專利名稱：具有散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種半導(dǎo)體封裝及其制造方法，特別關(guān)于一種具有散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖IA顯示已知半導(dǎo)體封裝的剖視圖。該半導(dǎo)體封裝60為了提升散熱效能，會在一晶粒61上設(shè)置一散熱件62，而該晶粒61與該散熱件62之間亦會設(shè)置一導(dǎo)熱膠63，以利該晶粒61的熱傳導(dǎo)至該散熱件62，惟，該導(dǎo)熱膠63受限于自身材料特性，其導(dǎo)熱效果仍然有限。另外，已知半導(dǎo)體封裝60的該散熱片62主要是通過一散熱膠64黏合于一散熱環(huán) 65，經(jīng)由控制該散熱膠64壓合后的寬度可將翹曲程度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，惟，已知點(diǎn)膠方法通常只能控制該散熱膠64壓合后的覆蓋面積，無法有效控制該散熱膠64壓合后的寬度， 其接合效果控制不易。如上所述，為符合高散熱需求的半導(dǎo)體封裝，近年來開始使用金屬導(dǎo)熱材料，例如銦片，因其具有絕佳的導(dǎo)熱性及延展性，可大幅提升導(dǎo)熱效果。銦片在使用上必須與具有鍍金層的介質(zhì)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(jié)，達(dá)到有效接合效果。圖IB顯示一銦片使用于已知半導(dǎo)體封裝60的高溫狀態(tài)示意圖。一銦片I在高溫接合過程中，會因熔融態(tài)而具有流動性，而該銦片I的流動意味著其無法有效黏合于該散熱片62，導(dǎo)熱效果將大幅降低，此外，四處流動的銦片I亦可能造成半導(dǎo)體封裝60的內(nèi)部電性短路。另外，上述半導(dǎo)體封裝的翹曲程度亦會嚴(yán)重影響銦片與鍍金層的接合效果，因此， 使用銦片的半導(dǎo)體封裝必須將翹曲程度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。有鑒于此，有必要提供一創(chuàng)新且具進(jìn)步性的半導(dǎo)體封裝及其制造方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明于一半導(dǎo)體封裝的散熱件上形成一攔壩，圍繞一金屬導(dǎo)熱件，確保該金屬導(dǎo)熱件在經(jīng)過高溫后工藝時(shí)，能被限位在該攔壩內(nèi)，進(jìn)而防止該金屬導(dǎo)熱件的流動，避免半導(dǎo)體封裝內(nèi)部的電性短路。本發(fā)明在于提供一種半導(dǎo)體封裝，包括一第一基板、一第一晶粒、一金屬導(dǎo)熱件以及一散熱件，該第一基板具有一上表面，該第一晶粒設(shè)置于該第一基板的上表面，該第一晶粒具有一頂面及一第一接合層，該第一接合層設(shè)置于該頂面，該金屬導(dǎo)熱件設(shè)置于該第一晶粒的第一接合層上，該散熱件設(shè)置于該金屬導(dǎo)熱件上，該散熱件具有一內(nèi)表面、一第二接合層及一攔壩，該第二接合層及該攔壩設(shè)置于該內(nèi)表面，該第二接合層抵接該金屬導(dǎo)熱件， 該攔壩圍繞該金屬導(dǎo)熱件，且該攔壩可限位該金屬導(dǎo)熱件。
本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體封裝的制造方法，該方法包括(a)提供一第一基板及一第一晶粒，該第一基板具有一上表面，該第一晶粒設(shè)置于該第一基板的上表面，該第一晶粒具有一頂面及一第一接合層，該第一接合層形成于該頂面；(b)設(shè)置一金屬導(dǎo)熱件于該第一晶粒的第一接合層上；以及(c)設(shè)置一散熱件于該金屬導(dǎo)熱件上，該散熱件具有一內(nèi)表面、一第二接合層及一攔壩，該第二接合層及該攔壩形成于該內(nèi)表面，該第二接合層抵接該金屬導(dǎo)熱件，該攔壩圍繞該金屬導(dǎo)熱件，且該攔壩可限位該金屬導(dǎo)熱件。為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖IA顯示已知半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IB顯示銦片使用于已知半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的狀態(tài)示意圖；圖2顯示本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A顯示本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的局部放大圖；圖2B顯示本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的另一局部放大圖；圖3顯示本發(fā)明第一接合層的多種實(shí)施方式圖；圖4顯示本發(fā)明一實(shí)施例的攔壩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的攔壩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的攔壩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7A至7D顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的制造流程圖；圖8顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的狀態(tài)示意圖；圖8A顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的局部放大圖；圖9顯示本發(fā)明第二接合層的粗糙表面的第一種形成步驟示意圖；圖10顯示本發(fā)明第二接合層的粗糙表面的第二種形成步驟示意圖；及圖11顯示本發(fā)明第二接合層的粗糙表面的第三種形成步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式請參閱圖2及圖2A、2B，其分別顯示本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)示意圖及局部放大圖。一半導(dǎo)體封裝10包括一第一基板11、一第一晶粒12、一第二晶粒13、一第二基板14、一散熱環(huán)15、一金屬導(dǎo)熱件20、一散熱件30以及一散熱膠40。第一基板11為電性中介板anterposer)，具有一上表面Ila以及至少一導(dǎo)通孔 111做為對外電性連接結(jié)構(gòu)。第一晶粒12為邏輯晶粒(Logical Die)，具有一頂面12a及一相對于頂面12a的背面12b，在本實(shí)施例中，該背面12b具有至少一第一凸塊122做為對外電性連接結(jié)構(gòu)及一第一底膠123可包覆該第一凸塊122，該第一晶粒12以覆晶方式，即該背面12b朝下的方式，設(shè)置于該第一基板11的上表面11a，且該第一晶粒12具有一第一接合層121，該第一接合層121形成于該頂面12a，且該第一接合層121由數(shù)個(gè)金屬層堆迭形成。第二晶粒13為存儲器晶粒(Memory Die)，具有一上端面13a及一相對于該上端面 13a的一下端面13b，在本實(shí)施例中，該下端面1 具有至少一第二凸決131做為對外電性連接結(jié)構(gòu)及一第二底膠132可包覆該第二凸塊131，該第二晶粒13以覆晶方式，即該下端面 1 朝下的方式，設(shè)置于該第一基板11的上表面11a，且位于該第一晶粒12的一側(cè)。第二基板14具有一中間區(qū)塊141及一周邊區(qū)塊142，在本實(shí)施例中，該第一基板 11設(shè)置于該第二基板14之中間區(qū)塊141。散熱環(huán)15具有一第一表面15a、一相對的第二表面1 及一溝槽結(jié)構(gòu)151，該第二表面15b固定于該第二基板14的周邊區(qū)塊142，而該溝槽結(jié)構(gòu)151凹設(shè)于該第一表面15a， 較佳地，該溝槽結(jié)構(gòu)151具有至少二溝槽U。金屬導(dǎo)熱件20設(shè)置于該第一晶粒12的第一接合層121上，在本實(shí)施例中，該金屬導(dǎo)熱件20可為銦片andium)或其它導(dǎo)熱性佳的金屬材料，且該金屬導(dǎo)熱件20的表面積至少不小于該第一晶粒12的表面積。散熱件30設(shè)置于該散熱環(huán)15及該金屬導(dǎo)熱件20上，在本實(shí)施例中，為使該散熱件30固定于該散熱環(huán)15上，該散熱件30具有一內(nèi)表面30a、一第二接合層31及一攔壩32， 該內(nèi)表面30a為粗糙表面，該第二接合層31及該攔壩32形成于該內(nèi)表面30a，且該第二接合層31抵接該金屬導(dǎo)熱件20，在本實(shí)施例中，該第二接合層31為金(Au)，且較佳地，該第二接合層31的表面積至少不小于該金屬導(dǎo)熱件的表面積，且該第二接合層31的表面為粗糙表面，用以增加該第二接合層31與該金屬導(dǎo)熱件20的接合強(qiáng)度。該攔壩32圍繞該第二接合層31及該金屬導(dǎo)熱件20，不會影響該金屬導(dǎo)熱件20與該第二接合層31接觸的面積， 亦即不會影響該金屬導(dǎo)熱件的導(dǎo)熱效果，且該攔壩32可限位該金屬導(dǎo)熱件20，在本實(shí)施例中，該金屬導(dǎo)熱件20位于該攔壩32內(nèi)，且該攔壩32與該金屬導(dǎo)熱件20之間具有一間隙Y， 較佳地，該間隙Y介于50至250微米之間，該攔壩32的高度H大于該第二接合層31的厚度，且該攔壩32的高度H不小于該金屬導(dǎo)熱件20的一半厚度，較佳地，該攔壩32的高度H 介于100至650微米之間，而該攔壩32的寬度W介于100至600微米之間。另外，在本實(shí)施例中，該攔壩32由膠材形成?；蛘撸诹硪粚?shí)施例中，該散熱件30可一體形成該攔壩32。散熱膠40可另設(shè)置于該散熱環(huán)15與該散熱件30之間，在本實(shí)施例中，該散熱膠 40具有一第一部份41及一第二部分42，該散熱膠40的第一部份41位于該散熱環(huán)15的溝槽結(jié)構(gòu)151內(nèi)，而該散熱膠40的第二部份42位于該散熱環(huán)15的第一表面1 與該散熱件 30之間。此外，由于該溝槽結(jié)構(gòu)151具有該二溝槽U,因此，可將該散熱膠40壓合后的寬度控制在所需范圍內(nèi)。圖3顯示本發(fā)明第一接合層121的多種實(shí)施方式圖。請參閱圖3，在本實(shí)施例中， 該第一接合層121有以下幾種實(shí)施方式方式A 該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti)/銅(Cu)/銅(Cu)/鎳(Ni)/鈀(Pd)/ 金(Au)。其中鈦(Ti)層為阻障層，第一銅(Cu)層為種子層，第二銅(Cu)層為緩沖層，鎳 (Ni)層為銅擴(kuò)散阻障層，鈀(Pd)層為黏著層，金(Au)層為焊層，較佳地，鈦(Ti)層的厚度介于0. 1至0. 5微米之間，第一銅(Cu)層的厚度介于0. 1至0. 5微米之間，第二銅(Cu)層的厚度介于3至50微米之間，鎳(Ni)層的厚度介于1至3微米之間，鈀(Pd)層的厚度介于0. 1至0. 5微米之間，金(Au)層的厚度介于0. 1至0. 5微米之間；方式B 該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti)/銅(Cu)/銅(Cu)/鎳(Ni)/鈀(Pd)。 方式B基本上與方式A相同，其差異處僅在于方式B省略金(Au)層(焊層)；方式C:該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti)/銅(Cu)/鎳(Ni)/鈀(Pd)/金(Au)。方式C基本上與方式A相同，其差異處僅在于方式C省略第二銅(Cu)層(緩沖層)；方式D 該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti)/銅(Cu)/鎳(Ni)/鈀(Pd)。方式D 基本上與方式C相同，其差異處僅在于方式D省略金(Au)層(焊層)；方式E 該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti)/銅(Cu)/銅(Cu)/鎳(Ni)/錫銀 (SnAg)。方式E基本上與方式B相同，其差異處僅在于方式E以錫銀(SnAg)層取代鈀(Pd) 層；方式F:該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti)/同(Cu)/鎳(Ni)/金(Au)。方式F 基本上與方式D相同，其差異處僅在于方式F以金(Au)層取代鈀(Pd)層；及方式G 該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?Ti) /同(Cu)/銅(Cu)/鎳(Ni)/金(Au)。 方式G基本上與方式B相同，其差異處僅在于方式G以金(Au)層取代鈀(Pd)層。圖4顯示本發(fā)明一實(shí)施例的攔壩的結(jié)構(gòu)示意圖。攔壩32可為方框體。圖5顯示本發(fā)明另一實(shí)施例的攔壩的結(jié)構(gòu)示意圖。攔壩32具有四個(gè)條狀體321， 該些條狀體321彼此分離，且排列成一方框形狀。圖6顯示本發(fā)明又一實(shí)施例的攔壩的結(jié)構(gòu)示意圖。攔壩32具有數(shù)個(gè)點(diǎn)狀體32a， 該些點(diǎn)狀體32a間隔排列成一方框形狀。圖7A至7D顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的制造流程圖。如7A圖所示，提供一第一基板11、一第一晶粒12、一第二晶粒13、一第二基板14 及一散熱環(huán)15，在本實(shí)施例中，該第一基板11為電性中介板anterposer)，該第一晶粒12 為邏輯晶粒(Logical Die)，而該第二晶粒13為存儲器晶粒(Memory Die)。該第一基板11 具有一上表面11a，該第一晶粒12設(shè)置于該第一基板11的上表面11a，且該第一晶粒12具有一頂面1 及一第一接合層121，在本實(shí)施例中，該第一接合層121形成于該頂面12a，且該第一接合層121由數(shù)個(gè)金屬層堆迭形成。該第二晶粒13設(shè)置于該第一基板11的上表面11a，且位于該第一晶粒12的一側(cè)， 該第二基板14具有一中間區(qū)塊141及一周邊區(qū)塊142，在本實(shí)施例中，該第一基板11設(shè)置于該第二基板14之中間區(qū)塊141，而該散熱環(huán)15固定于該第二基板14的周邊區(qū)塊142。此外，該散熱環(huán)15具有一第一表面15a、一相對的第二表面1 及一溝槽結(jié)構(gòu)151，該第二表面15b固定于該第二基板14的周邊區(qū)塊142，而該溝槽結(jié)構(gòu)151凹設(shè)于該第一表面15a，較佳地，該溝槽結(jié)構(gòu)151具有至少二溝槽U。如圖7B所示，設(shè)置一金屬導(dǎo)熱件20于該第一晶粒12的第一接合層121上，在本實(shí)施例中，該金屬導(dǎo)熱件20可為銦片andium)或其它導(dǎo)熱性佳的金屬材料。 如圖7C所示，設(shè)置一散熱件30于該金屬導(dǎo)熱件20上，在此步驟中，更包括設(shè)置該散熱件30于該散熱環(huán)15上，且為使該散熱件30固定于該散熱環(huán)15上，另可設(shè)置一散熱膠 40于該散熱環(huán)15與該散熱件30之間，在本實(shí)施例中，該散熱膠40具有一第一部份41及一第二部分42，該散熱膠40的第一部份41位于該散熱環(huán)15的溝槽結(jié)構(gòu)151內(nèi)，而該散熱膠40的第二部份42位于該散熱環(huán)15的第一表面15a與該散熱件30之間。此外，由于該溝槽結(jié)構(gòu)151具有該二溝槽U,因此，可將該散熱膠40壓合后的寬度控制在所需范圍內(nèi)。
如圖7C所示，該散熱件30具有一內(nèi)表面30a、一第二接合層31及一攔壩32，該內(nèi)表面30a為粗糙表面，在本實(shí)施例中，該粗糙表面可以等離子表面處理方法或噴砂方法形成。該第二接合層31及該攔壩32形成于該內(nèi)表面30a，且該第二接合層31抵接該金屬導(dǎo)熱件20，在本實(shí)施例中，該第二接合層31為金(Au)，且較佳地，該第二接合層31的表面為粗糙表面，用以增加該第二接合層31與該金屬導(dǎo)熱件20的接合強(qiáng)度。該攔壩32圍繞該第二接合層31，且該攔壩32可限位該金屬導(dǎo)熱件20，在本實(shí)施例中，該金屬導(dǎo)熱件20位于該攔壩32內(nèi)。另外，在本實(shí)施例中，該攔壩32由膠材形成。或者，在另一實(shí)施例中，該散熱件 30可一體形成該攔壩32。圖7D所示，另包括進(jìn)行一回焊步驟，以使該金屬導(dǎo)熱件20熔融接合于該第一晶粒 12的第一接合層121及該散熱件30的第二接合層31，由于該攔壩32圍繞該金屬導(dǎo)熱件 20，因此，可確保該金屬導(dǎo)熱件20在高溫回焊過程中能被限位在該攔壩32內(nèi)，進(jìn)而可防止該金屬導(dǎo)熱件20的流動。圖8及圖8A顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝的狀態(tài)示意圖及局部放大圖。膠體50用以填補(bǔ)該攔壩32因該散熱件30的貼合容許度所產(chǎn)生的間距，在本實(shí)施例中， 該膠體50包覆部分該攔壩32，且該膠體50具有一包覆寬度X及一包覆高度Z，該包覆寬度 X至少不小于攔壩32寬度和攔壩32與金屬導(dǎo)熱件20之間隙的總和，該包覆高度Z至少不小于第一晶粒12的一半厚度。在本實(shí)施例中，較佳地，包覆寬度X介于450微米至700微米之間，而該包覆高度Z介于250微米至400微米之間。另外，在本實(shí)施例中，該第二接合層31的粗糙表面的形成步驟可有下列幾種方式圖9顯示本發(fā)明第二接合層的粗糙表面的第一種形成步驟示意圖。第二接合層31 的粗糙表面的第一種形成步驟包括粗化該散熱件30的內(nèi)表面30a ；以及形成該第二接合層31于粗化后的該內(nèi)表面30a。圖10顯示本發(fā)明第二接合層的粗糙表面的第二種形成步驟示意圖。第二接合層 31的粗糙表面的第二種形成步驟包括形成該第二接合層31于該內(nèi)表面30a ；以及粗化該第二接合層31的表面及該內(nèi)表面30a。圖11顯示本發(fā)明第二接合層的粗糙表面的第三種形成步驟示意圖。第二接合層 31的粗糙表面的第三種形成步驟包括形成該第二接合層31于該內(nèi)表面30a ；以及粗化該第二接合層31的表面。上述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的原理及其功效，并非限制本發(fā)明，因此習(xí)于此技術(shù)的人士對上述實(shí)施例進(jìn)行修改及變化仍不脫本發(fā)明的精神。本發(fā)明的權(quán)利范圍應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝，包括一第一基板，具有一上表面；一第一晶粒，設(shè)置于該第一基板的上表面，該第一晶粒具有一頂面； 一金屬導(dǎo)熱件，設(shè)置于該第一晶粒的頂面上，且該金屬導(dǎo)熱件的表面積至少不小于該第一晶粒的表面積；一散熱件，設(shè)置于該金屬導(dǎo)熱件上，該散熱件具有一內(nèi)表面；以及一攔壩，形成于該散熱件的內(nèi)表面，該攔壩圍繞該金屬導(dǎo)熱件，且該攔壩可限位該金屬導(dǎo)熱件。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，其中該金屬導(dǎo)熱件為銦片。
3.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，其中該攔壩的高度不小于該金屬導(dǎo)熱件的一半厚度。
4.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，其中該攔壩具有四個(gè)條狀體，該些條狀體彼此分離，且排列成一方框形狀。
5.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，其中該攔壩具有數(shù)個(gè)點(diǎn)狀體，該些點(diǎn)狀體間隔排列成一方框形狀。
6.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，其中該散熱件一體形成該攔壩。
7.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，更包含一第一接合層形成于該第一晶粒的頂面，且該第一接合層由數(shù)個(gè)金屬層堆迭形成。
8.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體封裝，其中該些金屬層的材質(zhì)為鈦、銅、鎳、鈀、金或錫銀。
9.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體封裝，其中該些金屬層由下至上依序?yàn)殁?、銅、鎳、金。
10.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體封裝，更包括一膠體，該膠體包覆部分該攔壩。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種具有散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝及其制造方法，該半導(dǎo)體封裝包括一第一基板、一第一晶粒、一金屬導(dǎo)熱件以及一散熱件，該第一基板具有一上表面，該第一晶粒設(shè)置于該第一基板的上表面，該第一晶粒具有一頂面及一第一接合層，該第一接合層形成于該頂面，該金屬導(dǎo)熱件設(shè)置于該第一晶粒的第一接合層上，該散熱件設(shè)置于該金屬導(dǎo)熱件上，該散熱件具有一內(nèi)表面、一第二接合層及一攔壩，該第二接合層及該攔壩形成于該內(nèi)表面，該第二接合層抵接該金屬導(dǎo)熱件，該攔壩圍繞該該金屬導(dǎo)熱件，且該攔壩可限位該金屬導(dǎo)熱件。藉此，可確保該金屬導(dǎo)熱件在經(jīng)過后高溫工藝時(shí)能被限位在該攔壩內(nèi)，進(jìn)而可防止該金屬導(dǎo)熱件因高溫而熔融的流動。
文檔編號H01L23/31GK102324409SQ20111032043
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者葉勇誼, 洪正輝, 皮敦慶, 陳建成, 高仁傑, 黃敏龍 申請人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司