。 为了实现上述第一目的，根据本发明的一方面，提供有电子设备，其具有半导体封装， 热接收板，和间隙调整元件。半导体封装包括衬底和安装在衬底上的硅芯片。热接收板与 硅芯片相对，并热连接到芯片。间隙调整元件设置在热接收板和衬底除硅芯片之外的区域 之间，并用来减小衬底和热接收板之间存在的间隙。 '为了实现第二目的，根据本发明的另一方面，提供有热连接有热接收板的半导体封装， 其具有衬底，安装在衬底上的硅芯片，和突起部分，该部分提供在衬底除硅芯片之外的区 域，并在热接收板附接到半导体封装时向热接收板突起。根据这些配置，硅芯片可以防止受到损坏。本发明的其他目的和优势将通过以下说明进行阐述，其中部分通过说明将显而易见， 或者可以通过实践本发明进行了解。本发明的目的和优势可以通过本文特别指出的手段和 组合来实现或获得。
包括在说明书中并作为其一部分的附图解释本发明的实施例，并且连同上述总体说明 和以下实施例的详细说明用来解释本发明的原理。图1是根据本发明第一实施例的便携式计算机的示范立体图； 图2是第一实施例的便携式计算机内部的示范立体图；图3是第一实施例的便携式计算机的半导体封装及其围绕物的示范分解立体图； 图4是第一实施例的便携式计算机的示范截面图；图5是显示图4的线F5所包围的便携式计算机的区域的示范放大截面图； 图6是根据本发明第二实施例的便携式计算机的半导体封装及其围绕物的示范分解立 体图；图7是根据本发明第三实施例的便携式计算机的半导体封装及其围绕物的示范分解立 体图；图8是根据本发明第四实施例的便携式计算机的半导体封装及其围绕物的示范分解立 体图；图9是第四实施例的便携式计算机的示范截面图；图IO是根据本发明第五实施例的便携式计算机的示范截面图；图11是根据本发明第六实施例的便携式计算机的半导体封装及其围绕物的示范分解 立体图；图12是根据本发明第七实施例的便携式计算机的半导体封装及其围绕物的示范分解 立体图；图13是第七实施例的便携式计算机的示范截面图；图14是根据本发明第八实施例的便携式计算机的示范截面图;以及图15是根据本发明任意实施例的修改的便携式计算机的示范截面图。
具体实施方式
以下参照附图，说明应用于便携式计算机的本发明实施例。图1到图5显示根据本发明第一实施例的电子设备的便携式计算机1。如图1所示， 便携式计算机1包括主机2和显示单元3。主机2包括盒形外壳4。外壳4包括上壁4a，侧壁4b，和下壁4c。外壳4被分为包括 上壁4a的壳盖5和包括下壁4c的壳底6。壳盖5从上方与壳底6组合，并由壳底6可移 除地支撑。上壁4a支撑键盘7。举例来说，多个透气孔4d在侧壁4b中开口。显示单元3包括显示外壳9和其中的液晶显示模块10。显示模块10包括显示屏10a。 显示屏10a通过外壳9正面中的开口 9a，暴露到显示外壳9的外部。显示单元3由一对铰链部分lla和llb被支撑在外壳4的后端部分。因此，显示单元 3可以在关闭位置和打开位置之间转动，显示单元3在关闭位置时平放以从上方覆盖上壁 4a，在打开位置时竖立以暴露上壁4a。如图2所示，外壳4包括印刷电路板15,半导体封装16和冷却单元17。半导体封装 16安装在印刷电路板15上。半导体封装16的示例是CPU或图形芯片。然而，本发明所 述的半导体封装并不限于该示例，也可以是要求热辐射的诸多组件的任意一个。冷却单元17包括散热片21，冷却风扇22，热传输构件23和热接收板24。散热片21 面向透气孔4d。冷却风扇22用来冷却散热片21。热传输构件23的示例是散热管。构件 23包括热连接到热接收板24的热接收部分，和热连接到散热片21的散热部分。热传输构 件23从热接收板24接收热量，并将接收的热量传输到散热片21 。以下是半导体封装16及其围绕物的详细说明。如图3所示，半导体封装16包括衬底31和硅芯片32。衬底31是正方形的，并包括 四个角部分C1， C2， C3，和C4。硅芯片32安装在衬底31的中心部分。硅芯片32电气 地和机械地连接到衬底31。半导体封装16电气地和机械地连接到印刷电路板15。硅芯片32是从硅基片中切割出来的正方形片。硅芯片32包括四个角部分。如图4所 示，芯片32突起为像衬底31表面上的台阶。芯片32高度H的示例是0.8mm。举例来说，热接收板24比半导体封装16大一号尺寸。热接收板24所用材料的示例 为铜和铝。热接收板24与硅芯片32相对。如图3和4所示，热接收板24放在硅芯片32 上，并热连接到硅芯片32。举例来说，导热材料(未显示)被插入在芯片32和片24之间。导热材料的示例是油脂，虽然也可以使用导热片代替。如图3和4所示，间隙调整构件33被设置在半导体封装16和热接收板24之间。构 件33位于热接收板24和衬底31除硅芯片32之外的区域31a之间。根据本实施例的间隙 调整构件33是环绕硅芯片32的框架结构。其与半导体封装16和热接收板24独立构成。 间隙调整构件33的示例是合成树脂，例如刚性塑料。间隙调整构件33的厚度T小于硅芯 片32的高度H。构件33厚度T的示例为0.7mm。如图4所示，间隙调整构件33附接到衬底31除硅芯片32之外的区域31a。如图5所 示，在构件33和热接收板24之间保持间隙Sl。间隙调整构件33用来减少衬底31和片 24之间存在的间隙。具体说来，在未安装构件33时，衬底31和片24之间存在大于大约 0.8mm的间隙S2。另一方面，当构件33被设置在适当的位置时，衬底31和热接收板24 之间大于大约O.lmm的间隙Sl。因此，间隙调整构件33填充部分间隙S2，从而减小衬底 31和热接收板24之间的间隙S2。如图3所示，本实施例中的间隙调整构件33是由四边41a， 41b， 41c和41d形成的框 架。构件33环绕硅芯片32的整个外围。构件33面对正方形衬底31的外沿部分31b和四 个角部分C1， C2， C3禾BC4。间隙调整构件33的四边41a， 41b， 41c和41d可以整体形 成或分离形成。如图3和4所示，计算机1包括安装到热接收板24的按压构件45。按压构件包括体 部分45a和腿部分45b。体部分45a和腿部分45b互相结合，形成片簧。按压构件45将热 接收板24压向半导体封装16。因此，热接收板24可靠地热连接到硅芯片32。以下说明便携式计算机1的功能。当便携式计算机1被携带或者如果受到任何外力时，热接收板24会被迫相对半导体 封装16倾斜。然而，根据本实施例的便携式计算机l，热接收板24与间隙调整构件33相 邻，并且当其轻微倾斜时会受到限制，防止进一步倾斜。因此，热接收板24绝不会严重 地相对半导体封装16倾斜。根据如此构成的便携式计算机l，硅芯片32可以防止受到损坏。具体说来，如果间隙 调整构件33被设置在衬底31和热接收板24之间，该构件用来抑制热接收板24严重倾斜。 如果热接收板24能防止严重倾斜，即如果其与芯片32的接触角能限制在预定角度之内， 就没有很大的力作用在芯片32上来损坏它。因此，硅芯片32可以避免受到损坏。此外，在便携式计算机1的制造过程中安装热接收板24的时，如果没有提供间隙调 整构件33，热接收板24可能相对半导体封装16严重倾斜，并损坏硅芯片32。然而，如果调整构件33被设置在适当的位置，正如本实施例，热接触片24相对芯片32的接触角 可以限制为预定值。因此，在热接收板24的安装处理中，硅芯片32也可以防止受到损坏。如果间隙调整构件33的厚度T小于硅芯片32的高度H，当热接收板24热连接到芯 片32时，构件33不会成为妨碍。因此，虽然存在间隙调整构件33，热接收板24可以牢 固地热连接到硅芯片32。如果间隙调整构件33环绕硅芯片32，可以限制热接收板24向任意方向倾斜。因此， 可以更牢靠地防止硅芯片32受到损坏。如果间隙调整构件33被设置为与衬底31的外沿部分31b相对，即使热接收板24轻 微倾斜，仍接合构件33。因此，可以进一步减少热接收板24的倾斜。硅芯片32的四个角部分是硅芯片32最脆弱的部分。如果间隙调整构件33与衬底31 的四个角部分C1， C2， C3禾口C4相对，可以更容易地防止热接收板24向芯片32的角部 分倾斜，这样可以更牢靠地避免芯片32受到损坏。如果间隙调整构件33与半导体封装16和热接收板24独立构成，构件33和附接到其 上的封装16和片24可以享有高度普遍性。因此，举例来说，间隙调整构件33也可以附 着到现有电子设备。以下参照图6，说明根据本发明第二实施例的电子设备的便携式计算机51。具有相同 功能的第一和第二实施例中便携式计算机1和51的相似部分使用了相似编号，并省略这 些部分的重复说明。便携式计算机51包括半导体封装16，热接收板24和间隙调整构件 33。如图6所示，间隙调整构件33包括两个互相独立形成的长方形片52a和52b。长方形 片52a和52b大致具有与衬底31的相对应的边相同的长度。片52a和52b附接到衬底31 的周边部分31b，并独立地覆盖衬底31的两侧，各自从一端伸展到另一端。两个长方形片 52a和52b互相合作，以面对衬底31的四个角部分Cl， C2， C3和C4。此外，它们相互 合作，以从两个方向围绕硅芯片32。长方形片52a和52b的厚度T小于芯片32的高度H。根据如此构成的便携式计算机1，间隙调整构件33限制热接收板24严重倾斜，这样 半导体硅片32可以防止受到损坏。如果间隙调整构件33与衬底31的周边部分31b相对，可以进一步减少热接收板24 的倾斜。如果构件33与衬底31的四个角部分Cl, C2， C3禾QC4相对，可以更容易地防 止热接收板24向芯片32的角部分倾斜。间隙调整构件33的两个长方形片52a和52b用来 提供更好的组装并减低成本。以下参照图7说明根据本发明第三实施例的电子设备的便携式计算机61。具有相同功 能的第一到第三实施例中便携式计算机1， 51和61的相似部分使用了相似编号，并省略 这些部分的重复说明。便携式计算机61包括半导体封装16，热接收板24和间隙调整构件 33。如图7所示，间隙调整构件33包括四个互相独立形成的正方形片62a， 62b， 62c和 62d。正方形片62a， 62b， 62c和62d分别附接到衬底31的角部分Cl， C2， C3和C4，并 且互相合作，以面对四个角部分Cl， C2， C3和C4。此外，正方形片62a， 62b， 62c和 62d互相合作，以环绕硅芯片32。四方片62a， 62b， 62c和62d的厚度T小于芯片32的 高度H。根据如此构成的便携式计算机61，间隙调整构件33限制热接收板24严重倾斜，这样 硅芯片32可以防止受到损坏。如果间隙调整构件33与衬底31的四个角部分Cl， C2， C3和C4相对，可以更容易 地防止热接收板24向芯片32的角倾斜。如果构件33环绕硅芯片32，可以限制热接收板 24向任意方向倾斜。本发明所述的"环绕硅芯片"表示如第二和第三实施例中的用分离的片52a， 52b， 62a， 62b， 62c和62d断续环绕硅芯片32，以及如第一实施例中的连续环绕硅芯片32的整个外 围。以下参照图8和9，说明根据本发明第四实施例的电子设备的便携式计算机71。具有 相同功能的第一到第四实施例中便携式计算机1， 51， 61和71的相似部分使用了相似编 号，并省略这些部分的重复说明。便携式计算机71包括半导体封装16，热接收板24和间 隙调整构件33。构件33与封装16和片24独立形成。如图8所示，间隙调整构件33附接到热接收片24除与硅芯片32相对的区域24a之外 的区域24b。构件33面对衬底31的周边部分31b和四个角部分Cl， C2, C3和C4。其环 绕硅芯片32的整个外围。如图9所示，在间隙调整构件33和衬底31之间保持间隙S1。根据如此构成的便携式计算机71，硅芯片32可以防止受到损坏。具体说来，如果热 接收板24被迫相对半导体封装16倾斜，在片24轻微倾斜时，间隙调整构件33与衬底31 邻接并且限制热接收板24进一步倾斜。硅芯片32可以避免受到损坏，除非热接收板24 严重倾斜。附接到热接收板24的间隙调整构件33并不限于框架形式。或者，其可以形成为长方 形片52a和52b，例如第二实施例那样，或者四个正方形片62a， 62b， 62c和62d，例如第三实施例那样。以下参照图10，说明作为本发明第五实施例所对应的电子设备的便携式计算机81。 具有相同功能的第一和第五实施例中便携式计算机1和81的相似部分使用了相似编号，并省略这些部分的重复说明。便携式计算机81包括半导体封装16和热接收板82。热接收板82与硅芯片32相对， 并热连接到芯片32。片82具有突起部分83。突起部分83从片82的表面向衬底31除硅 芯片32之外的区域31a突起。示例突起部分83是与热接收板82整体形成的部分。形成片 82的示例材料是铜和铝。举例来说，突起部分83是与热接收板82整体形成的金属结构。突起部分83的突起高度T的示例是小于硅芯片32的高度H。突起部分83的示例突 起高度为0.7mm。在突起部分83的顶端与衬底31之间保持间隙S1。突起部分83与衬底 31之间的间隙Sl小于衬底31与热接收板除突起部分83之外的区域24c之间存在的间隙 S2。突起部分83包括四边41a， 41b， 41c和41d，举例来说，并且是类似根据第一实施例 的间隙调整构件33的框架形式。突起部分83面对衬底31的周边部分31b和四个角部分 Cl， C2， C3禾BC4。突起部分83环绕硅芯片32。根据如此构成的便携式计算机81，突起部分83具有与间隙调整构件88相同的功能。 具体说来，突起部分83限制热接收板82严重倾斜，这样硅芯片32可以防止受到损坏。如果突起部分83与衬底31的周边部分31b相对，其可以减少热接收板82的倾斜。 如果突起部分83与衬底31的四个角部分C1， C2， C3和C4相对，其可以更牢靠地防止 热接收板82向硅芯片32的角倾斜。如果突起部分83环绕芯片32，可以限制热接收板82 向任意方向倾斜。如果突起部分83与热接收板82整体形成，可以省略安装间隙调整构件的过程。这改 善了便携式计算机81的可组装性。以下参照图11，说明根据本发明第六实施例的电子设备的便携式计算机91。具有相同 功能的第一到第六实施例中便携式计算机1， 51， 61， 71， 81和91的相似部分使用了相 似编号，并省略这些部分的重复说明。便携式计算机91包括半导体封装16和热接收板82。片82具有突起部分83。突起部 分83从片82的表面向衬底31除硅芯片32之外的区域31a突起。突起部分83与热接收板82整体形成。如图11所示，突起部分83包括四个互相独立 形成的正方形片62a， 62b， 62c和62d。正方形片62a， 62b， 62c和62d互相合作，个角部分Cl， C2， C3和C4。突起部分83的突起高度T的示例是小 于硅芯片32的高度H。正方形片62a, 62b， 62c和62d互相合作，以环绕芯片32。根据如此构成的便携式计算机91，突起部分83限制热接收板82严重倾斜，这样硅芯 片32可以防止受到损坏。或者突起部分83可以包括两个长方形片52a和52b，例如第二 实施例那样。以下参照图12和13，说明根据本发明第七实施例的电子设备的便携式计算机101。 具有相同功能的第一和第七实施例中便携式计算机1和101的相似部分使用了相似编号， 并省略这些部分的重复说明。便携式计算机101包括半导体封装102和热接收板24。封装102包括衬底31，硅芯 片32和突起部分103。突起部分103是本发明所对应的间隙调整构件的示例。本实施例的 间隙调整构件与半导体封装102整体形成。突起部分103提供在衬底31除硅芯片32之外的区域31a中，并且在热接收板24附接 到半导体封装102时向热接收板24突起。突起部分103的突起高度T小于硅芯片32的高 度H。突起部分103的突起高度T的示例是0.7mm。在突起部分103和热接收板24之间 保持间隙Sl。突起部分103用来减小衬底31和片24之间存在的间隙。突起部分103的一个示例是安装在衬底31上的电路组件104。电路组件104的示例是 无源组件，例如电容或电阻。然而，电路组件104并不限于无源组件。电路组件104的一 个示例是安装在衬底31表面的所谓虚设组件，以形成突起部分103。作为虚设组件的电路 组件104与衬底31没有电连接。如图12所示，多个电路组件104独立安装在衬底31的四个角部分C1， C2， C3禾卩C4。 电路组件104互相合作，以环绕硅芯片32。电路组件104的安装高度T小于硅芯片32的 高度H。根据如此构成的便携式计算机101,半导体封装102的突起部分103具有与间隙调整 构件22相同的功能。具体说来，突起部分103限制热接收板24严重倾斜，这样硅芯片32 可以防止受到损坏。如果作为间隙调整构件的突起部分103与半导体封装整体形成，可以省略安装间隙调 整构件的过程。这改善了便携式计算机IOI的可组装性。如果使用电路组件104来形成突 起部分103，相比任意其他方法，突起部分103可以更容易地提供在衬底31的表面上。以下参照图14，说明根据本发明第八实施例的电子设备的便携式计算机lll。具有相 同功能的第一到第八实施例中便携式计算机l， 51， 61， 71， 81， 91， 101和111的相似部 分使用了相似编号，并省略这些部分的重复说明。便携式计算机111包括半导体封装102和热接收板24。封装102包括衬底31 ，硅芯片 32和突起部分103。本实施例的突起部分103是通过像台阶一样突起衬底31的一部分形 成的。突起部分103可以是类似第一实施例的间隙调整构件33的框架形式。或者，其可以 形成为包括两个长方形片52a和52b，例如第二实施例那样，或者包括正方形片62a， 62b， 62c和62d，例如第三实施例那样。根据如此构成的便携式计算机111，半导体封装102的突起部分103限制热接收板24 严重倾斜，这样硅芯片32可以防止受到损坏。虽然本文已经说明了根据第一到第八实施例的便携式计算机l, 51， 61， 71， 81， 91， 101和111，以及半导体封装102，但是本发明并不限于这些实施例。第一到第八实施例的 组件可以适当地相互组合使用。以下参照图15，说明便携式计算机1的改进。在该便携式计算机1中，厚的热传输材 料122被插入在热接收板24和硅芯片3之间。热传输材料122的示例是热传输片。间隙 调整构件33具有大于芯片高度H的厚度T。具体说来，根据各实施例的间隙调整构件33的厚度T或突起部分83或103的突起高 度T并不限于小于硅芯片32高度H的尺寸。举例来说，其可以是大约0.1mm，例如，小 于衬底31和热接收板24或82之间的间隙S2。依照本发明的热接收板并不限于附接有热传输构件的那种，而可以是单独使用的那 种，例如散热器。对本领域的技术人员而言，很容易实现其他优点和修改。因此，本发明在其更广大方 面并不限于本文说明的具体细节和典型实施例。相应地，可以做出诸多修改，而不背离总 体发明概念的精神和范围，该总体发明概念由附加的权利要求及其等价物定义。
权利要求
1.一种电子设备，其特征在于，包括包括衬底(31)和安装在所述衬底(31)上的硅芯片(32)的半导体封装(16，102)；与所述硅芯片(32)相对并热连接到所述硅芯片(32)的热接收板(24)；以及间隙调整构件(33，103)，其被设置在所述热接收板(24)和所述衬底(31)除所述硅芯片(32)之外的区域之间，并用来减少所述衬底(31)和所述热接收板(24)之间存在的间隙(S2)。
2. 如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述间隙调整构件(33)环绕所述硅芯 片(32)。
3. 如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述间隙调整构件(33)面对所述衬底 (31)的周边部分(31b)。
4. 如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述衬底(31)是正方形，并包括四个 角部分(C1, C2， C3， C4)，并且所述间隙调整构件(33)面对所述衬底(31)的四个角 部分(Cl， C2， C3， C4)。
5. 如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述间隙调整构件(33)与所述半导体 封装(16)和所述热接收板(24)独立形成，并附接到所述衬底(31)，从而在所述间隙 调整构件(33)和所述热接收板(24)之间确保间隙(Sl)。
6. 如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述间隙调整构件(33)与所述半导体 封装(16)和所述热接收板(24)独立形成，并附接到所述热接收板(24)，从而在所述 间隙调整构件(33)和所述衬底(31)之间确保间隙(Sl)。
7. 如权利要求l所述的电子设备，其特征在于，所述间隙调整构件(103)是安装在所述 衬底(31)上并与所述衬底(31)没有电连接的电路组件(104)。
8. 与热接收板(24)热连接的半导体封装，其特征在于，包括衬底(31);安装在所述衬底(31)上的硅芯片(32);以及突起部分(103)，其设置在所述衬底(31)除硅芯片(32)之外的区域中，并在所述 热接收板(24)附接到所述半导体封装时向所述热接收板(24)突起。
9.如权利要求8所述的半导体封装，其特征在于，所述突起部分(103)是安装在所述衬 底(31)上并与所述衬底(31)没有电连接的电路组件(104)。
全文摘要
一种电子设备，具有半导体封装(16，102)，热接收板(24)和间隙调整构件(33，103)。半导体封装(16，102)包括衬底(31)和安装在衬底(31)上的硅芯片(32)上。热接收板(24)与硅芯片(32)相对并热连接到硅芯片(32)。间隙调整构件(33，103)被设置在热接收板(24)和衬底(31)除硅芯片(32)之外的区域之间，并用来减少衬底(31)和热接收板(24)之间存在的间隙(S2)。
文档编号H01L23/00GK101246860SQ20081000509
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月2日 优先权日2007年2月14日
发明者西山茂树 申请人:株式会社东芝