[發明專利]倒裝芯片式半導體封裝結構

在審

• 申請號: 201710328368.4
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN106960828A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 來新泉;方云山;劉晨;張凌飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L23/367;H01L23/488;H01L21/56
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術領域

本發明涉及一種半導體封裝技術領域，特別涉及一種倒裝芯片式半導體封裝結構，可用于大功率芯片和高密度集成電路封裝。

背景技術

集成電路芯片在工作時會產生大量熱量，而模塑料的低熱導率會使包封的芯片熱量不易逸散，為此需要對其封裝結構進行設計以降低熱阻。

在傳統封裝中一般采用引線鍵合的方式通過電氣將芯片與引線框架相連接，這種連接方式易增加芯片和和引線間的傳導電阻及熱阻，且引線也容易斷裂。

倒裝芯片式封裝則是將芯片翻轉倒扣在引線框架或基板上，芯片上的金屬凸塊使芯片焊盤和引線框架間的電連接更加堅固。圖1是帶散熱塊的小外形晶體管SOT狀封裝結構的截面圖，圖2為圖1的引線框架、金屬凸塊、散熱塊和芯片的布局示意圖。

參照圖1，其半導體芯片11倒向安裝在引腳13A和13C上，芯片11上靠近第一引腳13A的第一接觸墊通過第一金屬凸塊12A與第一引腳13A連接，芯片11上靠近第二引腳13C的第二接觸墊通過第二金屬凸塊12D與第二引腳13C連接。為了提供低阻熱通道，芯片11上的第三接觸墊通過第三金屬凸塊12B與散熱塊15上靠近第一引腳13A的第一焊區連接，芯片11上的第四接觸墊通過第四金屬凸塊12C與散熱塊15上靠近第二引腳13C的第二焊區連接。散熱塊的底面15S暴露在模塑料14之外。引腳安裝部分的第一表面13AS、第二表面13CS與模塑料14的底表面14CS、散熱塊15的底面15S共面。圖2是圖1所示封裝結構的引腳、金屬凸塊、散熱塊和芯片的布局示意圖，參照圖2，第三金屬凸塊12B、第四金屬凸塊12C、第五金屬凸塊12H、第六金屬凸塊12I負責將芯片11上的熱量傳導至散熱塊。

引線框架在封裝中不僅負責電信號在封裝體內外部的輸運，還起到穩固支撐芯片的作用。然而在越來越多倒裝芯片的封裝實施中，由于芯片尺寸的不斷減小和I/O密度的提高，芯片表面上的接觸墊越來越多，植上的金屬凸塊遍布芯片主表面的中心和周邊區域，引線框架也從芯片兩側延伸至芯片中心，確保回流后和芯片上的金屬凸塊充分接觸。因此，芯片主表面的中間區域被引線框架占據，芯片上的熱量通過金屬凸塊傳導至散熱塊來提供高導熱通道的方法基本失效，小尺寸、高I/O密度的芯片所生成的大量的熱幾乎只能傳導至引線框架和模塑料。

另外，在倒裝芯片封裝中，由于芯片和引線框架的熱膨脹系數的失配，芯片上凸塊會產生熱應力、應變，積累的應變能會導致凸塊產生裂紋并斷裂，致使封裝失效。

因此，需要研究出新型的倒裝芯片的封裝結構以利用散熱塊的散熱優勢，同時提升封裝結構的熱可靠性。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的不足，提供一種新型的倒裝芯片式半導體封裝結構，通過新型散熱塊的散熱優勢，配合填充工藝，減小封裝熱阻和熱機械應力，滿足高密度、小尺寸封裝的需要，提高封裝結構的散熱能力和熱可靠性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種倒裝芯片式半導體封裝結構，包括：集成電路芯片、引線框架和一組金屬凸塊，該組金屬凸塊植在集成電路芯片主表面預留的表面接觸墊上，引線框架設有數個彼此絕緣的引腳，這些引腳按照輸出同一信號的金屬凸塊的排列布局延伸，集成電路芯片通過金屬凸塊與引線框架電連接，形成以集成電路芯片的主表面向上的定向倒裝芯片式結構，其特征在于：

集成電路芯片的下部設有散熱塊，該散熱塊表面開有凹槽，集成電路芯片整體嵌入到凹槽內，使集成電路芯片的背面與散熱塊的凹槽的底面直接接觸；

集成電路芯片的主表面與引線框架之間填充有高導熱絕緣灌封膠，固化后形成膠層，以降低金屬凸塊受到的熱應力，并使集成電路芯片上的熱量更易于向散熱塊傳導。

作為優選，所述引線框架的上表面及膠層和散熱塊的側面包封有模塑料，引線框架的引腳一端從模塑料內水平延伸出來，經切筋成型向下形成引腳的安裝部分，該引腳安裝部分的底表面與散熱塊暴露的底表面齊平。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明由于采用集成電路芯片的主表面向上定向，其背面和散熱塊直接接觸，芯片上金屬凸塊通過高導熱絕緣灌封膠和散熱塊間接接觸，散熱塊的底表面暴露在模塑料之外，引腳的安裝部分的表面與散熱塊的底表面共面的結構，根據熱傳導的原理，這種設計結構不僅可以幫助芯片快速散熱，而且散熱塊不會占用引線框架的空間，因而非常適合小型高密度電路的封裝。