具有基于管道的散熱器的半導體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導體封裝，并且更特別地涉及具有基于管道的(tube-based)散熱器的半導體封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的小型化，排熱已經(jīng)變得愈發(fā)重要。如果熱量沒有充分地從集成電路管芯中散逸出去，則集成電路可能會過熱，從而導致性能降低并且甚至可能失效。為了幫助熱量散逸，某些常規(guī)的封裝半導體器件配置有散熱器。一般地，散熱器使從集成電路中散發(fā)出的熱量散布到遠離集成電路的封裝區(qū)域。
[0003]由于金屬良好的熱特性，散熱器通常由金屬(例如，銅)制成。典型地，散熱器的一端或一側(cè)貼附于管芯的表面，而散熱器的另一端或另一側(cè)是露出的。但是，由于散熱器含有金屬，因而當它貼附于管芯頂部時，它可能會破壞管芯以及下墊的集成電路。因而，有利的是擁有在貼附于管芯時不太可能會破壞管芯頂部的散熱器。
【附圖說明】
[0004]本發(fā)明的實施例通過舉例的方式來說明，并且不受附圖所限定，在附圖中，相似的附圖標記指示相似的元件。在附圖中的元件是出于簡單和清晰起見而示出的，而并不一定按比例來繪制。例如，層和區(qū)域的厚度可以為了清晰起見而放大。
[0005]圖1A和1B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的部分組裝的半導體封裝的頂視圖和截面?zhèn)纫晥D；以及
[0006]圖2A和2B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的完全組裝的半導體封裝的頂視圖和截面?zhèn)纫晥D。
【具體實施方式】
[0007]本文公開了本發(fā)明的詳細說明性實施例。但是，本文所公開的具體的結(jié)構(gòu)及功能細節(jié)僅僅是用于描述本發(fā)明的示例實施例的代表。本發(fā)明的實施例可以用許多可替換的形式來實現(xiàn)，并且不應(yīng)被理解為僅限定于本文所闡明的實施例。此外，本文所使用的術(shù)語只是為了描述特定的實施例，而并非意指對本發(fā)明的示例實施例的限定。
[0008]如同本文所使用的，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”意指同樣包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指出。還應(yīng)當理解，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”、“擁有”、“含有”和/或“囊括”指定存在著規(guī)定的特征、步驟或構(gòu)件，但是不排除存在或添加一個或多個其他特征、步驟或元件。還應(yīng)當注意，在某些可替換的實現(xiàn)方式中，所指出的功能/動作可以按照除附圖所指出的順序之外的順序出現(xiàn)。例如，連續(xù)示出的兩個圖實際上可以基本上同時執(zhí)行，或者有時可以按照相反的順序來執(zhí)行，取決于所涉及的功能/動作。
[0009]在下面的描述中，應(yīng)當理解，本發(fā)明的某些實施例涉及在封裝半導體器件內(nèi)使用金屬填充的管道來散熱。為了便于討論，下面將討論一種示例性的封裝半導體器件的組裝。但是，應(yīng)當理解，本發(fā)明的實施例并不限定于管道的特定配置或者特定的封裝類型(絲線鍵合或倒裝芯片)。
[0010]本發(fā)明的一種實施例是包含集成電路(1C)管芯、柔性的軟管道和金屬填充物的封裝半導體器件。該器件包含安裝于1C管芯的表面上的管道的第一端部以及遠離1C管芯的表面而延伸的管道的第二端部。金屬填充物被布置于管道之內(nèi)。本發(fā)明的另一種實施例是用于組裝封裝半導體器件的方法。
[0011]現(xiàn)在參照圖1A和1B，圖中分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的部分組裝的半導體封裝的頂視圖和截面?zhèn)纫晥D。在本實施例中，封裝半導體器件被實現(xiàn)四方扁平封裝(QFP)。部分組裝的半導體封裝包含金屬引線框100和集成電路(1C)管芯102。用于制作引線框100和1C管芯102的方法是熟知的，并且因此在此不進行描述。
[0012]引線框100包含具有接地棒106的管芯座(paddle) 104(有時稱為管芯基島(flag)或焊盤)，該接地棒106形成于管芯座104的外圍附近，并且與管芯座104物理隔離且電隔離。引線框100還包含沿著引線框100的外圍包圍著接地棒106的多個引線指108。本發(fā)明的實施例不一定要包含接地棒106。
[0013]盡管未示出，但是引線框100可以包含用于使引線指108的遠端相互連接的金屬連接元件(有時稱為引線框滑條(runner))。這些金屬滑條還可以將引線框100連接至引線框100的一個或多個其他實例(未示出)，使得引線框的實例形成的一維或二維陣列互連的引線框。
[0014]在封裝半導體器件的組裝期間，1C管芯102使用管芯貼附粘合劑110來安裝于管芯座104上，如同圖1B的截面圖所示的且如同本技術(shù)領(lǐng)域所已知的。然后，多個管道112被安裝于1C管芯102的有源表面(active surface)上，不過是按照它們不會干涉形成于1C管芯102的有源表面上的鍵合焊盤114的方式來安裝。鍵合絲線118連接(string)于1C管芯102上的鍵合焊盤114與多個引線指108之間。如圖1A所示(但不在圖1B中示出)，其他鍵合絲線118將其他管芯鍵合焊盤114連接至接地棒106，并且還有其他鍵合絲線將接地棒106連接至引線指108中的某些引線指。
[0015]每個管道112都可以通過將諸如(不限于)環(huán)氧樹脂之類的粘合劑116施加于管道112的一端并且將具有粘合劑116的管道端部按壓到1C管芯102的有源表面上而安裝于管芯102的表面上。管道112可以按照例如陣列的形式安置于管芯102的表面上的各個位置。在本發(fā)明的至少某些實施例中，管道112所安置的具體位置可以使用例如用于在管芯正在工作時識別出1C管芯102上的一個或多個最熱區(qū)域的熱模擬來確定。此外，粘合劑116的施加可以受到控制，以防止粘合劑116滲流到1C管芯102的不直接位于管道112的管壁下方的區(qū)域之上。
[0016]在本發(fā)明的至少某些實施例中，管道112由柔性的且優(yōu)選為軟的材料(例如(不限于)，橡膠或硅酮)制成，盡管諸如聚四氟乙烯之類的其他材料也能夠使用?？梢赃x擇該柔性材料，使得當管道112被安裝于1C管芯102之上時，管道112的柔性或軟度降低損壞1C管芯102的表面的可能性。另外，在本發(fā)明的至少某些實施例中，管道112由能夠耐高溫的材料制成。管道112可以是圓形的(即，圓柱形)或方形的。管道112的直徑可以是例如2?4mm,但是該尺寸的范圍能夠是1?20mm,取決于管芯102的尺寸。
[0017]圖2A和2B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的完全組裝的半導體封裝120的頂視圖和截面?zhèn)纫晥D。為了完成封裝半導體器件120，模制化合物122被施加于圖1A和1B的部分組裝的半導體封裝?？梢酝ㄟ^常規(guī)的散布機(dispensing machine)(未示出)的噴嘴來施加的模制化合物122覆蓋著鍵合絲線118、引線指108的近端(B卩，引線指108的接近于管芯座104的端部)、接地棒106、IC管芯102的露出部分以及管芯座104的露出部分。此外，模制化合物122覆蓋著每個管道112的彎曲周界，沒有填充管道112內(nèi)的空腔或者沒有覆蓋與管芯102間隔開的在管道112的末端處的開口。注意，每個管道112都可以被設(shè)計(例如，通過選擇管道112的材料和尺寸)，使得在散布模制化合物的同時，管道112基本上保留形成于其內(nèi)的空腔。換言之，管道112在模制化合物122的壓力之下基本上不會坍塌。
[0018]在散布模制化合物122時，模具(未示出)可以被按壓到管道112的頂端上以密封管道112的空腔。然后，當模制化合物122被散布時，模制化合物122被防止進入管道112的空腔。將模具朝管道112按壓會產(chǎn)生對管道112的向下的作用力，這進而對1C管芯102的頂部施加向下的作用力。在管道112使用柔性材料來制造的實施例中，柔性材料可以收縮，使得施加于1C管芯102的頂部上的作用力大小減小。這種收縮可以降低破壞1C管芯102的可能性。
[0019]在模制之后，管道112以例如固態(tài)的金屬段塞(slug) 124或金屬材料(例如，與粘合劑混合的金屬粒子)的熱傳導材料填充。在一種實施例中，金屬段塞124通過使用拾放機器(pick and place machine)將金屬段塞124向下朝管道112的頂端按壓而安裝于每個管道112之內(nèi)。金屬段塞124使用粘合劑126來保持于原位，該粘合劑126可以散布于相應(yīng)管道112的空腔內(nèi)的金屬段塞124以及1C管芯102的上表面之一或兩者之上。在至少某些實施例中，粘合劑126是適用于固定金屬段塞124并將1C管芯102所放射出的熱量傳導到金屬段塞124的熱粘合劑。
[0020]在以金屬段塞124填充管道112并且以模制化合物122覆蓋管芯102、鍵合絲線118等之后，可以執(zhí)行激光或鋸切單體化和/或修邊以去除任何金屬連接元件(未示出)，從而(i)