專利名稱：具有散熱片的半導體組裝構造及其組裝方法
技術領域：
本發(fā)明是涉及ー種具有散熱片的半導體組裝構造及其組裝方法，特別是涉及ー種具有散熱凸塊的散熱片的半導體組裝構造及其組裝方法。
背景技術：
現(xiàn)有高階半導體芯片(如邏輯運算芯片)或堆棧式的半導體芯片在運作時容易產(chǎn)生高溫，因此其表面需要另外接合一散熱片(heat sink)以提高整體散熱效率。常見的固定散熱片于芯片的方法是使用導熱膠，然而其接合時導熱膠厚度均一性控制不易，及內含的金屬導熱顆粒的導熱性也較純金屬材質差。為符合高散熱需求的半導體封裝，近年來開始使用金屬導熱材料，例如銦(Indium)片，因為銦具有良好的熱物性(Thermophysicalproperty)，以及絕佳的導熱性及延展性，可大幅提升導熱效果，因此在具有高階半導體芯片或堆棧式的半導體芯片的半導體組裝構造上，已普遍開始使用銦作為熱接合材料。 銦片在使用上必須與具有鍍金層的介質在經(jīng)過特定溫度使銦片表面熔融后，才能與鍍金層形成金屬鍵結，達到有效接合效果。然而，銦片在高溫接合過程中，會因熔融態(tài)而具有流動性，而該銦片的流動意味著其無法有效黏合于該散熱片，導熱效果將大幅降低。此夕卜，四處流動的銦片亦可能造成半導體封裝的內部芯片電性短路。再者，銦片的材料成本較聞。故，有必要提供ー種具有散熱片的半導體組裝構造及其組裝方法，以解決現(xiàn)有技術所存在的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一目的在于提供ー種具有散熱片的半導體組裝構造，散熱片的接合表面上設有多個散熱凸塊。所述散熱凸塊可直接増加所述散熱片與焊接層接合的表面積，因此可使所述芯片與所述散熱片之間的熱傳導效率能提高，且成本相對于使用銦作為熱接合材料能更為降低。為達成本發(fā)明的前述目的，本發(fā)明ー實施例提供ー種具有散熱片的半導體組裝構造，包含一基板、ー芯片、一散熱片及ー焊接層。所述基板具有一上表面；所述芯片設置于所述基板的上表面，所述芯片具有一有源表面及對應側的ー無源表面，所述無源表面上設有一背金屬層；所述散熱片具有一接合表面及ー散熱表面，所述接合表面上設有多個散熱凸塊，所述散熱凸塊與所述芯片的無源表面上的背金屬層抵接，并且所述散熱片的散熱凸塊通過所述焊接層接合所述芯片的背金屬層，以及所述焊接層填補所述多個散熱凸塊之間的空隙。本發(fā)明的另一目的在于提供ー種具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法，芯片的背金屬層上預設ー焊接層，倒置散熱片并使所述芯片上的焊接層抵貼于所述散熱片的多個散熱凸塊上后進行一回流焊程序，可確保所述焊接層能填補至所述散熱片的多個散熱凸塊之間的空隙，使所述芯片與所述散熱片能穩(wěn)固的結合。
為達成本發(fā)明的前述目的，本發(fā)明另一實施例提供ー種具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法，包含以下步驟(a)備有一基板及ー芯片,所述芯片設置于所述基板的一上表面,所述芯片具有一有源表面及對應側對應側的ー無源表面，所述無源表面上設有ー背金屬層；以及備有一散熱片，所述散熱片具有一接合表面及ー散熱表面，所述接合表面上設有多個散熱凸塊；(b)在所述芯片的所述背金屬層上設置一焊接層；(C)將所述散熱片的所述接 合表面朝上，以及將所述芯片的所述背金屬層向下，并使所述焊接層抵貼于所述散熱片的多個散熱凸塊上；及(d)進行一回流焊程序，使所述散熱片的散熱凸塊與所述芯片的背金屬層抵接，并且所述焊接層填補于所述多個散熱凸塊間的空隙之內，以接合固定所述芯片與所述散熱片。


圖I是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的半導體組裝構造的側視圖。圖2A是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的局部立體圖。圖2B是本發(fā)明另ー實施例的具有散熱片的局部立體圖。圖3A至3D是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法示意圖。圖4A至4C是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的制作方法示意圖。圖5A至是本發(fā)明另ー實施例的具有散熱片的制作方法示意圖。圖6是本發(fā)明另ー實施例的具有散熱片的半導體組裝構造的側視圖。
具體實施例方式為讓本發(fā)明上述目的、特征及優(yōu)點更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下請參照圖I所示，圖I是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的半導體組裝構造的側視圖。本發(fā)明ー實施例的具有散熱片的半導體組裝構造主要包含一基板10、ー芯片20、一散熱片30及一焊接層40。所述基板10具有一上表面11，所述芯片20設置于所述基板10的上表面11，所述芯片20具有一有源表面21及對應側的ー無源表面22，所述芯片20的有源表面21上可設有多個電性連接用的凸塊23，以供焊接結合于所述基板10，所述無源表面22上設有一背金屬層24(back side metallization, BSM),所述背金屬層24—般包含鈦(Ti)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銅(Cu)及/或錫(Sn)等成份的金屬層或其組合的金屬堆棧層，在一實施例中，所述背金屬層24自芯片20往散熱片30的堆棧方向依序是鈦-鋁層(500納米)/銅層(2微米)/錫層(10微米)的金屬堆棧層。所述背金屬層24的作用在于增加所述芯片20與所述散熱片30的接合性。如圖I所不,所述散熱片30具有一接合表面31及ー散熱表面32,所述接合表面31上設有多個散熱凸塊33，所述散熱凸塊33與所述芯片20的無源表面22上的背金屬層24抵接，并且所述散熱片通過所述焊接層40接合所述芯片20的背金屬層24，以及所述焊接層40填補于所述多個散熱凸塊33之間的空隙。
再者，所述散熱凸塊33具體可呈ー圓柱體狀(如圖2A)或一方形柱體狀(如圖2B)。所述圓柱體狀散熱凸塊的直徑介于I至3毫米(mm)，及其高度介于100至150微米(μ m)?；蛘撸龇叫沃w狀散熱凸塊的邊長介于I至3毫米(mm)，及其高度介于100至150微米(μπι)。在ー實施，所述多個散熱凸塊在所述散熱片的所述接合表面上呈矩形陣列(如圖2Α及2Β)或圓形陣列的排列(圖未示)。在另ー實施，所述焊接層40可以選自焊錫合金，例如共金的錫銦(SnIn)合金、共金的錫鋅(SnIn)合金、純錫或各種錫銀銅合金(如Sn-3. 5Ag-0. 5Cu等)，由于焊接層40可具有錫成份，因此可與具有錫層的背金屬層有良好的接合性。
綜上所述，由于所述焊接層40包覆所述散熱凸塊33，亦即所述焊接層40直接接觸于圓柱體狀的散熱凸塊33的底面與圓周面或方形柱體狀的散熱凸塊33的五個表面，故所述散熱凸塊33可直接増加所述散熱片30與所述焊接層40接合的表面積，因此可使所述芯片20與所述散熱片30之間的熱傳導效率能提高，且成本相對于使用銦作為熱接合材料能更為降低。因此，本發(fā)明可相對降低對于所述焊接層40的材料要求以及減少(或省略)銦的使用。另外，雖然本實施例中掲示的所述散熱片30是ー種金屬蓋式的散熱片，然而本發(fā)明并不限制所述散熱片30的具體型式，例如，所述散熱片30也可能是單片式的或具有鰭片的散熱片。請參照圖3A至3D所示，圖3A至3D是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法示意圖。所述組裝方法包含以下步驟(a)如圖3A所不,備有一基板10及ー芯片20,所述芯片20設置于所述基板10的一上表面11，所述芯片20所述具有一有源表面21及對應側的ー無源表面22，所述無源表面22上設有ー背金屬層24 ;同時,備有一散熱片30,所述散熱片30具有一接合表面31及ー散熱表面32，所述接合表面31上設有多個散熱凸塊33。(b)如圖3B所示，在所述芯片20的所述背金屬層24上設置ー焊接層40 ；(c)如圖3C所示，將所述散熱片30的所述接合表面31朝上，以及將所述芯片20的所述背金屬層34向下，使所述焊接層40抵貼于所述散熱片30的多個散熱凸塊33上 '及(d)如圖3D所示，進行一回流焊(reflow)程序，使所述散熱片30的散熱凸塊33與所述芯片20的背金屬24層抵接，并且所述焊接層40填補于所述多個散熱凸塊33間的空隙之內，以接合固定所述芯片20與所述散熱片30。通過上述方法，本發(fā)明可有效率的形成具有散熱片30的半導體組裝構造，并且確保所述焊接層40能填補至所述散熱片30的多個散熱凸塊33之間的空隙，使所述芯片20與所述散熱片30能穩(wěn)固的結合。請參照圖4A至4C所示，圖4A至4C是本發(fā)明一實施例的具有散熱片的制作方法示意圖。所述制作方法包含以下步驟(a)如圖4A所不,備有一散熱片30,其上表面(與芯片接合的表面)上設有ー屏蔽50，所述屏蔽50具有多個通孔曝露多個散熱凸塊成型的位置，所述通孔可為各種幾何形狀，例如圓形、方形或矩形等；
(b)如圖4B所示，在所述屏蔽50的通孔曝露出的散熱凸塊成型的位置上通過電鍍成型產(chǎn)生多個散熱凸塊33 '及(c)如圖4C所示，移除所述屏蔽50以形成一具有多個散熱凸塊33的散熱片30。請參照圖5A至所示，圖5A至是本發(fā)明另ー實施例的具有散熱片的制作方法示意圖。 (a)如圖5A所示，備有ー散熱片30 ;
(b)如圖5B所不,備有一組對應的上模61與下模62,所述上模61與下模62具有對應的凹凸狀，將所述散熱片30置于所述上模61與下模62之間；(c)如圖5C所示，以所述上模61與下模62沖壓所述散熱片30，在所述散熱片30的上表面形成多個散熱凸塊33 (另一面形成對應的凹穴34)(d)如圖所示，研磨所述散熱片下表面(具有凹穴34的一面)成為平面；但若有需要，亦可選擇保留所述凹穴34。請參照圖6所示，圖6是本發(fā)明另ー實施例的具有散熱片的半導體組裝構造的側視圖。本實施例掲示的是ー種堆棧式的半導體封裝構造，所述封裝構造包括一基板71、ー間隔板(interposer) 72、一第一芯片20a、一第二芯片20b, —散熱片30a、一散熱環(huán)80以及散熱膠90。如圖6所示，所述基板71的下表面具有多個焊球(未標示)做為對外電性連接結構。所述間隔板72設于所述基板71上，其下表面具有多個凸塊(未標示)與所述基板71的上表面電性連接。再者，所述第一芯片20a為邏輯芯片(Logical Die)，其以倒裝芯片的方式設于所述間隔板72上；所述第二芯片20b為內存芯片(Memory Die)，其以倒裝芯片的方式設于所述間隔板72上。其中，所述第一芯片20a與所述第二芯片20b上表面的分別設有背金屬層24a, 24b ο所述散熱環(huán)80設于所述基板71上，其包圍所述所述間隔板72、所述第一芯片20a及所述第二芯片20b。所述散熱環(huán)80通過所述散熱膠90連接其下方的所述基板71及其上方的所述散熱片30a。所述散熱片30a的接合表面31a上設有多個散熱凸塊33a，所述散熱凸塊33a與所述第一芯片20a及所述第二芯片20b的無源表面上的背金屬層24a，24b抵接，并且所述散熱片30a通過ー焊接層40a接合所述第一及第ニ芯片20a，20b及填補于所述多個散熱凸塊33之間的空隙。綜上所述，由于所述散熱凸塊33a可直接増加所述散熱片30a與焊接層40a接合的表面積，因此可使所述第一芯片20a及所述第二芯片20b (特別是運作時產(chǎn)生高溫的所述第一芯片20a)與所述散熱片30a的熱傳導效率能提高，且成本相對于使用銦作為熱接合材料能更為降低。本發(fā)明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已公開的實施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反的，包含于權利要求書的精神及范圍的修改及均等設置均包括于本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述半導體組裝構造包含 一基板，具有一上表面； 一芯片，設置于所述基板的上表面，所述芯片具有一有源表面及對應側的一無源表面，所述無源表面上設有一背金屬層； 一散熱片，具有一接合表面及一散熱表面，所述接合表面上設有多個散熱凸塊，所述多個散熱凸塊與所述芯片的無源表面上的背金屬層抵接；以及一焊接層，接合所述多個散熱凸塊與所述背金屬層，所述焊接層填補所述多個散熱凸塊之間的空隙。
2.如權利要求I所述的具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述散熱凸塊呈圓柱體狀。
3.如權利要求I所述的具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述散熱凸塊呈方形柱體狀。
4.如權利要求I所述的具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述背金屬層是一金屬堆棧層。
5.如權利要求4所述的具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述金屬堆棧層自所述芯片往所述散熱片的堆棧方向依序是鈦-鋁合金層、銅層、錫層。
6.如權利要求I所述的具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述焊接層的材質為錫銦合金、錫鋅合金、純錫或錫銀銅合金。
7.如權利要求I所述的具有散熱片的半導體組裝構造，其特征在于所述半導體組裝構造另包含一散熱環(huán)設于所述基板與所述散熱環(huán)之間。
8.一種具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法，其特征在于所述組裝方法包含以下步驟 (a)備有一基板及一芯片，所述芯片設置于所述基板的一上表面，所述芯片具有一有源表面及對應側對應側的一無源表面，所述無源表面上設有一背金屬層；以及備有一散熱片，所述散熱片具有一接合表面及一散熱表面，所述接合表面上設有多個散熱凸塊； (b)在所述芯片的所述背金屬層上設置一焊接層； (C)將所述散熱片的所述接合表面朝上，以及將所述芯片的所述背金屬層向下，并使所述焊接層抵貼于所述散熱片的多個散熱凸塊上；及 (d)進行一回流焊程序，使所述散熱片的散熱凸塊與所述芯片的背金屬層抵接，并且所述焊接層填補于所述多個散熱凸塊間的空隙之內，以接合固定所述芯片與所述散熱片。
9.如權利要求8所述的具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法，其特征在于所述多個散熱凸塊呈圓柱體狀或方形柱體狀。
10.如權利要求8所述的具有散熱片的半導體組裝構造的組裝方法，其特征在于所述多個散熱凸塊是電鍍成型或沖壓成型，所述多個散熱凸塊在所述散熱片的接合表面上呈矩形陣列或圓形陣列的排列。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有散熱片的半導體組裝構造及其組裝方法，所述半導體組裝構造包含一基板、一芯片、一散熱片及一焊接層。所述基板具有一上表面。所述芯片設置于所述基板的上表面，所述芯片的一無源表面上設有一背金屬層。所述散熱片的一接合表面上設有多個散熱凸塊，所述多個散熱凸塊與所述芯片的背金屬層抵接，并且所述散熱片通過所述焊接層接合所述芯片及填補所述多個散熱凸塊之間的空隙。所述散熱凸塊可直接增加所述散熱片與焊接層接合的表面積，因此可使所述芯片與所述散熱片之間的熱傳導效率能提高，且成本相對于使用銦作為熱接合材料能更為降低。
文檔編號H01L21/50GK102856273SQ20121032719
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者邱盈達, 林光隆 申請人:日月光半導體制造股份有限公司