电子封装件及其制法的制作方法

1.本发明有关一种半导体封装制程，尤指一种具散热结构的电子封装件及其制法。


背景技术：

2.随着电子产品在功能及处理速度的需求的提升，作为电子产品的核心组件的半导体晶片需具有更高密度的电子元件(electronic components)及电子电路(electronic circuits)，故半导体晶片在运作时将随之产生更大量的热能。此外，由于传统包覆该半导体晶片的封装胶体为一种导热系数仅0.8瓦/(公尺.克耳文)(w.m-1
.k-1
)的不良传热材质(即热量的逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散半导体晶片所产生的热量，将会造成半导体晶片的损害与产品信赖性问题。
3.因此，为了迅速将热能散逸至外部，业界通常在半导体封装件中配置散热片(heat sink或heat spreader)，该散热片通常借由散热胶，如导热介面材(thermal interface material，简称tim)，结合至半导体晶片背面，以借散热胶与散热片逸散出半导体晶片所产生的热量；此外，通常令散热片的顶面外露出封装胶体或直接外露于大气中，以取得较佳的散热效果。
4.如图1所示，现有半导体封装件1先将一半导体晶片11以其作用面11a利用覆晶接合方式(即通过导电凸块110与底胶111)设于一封装基板10上，再将一散热件13以其顶片130借由tim层12结合于该半导体晶片11的非作用面11b上，且该散热件13的支撑脚131通过粘着层14架设于该封装基板10上。
5.于运作时，该半导体晶片11所产生的热能经由该非作用面11b、tim层12而传导至该散热件13的顶片130以散热至该半导体封装件1的外部。
6.然而，现有半导体封装件1中，因该tim层12仅铺设于该半导体晶片11的非作用面11b上，致使散热效果不佳。
7.因此，如何克服上述现有技术的种种问题，实已成为目前业界亟待克服的难题。


技术实现要素：

8.鉴于上述现有技术的种种缺失，本发明提供一种电子封装件及其制法，可提升散热效果。
9.本发明的电子封装件，包括：承载结构；电子元件，其设于该承载结构上；散热结构，其包含有一遮盖该电子元件的散热体及立设于该散热体上的支撑脚，以令该支撑脚结合该承载结构，使该散热体与该承载结构之间形成一封装空间，且令该电子元件位于该封装空间中；以及散热材，其设于该封装空间中且完整包覆该电子元件，使该电子元件未外露出该散热材。
10.本发明还提供一种电子封装件的制法，包括：提供一散热结构及一设有电子元件的承载结构，其中，该散热结构包含有一遮盖该电子元件的散热体及立设于该散热体上的支撑脚；将该支撑脚结合该承载结构，使该散热体与该承载结构之间形成一封装空间，且令
该电子元件位于该封装空间中；以及于该封装空间中设置散热材，以令该散热材完整包覆该电子元件，使该电子元件未外露出该散热材。
11.前述的电子封装件及其制法中，该电子元件为平置封装形式。
12.前述的电子封装件及其制法中，该电子元件为直立封装形式。
13.前述的电子封装件及其制法中，该支撑脚借由结合材固定于该承载结构上。例如，该支撑脚形成有充填该结合材的容置口。
14.前述的电子封装件及其制法中，该支撑脚与该承载结构之间间隔配置以形成容置空间。例如，该容置空间中容置有被动元件。
15.前述的电子封装件及其制法中，该散热材未填满该封装空间，以令该封装空间的剩余处作为目标空间。
16.前述的电子封装件及其制法中，该散热结构形成有连通该封装空间的第一端口及第二端口，且该第一端口与第二端口位于不同处，以令该散热材经由该第一端口填入该封装空间中，且该第二端口进行排气。例如，还包括于该散热材完整包覆该电子元件后，借由多个塞孔件分别封盖该第一端口与该第二端口。
17.前述的电子封装件及其制法中，该支撑脚遮盖该承载结构的侧面。
18.前述的电子封装件及其制法中，还包括以夹具夹持该支撑脚与该承载结构。
19.由上可知，本发明的电子封装件及其制法，主要借由散热材完整包覆该电子元件，使该电子元件不会自该散热材中外露，故相较于现有技术，本发明能大幅提升散热效果。
附图说明
20.图1为现有半导体封装件的剖视示意图。
21.图2为本发明的电子封装件的第一实施例的剖面示意图。
22.图2-1及图2-2为图2的不同示例之局部剖面示意图。
23.图2a为图2沿a-a横切面之上视示意图。
24.图2b为图2a沿b-b剖面线之剖视示意图。
25.图2c为图2a沿c-c剖面线的剖视示意图。
26.图3a至图3e为本发明的电子封装件的第二实施例的制法的剖面示意图。
27.图4为本发明的电子封装件的第二实施例的剖面示意图。
28.图4a为图4沿d-d横切面的上视示意图。
29.图4b为图4a沿e-e剖面线的剖视示意图。
30.图4c为图4a沿f-f剖面线的剖视示意图。
31.图5为本发明的电子封装件的第三实施例的上视示意图。
32.图5-1为图5的另一示例的上视示意图。
33.图5a为图5沿g-g剖面线的剖视示意图。
34.图5b为图5沿h-h剖面线的剖视示意图。
35.图5c为图5沿i-i剖面线的剖视示意图。
36.图5d为图5c沿j-j剖面线的剖视示意图。
37.图5e为图5a的另一示例的剖视示意图。
38.图5e-1为图5e的另一示例的剖视示意图。
39.符号说明
40.1:半导体封装件
41.10:封装基板
42.11:半导体晶片
43.11a,25a:作用面
44.11b,25b:非作用面
45.110:导电凸块
46.111:底胶
47.12:tim层
48.13:散热件
49.130:顶片
50.131:支撑脚
51.14:粘着层
52.2,3,5:电子封装件
53.2a,5a:散热结构
54.20:散热体
55.200:散热块
56.201,501:第一端口
57.202,502:第二端口
58.21,51:第一支撑脚
59.210,220:容置口
60.22:第二支撑脚
61.23,33:散热材
62.24:承载结构
63.24c,25c:侧面
64.240:凸部
65.25:电子元件
66.250:导电凸块
67.26:结合材
68.27:被动元件
69.270:绝缘材
70.28:塞孔件
71.59:导电元件
72.500:检测凹部
73.60:夹具
74.81,91:气嘴
75.90:填充器
76.a1,a2:目标空间
77.h1,h2:表面高度
78.s:封装空间
79.s1:容置空间
80.s2:容置空间
81.y:箭头方向。
具体实施方式
82.以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
83.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「第一」、「第二」及「一」等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
84.图2为本发明的电子封装件2的第一实施例的剖面示意图。
85.如图2所示，所述的电子封装件2包括：一承载结构24、至少一设于该承载结构24上的电子元件25、一设于该承载结构24上以遮盖该电子元件25的散热结构2a、以及包覆该电子元件25的散热材23，其中，该散热结构2a包含有一片状散热体20与多个立设于该散热体20上的第一支撑脚21与第二支撑脚22。
86.所述的散热体20的局部表面上一体形成有凸出的散热块200。
87.于本实施例中，该散热块200呈锥状或山丘状，其尖端处最靠近该电子元件25。
88.所述的第一支撑脚21作为墙状外脚，如图2a所示，其借由如胶材的结合材26立设于该承载结构24上。
89.于本实施例中，该第一支撑脚21可依需求形成有至少一可充填胶体(如该结合材26)的容置口210。
90.所述的第二支撑脚22作为柱状或墙状内脚，如图2a所示，其与该承载结构24之间间隔配置以形成容置空间s1，以供容置至少一被动元件27(例如电阻、电容及电感)于该承载结构24上，其中，该被动元件27电性连接该承载结构24的线路层，并以绝缘材270包覆该被动元件27。
91.于另一实施例中，如图2-1所示，该第二支撑脚22可依需求形成有至少一可涂布胶体(如该结合材26)的容置口220，以接合该承载结构24的凸部240，而省略配置该第一支撑脚21，其中，该被动元件27可配置于该第二支撑脚22外围的承载结构24上。或者，如图2-2所示，该第一支撑脚21与该第二支撑脚22均立设于该承载结构24上，以于该第一支撑脚21与该第二支撑脚22形成另一容置空间s2，供配置至少一被动元件27于该承载结构24上的容置空间s2，其中，该被动元件27电性连接该承载结构24的线路层。
92.因此，该散热体20借由该第一支撑脚21及/或第二支撑脚22设于该承载结构24上，使该散热体20与该承载结构24之间形成一封装空间s(其可依需求包含有该容置空间s1,s2)，供该电子元件25(及被动元件27)容置于该封装空间s(及容置空间s1,s2)中。
93.所述的散热材23形成于该封装空间s中以包覆该电子元件25，且该散热材23未填满该封装空间s中，以令该封装空间s的剩余处作为目标空间a1，如图2所示，该目标空间a1形成于该散热材23与该散热体20之间。
94.于本实施例中，该散热材23具有高导热系数，约30～80瓦/(公尺.克耳文)(wm-1
k-1
)。例如，当该电子元件25的作用面25a与承载结构24之间形成底胶(图未示)已使导电凸块250与外部绝缘，则该散热材23为固态铟(in)、液态金属或其他任意在常温/高温状态会呈流体的含金属材质，以作为导热介面材(thermal interface material，简称tim)，如低温熔融的热传导材料。如当该电子元件25的作用面25a与承载结构24之间未有底胶(图未示)，则可使用液态油或其他未具有金属材的液体当散热材。
95.此外，于制程中，采用填充方式形成该散热材23。例如，于该散热体20与该第一支撑脚21(或如图2-1所示的第二支撑脚22)之间形成位于不同处的第一端口201及第二端口202，如图2所示，其连通该封装空间s，以于该散热结构2a固定于该承载结构24上后，将该散热材23经由作为填充端的第一端口201注入该封装空间s中，以令该散热材23完整包覆该电子元件25，且当填充该散热材23后，以塞孔件28封盖该第一端口201，如图2及图2a所示。应可理解地，该第二端口202作为排气端，以利于导流该散热材23而将大量空气排出该封装空间s，且当填充该散热材23后，以塞孔件28封盖该第二端口202，如图2及图2a所示，使部分空气残留于该目标空间a1中。
96.所述的承载结构24为矩形体，其例如为具有核心层与线路结构的封装基板、无核心层(coreless)形式线路结构的封装基板、具导电硅穿孔(through-silicon via，简称tsv)的硅中介板(through silicon interposer，简称tsi)或其它板型，其包含至少一绝缘层及至少一结合该绝缘层的线路层，如至少一扇出(fan out)型重布线路层(redistribution layer，简称rdl)。应可理解地，该承载结构24也可为其它承载晶片的板材，如导线架(lead frame)、晶圆(wafer)、或其它具有金属布线(routing)的板体等，并不限于上述。
97.于本实施例中，该承载结构24平放于制程机台上，使该散热结构2a的第一端口201与第二端口202朝左右方向。
98.所述的电子元件25为主动元件、被动元件、封装体(chip module)或其组合者，其中，该主动元件为例如半导体晶片，而该被动元件为例如电阻、电容及电感。
99.于本实施例中，该电子元件25为平置封装形式半导体晶片，其具有相对的作用面25a(或下表面)与非作用面25b(或上表面)，并使该作用面25a借由多个如焊锡材料、金属柱(pillar)或其它等的导电凸块250以覆晶方式设于该承载结构24的线路层上并电性连接该线路层，且以该散热材23或底胶(图未示)包覆各该导电凸块250；或者，该电子元件25可借由多个焊线(图未示)以打线方式电性连接该承载结构24的线路层；抑或，该电子元件25可直接接触该承载结构24的线路层。应可理解地，且有关电子元件25电性连接承载结构24的方式繁多，且于该承载结构24上可接置所需类型及数量的电子元件，并不限于上述。
100.因此，本发明的电子封装件2借由该散热材23相对该承载结构24的表面高度h1(即液面高度位置)高于该电子元件25相对该承载结构24的表面高度h2(即该非作用面25b的高度位置)，使该散热材23完整包覆该电子元件25的作用面25a、非作用面25b与侧面25c(如图2b及图2c所示沿图2a的b-b及c-c剖面线的剖视示意图)，故该电子元件25不会自该散热材
23中外露，因而该电子元件25能借由该散热材23有效散热。
101.此外，对于该电子元件25的热源处，借由该散热块200的设计，使散热结构2a更接近热源，以增加散热效果，且借由该散热块200嵌入该散热材23中，以进一步增加散热效果。
102.另外，借由该第一支撑脚21为墙状，以防止液态散热材23外溢。。
103.另外，借由该第一支撑脚21与第二支撑脚22之间的间隔作为通道，如图2a所示，以容置液态散热材23，且由于热源为一特定区域(即该电子元件25)，可促使液态散热材23产生对流活动。
104.图3a至图3e为本发明的电子封装件3的第二实施例的制法的剖面示意图。本实施例与第一实施例的差异在于制程配置，故以下不再赘述相同处。
105.如图3a所示，于该散热结构2a固定于该承载结构24上后，转动90度角，以直立配置该散热结构2a与该承载结构24，使该散热结构2a的第一端口201与第二端口202朝上下方向，故该电子元件25为直立封装形式。
106.如图3b所示，将位于该散热结构2a下方的第一端口201作为填充端，以借由填充器90将该散热材33由下往上填入该封装空间s，且将位于该散热结构2a上方的第二端口202作为排气端，以将气嘴91设于该第二端口202上进行排气作业(如箭头方向y)。
107.如图3c所示，待该散热材33溢过(或完全覆盖)该电子元件25后，移除该气嘴91，再以塞孔件28封盖该第二端口202。
108.于本实施例中，该散热材33相对该第一端口201的表面高度h2(即液面高度位置)高于该电子元件25相对该第一端口201的表面高度h1(即离该第一端口201最远的侧面25c的高度位置)，使该散热材33完整包覆该电子元件25的作用面25a、非作用面25b与侧面25c，以令该电子元件25能借由该散热材33有效散热。
109.如图3d所示，将该电子封装件3上下倒置，使该第一端口201位于该散热结构2a的上方，供作为排气端，以将另一气嘴81设于该第一端口201上进行排气作业(如箭头方向y)。待将该封装空间s中的空气排出后，以另一塞孔件28封盖该第一端口201，使目标空间a2形成于上方第一支撑脚21与该散热材23之间。
110.如图3e所示，移除另一气嘴81，以形成电子封装件3。
111.因此，本发明的电子封装件3借由该散热材33相对该第二端口202的表面高度h1(如图4及图4a所示的液面高度位置)高于该电子元件25相对该第二端口202的表面高度h2(如图4及图4a所示的离该第二端口202最远的侧面25c的高度位置)，使该散热材33完整包覆该电子元件25的作用面25a、非作用面25b与侧面25c(如图4、图4b及图4c所示)，故该电子元件25不会自该散热材33中外露，因而该电子元件25能借由该散热材33有效散热。
112.图5及图5a为本发明的电子封装件5的第三实施例的剖面示意图。本实施例与上述实施例的差异在于散热结构5a的设计，故以下不再赘述相同处。
113.如图5a所示，于平置封装形式中，该散热结构5a的第一支撑脚51借由该结合材26结合至该承载结构24的侧面24c，且该承载结构24底部可配置多个含有焊锡材的导电元件59。应可理解地，于直立封装形式中(如图5e所示)，该散热结构5b的第一支撑脚51亦可借由该结合材26结合至该承载结构24的侧面24c。
114.于本实施例中，该第一端口501与第二端口502贯穿形成于该散热体20上，如图5及图5c所示。
115.此外，于该散热体20的内侧可形成至少一检测凹部500，如图5所示的四个，以供检测该散热材23相对该承载结构24的表面高度(即液面高度位置)是否高于该电子元件25相对该承载结构24的表面高度(即该非作用面25b的高度位置)，因而能有效确保该散热材23完整包覆该电子元件25，如图5b、图5c及图5d所示。
116.因此，当检测仪器(图略)检测到一预定高度(如图5c所示的检测凹部500填满该散热材23)时，即可判断该散热材23已完整包覆该电子元件25。
117.此外，经由排气作业后，该封装空间s会呈负压，故借由该散热材23未填满该封装空间s而形成目标空间a1,a2，以于后续热制程中，该散热材23于遇热膨胀时能填入该目标空间a1,a2中，因而能避免爆板的问题。
118.另外，如图5-1所示，于平置封装形式中，当该散热结构2a的第一支撑脚21借由该结合材26结合该承载结构24后，可借由夹具60夹持该第一支撑脚51与该承载结构24的侧面24c，以利后续作业。例如，该夹具60分别位于该散热体20的四个边缘外。应可理解地，于直立封装形式中(如图5e-1所示)，亦可借由夹具60夹持该第一支撑脚21与该承载结构24的侧面24c。
119.综上所述，本发明的电子封装件及其制法，主要借由该散热材23,33完整包覆该电子元件25，以有效散热该电子元件25，故不论该电子元件25为平置封装形式或直立封装形式，该散热材23,33皆须完整包覆该电子元件25。
120.上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。