專利名稱：組裝包括絕緣襯底和熱沉的半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝，并且更具體地，涉及組裝包括半導(dǎo)體管芯以及絕緣襯底和熱沉(heat sink)的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件封裝實(shí)現(xiàn)例如提供電連接以及保護(hù)管芯抵抗機(jī)械和環(huán)境應(yīng)力的基本功能。完成的半導(dǎo)體器件可以安裝在例如印刷電路板(“PCB”)等的具有電連接器的支座上。半導(dǎo)體器件可以具有用于與支座上的電連接器連接的露出的外部電接觸表面或引線。使用表面安裝技術(shù)，封裝的引線或外部電接觸表面可以直接焊接到支座上的對(duì)應(yīng)焊盤，提供機(jī)械附接以及電連接。半導(dǎo)體器件通常通過密封一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯來進(jìn)行封裝以便進(jìn)行表面安裝，所述密封處理包括將管芯嵌入模塑化合物(moIdingcompound)中。多種技術(shù)可用于將封裝 的引線或外部電接觸表面與嵌入的半導(dǎo)體管芯上的電接觸焊盤內(nèi)部連接。在導(dǎo)線結(jié)合封裝中，管芯可以安裝在管芯支座上，其中管芯的接觸焊盤位于其與管芯支座相對(duì)工作面(active face)上。在密封之前，導(dǎo)線則可以結(jié)合到接觸焊盤，并且結(jié)合到封裝的引線或外部電接觸表面，以提供內(nèi)部連接。在引線框型封裝中，管芯支座可以是導(dǎo)電引線框，在制造期間，其框部件被切斷和丟棄，以在施加模塑化合物密封管芯、內(nèi)部連接和來自引線框的外部電接觸之后使封裝的電接觸表面或引線彼此隔離。通過該技術(shù)，封裝的外部電接觸可以在完成的器件的工作面中或在器件的邊沿，繞在半導(dǎo)體管芯的外圍設(shè)置。然而，外部電接觸的最小間距和數(shù)值密度受到相鄰接觸之間短路危險(xiǎn)的限制。在例如層疊基底封裝或陶瓷基底封裝的絕緣襯底封裝中，管芯可以安裝在支承外部電接觸表面的電絕緣襯底上。層疊基底封裝的例子包括球柵陣列(BGA)、針柵陣列(PGA)和面柵陣列(LGA)封裝。在一種絕緣襯底封裝的技術(shù)中，在密封之前，通過管芯的接觸焊盤和外部電接觸表面之間的導(dǎo)線結(jié)合實(shí)現(xiàn)內(nèi)部連接。在密封之后，通常在拆分密封的器件之前，焊料球或柱的陣列可以施加到外部電接觸表面。代替球或針，LGA封裝具有例如裸露的鍍金銅的金屬焊盤，它們?cè)谑褂弥斜荒赴迳系尼樈佑|。這種絕緣襯底封裝能夠?qū)崿F(xiàn)間距較小且數(shù)值密度較高的外部電接觸。然而，通常，電絕緣襯底也是絕熱的。對(duì)于某些類型的半導(dǎo)體器件，例如高功率器件等，希望將半導(dǎo)體管芯安裝在熱沉元件上，所述熱沉元件例如金屬或其它導(dǎo)熱基座(flag)，其將內(nèi)部產(chǎn)生的熱量散布到半導(dǎo)體管芯的面上，并通過進(jìn)行輻射和/或?qū)α鱽砗纳⒃摕崃?。希望在絕緣襯底半導(dǎo)體管芯封裝中的熱沉設(shè)置應(yīng)最小化封裝處理的復(fù)雜程度，并且不增加成本。


本發(fā)明通過示例的方式說明，并且不限于附圖中所示出的本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示類似的要素。附圖中的要素出于簡(jiǎn)化和清楚的目的示出，并且不一定按比例繪制。圖I是通過已知方法制造的包括半導(dǎo)體管芯以及絕緣襯底和熱沉的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖；圖2是通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法制造的、包括半導(dǎo)體管芯以及絕緣襯底和熱沉的半導(dǎo)體器件、在與圖7的箭頭2-2對(duì)應(yīng)的位置處截取的示意性截面圖；圖3是在制造的中間階段、圖2的半導(dǎo)體器件中的熱沉陣列結(jié)構(gòu)的一部分、在與圖7的箭頭2-2對(duì)應(yīng)的位置處截取的示意性截面圖；圖4是在制造的中間階段、圖3的熱沉陣列結(jié)構(gòu)上安裝的半導(dǎo)體管芯陣列的一部 分、在與圖7的箭頭2-2對(duì)應(yīng)的位置處截取的示意性截面圖；圖5是在制造的中間階段、圖2的半導(dǎo)體器件中的電絕緣襯底的一部分的、在與圖7的箭頭2-2對(duì)應(yīng)的位置處截取的示意性截面圖；圖6是在制造的中間階段、與圖5的電絕緣襯底組裝的圖4的熱沉陣列結(jié)構(gòu)上安裝的半導(dǎo)體管芯陣列的一部分、在與圖7的箭頭2-2對(duì)應(yīng)的位置處截取的詳細(xì)截面圖；圖7是在同一制造的中間階段圖6中所示的組件的一部分的示意性平面圖；圖8是組裝圖I的半導(dǎo)體器件的已知方法的簡(jiǎn)化流程圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式組裝圖2的半導(dǎo)體器件的方法的簡(jiǎn)化流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出通過已知方法制造的包括半導(dǎo)體管芯以及絕緣襯底24和熱沉元件30的半導(dǎo)體器件20。半導(dǎo)體封裝20包括集成到電絕緣有機(jī)襯底24的半導(dǎo)體管芯子組件22。半導(dǎo)體管芯子組件22包括結(jié)合到形成熱沉元件的下部平臺(tái)層30的半導(dǎo)體管芯28。有機(jī)襯底24具有開口 26的陣列，半導(dǎo)體管芯子組件22設(shè)置在其中。例如結(jié)合導(dǎo)線的電互連32將半導(dǎo)體管芯28的焊盤34連接到形成在有機(jī)襯底24中的電接觸36。彈性粘合劑38將半導(dǎo)體管芯子組件22固定到有機(jī)襯底24的開口 26中。開口 26大于半導(dǎo)體管芯子組件22的外周40。相應(yīng)地，在有機(jī)襯底24的邊沿44和半導(dǎo)體管芯子組件22的外周40之間形成間隙42。間隙42通過彈性粘合劑38密封。模塑材料46密封半導(dǎo)體管芯子組件22、有機(jī)襯底24、電互連32和彈性粘合劑38。在圖I的器件的制造過程中，單獨(dú)的半導(dǎo)體管芯28結(jié)合到單獨(dú)的熱沉平臺(tái)層30以形成子組件22。單面粘合帶施加到有機(jī)襯底24的下側(cè)。然后，半導(dǎo)體管芯子組件22被拾取并單獨(dú)地放置在有機(jī)襯底24的相應(yīng)的開口 26中，并進(jìn)行剩余的加工工藝。特別地，半導(dǎo)體管芯子組件22的平臺(tái)層30放置在有機(jī)襯底24的開口 26中，并且臨時(shí)地固定到粘合帶。彈性粘合劑38用于將半導(dǎo)體管芯子組件22固定到開口 26中。彈性粘合劑38填充圍繞半導(dǎo)體管芯子組件22的平臺(tái)層30的間隙42。粘合帶的存在極大地防止了彈性粘合劑38在半導(dǎo)體管芯子組件22之下和/或在有機(jī)襯底24之下流動(dòng)。隨后，在步驟106在半導(dǎo)體管芯28和有機(jī)襯底24之間形成電互連32。有機(jī)襯底
24、半導(dǎo)體管芯子組件22、彈性粘合劑38和電互連32通過例如環(huán)氧樹脂的模塑化合物46密封。從有機(jī)襯底24的下側(cè)以及從彈性粘合劑38和半導(dǎo)體管芯子組件22的平臺(tái)層30的下側(cè)去除粘合帶。在密封后，模塑化合物46和彈性粘合劑38將半導(dǎo)體管芯子組件22保持在有機(jī)襯底24的開口 26中的適當(dāng)位置。圖2-7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件200的方法900的各個(gè)階段，該方法在圖9的流程圖中以示例的方式給出和概述。半導(dǎo)體器件200包括半導(dǎo)體管芯202、絕緣襯底204和熱沉元件206。圖2是在通過結(jié)合導(dǎo)線208將半導(dǎo)體管芯202與電接觸元件(圖2中未示出)電連接、密封在模塑化合物210中、將焊料球212的陣列施加到外部電接觸表面并拆分密封單元之后，在與圖7的箭頭2-2對(duì)應(yīng)的位置處截取的半導(dǎo)體器件200的截面圖。方法900包括提供圖3中所示的熱沉陣列結(jié)構(gòu)300，包括由熱沉支持框架(圖3中未示出)支持的熱沉元件206的陣列。熱沉元件206的陣列在該示例中是二維的,但可以是一維。在該示例中，提供熱沉陣列結(jié)構(gòu)300包括切割并形成導(dǎo)熱材料的薄片。 所述方法900還包括在結(jié)構(gòu)300的熱沉元件206的陣列上安裝半導(dǎo)體管芯202的陣列，如圖4所示。半導(dǎo)體管芯202可以被拾取并被單獨(dú)地放置在熱沉元件206上，并且可以通過導(dǎo)熱的糊狀粘合劑或焊料的中間層400固定到熱沉元件206。在所述方法900的該示例中，熱沉陣列結(jié)構(gòu)300包括將熱沉元件206與熱沉支持框架機(jī)械地連接的聯(lián)結(jié)元件302，使得聯(lián)結(jié)元件和熱沉支持框架在密封之前支持熱沉元件。在所述方法900的該示例中，拆分密封單元包括切斷聯(lián)結(jié)元件302。所述方法900還包括提供呈現(xiàn)開口 502的陣列并支承電接觸元件(在圖5中未示出)的電絕緣襯底500。開口 502的陣列與結(jié)構(gòu)300的熱沉元件206的陣列在幾何關(guān)系方面相同，不同之處在于開口 502在二維的每一維中比熱沉元件206寬。如圖6所示,所述方法900還包括將電絕緣襯底500與熱沉陣列結(jié)構(gòu)300組裝在一起，其中熱沉元件206的陣列設(shè)置在開口 502的陣列中，并且支承半導(dǎo)體管芯202的陣列。在所述方法900的該示例中，熱沉元件206偏移離開熱沉支持框架和聯(lián)結(jié)桿302延伸的平面600，使得當(dāng)熱沉陣列結(jié)構(gòu)300和電絕緣襯底500組裝時(shí)熱沉元件206設(shè)置在開口 502的陣列中，其中熱沉支持框架鄰接電絕緣襯底500。在該示例中，在支承半導(dǎo)體管芯202的陣列的熱沉陣列結(jié)構(gòu)300在單一操作中對(duì)準(zhǔn)地設(shè)置在電絕緣襯底500和粘合帶602上之前，將電絕緣襯底500安裝在粘合帶602上。圖7是圖6中的部分視圖中所示的組件的平面視圖。熱沉陣列結(jié)構(gòu)300的熱沉支持框架以700示出。熱沉支持框架700呈現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)孔702，所述對(duì)準(zhǔn)孔與對(duì)準(zhǔn)工具(未示出)的針對(duì)齊，所述對(duì)準(zhǔn)工具又與用于將熱沉元件206的陣列與開口 502的陣列對(duì)準(zhǔn)的電絕緣襯底500中的對(duì)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔(未示出)對(duì)齊。在該示例中，與熱沉陣列結(jié)構(gòu)300組裝在一起包括將熱沉陣列結(jié)構(gòu)和電絕緣襯底設(shè)置在粘合帶602上，所述粘合帶602在密封之后去除。焊料球212被施加在電絕緣襯底500的外表面上的電接觸元件以704示出，并且延伸通過絕緣襯底500的厚度。在絕緣襯底500的內(nèi)表面上，將半導(dǎo)體管芯202與電接觸元件704電連接的導(dǎo)線208結(jié)合到其。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在密封之后，特別地通過模塑化合物210，包括熱沉元件206、聯(lián)結(jié)桿302和熱沉支持框架700的熱沉陣列結(jié)構(gòu)30與電接觸元件704和導(dǎo)線208間隔開，從而保持與它們的電絕緣。在該示例中，在例如通過結(jié)合導(dǎo)線208將半導(dǎo)體管芯與電接觸元件704電連接之后，所述方法900還包括在模塑化合物210中將在粘合帶602上安裝在熱沉元件206的陣列上并與電絕緣襯底500組裝的半導(dǎo)體管芯202的陣列密封。在圖2所示的器件的制造過程中，半導(dǎo)體管芯以及對(duì)應(yīng)的熱沉元件、電絕緣襯底的周圍部分和電接觸元件的密封單元然后被拆分。拆分可以包括沿著陣列的相鄰單元之間的路線鋸切或沖壓，例如切斷聯(lián)結(jié)桿302并分離和丟棄熱沉支持框架700，以留下具有半導(dǎo)體管芯202、對(duì)應(yīng)的熱沉元件206、電絕緣襯底500的周圍部分以及所連接的電接觸元件的密封單元。模塑化合物210將半導(dǎo)體管芯202與對(duì)應(yīng)的熱沉元件206以及電絕緣襯底500的周圍部分和電接觸元件結(jié)合在密封單元中。圖8是概述生產(chǎn)圖I的半導(dǎo)體器件20的已知方法的簡(jiǎn)化流程圖。在802，方法800開始半導(dǎo)體封裝加工處理。在804，提供電絕緣襯底24。在806，單獨(dú)的半導(dǎo)體管芯28被結(jié)合到單獨(dú)的熱沉平臺(tái)層30，以形成半導(dǎo)體管芯與熱沉平臺(tái)層30的半導(dǎo)體管芯子組件22。在808，向有機(jī)襯底的下側(cè)施加粘合帶。然后在810，半導(dǎo)體管芯子組件22被拾取，并被單獨(dú)地放置到有機(jī)襯底24的相應(yīng)開口 26中，這是通過以每個(gè)半導(dǎo)體管芯子組件22的平臺(tái)層30位于有機(jī)襯底24的相應(yīng)開口 26中的粘合帶的粘合側(cè)上的方式設(shè)置每個(gè)半導(dǎo)體管芯子組件22而實(shí)現(xiàn)的。在812中使用彈性粘合劑38，以將每一個(gè)半導(dǎo)體管芯子組件22固定在對(duì) 應(yīng)的開口 26中，并填充間隙42。所述方法800繼續(xù)，在814提供半導(dǎo)體管芯28與有機(jī)襯底24的接觸之間的電互連32，在816密封有機(jī)襯底24、半導(dǎo)體管芯28、彈性粘合劑38以及電互連32，在818從有機(jī)襯底24的下側(cè)去除粘合帶，并且所述方法800在820終止。在圖9的簡(jiǎn)化流程圖中概述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式通過示例的方法給出的圖2的半導(dǎo)體器件200的制造方法900。在902，所述方法900開始半導(dǎo)體封裝組裝處理。在904，提供電絕緣襯底500和熱沉陣列框架結(jié)構(gòu)300。在906，半導(dǎo)體管芯202安裝在熱沉陣列框架結(jié)構(gòu)300上。在908，絕緣襯底500和在其上具有半導(dǎo)體管芯202的整個(gè)熱沉陣列框架結(jié)構(gòu)300在粘合帶上組裝在一起。所述方法繼續(xù)，其中各步驟與方法800的步驟814至820大致類似。更具體地說，所述方法900繼續(xù)，在910中將半導(dǎo)體管芯202與絕緣襯底500上的電接觸704電連接。在912，將半導(dǎo)體管芯202、熱沉元件206和到接觸704的電連接208密封，之后進(jìn)行密封陣列的去帶處理以及模塑化合物的后成型固化。在914，附接焊料球212，之后進(jìn)行激光和焊劑清洗操作，然后拆分，并且所述方法900在916結(jié)束。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，所述方法900避免了像方法800中那樣操作單獨(dú)的子組件22以將它們單獨(dú)地放置在相應(yīng)的開口 26中，以及施加彈性粘合劑38以在對(duì)應(yīng)的開口 26中固定每個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體管芯子組件22。從而實(shí)質(zhì)地簡(jiǎn)化了封裝處理并且降低了成本。在以上的說明書中，已經(jīng)參照本發(fā)明的實(shí)施方式的具體示例描述了本發(fā)明。然而，顯然可在其中進(jìn)行各種修改和變化，而不脫離由所附權(quán)利要求書給出的本發(fā)明的較寬的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種組裝半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供熱沉陣列結(jié)構(gòu)，所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)具有由熱沉支持框架支持的熱沉陣列； 將多個(gè)半導(dǎo)體管芯安裝在所述熱沉陣列上； 提供電絕緣襯底，所述電絕緣襯底呈現(xiàn)開口陣列并且支承電接觸元件； 將所述電絕緣襯底和支承所述半導(dǎo)體管芯的所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)組裝在一起，其中所述熱沉陣列設(shè)置在所述開口陣列中； 將所述半導(dǎo)體管芯與所述電接觸元件電連接； 在模塑化合物中密封安裝在所述熱沉陣列上并與所述電絕緣襯底組裝的所述半導(dǎo)體管芯；以及 拆分所述半導(dǎo)體管芯以及對(duì)應(yīng)熱沉、所述電絕緣襯底的周圍部分和電接觸元件的密封單元。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中提供所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)包括切割并形成導(dǎo)熱材料的薄片。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)包括聯(lián)結(jié)元件，所述聯(lián)結(jié)元件將熱沉與所述熱沉支持框架機(jī)械地連接，使得所述聯(lián)結(jié)元件和所述熱沉支持框架在安裝在所述熱沉陣列上的所述半導(dǎo)體管芯陣列密封之前支持所述熱沉。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中拆分所述密封單元包括切斷所述聯(lián)結(jié)元件。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中拆分所述密封單元包括從所述密封單元去除所述熱沉支持框架。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述熱沉偏移離開所述熱沉支持框架延伸的平面，使得當(dāng)所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)和所述電絕緣襯底組裝時(shí)所述熱沉設(shè)置在所述開口陣列中，其中所述熱沉支持框架鄰接所述電絕緣襯底。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述密封單元中，所述模塑化合物將所述半導(dǎo)體管芯與對(duì)應(yīng)的熱沉結(jié)合，并將所述半導(dǎo)體管芯與所述電絕緣襯底的周圍部分和所述電接觸元件結(jié)合。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)與所述電絕緣襯底組裝在一起包括將所述熱沉陣列與所述開口陣列對(duì)準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)與所述電絕緣襯底組裝在一起包括將所述熱沉陣列結(jié)構(gòu)和所述電絕緣襯底設(shè)置在粘合帶上。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中通過中間導(dǎo)熱粘合材料將所述半導(dǎo)體管芯安裝在所述熱沉上。
全文摘要
本發(fā)明涉及組裝包括絕緣襯底和熱沉的半導(dǎo)體器件的方法。半導(dǎo)體管芯安裝在熱沉陣列框架結(jié)構(gòu)上。所述熱沉陣列框架結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體管芯通過絕緣襯底組裝在一起，所述絕緣襯底具有粘合帶上的孔的對(duì)應(yīng)陣列。所述半導(dǎo)體管芯與絕緣襯底上的電接觸電連接。所述半導(dǎo)體管芯、熱沉和到電接觸的電連接通過模塑化合物密封，然后密封的陣列被去帶和拆分。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102738022SQ201110094128
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者姚晉鐘, 尹保冠, 駱軍華 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司