專利名稱：組裝具有散熱器的半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體封裝，并且更具體而言，涉及一種組裝包括散熱器的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，集成電路形成在半導(dǎo)體管芯上。這種電路形成有多個材料層，例如互連微小晶體管的導(dǎo)體和絕緣體。管芯能夠包括幾十萬甚至數(shù)百萬晶體管。因而，在操作中，特別是如果電路在高電壓下工作，電路會產(chǎn)生大量的熱。一種消散這種熱的方式是使用散熱器。最簡單形式的散熱器是將熱從管芯傳導(dǎo)出使得電路不過熱的金屬板。為了保護(hù)半導(dǎo)體管芯，管芯被附著且電連接到襯底上，然后采用塑料材料來包封襯底和管芯。借助于襯底來提供與管芯的互連。一種流行的外部連接是球柵陣列(BGA)， 其是一種附著到襯底底部的導(dǎo)體球的陣列。襯底中的絲線或金屬線(提供在多個層中)允許導(dǎo)體球和管芯上的焊盤之間的電連接。一種組裝BGA型器件的方法是同時(shí)組裝器件的陣列，這被稱為MAP (制模陣列封裝)BGA。然而，各種的工藝局限性使得難以組裝包括散熱器的MAP BGA封裝。例如，各散熱器的高度變化將在散熱器的頂部上導(dǎo)致不均勻的合模(mold clamping)和模制化合物溢出，以及通過使用側(cè)澆口制模(side gate molding)所引起的模制流動控制的困難，其中， 在側(cè)澆口制模中模制化合物必須流經(jīng)緊密的空間，這能夠引起空隙和絲線沖彎問題(在制模期間由模制化合物的流動所引起的移動或鍵合絲線)。因而，具有散熱器的封裝已被限于其中在管芯被附著且電連接到襯底之后將各個散熱器直接附著到管芯的制模塑料陣列載體(OMPAC)型封裝。然而，OMPAC封裝所面對的問題是當(dāng)在制模之前將散熱器直接附著到管芯時(shí)，當(dāng)模制模子(mold chase)關(guān)閉時(shí)，會在管芯上施加夾緊力，導(dǎo)致管芯破裂。因而， 有利的是能夠有效率地組裝包括散熱器的MAP器件，其中充分減小或消除了管芯破裂的風(fēng)險(xiǎn)。


本發(fā)明通過示例的方式來描述且不被附圖所限制，其中相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖中的元件以簡單且清楚地方式來描述且不必按比例來繪制。例如，為了清楚，可以夸大層和區(qū)域的厚度。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的封裝的半導(dǎo)體器件的橫截面圖；圖2A是示出將散熱器附著到膜的步驟的透視圖，以及圖2B是圖2A的附著到膜的散熱器的放大圖；圖3示出將模制化合物設(shè)置到圖2A的附著至膜的散熱器的上方的步驟；圖4示出在第一模制模子部分設(shè)置圖3的膜、散熱器和模制化合物的步驟；圖5、6、7示出對半導(dǎo)體管芯的陣列以及相應(yīng)的散熱器進(jìn)行制模的步驟；圖8示出從圖7的制模器件的陣列中去除圖2A的膜的步驟；以及
圖9示出將制模器件的陣列分離成各個封裝器件的步驟。
具體實(shí)施例方式在此公開了本發(fā)明的詳細(xì)示例性實(shí)施例。然而，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅表示描述本發(fā)明的示例實(shí)施例的目的。本發(fā)明可以以許多替選形式來實(shí)現(xiàn)且不應(yīng)該解釋為僅限于在此闡述的實(shí)施例。此外，在此使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定實(shí)施例且不意圖限于本發(fā)明的實(shí)施例。如在此使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”以及“該”意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文以其他方式清楚地指出。將進(jìn)一步理解的是，術(shù)語“包括”、“含有”和/或 “包含”，指定存在所述的特征、步驟或組件，但是并不排除一個或更多其他特征、步驟或組件的存在或增加。也應(yīng)當(dāng)注意的是在一些替選實(shí)現(xiàn)中，所描述的功能/動作可以以不同于圖中所描述的順序出現(xiàn)。例如，根據(jù)所涉及的功能性/動作，連續(xù)示出的兩個圖事實(shí)上可以同時(shí)執(zhí)行或有時(shí)可以以相反的順序執(zhí)行。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于封裝半導(dǎo)體管芯或組裝包括散熱器的半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括將散熱器附著到膜且將顆粒狀形式的模制化合物分發(fā)到膜上使得模制化合物至少部分地覆蓋膜和散熱器。具有附著的散熱器的膜被放置在第一模制部分中。具有被附著且被電耦合至其的半導(dǎo)體管芯的襯底被放置在第二模制部分中，然后將第一和第二模制部分配對使得管芯被散熱器覆蓋。然后顆粒狀模制化合物被熔融使得模制化合物覆蓋管芯和散熱器的側(cè)面。然后分離第一和第二模制部分。去除被粘附到襯底的膜以暴露散熱器的頂表面，并因而形成半導(dǎo)體器件。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明是根據(jù)上述方法形成的封裝半導(dǎo)體器件?，F(xiàn)在參考圖1，示出封裝的半導(dǎo)體器件10的放大橫截面圖。器件10包括被附著并電連接到多層絲線襯底14的半導(dǎo)體管芯12。管芯12和襯底14是半導(dǎo)體器件的公知的組件，并因而它的詳細(xì)描述對于本發(fā)明的完全理解不是必需的。一種將管芯12附著和電連接至襯底14的方式是采用焊球(未示出)附著至管芯12的下側(cè)。焊球?qū)⒐苄?2的導(dǎo)電端子與在襯底14中形成的布線圖案互連。如環(huán)氧樹脂的底部填充材料16被設(shè)置在管芯12 和襯底14之間的間隙中。將管芯12電連接至襯底14的另一種方式是采用絲線16。絲線 16被鍵合至管芯12的有源表面上的焊盤且鍵合至襯底上的相應(yīng)接觸焊盤，如圖1所示，采用公知的絲線鍵合工藝和公知的絲線鍵合設(shè)備。器件10包括在實(shí)施例中示出的具有通常U形橫截面的散熱器18。散熱器18可以由具有優(yōu)良熱傳導(dǎo)性能的任何材料來形成。在本領(lǐng)域中公知的且在本領(lǐng)域中使用的一種這樣的材料是銅。散熱器在本領(lǐng)域中是公知的。散熱器18位于管芯12的上方，使得管芯12 位于散熱器18的內(nèi)部。散熱器18被以規(guī)定尺寸制作且被成形以覆蓋管芯12和絲線16，但是不接觸管芯12或絲線16。此外，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，散熱器18也不接觸襯底14。 而是，在散熱器18和襯底14之間具有間隙19。模制化合物20覆蓋管芯12的頂表面和側(cè)表面、襯底14的頂表面以及絲線16，且位于散熱器18和襯底14之間的間隙19內(nèi)。模制化合物20可以由本領(lǐng)域公知的塑料材料來形成。連接球22被附著至襯底14的下側(cè)且借助于襯底14和絲線16來提供與管芯12 的外部電連接。例如，連接球22可以是C4(受控崩潰芯片連接器)焊球。雖然半導(dǎo)體器件10的各個元件包括公知的元件，但是尤其對于MAP工藝來說，這些元件還不易組裝。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種采用MAP工藝形成半導(dǎo)體器件10的新型方法，這將參照圖2-9來進(jìn)行描述。執(zhí)行具有腔朝下構(gòu)思的制模操作，這使得能夠?qū)⒏鱾€散熱器嵌入在器件10中，且因而避免對管芯附著工藝要求預(yù)模制散熱器。不流動(free flow) 制模工藝適應(yīng)緊密空間且允許使用高熱模制化合物，而沒有絲線沖彎或其他模制化合物流動相關(guān)問題的重要風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)在參考圖2A，示出將散熱器18放置到模制釋放膜M上的步驟的圖示?？梢允褂萌》艡C(jī)沈來將散熱器18放置在膜M上。膜M優(yōu)選地是耐熱的。在一個實(shí)施例中，膜 M在它的兩個相反主表面的至少一個上具有粘合劑，允許將散熱器18附著到主表面之一。 相反表面可以包括或可以不包括允許膜M粘附到模制腔的粘合劑，如以下詳細(xì)討論的。將散熱器18附著到膜M的另一種方式是采用雙面粘合膠帶觀，如圖2B所示?？梢允褂闷渌椒▽⑸崞?8附著到膜M，然而，重要的是將散熱器18附著到膜M的方式可能是無效的，即散熱器18可能與膜M脫離，如參照圖8所詳細(xì)討論的。散熱器18包括諸如銅的具有良好熱傳導(dǎo)性能的材料。在示出的實(shí)施例中，散熱器 18具有通常U形橫截面。然而，本發(fā)明可以適用其他形狀的散熱器，例如T形散熱器。如果例如使用T形散熱器，則“T”的基部附著到管芯的表面且暴露“T”的頂部。圖3是示出以顆粒狀形式設(shè)置在散熱器18上方以及散熱器18之間、以及釋放膜 24上的模制化合物20的側(cè)橫截面圖。模制化合物20應(yīng)該至少部分地覆蓋散熱器18和膜 M?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域公知的傳統(tǒng)分發(fā)機(jī)器的噴嘴將模制化合物20分布到散熱器18上方以及散熱器18之間。模制化合物20可以是傳統(tǒng)上用于壓縮制模的顆粒狀形式的環(huán)氧樹脂化合物。在壓縮制模中使用的諸如顆粒狀環(huán)氧樹脂的顆粒狀模制化合物20比也在傳統(tǒng)IC管芯封裝工藝中使用的液體化合物更便宜且更易存儲。雖然在本發(fā)明的一個實(shí)施例中優(yōu)選為顆粒狀模制化合物，但是在可替選的實(shí)施例中，模制化合物20可以是適于壓縮制模的其他形式，例如小球、粉末、凝膠、液體等等。此外，可以使用其他制模方法，例如注射制模。如果使用注射制模，則模制模子可以是中心澆口型或側(cè)澆口型。圖4示出在放置到模制模子的第一部分30中之后具有附著的散熱器18和顆粒狀模制化合物20的膜M。注意，在將具有附著的散熱器18的膜M放置在模制模子的第一部分30中之后，顆粒狀模制化合物可以設(shè)置在散熱器18和膜M上方。本發(fā)明的一個實(shí)施例中，第一模制部分30包括用于允許產(chǎn)生真空壓力以使得膜M緊靠模制模子的第一部分 30的孔或通道32。在其他實(shí)施例中，膜M可以包括粘合劑，使得膜M可以粘附到第一模制模子部分30。在本發(fā)明的替選實(shí)施例中，模制模子是中心澆口制模類型，這允許將模制化合物從模制模子的頂部注射到模制腔中。在又一可替選的實(shí)施例中，模制模子允許從側(cè)部入口或通路注射模制化合物。對于中心澆口模制模子和側(cè)部澆口模制模子，與使用顆粒狀模制化合物20相反地執(zhí)行注射制模。圖5示出附著有多層布線襯底14的底表面的第二模制模子部分34。多個半導(dǎo)體管芯12被附著到且電連接到襯底14的頂表面。在示出的示例中，管芯12通過公知的絲線鍵合工藝、采用絲線16被電連接到襯底14。在本發(fā)明的替選實(shí)施例中，管芯12可以采用導(dǎo)電凸塊被電連接到襯底14，這也是本領(lǐng)域中公知的。襯底14可以采用粘合劑、雙面膠帶、 真空壓力或這些方法的組合被附著到第二模制模子部分34。在示出的實(shí)施例中，第二模制模子34是被降低到第一或底部模制模子部分30的模制模子的頂部部分。第一模制模子部分30和散熱器18被以規(guī)定尺寸制作并且被定位使得當(dāng)模制模子關(guān)閉時(shí)，即當(dāng)?shù)诙Ｖ颇Ｗ硬糠?4降低到第一模制模子部分30上時(shí)，管芯12被接收到散熱器18中使得襯底14接觸或者接近于接觸散熱器18的底部，但是沒有遠(yuǎn)到使得絲線16接觸散熱器18。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在關(guān)閉模制模子或管芯12被接收在散熱器18內(nèi)之前，至少部分地熔融模制化合物20。圖6是處于關(guān)閉位置的模制模子以及制模工藝的橫截面?zhèn)纫晥D，其中制模工藝被執(zhí)行由此通過加熱來熔融或溶化模制化合物20使得其覆蓋管芯12和散熱器18的側(cè)面。制模工藝也可以包括當(dāng)膜M和襯底14仍然在第一和第二模制部分30和34內(nèi)時(shí)固化模制化合物。在完成制模工藝之后，例如后模制固化之后，分離第一和第二模制部分30和34，以及從模制模子整體地去除現(xiàn)在處于制模陣列形式的器件，如圖7所示。在該工藝中的這點(diǎn)上，膜M仍然附著到散熱器18，且因此在下一步驟中，膜M被去除以暴露散熱器18的頂表面，如圖8所示。圖9示出通過劃片切割(singulation)工藝而彼此分離的多個器件10。劃片切割工藝是公知的且可以包括使用諸如圖9中所示的鋸 40的鋸或激光來切割?？梢酝ㄟ^研磨或其他方法來去除多余的模制化合物。優(yōu)選地在劃片切割之后附著導(dǎo)電球22(圖1)，這也是本領(lǐng)域中公知的。如上所述，本發(fā)明允許具有散熱器的半導(dǎo)體器件的組裝，這種組裝不要求在制模之前使散熱器直接附著到絲線鍵合襯底上。散熱器也可以附著到具有雙面粘合劑膠帶的釋放膜，當(dāng)將模制化合物分發(fā)到散熱器上方時(shí)以及在制模期間，具有雙面粘合劑膠帶的釋放膜將散熱器保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ趶哪Ｖ颇Ｗ尤コ骷年嚵兄髞韴?zhí)行容易的剝帶。可以使用不流動(flow-free)制模技術(shù)，其適應(yīng)用于模制化合物填充的緊密空間，而不涉及絲線沖彎的問題。因而，本發(fā)明提供了一種組裝具有浮置散熱器的熱增強(qiáng)MAPBGA封裝的方法。填充襯底14和散熱器18之間的間隙19的模制化合物20抑制襯底分層?？梢岳貌涣鲃又颇＜夹g(shù)來使用高熱模制化合物。雖然在此參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而可以在不偏離由所附權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明的范圍的情況下作出各種修改和改變。因而，說明書和附圖應(yīng)當(dāng)被看作是說明性的而非限制意義，且所有這種修改意圖被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在此關(guān)于具體實(shí)施例描述的益處、優(yōu)點(diǎn)或問題的解決方案不意圖被理解為是任何或全部權(quán)利要求的重要的、必需的或基本的特征或要素。
權(quán)利要求
1.一種組裝包括散熱器的半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 將所述散熱器附著到膜；將模制化合物分發(fā)到所述膜上，使得所述模制化合物至少部分地覆蓋所述膜和所述散熱器；將具有附著的散熱器的所述膜放置到第一模制部分中；提供其上附著且電耦合有半導(dǎo)體管芯的襯底；將具有附著的管芯的所述襯底附著到第二模制部分；配對所述第一和第二模制部分使得所述管芯由所述散熱器覆蓋；熔融所述模制化合物至少直到所述模制化合物覆蓋所述管芯和所述散熱器的側(cè)面；分離所述第一和第二模制部分，其中所述膜粘附到所述襯底；以及去除所述膜以暴露所述散熱器的頂表面，由此形成所述半導(dǎo)體器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述膜是耐熱的并且在它的相反主表面上具有粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述散熱器具有通常U形的橫截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述散熱器與所述襯底分隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述模制化合物最初為顆粒狀形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過對所述第一和第二模制部分施加熱來熔融顆粒狀模制化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，其中，在熔融之后，當(dāng)所述膜和襯底仍然在所述第一和第二模制部分內(nèi)時(shí)，固化所述模制化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 劃片切割所述膜以彼此分離鄰近的器件。
9.一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法來組裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種組裝具有散熱器的半導(dǎo)體器件的方法。用于封裝半導(dǎo)體管芯或組裝包括散熱器的半導(dǎo)體器件的方法首先將散熱器附著到膜，以及將顆粒狀形式的模制化合物分發(fā)到膜上，使得模制化合物至少部分地覆蓋膜和散熱器。將具有附著的散熱器的膜放置在第一模制部分中。具有在其上附著且電耦合有半導(dǎo)體管芯的襯底被放置到第二模制部分中，然后配對第一和第二模制部分使得通過散熱器覆蓋管芯。然后熔融顆粒狀模制化合物，使得模制化合物覆蓋管芯和散熱器的側(cè)面。然后分離第一和第二模制部分。粘附到襯底的膜被去除，以暴露散熱器的頂表面，并由此形成半導(dǎo)體器件。
文檔編號H01L21/48GK102280390SQ20111015441
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者丁行強(qiáng), 魯扎伊尼·易卜拉欣 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司