專利名稱：熱性改進的半導體封裝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及用于集成電路(“IC”)封裝的系統(tǒng)和方法。并且本發(fā)明更具體地 涉及用于提高集成電路封裝方案的熱性能的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
集成電路(也被稱為芯片、微芯片或半導體管芯)是脆弱而易受很多因素影響的， 例如機械應力、化學應力和熱應力。在被用于電子系統(tǒng)之前，集成電路必須被封裝，以幫助 使這些應力因素的作用最小化。封裝通過為集成電路提供結構支撐來幫助抗機械應力的保 護。通過將集成電路裝入封裝中，保護集成電路抵御環(huán)境因素，所述環(huán)境因素諸如灰塵、濕 氣，以及可以導致化學應力或以其他方式影響電路的其他項目。然而，從封裝圍繞集成電路 添加材料可能增加熱阻，并由此增加芯片上的熱應力。這些熱應力可以降低集成電路的可 靠性，并且在一些情況下可以導致其災難性的故障。圖1描繪常規(guī)的半導體封裝(現(xiàn)有技術)。圖1中示出的是引線框架(lead frame) 封裝半導體芯片100，其包括在芯片載體140上的半導體管芯110，所述芯片載體140還可 以被稱為管芯盤(die pad)、管芯墊或管芯支撐體。半導體管芯110通常通過粘合劑170附 著到管芯盤140，所述粘合劑170可以為環(huán)氧樹脂或膠帶。接合線(wire bond) 160提供從 集成電路110至引線框架接合指或盤120的電連接。管芯110、管芯盤140和引線框架接合 指120 (或者至少引線框架接合指的部分)通常被裝入模制材料150中。在電路操作期間使用的功率產生熱。當在封裝內部時，封裝所造成的熱阻可能阻 礙芯片散逸該產生的熱的能力。隨著功率散逸水平提高，熱問題變得更嚴重。熱問題還因 為在半導體集成電路設計和制造中生產越來越小并且越來越強大的芯片的進展而加重。隨 著集成電路在使用的功率和處理速度兩者上均增加，產生的熱也增加。另外，隨著集成電路 尺寸減小，功率密度和熱密度也增加。這些熱問題放大了由于過量的熱而導致芯片性能降 低和故障的可能性。

發(fā)明內容
鑒于以上缺點，本發(fā)明的目標在于通過應用一個或更多個嵌入在封裝內部的 熱散裝置來提供改善的熱封裝結構及其制造方法。在實施方案中，熱散裝置(thermal spreader)被并入半導體封裝中處于半導體管芯及其支撐體之間，所述支撐體在這里還可 以被稱為載體、基底或管芯盤。在實施方案中，管芯厚度可以被適當?shù)販p小，從而總體封裝 厚度相對于相應的常規(guī)封裝維持不變。通過熱散裝置的集成而實現(xiàn)的較高的散熱水平幫助 芯片在較涼的溫度下起作用。本發(fā)明的另一個目標在于提供管芯縮小可能性以及改進封裝級集成的可能性。因 為熱性改進的封裝(thermally enhanced package)能夠應對(handle)更高的功率密度， 所以管芯可以縮小而仍舊工作在熱限值內。在實施方案中，熱性改進的半導體封裝的一個 或更多個規(guī)格(specification)可以相對于熱性未改進的半導體封裝保持不變(例如封裝尺寸和功能)，由此讓芯片封裝消費者無需對其應用板或制造工藝進行任何大的改動。本發(fā)明的再一目標在于便利比常規(guī)封裝更小的封裝占用面積(footprint)的可能性。在實施方案中，通過引入一個或更多個熱散裝置創(chuàng)造的改進的熱性能允許管芯尺寸 減小，可以生產具有更小占用面積但是具有相同或改進性能的半導體封裝。通過以先進的 硅(或其他半導體)技術對管芯尺寸減小起杠桿作用以及以熱散裝置的使用對封裝熱性改 進起杠桿作用，芯片開發(fā)者可以提供具有相同或提高的性能但是具有更小形狀因子的半導 體封裝。隨著產品向更小的形狀因子改變，能夠生產具有更小尺寸的芯片可以在系統(tǒng)級或 子系統(tǒng)級為終端用戶提供顯著的空間節(jié)省。在實施方案中，半導體封裝包括半導體管芯；支撐所述半導體管芯的載體；以及 在所述半導體管芯和所述載體之間的熱散裝置。所述熱散裝置被配置為具有比所述載體的 熱導率高的熱導率。在實施方案中，所述熱散裝置可以與所述半導體管芯集成、與所述載體集成，或者 與半導體管芯和載體兩者集成。在實施方案中，所述熱散裝置是居于所述半導體管芯和所 述載體之間的分離(separate)部件。所述熱散裝置可以使用粘合劑附加在半導體管芯和 載體之間，或者可替換地，所述熱散裝置還可以充當粘合劑。熱散裝置可以被用在多種半導體芯片配置中，非限制性地包括并排配置、堆疊配 置和混合配置。本文還公開了用于生產包括一個或更多個熱散裝置的半導體封裝的方法。在實施 方案中，用于在熱性上改進半導體封裝的方法包括將熱散裝置包含在集成電路和用于所述 集成電路的管芯盤之間，其中所述熱散裝置具有比所述管芯盤的熱導率高的熱導率。應該 注意，熱散裝置在集成電路和管芯盤之間的放置還可以包括集成電路和管芯盤之間額外的 項目。在實施方案中，將熱散裝置包括在所述集成電路和所述管芯盤之間的操作可以包 括將所述熱散裝置與所述集成電路集成、將所述熱散裝置與所述管芯盤集成，或兩者。在實 施方案中，所述熱散裝置是居于所述集成電路和所述管芯盤之間的分離部件。熱散裝置可 以使用粘合劑被附加；或者可替換地，熱散裝置還可以充當粘合劑。已經在該發(fā)明內容章節(jié)總地描述了本發(fā)明的某些特征和優(yōu)點；然而，在本文中給 出了另外的特征、優(yōu)點和實施方案，或者查看了這里的附圖、說明書和權利要求書的本領域 普通技術人員將清楚另外的特征、優(yōu)點和實施方案。因此，應該理解，本發(fā)明的范圍應當不 受該發(fā)明內容章節(jié)中所公開的特定實施方案的限制。


現(xiàn)在將參照本發(fā)明的實施方案，本發(fā)明的實施例可以在附圖中被圖示。這些附圖 意圖是圖示說明性的而非限制性的。盡管本發(fā)明是在這些實施方案的上下文中進行描述 的，但是應該理解，并非意圖將本發(fā)明的范圍限于這些特定實施方案。圖1描繪常規(guī)的半導體封裝。圖2根據本發(fā)明的實施方案描繪包括熱散裝置的集成電路的封裝的實施方案。圖3根據本發(fā)明的實施方案描繪用于產生如圖2中所圖示的半導體封裝的方法。圖4根據本發(fā)明的實施方案描繪包括熱散裝置的集成電路的封裝的另一實施方案。圖5根據本發(fā)明的實施方案描繪用于產生如圖4中所圖示的半導體封裝的方法。圖6根據本發(fā)明的實施方案描繪包括熱散裝置的集成電路的封裝的另一實施方案。圖7根據本發(fā)明的實施方案描繪用于產生如圖6中所圖示的半導體封裝的方法。圖8根據本發(fā)明的實施方案描繪包括至少一個熱散裝置的集成電路的封裝的另
一實施方案。圖9根據本發(fā)明的實施方案描繪包括至少一個熱散裝置的集成電路的封裝的再
一實施方案。圖11根據本發(fā)明的實施方案描繪包括至少一個熱散裝置的集成電路的封裝的又
一實施方案。
具體實施例方式在下面的描述中，出于解釋的目的給出了具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的理解。然 而，本領域技術人員將清楚，無需這些細節(jié)可以實踐本發(fā)明。本領域技術人員將認識到，本 發(fā)明的實施方案可以并入多個不同的系統(tǒng)和設備中，所述實施方案中的一些在下面被描 述。以框圖示出的部件是本發(fā)明示例性實施方案的圖示說明，并且意圖避免模糊本發(fā) 明。還應當理解，貫穿全篇討論，部件可以被描述為可以包括子單元的分離的單元，但是本 領域技術人員將認識到，在實施方案中，各個部件或其部分可以被分成分離的部件，或者可 以集成在一起。另外，附圖中部件之間的連接并非意圖限于直接連接。相反，這些部件之間的連接 可以通過一個或更多個中間部件。還有，可以使用額外的或者更少的連接。還應該注意，術 語“耦合的”應該被理解為包括直接連接以及通過一個或更多個中間部件間接連接。說明書中指稱“ 一個實施方案”、“實施方案”、“多個實施方案，，等意味著連通該實 施方案描述的特定特征、結構、特性或功能被包括在至少一個實施方案中，并且可以在多于 一個的實施方案中。說明書中各處的短語“在多個實施方案中”、“在實施方案中”等并非必 須指同一個或多個實施方案。應該注意，本文提供的實施例是以圖示說明而非限制性的方式提供的。盡管參照 基于引線框架的IC封裝描述了發(fā)明性概念，但是本發(fā)明的各方面可以應用于其他使用接 合線作為將半導體管芯連接到其載體的手段的IC封裝。本領域技術人員應該認識到，本發(fā) 明可應用于其他情況，無限制地包括其他封裝類型。A.總覽對具有更好的熱性能的封裝存在著不斷增加的需求。該增加的需求源于至少兩個原因。首先，管芯自身的功能性正在增加，這導致管芯消耗更多的功率并且散逸更多的熱。 因此，為了性能的目的而將封裝內管芯溫度維持為低于具體閾值變得重要。同樣，在集成電 路中，熱產生和熱散逸跨半導體管芯塊均勻(uniformly)分布是少見的。相反，存在局部熱 點，所述局部熱點產生比半導體上其他區(qū)域更多的熱。如果這些熱點的熱不被充分解決，則 集成電路可能具有降低的性能或者甚至故障。第二，存在對更小且更緊湊的集成電路的持續(xù)需求。隨著集成電路尺寸減小而功能性增加，這些芯片的功率密度和熱密度增加。同樣，隨著半導體管芯縮小，管芯盤的效率降低，因為在管芯和管芯盤之間有較少的表面相互作 用。這些熱問題放大了由于過量的熱而導致芯片性能降低和故障的可能性。本發(fā)明的方面便利封裝的集成電路的熱性能改進(thermal enhancement) 0通過 在半導體管芯及其管芯墊之間、在半導體管芯之間，或者即在半導體管芯及其管芯墊之間 又在半導體管芯之間包括至少一個熱散裝置，半導體封裝的熱能力與諸如圖1中所示的傳 統(tǒng)封裝相比可以被提高。熱散裝置從管芯帶走熱、將熱分布，并且可以對通過管芯墊去除熱 的傳統(tǒng)途徑起杠桿作用。采用熱散裝置還使熱點最少化，并且?guī)椭骷獙Ω叩墓β仕健?還有，隨著半導體管芯縮小，熱散裝置通過增加管芯和管芯盤之間的相互作用來幫助維持 或者甚至增加管芯盤的效率。因此，通過集成熱散裝置實現(xiàn)的散熱可以幫助芯片在較涼的 溫度下起作用，并且還幫助防止或者最少化局部熱點。在實施方案中，熱散裝置具有比載體材料高的熱導率(k)。熱導率(通常以瓦每米 開爾文度量，W/(m· K))是對材料導熱或傳熱能力的度量。在實施方案中，熱散裝置具有比 載體材料高并且比半導體管芯高的熱導率，所述半導體管芯可以為硅或一些其他一種或多 種半導體材料。本領域技術人員將認識到，熱散裝置不是熱導環(huán)氧樹脂的延伸。環(huán)氧樹脂的首要 角色是保持管芯就位，而其次要功能是使熱阻最小化——主要通過減小可能充當絕熱器的 氣穴(air pocket)。熱散裝置的首要目的在于將熱從半導體管芯導走，并且還幫助跨管芯 平均地分布這些熱。熱散裝置還從根本上不同于散熱器(heat sink)。熱散裝置被設計為具有高的熱 導率。熱散裝置被配置為帶走半導體管芯產生的熱，該熱有可能不是平均分布的，并且被配 置為快速地跨整個熱散裝置分散該熱。在實施方案中，熱散裝置帶走集成電路產生的熱，使 其更平均，并且對通過載體去除熱的傳統(tǒng)途徑起杠桿作用。該途徑使熱點最少化，并且?guī)椭?器件應對比如果沒有該熱散裝置時所能應對的功率水平高的功率水平。散熱器被配置為具 有高的熱容量。即，散熱器被配置為充當熱庫——在其溫度升高之前帶走或去除大量的熱。 相反，熱散裝置善于接受并分散熱——熱散裝置被配置為改變溫度并且快速地改變溫度。 熱散裝置不是使產生的熱散逸的首要手段，而是幫助平滑熱曲線并且?guī)椭鷮醾鲗У捷d體 的手段。本領域技術人員將認識到，大部分產生的熱是通過經由熱管芯盤傳導的熱去除的。 因此，熱散裝置可以充當散熱器的補充。還有，散熱器通常在系統(tǒng)級實現(xiàn)而非封裝級。本文給出的是改進的熱封裝結構，以及用于生成該非封裝結構的方法，包括在封 裝中應用一個或更多個熱散裝置。B.熱散裝置作為半導體管芯的部分圖2描繪集成電路210的封裝200的實施方案，所述封裝200包括根據本發(fā)明實 施方案的熱散裝置280，以改進封裝的熱性能。圖2中圖示的是半導體芯片200，該半導體 芯片200包括載體240上的半導體管芯210。在半導體管芯210和載體240之間是熱散裝 置280。接合線160提供從集成電路210有效(active)側至接合指120的電連接。本領 域技術人員將認識到，封裝可以包含多條接合線160和多個接合指120，但是僅描繪了少量 以簡化圖示。管芯210、載體240和接合指120 (或者至少接合指的部分)被裝入模制材料 150中。在圖2描繪的實施方案中，半導體管芯210和熱散裝置280可以使用粘合劑270附著到載體240。設置在管芯210和載體240之間的熱散裝置280幫助提高IC封裝200的熱性能，由此使得器件能夠工作在較涼的溫度。因為芯片可以工作在較低溫度，其可以比傳統(tǒng)封裝 的集成電路更高效地工作。在圖2描繪的實施方案中，熱散裝置280是半導體管芯210的部分。熱散裝置280 可以作為半導體管芯制造過程的部分而被形成。圖3根據本發(fā)明的實施方案描繪用于產生 如圖2中圖示半導體芯片的方法300。如圖3中所示，熱散裝置層生長或者以其他方式形成(305)在半導體的背側。熱 散裝置可以通過化學氣相沉積、鍍覆、濺射等添加為半導體的部分。熱散裝置可以作為晶片 制造和處理的部分被添加，或者可以作為制造后工藝被添加。在實施方案中，具有熱散裝置 的半導體管芯從晶片被切割或切片。粘合劑被置于(310)載體上、熱散裝置下側或者兩者。 具有集成熱散裝置的半導體管芯被置于(315)載體上。如果必要，用于使具有熱散裝置的 半導體管芯附著到載體的粘合劑可被適當?shù)靥幚硪怨袒?320)。本領域技術人員將認識到， 在該實施方案中熱散裝置的添加并未導致偏離管芯附著的正常拾取和放置封裝組裝工藝， 由此使得對這些半導體管芯的使用易于以現(xiàn)有的組裝裝備基礎架構來實現(xiàn)。C.熱散裝置作為載體的部分圖4描繪集成電路的封裝400的實施方案，所述封裝400包括根據本發(fā)明實施方 案的熱散裝置480，以改進封裝的熱性能。圖4中圖示的是半導體芯片400，該半導體芯片 400包括載體440上的半導體管芯410。在半導體管芯410和載體440之間是熱散裝置480。 接合線160提供從集成電路410至接合指120的電連接。本領域技術人員將認識到，封裝 通常包含多條接合線160和多個接合指120，但是僅描繪了少量以簡化圖示。管芯410、載 體440和接合指120 (或者至少接合指的部分)被裝入模制材料150中。在圖4描繪的實 施方案中，熱散裝置480可以作為載體440的部分形成，并且使用粘合劑270附著到半導體 管芯410。設置在管芯410和載體440之間的熱散裝置480幫助提高封裝400的熱性能，由 此使得器件能夠工作在較涼的溫度。在圖4描繪的實施方案中，熱散裝置480是載體440的部分。圖5根據本發(fā)明的 實施方案描繪用于產生如圖4中圖示半導體芯片的方法500。如圖5中所示，熱散裝置層生長或者以其他方式形成(505)在載體上表面。熱散 裝置可以通過鍍覆、化學氣相沉積、濺射等添加為載體的部分。在實施方案中，粘合劑被置 于(510)熱散裝置上表面、半導體管芯下側或者兩者。半導體管芯被置于(515)熱散裝置 和載體上。如果必要，用于使半導體管芯附著到具有熱散裝置的載體的粘合劑可被適當?shù)?處理以固化(520)。在實施方案中，熱散裝置可以由這樣的材料制成，所述材料允許其通過 將管芯附加到載體而且還充當粘合劑。D.熱散裝置作為分離的部件圖6描繪集成電路610的封裝600的實施方案，所述封裝600包括根據本發(fā)明實 施方案的熱散裝置680，以改進封裝的熱性能。圖6中圖示的是半導體芯片600，該半導體 芯片600包括載體640上的半導體管芯610。在半導體管芯610和載體640之間是熱散裝 置680。接合線160提供從集成電路610至接合指120的電連接。本領域技術人員將認識至|J，封裝通常包含多條接合線160和多個接合指120，但是僅描繪了少量以簡化圖示。管芯 610、載體640和接合指120 (或者至少接合指的部分)被裝入模制材料150中。在圖6描 繪的實施方案中，熱散裝置680是與半導體管芯610和載體640兩者分離的部件。在實施 方案中，熱散裝置可以居于半導體管芯610和載體640之間，并且被一份或多份粘合劑270A 和270B保持就位。在實施方案中，在交界面使用的粘合劑可以是相同或不同的。 設置在管芯610和載體640之間的熱散裝置680幫助提高IC封裝的熱性能，由此 使得器件能夠工作在較涼的溫度。在圖6描繪的實施方案中，熱散裝置680是分離的部件。圖7根據本發(fā)明的實施 方案描繪用于產生如圖6中圖示半導體芯片的方法700。如圖7中所示，在實施方案中，粘合劑被置于(705)載體上表面、熱散裝置下側或 者兩者。如果必要，用于使熱散裝置附著到載體的粘合劑可以被固化(715)。在實施方案 中，粘合劑被置于(720)熱散裝置的上表面、半導體管芯的下側或者兩者。半導體管芯被置 于(725)熱散裝置和載體上。如果必要，用于使半導體管芯附著到載體上熱散裝置的粘合 劑可以被固化(730)。本領域技術人員應當認識到，該實施方案中熱散裝置的添加遵循標準的拾取和放 置組裝工藝；然而，該工藝只是簡單地重復一次。該工藝首次執(zhí)行時，熱散裝置要被置于載 體上，并且該工藝第二次執(zhí)行時，半導體管芯被置于載體和熱散裝置上。因此，可以容易地 實現(xiàn)這樣的目的，即將熱散裝置實現(xiàn)于現(xiàn)有的封裝工藝。本領域技術人員應當認識到，本方法可以以不同的次序執(zhí)行。例如，熱散裝置可以 首先附著到半導體管芯，并且組合的管芯和熱散裝置可以被置于載體上。E.配置的實施方案本領域技術人員應當認識到，存在數(shù)種可以使用至少一個熱散裝置的置換方案， 并且這些置換方案落入本發(fā)明的范圍內。另外，應該注意到，熱散裝置的應用可以被用于各 種封裝，以實施例而非限制性的方式例如，基于引線框架的封裝和基于基底的封裝(例如， 壓層、陶瓷和其他材料)。通過圖示說明性而非限制性的方式，本文給出的是使用至少一個熱散裝置的配置 的一些實施方案。本領域技術人員應當認識到，熱散裝置可以以各種方式和配置實現(xiàn)。還 應當注意，熱散裝置可以為半導體的部分、載體的部分、分離部件或其組合。1.堆疊的實施方案圖8描繪集成電路的封裝的實施方案，所述封裝包括至少一個根據本發(fā)明實施方 案的熱散裝置。圖8中圖示的是半導體封裝800，該半導體封裝800具有載體840上一組堆 疊的半導體管芯810A和810B。接合線160A和160B提供從集成電路810A和810B (分別) 至接合指120A和120B (分別)的電連接。本領域技術人員將認識到，封裝通常包含多條接 合線和多個接合指，但是僅描繪了少量以簡化圖示。管芯810A和810B、載體840和接合指 120 (或者至少接合指的部分)被裝入模制材料150中。熱散裝置880B設置在下管芯810B和載體840之間。該熱散裝置幫助使熱便于轉 移到載體840。在所描繪的實施方案中，熱散裝置880A位于上半導體管芯810A和下半導體 管芯810B之間。熱散裝置880A幫助平均分布熱，這有助于使堆疊的管芯之間熱點的作用 最小化。在可替換的實施方案中，熱散裝置可以不位于上半導體管芯810A和下半導體管芯810B之間。在實施方案中，熱散裝置880A可以為分離的部件，其與半導體管芯810A結合(incorporated)，或者與半導體管芯810B結合。在實施方案中，居于半導體管芯810B和載 體840之間的熱散裝置可以是與半導體管芯810B結合或者與載體840結合的分離部件。在 交界面之間可以使用粘合劑。應該注意，粘合劑可以是導電的或者可以是絕緣的。在實施 方案中，在不同交界面使用的粘合劑可以是相同或不同的。還應該注意，熱散裝置880A和 880B的材料組成可以是等同或不同的。2.并排的實施方案圖9描繪集成電路的封裝的實施方案，所述封裝包括至少一個根據本發(fā)明實施方 案的熱散裝置。如圖9中所示，半導體封裝900包括載體940上并排的一組半導體管芯910A 和910B。接合線160A和160B提供從集成電路910A和910B (分別)至接合指120的電連 接。本領域技術人員將認識到，封裝通常包含多條接合線和多個接合指，但是僅描繪了少量 以簡化圖示。管芯910A和910B、載體940和接合指120 (或者至少接合指的部分)被裝入 模制材料150中。在圖9所示的實施方案中，單個熱散裝置980設置在管芯910A和910B底部與載 體940之間。該熱散裝置幫助分散來自于管芯910A和910B的熱并且?guī)椭鷮徂D移到載體 940。在所描繪的實施方案中，熱散裝置980可以為分離的部件，或者可以與載體940結合。 在交界面之間可以使用粘合劑。應該注意，粘合劑可以是導電的或者可以是絕緣的。在實 施方案中，在不同交界面使用的粘合劑可以是相同或不同的。圖10描繪并排的集成電路封裝的可替換實施方案，其包括至少一個根據本發(fā)明 實施方案的熱散裝置。類似于圖9所示的并排配置，圖10中描繪的實施方案圖示了半導體 封裝1000，該半導體封裝1000具有在載體1040上并排的一組半導體管芯1010A和1010B， 它們通過接合線160A和160B (分別)線接合到接合指120。本領域技術人員將認識到，封 裝通常包含多條接合線和多個接合指，但是僅描繪了少量以簡化圖示。然而，應當注意，分 離的熱散裝置1080A和1080B設置在每一半導體管芯1010A和1010B之間(分別)。在再 一可替換實施方案中，僅僅管芯1010A和1010B之一在其與載體1040之間具有熱散裝置。在實施方案中，熱散裝置1080A和1080B可以為分離的部件，可以并入管芯1010A 或1010B中，可以與載體1040結合，或其組合。在交界面之間可以使用粘合劑。應該注意， 粘合劑可以是導電的或者可以是絕緣的。在實施方案中，在不同交界面使用的粘合劑可以 是相同或不同的。通過實施例而非限制性的方式，用于最左邊的管芯1010A的粘合劑是絕 緣的，但是用于最右邊的管芯1010B的粘合劑可以是導電的。還應該注意，熱散裝置1080A 和1080B的材料組成可以是相同或不同的。3.混合實施方案圖11描繪集成電路的封裝的再另一個實施方案，所述封裝包括至少一個根據本 發(fā)明實施方案的熱散裝置。圖11描繪包括堆疊和并排管芯配置兩者的混合配置。半導體 封裝1100包括載體1140上一組堆疊的半導體管芯11IOA和1110B，所述半導體管芯1110A 和1110B與半導體管芯1110C并排。接合線160A-160C提供從集成電路1110A-1110C (分 別)至接合指120A-120C(分別)的電連接。本領域技術人員將認識到，封裝通常包含多 條接合線和多個接合指，但是僅描繪了少量以簡化圖示。管芯1110A、1110B和1110C、載體1140以及接合指120 (或者至少接合指的部分)被裝入模制材料150中。在圖11所示的實施方案中，熱散裝置1180A設置在堆疊的管芯11IOA和11IOB與 載體1140之間。并且，熱散裝置1180C設置在載體1140和管芯1110C之間，該管芯1110C 與堆疊的管芯1110A和1110B并排。在實施方案中，熱散裝置可以為分離的部件，可以與載 體結合，或者可以與半導體管芯結合，或者其組合。在交界面之間可以使用粘合劑。應該注 意，粘合劑可以是導電的或者可以是絕緣的。在實施方案中，在不同交界面使用的粘合劑可 以是相同或不同的。還應該注意，熱散裝置1180A和1180C的材料組成可以是等同或不同 的。 在實施方案中，封裝可以包含一個或更多個基底或載體，半導體管芯可以置于所 述基底或載體上。應該注意，給定具有不同載體的封裝，該封裝可以包含與不同載體關聯(lián)的 熱散裝置、置于載體上的不同半導體管芯，或者這兩者。F.熱散裝置材料本領域技術人員應當認識到，熱散裝置可以由一種或更多種材料構成，并且可以 由多種不同材料制成。在實施方案中，熱散裝置可以由任何一種或多種這樣的材料制成，所 述材料產生具有通常比半導體管芯安裝所在的基底高的熱導率的熱散裝置。本領域技術人 員應當認識到，熱散裝置的熱導率將取決于具體要求。在設計封裝并且評估封裝的最高管 芯溫度時，設計者可以考慮管芯特性、封裝特性(包括管芯盤)、熱散裝置特性、在器件中散 逸的功率、期望的工作條件和系統(tǒng)配置。在實施方案中，熱散裝置可以由化學氣相沉積(“CVD”)的金剛石制成。CVD金剛 石具有大致為1800W/(m · K)的熱導率。除CVD金剛石之外，可以使用CVD金剛石復合物， 包括但不限于CVD與金屬和/或陶瓷的復合物。例如，CVD金剛石-銅復合物具有大致為 800-1200ff/(m.K)的熱導率范圍。具有高熱導率的材料，例如金和銀，也可以被用作散熱裝置。除了很多可以被使用的現(xiàn)有材料外，可以針對熱散裝置應用使用具有使得熱導率 的新興材料。例如，石墨泡沫和碳纖維是可以被用作熱散裝置的新興材料的兩個例子。隨 著這些材料和其他材料持續(xù)地被開發(fā)出來，更多具有使得熱導率值的材料可以被用作熱散 裝置。還應該注意，在熱散裝置材料可以充當粘合劑的情況下，將不需要一個或更多個單獨 的粘合劑層。G.使用熱散裝置的優(yōu)點如本文所討論的本發(fā)明提供用于通過在集成(“IC”)封裝內集成熱散裝置來提 高基于引線框架的集成電路封裝及類似封裝的熱性能的系統(tǒng)和方法。通過將熱散裝置引入 IC封裝中，封裝可以應對更高的功率水平，同時維持封裝的恒定溫度，或者可以降低工作在 恒定功率操作下的封裝所應對的溫度。與來自競爭者的等同封裝相比，應對更高功率的熱 性上較涼的封裝為在其封裝中使用熱散裝置的芯片制造者提供競爭優(yōu)勢。在實施方案中，為了維持相同厚度，管芯厚度可以被減小以補償增加的熱散裝置。 在實施方案中，管芯厚度可以通過對器件晶片進行背磨來減小，從而總體封裝厚度相對于 常規(guī)封裝維持不變。應該注意，減小集成電路的厚度還可以改善熱去除和熱分散過程，因為 大多數(shù)的熱是在管芯上表面產生的。通過減小半導體管芯的厚度，存在更少的硅/半導體 材料供熱通過。
在實施方案中，因為熱性改進的封裝能夠應對更高的功率密度，所以管芯可以縮 小而仍舊工作在熱限值內。當將熱散裝置集成到封裝所需的成本增量小于通過器件中使用 的半導體尺寸減小實現(xiàn)的成本降低而節(jié)省的成本時，半導體芯片制造商可以實現(xiàn)到成本的 節(jié)省。在實施方案中，封裝的規(guī)格(specification)可以保持不變(例如封裝形式、配合和 功能)，由此讓芯片封裝消費者無需對其應用板或制造工藝進行任何大的改動。因為通過引入一個或更多個熱散裝置創(chuàng)造的改進的熱性能允許管芯尺寸減小，所 以可以生產具有更小占用面積但是具有相同或改進性能的半導體封裝。通過以先進的硅 (或其他半導體)技術對管芯尺寸減小起杠桿作用以及以熱散裝置的使用對封裝熱性改進 起杠桿作用，半導體封裝可以被制造為具有相同或提高的性能，但是具有更小的形狀因子。 隨著產品向更小的形狀因子改變，相比于競爭者來說能夠生產具有更小尺寸的芯片可以是 顯著的競爭優(yōu)勢。
盡管本發(fā)明易有各種改變和可替換形式，但是已經在附圖中示出并且在本文中詳 細描述了本發(fā)明的具體實施例。然而，應該理解，本發(fā)明不限于所公開的特性形式。相反， 本發(fā)明打算覆蓋所有落入所附權利要求書范圍內的修改、等同方案和替代方案。
權利要求
一種半導體封裝，包括半導體管芯；支撐所述半導體管芯的載體；以及在所述半導體管芯和所述載體之間的熱散裝置，所述熱散裝置具有比所述載體的熱導率高的熱導率。
2.如權利要求1所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置與所述半導體管芯集成。
3.如權利要求1所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置與所述載體集成。
4.如權利要求1所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置是居于所述半導體管芯和所述 載體之間的分離部件。
5.如權利要求1所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置還充當粘合劑。
6.如權利要求1所述的半導體封裝，其中所述半導體管芯是第一半導體管芯，并且所 述半導體封裝還包括第二半導體管芯。
7.如權利要求6所述的半導體封裝，其中所述第二半導體管芯在所述第一半導體管芯 之上呈堆疊配置，并且所述熱散裝置設置在所述第一半導體管芯和所述載體之間。
8.如權利要求7所述的半導體封裝，還包括設置在所述第一和所述第二半導體管芯之 間的第二熱散裝置。
9.如權利要求6所述的半導體封裝，其中所述第二半導體管芯在所述第一半導體管芯 旁邊呈并排配置。
10.如權利要求9所述的半導體封裝，還包括設置在所述第二半導體管芯和所述載體 之間的第二熱散裝置。
11.一種用于在熱性上改進半導體封裝的方法，所述方法包括以下步驟將集成電路置于基于接合線的封裝中，所述基于接合線的封裝包括用于所述集成電路 的管芯盤；以及將熱散裝置包括在所述集成電路和用于所述集成電路的所述管芯盤之間，其中所述熱 散裝置具有比所述管芯盤的熱導率高的熱導率。
12.如權利要求11所述的方法，其中將熱散裝置包括在所述集成電路和所述管芯盤之 間的操作包括以下步驟將所述熱散裝置與所述集成電路集成。
13.如權利要求12所述的方法，其中將所述熱散裝置與所述集成電路集成的操作包括 以下步驟的至少之一使用粘合劑將所述熱散裝置附加到所述集成電路；以及在將所述集成電路置于所述封裝中之前，將所述熱散裝置形成為所述集成電路的部分。
14.如權利要求11所述的方法，其中將熱散裝置包括在所述集成電路和所述管芯盤之 間的操作包括以下步驟將所述熱散裝置與所述管芯盤集成。
15.如權利要求14所述的方法，其中將所述熱散裝置與所述管芯盤集成的操作包括以 下步驟的至少之一使用粘合劑將所述熱散裝置附加到所述管芯盤；以及在將所述集成電路置于所述封裝中之前，將所述熱散裝置形成為所述管芯盤的部分。
16.一種半導體封裝，包括基于接合線的集成電路，所述集成電路具有有效側；管芯盤；以及熱散裝置，所述熱散裝置與所述基于接合線的集成電路的所述有效側相對并且在所述 基于接合線的集成電路和所述管芯盤之間，所述熱散裝置具有比所述管芯盤的熱導率高的 熱導率。
17.如權利要求16所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置與由所述基于接合線的集成 電路和所述管芯盤組成的組中至少一種集成。
18.如權利要求17所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置通過形成為所述管芯盤的部 分而與所述管芯盤集成。
19.如權利要求17所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置通過形成為所述基于接合線 的集成電路的部分而與所述基于接合線的集成電路集成。
20.如權利要求17所述的半導體封裝，其中所述熱散裝置使用粘合劑與由所述基于接 合線的集成電路和所述管芯盤組成的組中至少一種集成。
全文摘要
所公開的是用于提高集成電路封裝的熱性能的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的各方面包括通過在封裝中應用一個或更多個熱散裝置的改善的熱封裝結構及其生產方法。在實施方案中，熱散裝置并入到半導體芯片封裝中半導體管芯及其管芯盤之間。與沒有熱散裝置的封裝相比，通過在IC封裝中包括熱散裝置，封裝可以應對更高的功率水平，同時維持大致相同的封裝溫度，或者可以降低當工作在相同功率水平時的封裝溫度。
文檔編號H01L23/367GK101814466SQ20101000065
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權日2009年2月2日
發(fā)明者S·D·凱特, T·A·雷爾卡 申請人:美信集成產品公司