[發(fā)明專利]用于倒裝芯片封裝的順應(yīng)式散熱器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110314735.8
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102456638A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林文益;林柏堯
• 申請（專利權(quán)）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/31
• 代理公司: 北京德恒律師事務(wù)所 11306
• 代理人: 陸鑫;高雪琴

相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求于2010年10月20日提交的美國臨時專利申請第61/405,017號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容并入本申請作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明基本上涉及倒裝芯片封裝的制造，更具體地來說，涉及具有機械性能和熱性能都得到提高的順應(yīng)式(compliant)散熱器的倒裝芯片封裝。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體芯片封裝工業(yè)中，載有集成電路的芯片通常安裝在諸如基板、電路板或者引腳框的封裝載體上，該基板、電路板或者引腳框提供了從芯片到封裝外部的電連接。在這種稱為倒裝芯片安裝的封裝方式中，芯片的有源側(cè)以顛倒的方式安裝在基板上方，芯片和基板通常由熱膨脹系數(shù)不匹配的不同材料形成。因此，當(dāng)加熱時，芯片和基板會產(chǎn)生很大的尺寸變化，而尺寸變化不匹配會導(dǎo)致產(chǎn)生很大的熱導(dǎo)應(yīng)力(thermally-induced?stress)，并且會在芯片和基板之間的電連接中產(chǎn)生翹曲。如果沒有得到補償，則熱膨脹會導(dǎo)致芯片性能的退化，損壞芯片和基板之間的焊接連接，或者導(dǎo)致封裝失敗。

為了減少翹曲，并且改進倒裝芯片封裝的可靠性，微電子工業(yè)提出了多種方式。通常使用密封劑材料或者底部填充來填充芯片和基板之間的間隙，從而降低熱循環(huán)期間的封裝上的應(yīng)力。附加地，通常在封裝組件中的芯片周圍應(yīng)用增強板(stiffener)。增強板連接在基板上和芯片周圍，從而限制住了基板，進而防止了在熱循環(huán)期間的芯片翹曲或者其他相對于芯片的移動。為了進一步降低翹曲的可能性，并且促進倒裝芯片封裝的熱冷卻，通常將散熱器安裝在封裝的頂部，從而進行散熱，并且將由于至少芯片和基板之間的熱膨脹不匹配而產(chǎn)生的作用力反向平衡掉。

盡管散熱器和增強板降低了翹曲，通過散熱器限制住了封裝，但是在芯片和基板之間的焊接接點上的應(yīng)力可能較大。而且，隨著增強板連接到基板上，增強板限制住基板，從而可能對基板施加了應(yīng)力。基板和芯片上的應(yīng)力會導(dǎo)致芯片性能退化或者封裝失敗。而且，對于熱利用，具有非常同質(zhì)導(dǎo)電材料的傳統(tǒng)的散熱器很可能無法適用于元件或者系統(tǒng)級別的封裝設(shè)計，在元件或者系統(tǒng)級別的封裝設(shè)計的運行期間，通常會發(fā)生芯片生熱不均勻的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種集成電路芯片封裝，包括：基板；芯片，連接到所述基板；以及散熱器，安裝在所述芯片上方，用于封閉其內(nèi)的所述芯片：所述散熱器包括：導(dǎo)熱元件，具有相對于所述芯片的頂部的一側(cè)，用于將熱量從所述芯片傳送到所述散熱器，以及順應(yīng)式元件(compliant?element)，具有第一部分和第二部分，所述第一部分連接到所述導(dǎo)熱元件并且位于所述導(dǎo)熱元件的邊緣周圍，所述第二部分固定在所述基板的表面，其中，所述導(dǎo)熱元件的導(dǎo)熱系數(shù)高于所述順應(yīng)式元件的導(dǎo)熱系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，進一步包括位于所述芯片和所述散熱器之間的熱界面材料(TIM)，用于將所述芯片產(chǎn)生的熱量傳送到所述散熱器。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述順應(yīng)式元件具有柔韌性，但能夠保持尺寸穩(wěn)定性，并且包括塑料、樹脂、聚合物基材料、熱塑性材料、環(huán)氧樹脂材料、聚酯材料、介電材料、或者含硅材料。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述順應(yīng)式元件通過注塑成型制成。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述順應(yīng)式元件通過螺釘、扣件、插銷、桿、夾具、粘合劑、或者環(huán)氧樹脂固定到所述基板的表面。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述順應(yīng)式元件的所述熱膨脹系數(shù)(CTE)基本上等于所述基板的CTE。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述導(dǎo)熱元件的導(dǎo)熱率隨著所述順應(yīng)式元件的導(dǎo)熱率的變化而變化。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述導(dǎo)熱元件包括銅、銅合金、鋁、鋁合金、碳化合物、鋼、鋼合金、或者上述的組合。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，所述導(dǎo)熱元件包括單金屬材料或者多種不同的金屬材料。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，調(diào)整所述導(dǎo)熱元件的一個或者多個區(qū)域的材料、形狀、和/或厚度以匹配所述芯片的各個部分的不均勻熱信號。

根據(jù)本發(fā)明所述的集成電路芯片封裝件，其中，可以調(diào)整所述導(dǎo)熱元件的材料、形狀、和/或厚度以匹配所述芯片的CTE和/或所述基板的CTE。