專利名稱：加強散熱的封裝結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種加強散熱的封裝結構，特別是關于一種包含多個納米碳球及非鰭片式散熱層的封裝結構。
背景技術：
當今半導體元件制造趨勢為減小元件尺寸及增快資料處理速度，高密度元件電路布局因應而生，單位面積產生的熱能因此大幅提高。近年來攜帶型電子消費產品諸如手機、平板型電腦的進步日新月異，手持式電子產品中的元件散熱更考量到散熱封裝結構的尺寸大小。一種不占空間又有效率的散熱結構必須跟上元件制造趨勢，而且能及時提供需要的散熱能力。一般常見的封裝結構有兩種不同形貌:圖1顯示一現有散熱的封裝結構10，該散熱結構10配置于半導體芯片封裝之上，該散熱結構10包含:一芯片載體11 ;一高功率芯片14，設置于該芯片載體11上；一封裝膠材13，包覆該高功率芯片14 ;以及一鰭片式散熱裝置15，設置于該封裝膠材13之上；另包含多個錫球17置于該芯片載體11相對于該高功率芯片14的另一表面。圖2顯示一現有散熱的封裝結構20，該散熱結構20包含:一芯片載體21 ;—高功率芯片24，設置于該芯片載體21上；一封裝膠材23，包覆該高功率芯片24 ；以及一平板式散熱裝置25，設置于該封裝膠材23之上。另包含多個錫球27置于該芯片載體21相對于該高功率芯片24的另一表面。比較圖1及圖2兩種結構，其皆具有較厚的厚度且較大的面積，應用于手持式電子產品皆不甚理想。一般現有的散熱封裝結構如圖1及2，其散熱能力與和空氣接觸表面積成正相關。如傳統(tǒng)鰭片式散熱層，鰭片數目愈多散熱效率愈高，然而售價較高以及結構厚度較厚；傳統(tǒng)平板式散熱層售價較低以及結構厚度較薄，但散熱效率不如傳統(tǒng)鰭片式散熱層。為了進一步提高散熱效率，傳統(tǒng)散熱結構需要增加強制對流，也就是附加安裝對流風扇裝置，以達到日益嚴苛的散熱需求。因此，發(fā)明一種不占空間又有效率的散熱結構有其必要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一實施例提供一種加強散熱的封裝結構，包含:一芯片載體；一高功率芯片，設置于該芯片載體上；一封裝膠材，包覆該高功率芯片；一散熱層，設置于該封裝膠材上，其中該散熱層包含多個納米碳球；以及一非鰭片式散熱裝置，設置于該散熱層之上或該封裝膠材與該散熱層之間。本發(fā)明的一實施例提供另一種加強散熱的封裝結構，包含:一芯片載體；一高功率芯片，設置于該芯片載體上；一封裝膠材，包覆該高功率芯片，該封裝膠材包含多個納米碳球；以及一非鰭片式散熱裝置，設置于該封裝膠材上。上文已相當廣泛地概述本發(fā)明的技術特征及優(yōu)點，俾使下文的本發(fā)明詳細描述得以獲得較佳了解。構成本發(fā)明的權利要求標的的其它技術特征及優(yōu)點將描述于下文。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者應了解，可相當容易地利用下文揭示的概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或工藝而實現與本發(fā)明相同的目的。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者亦應了解，這類等效建構無法脫離后附的權利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍。


圖1顯示一現有散熱的封裝結構；圖2顯示一現有散熱的封裝結構；圖3為本發(fā)明一實施例的加強散熱的封裝結構；圖4為本發(fā)明另一實施例的加強散熱的封裝結構；以及圖5為本發(fā)明一實施例的加強散熱的封裝結構。
具體實施例方式納米碳球(Carbon nanocapsules, CNCs)為一種碳結晶結構,其尺寸介于1_100納米之間，一般而言，最常見的CNCs為30納米。CNCs具有一特殊的物理性質，即有效地吸收高溫下半導體元件產生的熱能并以紅外線的形式釋放。一般硅基板具有1.1eV的能帶間隙，CNCs釋放的紅外線能量小于1.leV，故不為硅基板所吸收，因此，將CNCs整合入封裝結構中能有效率地提高其散熱效果。除此之外，因為CNCs的加入，使得現有封裝結構的形貌得以變得更輕薄，本發(fā)明將揭露此一含有CNCs的加強散熱封裝結構于以下實施例中。圖3為本發(fā)明一實施例的加強散熱的封裝結構30,包含:一芯片載體31 ;—高功率芯片34,設置于該芯片載體31上；一多個錫球32,設置于該芯片載體31的一下表面312 ；一封裝膠材33，包覆該高功率芯片34而設置于載體31的上表面311 散熱層38，設置于該封裝膠材33上，其中該散熱層38混合有多個納米碳球(CNCs) 37 ;以及一非鰭片式散熱裝置35，設置于該散熱層38與該封裝膠材33之間。該芯片載體31可為一彈性基板、一剛性基板、或一半導體基板(如硅基板)。該高功率芯片34置于該芯片載體31的一上表面311，一般而言，該高功率芯片34含有0.5瓦以上的輸出功率，且其與載體41電性連接的方式可以是透過凸塊或是焊線連接(附圖省略)，現今高瓦數的發(fā)光元件或中央處理器皆適用此封裝。此實施例中使用的封裝膠材可為環(huán)氧樹脂、或加強散熱效果的填充環(huán)氧樹脂。該散熱層38的形式包含薄膜、膏狀物、及粉末涂料，上述材料中皆含有多個納米碳球(CNCs) 37。由于CNCs具有良好的散熱能力，因此在散熱層38材料中占有1%重量百分比的CNCs即能發(fā)揮效果。其中散熱層38的形成方法包含:涂布、絲網印刷、模版印刷、旋涂、噴刷、套印、濺射、蒸鍍、浸潰、電鍍、以及電漿輔助沈積。此外，納米碳球(CNCs)表面也可經官能基化(functionalized)而使含有CNCs的散熱層38膠材能藉由上述形成方法結合于該散熱裝置35的上表面，不需額外的粘附材料或工藝。該散熱層38與該散熱裝置35形成的單元亦可以直接藉由傳統(tǒng)封裝工藝與各式半導體封裝結合。該散熱裝置35為一非鰭片式散熱板,例如一平板狀散熱板。該散熱板可為一金屬薄膜，其成分選自由銅及鋁所組成的群組?，F有的鰭片式散熱板價格高并具有較厚的尺寸，不符合一般講求輕薄的攜帶型電子產品的要求，因此CNCs的加入可有效減薄散熱板的厚度及增加散熱的效率。
圖4為本發(fā)明一實施例的加強散熱的封裝結構40,包含:一芯片載體41;一高功率芯片34,設置于該芯片載體41上；一多個錫球42,設置于該芯片載體41的一下表面412 ；一封裝膠材43，包覆該高功率芯片34 散熱層48，設置于該封裝膠材43上表面，其中該散熱層48內混合了多個納米碳球(CNCs)45 ;以及一非鰭片式散熱裝置49，設置于該散熱層48之上。該芯片載體41可為一彈性基板、一剛性基板、或一半導體基板。該高功率芯片34置于該芯片載體41的一上表面411, 一般而言,該高功率芯片34含有0.5瓦以上的輸出功率，其與載體41電性連接的方式可以是透過凸塊或是焊線連接(附圖省略)，現今高瓦數的發(fā)光元件或中央處理器皆適用此封裝型態(tài)。此實施例中封裝膠材可為環(huán)氧樹脂、或加強散熱效果的填充環(huán)氧樹脂。該散熱層48的形式包含薄膜、膏狀物、及粉末涂料，上述材料中皆含有多個納米碳球(CNCs) 45。由于CNCs具有良好的散熱能力，因此在散熱層48材料中占有1%重量百分比的CNCs即能發(fā)揮效果。其中散熱層48的形成方法包含:涂布、絲網印刷、模版印刷、旋涂、噴刷、套印、濺射、蒸鍍、浸潰、電鍍、以及電漿輔助沈積。此外，納米碳球(CNCs)表面也可經官能基化(functionalized)而使含有CNCs的散熱層48膠材能藉由上述形成方法結合于該散熱裝置49的下表面與該封裝膠材43的上表面，不需額外的粘附材料或工藝。該散熱層48與該散熱裝置49形成的單元亦可以直接藉由傳統(tǒng)封裝工藝與各式半導體封裝結
入
口 ο該散熱裝置49為一非鰭片式散熱板,例如一平板狀散熱板。該散熱板可為一金屬薄膜，其成分選自由銅及鋁所組成的群組。現有的鰭片式散熱板價格高并具有較厚的尺寸，不符合一般講求輕薄的攜帶型電子產品的要求，因此CNCs的加入可有效減薄散熱板的厚度。圖5為本發(fā)明另一實施例的加強散熱的封裝結構50,包含:一芯片載體51 ;—高功率芯片34,設置于該芯片載體51上；一多個錫球52,設置于該芯片載體51的一下表面512 ;一封裝膠材53，包覆該高功率芯片34 ;—非鰭片式散熱裝置57，設置于該封裝膠材53上，其中該封裝膠材53內混合有多個納米碳球(CNCs)55。于本實施例中，該芯片載體51可為一彈性基板、一剛性基板、或一半導體基板。該高功率芯片34置于該芯片載體51的一上表面511，一般而言，該高功率芯片34含有0.5瓦以上的輸出功率，現今高瓦數的發(fā)光元件或中央處理器皆適用此封裝。此實施例中使用一般的封裝膠材，例如環(huán)氧樹脂、或加強散熱效果的填充環(huán)氧樹脂。該封裝膠材53的材料包含環(huán)氧樹脂、或加強散熱效果的填充環(huán)氧樹脂，上述材料中皆含有多個納米碳球(CNCs) 45。由于CNCs具有良好的散熱能力，因此在封裝膠材53中占有1%重量百分比的CNCs即能發(fā)揮效果。此外，納米碳球(CNCs)表面也可經官能基化(functionalized)而使含有CNCs的封裝膠材53能藉由上述形成方法結合于該芯片載體51上表面511與該非鰭片式散熱裝置57的下表面571，不需額外的粘附材料或工藝。由于混合于封裝膠材53內為非導電性(non conductive)的納米碳球(CNCs),因此不會破壞封裝膠材53的絕緣特性。該封裝膠材53與該非鰭片式散熱裝置57形成的單元亦可以直接藉由傳統(tǒng)封裝工藝與各式半導體封裝結合。該散熱裝置57為一非鰭片式散熱板,例如一平板狀散熱板。該散熱板可為一金屬薄膜，其成分選自由銅及鋁所組成的群組。現有的鰭片式散熱板價格高并具有較厚的尺寸，不符合一般講求輕薄的攜帶型電子產品的要求，因此CNCs的加入可有效減薄散熱板的厚度。含有納米碳球(CNCs)的散熱層或封裝膠材可與許多現有的封裝結構直接整合，諸如接腳式(lead frame based)封裝、晶圓層級芯片(wafer-level chip scale)封裝、基板式(substrate based)封裝、陶瓷式(ceramic based)封裝、多芯片式(multi chip)封裝、3D集成電路(3D IC)封裝、系統(tǒng)(system-1n-package)封裝、次系統(tǒng)封裝(sub-system)、模組(module)封裝等，對現今產業(yè)需要的加強散熱的小體積封裝結構有立即的幫助。本發(fā)明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者應了解，在不背離后附權利要求所界定的本發(fā)明精神和范圍內，本發(fā)明的教示及揭示可作種種的替換及修飾。例如，上文揭示的許多工藝可以不同的方法實施或以其它工藝予以取代，或者采用上述二種方式的組合。此外，本案的權利范圍并不局限于上文揭示的特定實施例的工藝、機臺、制造、物質的成份、裝置、方法或步驟。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者應了解，基于本發(fā)明教示及揭示工藝、機臺、制造、物質的成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日后開發(fā)者，其與本案實施例揭示者以實質相同的方式執(zhí)行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用于本發(fā)明。因此，以下的權利要求用以涵蓋用以此類工藝、機臺、制造、物質的成份、裝置、方法或步驟。
權利要求
1.一種加強散熱的封裝結構，包含: 一芯片載體； 一高功率芯片，設置于該芯片載體上； 一封裝膠材，包覆該高功率芯片； 一散熱層，設置于該封裝膠材上，其中該散熱層包含多個納米碳球；以及 一非鰭片式散熱裝置，設置于該散熱層之上或該封裝膠材與該散熱層之間。
2.根據權利要求1所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，該散熱層的形式包含薄膜、膏狀物、及粉末涂料。
3.根據權利要求1所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，另包含多個錫球，設置于該芯片載體相對于該高功率芯片的一表面。
4.根據權利要求1所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，該高功率芯片含有0.5瓦以上的輸出功率。
5.根據權利要求1所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，該非鰭片式散熱裝置包含一平板式散熱裝置。
6.根據權利要求5所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，該平板式散熱裝置為一金屬薄膜，該金屬薄膜選自由銅及鋁所組成的群組。
7.一種加強散熱的封裝結構，包含: 一芯片載體； 一高功率芯片，設置于該芯片載體上； 一封裝膠材，包覆該高功率芯片，該封裝膠材包含多個納米碳球；以及 一非鰭片式散熱裝置，設置于該封裝膠材上。
8.根據權利要求7所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，另包含多個錫球，設置于該芯片載體相對于該高功率芯片的一表面。
9.根據權利要求7所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，該高功率芯片含有0.5瓦以上的輸出功率。
10.根據權利要求7所述的加強散熱的封裝結構，其特征在于，該非鰭片式散熱裝置包含一平板式散熱裝置，該平板式散熱裝置為一金屬薄膜，該金屬薄膜選自由銅及鋁所組成的群組。
全文摘要
一種加強散熱的封裝結構，包含一芯片載體；一高功率芯片，設置于該芯片載體上；一封裝膠材，包覆該高功率芯片；一散熱層，設置于該封裝膠材上，其中該散熱層包含多個納米碳球；以及一非鰭片式散熱裝置，設置于該散熱層之上或該封裝膠材與該散熱層之間。該封裝膠材亦可包含多個納米碳球。
文檔編號H01L23/367GK103107148SQ201210256829
公開日2013年5月15日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權日2011年11月11日
發(fā)明者劉安鴻, 黃士芬, 李宜璋, 黃祥銘 申請人:南茂科技股份有限公司