专利名称：具有散热片的半导体组装构造及其组装方法
技术领域：
本发明是涉及ー种具有散热片的半导体组装构造及其组装方法，特别是涉及ー种具有散热凸块的散热片的半导体组装构造及其组装方法。
背景技术：
现有高阶半导体芯片(如逻辑运算芯片)或堆栈式的半导体芯片在运作时容易产生高温，因此其表面需要另外接合一散热片(heat sink)以提高整体散热效率。常见的固定散热片于芯片的方法是使用导热胶，然而其接合时导热胶厚度均一性控制不易，及内含的金属导热颗粒的导热性也较纯金属材质差。为符合高散热需求的半导体封装，近年来开始使用金属导热材料，例如铟(Indium)片，因为铟具有良好的热物性(Thermophysicalproperty)，以及绝佳的导热性及延展性，可大幅提升导热效果，因此在具有高阶半导体芯片或堆栈式的半导体芯片的半导体组装构造上，已普遍开始使用铟作为热接合材料。 铟片在使用上必须与具有镀金层的介质在经过特定温度使铟片表面熔融后，才能与镀金层形成金属键结，达到有效接合效果。然而，铟片在高温接合过程中，会因熔融态而具有流动性，而该铟片的流动意味着其无法有效黏合于该散热片，导热效果将大幅降低。此夕卜，四处流动的铟片亦可能造成半导体封装的内部芯片电性短路。再者，铟片的材料成本较闻。故，有必要提供ー种具有散热片的半导体组装构造及其组装方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供ー种具有散热片的半导体组装构造，散热片的接合表面上设有多个散热凸块。所述散热凸块可直接増加所述散热片与焊接层接合的表面积，因此可使所述芯片与所述散热片之间的热传导效率能提高，且成本相对于使用铟作为热接合材料能更为降低。为达成本发明的前述目的，本发明ー实施例提供ー种具有散热片的半导体组装构造，包含一基板、ー芯片、一散热片及ー焊接层。所述基板具有一上表面；所述芯片设置于所述基板的上表面，所述芯片具有一有源表面及对应侧的ー无源表面，所述无源表面上设有一背金属层；所述散热片具有一接合表面及ー散热表面，所述接合表面上设有多个散热凸块，所述散热凸块与所述芯片的无源表面上的背金属层抵接，并且所述散热片的散热凸块通过所述焊接层接合所述芯片的背金属层，以及所述焊接层填补所述多个散热凸块之间的空隙。本发明的另一目的在于提供ー种具有散热片的半导体组装构造的组装方法，芯片的背金属层上预设ー焊接层，倒置散热片并使所述芯片上的焊接层抵贴于所述散热片的多个散热凸块上后进行一回流焊程序，可确保所述焊接层能填补至所述散热片的多个散热凸块之间的空隙，使所述芯片与所述散热片能稳固的结合。
为达成本发明的前述目的，本发明另一实施例提供ー种具有散热片的半导体组装构造的组装方法，包含以下步骤(a)备有一基板及ー芯片,所述芯片设置于所述基板的一上表面,所述芯片具有一有源表面及对应侧对应侧的ー无源表面，所述无源表面上设有ー背金属层；以及备有一散热片，所述散热片具有一接合表面及ー散热表面，所述接合表面上设有多个散热凸块；(b)在所述芯片的所述背金属层上设置一焊接层；(C)将所述散热片的所述接 合表面朝上，以及将所述芯片的所述背金属层向下，并使所述焊接层抵贴于所述散热片的多个散热凸块上；及(d)进行一回流焊程序，使所述散热片的散热凸块与所述芯片的背金属层抵接，并且所述焊接层填补于所述多个散热凸块间的空隙之内，以接合固定所述芯片与所述散热片。
图I是本发明一实施例的具有散热片的半导体组装构造的侧视图。图2A是本发明一实施例的具有散热片的局部立体图。图2B是本发明另ー实施例的具有散热片的局部立体图。图3A至3D是本发明一实施例的具有散热片的半导体组装构造的组装方法示意图。图4A至4C是本发明一实施例的具有散热片的制作方法示意图。图5A至是本发明另ー实施例的具有散热片的制作方法示意图。图6是本发明另ー实施例的具有散热片的半导体组装构造的侧视图。
具体实施例方式为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下请參照图I所示，图I是本发明一实施例的具有散热片的半导体组装构造的侧视图。本发明ー实施例的具有散热片的半导体组装构造主要包含一基板10、ー芯片20、一散热片30及一焊接层40。所述基板10具有一上表面11，所述芯片20设置于所述基板10的上表面11，所述芯片20具有一有源表面21及对应侧的ー无源表面22，所述芯片20的有源表面21上可设有多个电性连接用的凸块23，以供焊接结合于所述基板10，所述无源表面22上设有一背金属层24(back side metallization, BSM),所述背金属层24—般包含钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)、铜(Cu)及/或锡(Sn)等成份的金属层或其组合的金属堆栈层，在一实施例中，所述背金属层24自芯片20往散热片30的堆栈方向依序是钛-铝层(500纳米)/铜层(2微米)/锡层(10微米)的金属堆栈层。所述背金属层24的作用在于增加所述芯片20与所述散热片30的接合性。如图I所不,所述散热片30具有一接合表面31及ー散热表面32,所述接合表面31上设有多个散热凸块33，所述散热凸块33与所述芯片20的无源表面22上的背金属层24抵接，并且所述散热片通过所述焊接层40接合所述芯片20的背金属层24，以及所述焊接层40填补于所述多个散热凸块33之间的空隙。
再者，所述散热凸块33具体可呈ー圆柱体状(如图2A)或一方形柱体状(如图2B)。所述圆柱体状散热凸块的直径介于I至3毫米(mm)，及其高度介于100至150微米(μ m)。或者，所述方形柱体状散热凸块的边长介于I至3毫米(mm)，及其高度介于100至150微米(μπι)。在ー实施，所述多个散热凸块在所述散热片的所述接合表面上呈矩形阵列(如图2Α及2Β)或圆形阵列的排列(图未示)。在另ー实施，所述焊接层40可以选自焊锡合金，例如共金的锡铟(SnIn)合金、共金的锡锌(SnIn)合金、纯锡或各种锡银铜合金(如Sn-3. 5Ag-0. 5Cu等)，由于焊接层40可具有锡成份，因此可与具有锡层的背金属层有良好的接合性。
综上所述，由于所述焊接层40包覆所述散热凸块33，亦即所述焊接层40直接接触于圆柱体状的散热凸块33的底面与圆周面或方形柱体状的散热凸块33的五个表面，故所述散热凸块33可直接増加所述散热片30与所述焊接层40接合的表面积，因此可使所述芯片20与所述散热片30之间的热传导效率能提高，且成本相对于使用铟作为热接合材料能更为降低。因此，本发明可相对降低对于所述焊接层40的材料要求以及減少(或省略)铟的使用。另外，虽然本实施例中掲示的所述散热片30是ー种金属盖式的散热片，然而本发明并不限制所述散热片30的具体型式，例如，所述散热片30也可能是单片式的或具有鳍片的散热片。请參照图3A至3D所示，图3A至3D是本发明一实施例的具有散热片的半导体组装构造的组装方法示意图。所述组装方法包含以下步骤(a)如图3A所不,备有一基板10及ー芯片20,所述芯片20设置于所述基板10的一上表面11，所述芯片20所述具有一有源表面21及对应侧的ー无源表面22，所述无源表面22上设有ー背金属层24 ;同时,备有一散热片30,所述散热片30具有一接合表面31及ー散热表面32，所述接合表面31上设有多个散热凸块33。(b)如图3B所示，在所述芯片20的所述背金属层24上设置ー焊接层40 ；(c)如图3C所示，将所述散热片30的所述接合表面31朝上，以及将所述芯片20的所述背金属层34向下，使所述焊接层40抵贴于所述散热片30的多个散热凸块33上 '及(d)如图3D所示，进行一回流焊(reflow)程序，使所述散热片30的散热凸块33与所述芯片20的背金属24层抵接，并且所述焊接层40填补于所述多个散热凸块33间的空隙之内，以接合固定所述芯片20与所述散热片30。通过上述方法，本发明可有效率的形成具有散热片30的半导体组装构造，并且确保所述焊接层40能填补至所述散热片30的多个散热凸块33之间的空隙，使所述芯片20与所述散热片30能稳固的结合。请參照图4A至4C所示，图4A至4C是本发明一实施例的具有散热片的制作方法示意图。所述制作方法包含以下步骤(a)如图4A所不,备有一散热片30,其上表面(与芯片接合的表面)上设有ー屏蔽50，所述屏蔽50具有多个通孔曝露多个散热凸块成型的位置，所述通孔可为各种几何形状，例如圆形、方形或矩形等；
(b)如图4B所示，在所述屏蔽50的通孔曝露出的散热凸块成型的位置上通过电镀成型产生多个散热凸块33 '及(c)如图4C所示，移除所述屏蔽50以形成一具有多个散热凸块33的散热片30。请參照图5A至所示，图5A至是本发明另ー实施例的具有散热片的制作方法示意图。 (a)如图5A所示，备有ー散热片30 ;
(b)如图5B所不,备有一组对应的上模61与下模62,所述上模61与下模62具有对应的凹凸状，将所述散热片30置于所述上模61与下模62之间；(c)如图5C所示，以所述上模61与下模62冲压所述散热片30，在所述散热片30的上表面形成多个散热凸块33 (另一面形成对应的凹穴34)(d)如图所示，研磨所述散热片下表面(具有凹穴34的一面)成为平面；但若有需要，亦可选择保留所述凹穴34。请參照图6所示，图6是本发明另ー实施例的具有散热片的半导体组装构造的侧视图。本实施例掲示的是ー种堆栈式的半导体封装构造，所述封装构造包括一基板71、ー间隔板(interposer) 72、一第一芯片20a、一第二芯片20b, —散热片30a、一散热环80以及散热胶90。如图6所示，所述基板71的下表面具有多个焊球(未标示)做为对外电性连接结构。所述间隔板72设于所述基板71上，其下表面具有多个凸块(未标示)与所述基板71的上表面电性连接。再者，所述第一芯片20a为逻辑芯片(Logical Die)，其以倒装芯片的方式设于所述间隔板72上；所述第二芯片20b为内存芯片(Memory Die)，其以倒装芯片的方式设于所述间隔板72上。其中，所述第一芯片20a与所述第二芯片20b上表面的分别设有背金属层24a, 24b ο所述散热环80设于所述基板71上，其包围所述所述间隔板72、所述第一芯片20a及所述第二芯片20b。所述散热环80通过所述散热胶90连接其下方的所述基板71及其上方的所述散热片30a。所述散热片30a的接合表面31a上设有多个散热凸块33a，所述散热凸块33a与所述第一芯片20a及所述第二芯片20b的无源表面上的背金属层24a，24b抵接，并且所述散热片30a通过ー焊接层40a接合所述第一及第ニ芯片20a，20b及填补于所述多个散热凸块33之间的空隙。综上所述，由于所述散热凸块33a可直接増加所述散热片30a与焊接层40a接合的表面积，因此可使所述第一芯片20a及所述第二芯片20b (特别是运作时产生高温的所述第一芯片20a)与所述散热片30a的热传导效率能提高，且成本相对于使用铟作为热接合材料能更为降低。本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反的，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
权利要求
1.一种具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述半导体组装构造包含 一基板，具有一上表面； 一芯片，设置于所述基板的上表面，所述芯片具有一有源表面及对应侧的一无源表面，所述无源表面上设有一背金属层； 一散热片，具有一接合表面及一散热表面，所述接合表面上设有多个散热凸块，所述多个散热凸块与所述芯片的无源表面上的背金属层抵接；以及一焊接层，接合所述多个散热凸块与所述背金属层，所述焊接层填补所述多个散热凸块之间的空隙。
2.如权利要求I所述的具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述散热凸块呈圆柱体状。
3.如权利要求I所述的具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述散热凸块呈方形柱体状。
4.如权利要求I所述的具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述背金属层是一金属堆栈层。
5.如权利要求4所述的具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述金属堆栈层自所述芯片往所述散热片的堆栈方向依序是钛-铝合金层、铜层、锡层。
6.如权利要求I所述的具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述焊接层的材质为锡铟合金、锡锌合金、纯锡或锡银铜合金。
7.如权利要求I所述的具有散热片的半导体组装构造，其特征在于所述半导体组装构造另包含一散热环设于所述基板与所述散热环之间。
8.一种具有散热片的半导体组装构造的组装方法，其特征在于所述组装方法包含以下步骤 (a)备有一基板及一芯片，所述芯片设置于所述基板的一上表面，所述芯片具有一有源表面及对应侧对应侧的一无源表面，所述无源表面上设有一背金属层；以及备有一散热片，所述散热片具有一接合表面及一散热表面，所述接合表面上设有多个散热凸块； (b)在所述芯片的所述背金属层上设置一焊接层； (C)将所述散热片的所述接合表面朝上，以及将所述芯片的所述背金属层向下，并使所述焊接层抵贴于所述散热片的多个散热凸块上；及 (d)进行一回流焊程序，使所述散热片的散热凸块与所述芯片的背金属层抵接，并且所述焊接层填补于所述多个散热凸块间的空隙之内，以接合固定所述芯片与所述散热片。
9.如权利要求8所述的具有散热片的半导体组装构造的组装方法，其特征在于所述多个散热凸块呈圆柱体状或方形柱体状。
10.如权利要求8所述的具有散热片的半导体组装构造的组装方法，其特征在于所述多个散热凸块是电镀成型或冲压成型，所述多个散热凸块在所述散热片的接合表面上呈矩形阵列或圆形阵列的排列。
全文摘要
本发明公开一种具有散热片的半导体组装构造及其组装方法，所述半导体组装构造包含一基板、一芯片、一散热片及一焊接层。所述基板具有一上表面。所述芯片设置于所述基板的上表面，所述芯片的一无源表面上设有一背金属层。所述散热片的一接合表面上设有多个散热凸块，所述多个散热凸块与所述芯片的背金属层抵接，并且所述散热片通过所述焊接层接合所述芯片及填补所述多个散热凸块之间的空隙。所述散热凸块可直接增加所述散热片与焊接层接合的表面积，因此可使所述芯片与所述散热片之间的热传导效率能提高，且成本相对于使用铟作为热接合材料能更为降低。
文档编号H01L21/50GK102856273SQ20121032719
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者邱盈达, 林光隆 申请人:日月光半导体制造股份有限公司