功率晶片的封裝製程的製作方法
2023-05-15 21:08:26 1
專利名稱：功率晶片的封裝製程的製作方法
技術領域：
本發明系提供一種功率晶片的封裝製程，尤指利用金屬凹杯狀的凹槽嵌入結合於電路板上，並將晶片置放於金屬的凹槽內，而後打線封膠，然後將封膠完成的封裝組件與散熱金屬基板結合，所完成的功率晶片封裝製程。
背景技術：
傳統晶片採直接封裝(Chip on Board；簡稱COB)，是集成電路封裝的一種方式，其將裸晶片直接黏貼、封裝於印刷電路板或銅、鋁基板上，並結合有三項基本製程晶片黏著、導線連接、應用封膠技術等，可有效將IC製造過程中的封裝與測試步驟，直接轉移到電路板組裝階段，這種封裝技術其實是小型化的表面黏著技術，至於電氣傳導部分則是利用導線將晶片的接點打線到電路板或基板的接點上，形成電性導通，外部再應用封膠技術予以覆蓋。
是以，此種晶片直接封裝技術(COB)廣泛運用在各類消費性電子產品上，例如多功能事務機、手機、數字相機、計算機上，也是使得各類消費性產品朝向小型化、多功能化的一項重要製程，而傳統晶片的直接封裝(COB)結構，尤其以發光功率晶片為例，如圖9所示，係為習用的側視剖面圖，由圖中可清楚看出，傳統的封裝結構是將發光晶片B直接定位於基板A上(如銅基板、鋁基板或其它金屬基板等)，並於基板A上鋪設有絕緣體A1，如此，即可將導電區段A2布設於基板A的絕緣體A1上，並利用打線的方式將導線B1由發光晶片B的接點拉至絕緣體A1的導電區段A2上形成電性導通，而後再封膠於上述發光功率晶片B及導電區段A2上，以形成發光功率晶片的COB封裝結構。
然而，此種結構仍具有熱阻高的缺點，在發光晶片B效能的增加下，相對的它所產生出的熱量也不斷的增加，倘若沒有良好的散熱方式來引導發散發光晶片B所產生及囤積的熱量，因之過高的溫度將導致發光晶片B產生電子游離與熱應力等現象，進而造成整體的穩定性降低，以及縮短發光晶片B本身的壽命，因此，如何引導排除這些熱量以避免發光晶片B過熱，便有以下的結構設計，如圖10所示，係為另一習用的側視剖面圖，由圖中可清楚看出，另一習用是於發光晶片B的置放位置處，設計將基板A的絕緣體A1讓開，即絕緣體A1上開設槽孔A11，以供發光晶片B直接定位於金屬構成的基板A上，這樣就可以將發光晶片B抵貼於金屬基板A上，如此，發光晶片B於運作時，可將產生的熱量藉由基板A傳導散熱，以降低其發光晶片B所囤積的熱，惟，上述二件習用高功率發光晶片的封裝結構於使用時仍具有諸多缺失，例如以基板(如銅基板、鋁基板或其它金屬基板等)作為功率晶片的封裝結構時，其基板A背面無法作為電性導通的導體，且基板A的使用會使得整體重量較重，體積也無法微小化、組件化，故無法將此封裝結構應用於表面組裝組件(Surface Mounted Devices；SMD)上。
是以，針對導熱良好、快速散熱、電熱分離以及將高功率晶片的COB封裝結構應用於SMD的組裝結構等考量，即為從事此產業的相關廠商所亟欲研究改善的方向所在。
發明內容
故，根據上述背景技術的諸項缺失，發明人乃針對晶片封裝的特性，作深入的分析與探討，並經由多方評估及考量，通過苦心思慮與研發，進而以鍥而不捨的試作與修改，研發出此種功率晶片的封裝製程，應用本案的結構設計而達到導熱良好、快速散熱、電熱分離以及可將高功率晶片的COB封裝結構應用於SMD的組裝結構，若為發光功率晶片，更可獲得金屬凹杯的光源反射增益效果，具備應用於半導體及光電產業的組件封裝與模塊結構設計的良好效用，適合產業批量生產的發明專利。
本發明的主要目的乃在於功率晶片的封裝製程中，利用金屬呈凹杯狀的凹槽嵌入結合於電路板表面的對應孔內，並使金屬凹槽的底部凸出電路板背面，而金屬凹槽所設的開孔則可供電路板表面的接點露出，以此結構設計，將功率晶片置入凹槽內，並以打線方式使晶片與接點呈電性連接，而後封膠打線，再將完成的組件與金屬基板結合，進而將功率晶片運作時所產生的高熱，通過金屬凹槽而傳導至基板處予以散熱，且晶片若為高功率發光晶片時，更可通過金屬凹槽得到光源反射的增益效果，完成此一導熱良好、快速散熱、電熱分離、結構簡單穩固的功率晶片封裝，具備應用於半導體及光電產業的組件封裝與模塊結構設計的良好效用。
本發明的功率晶片的封裝製程，其封裝步驟流程如下(A)製作金屬凹槽，先金屬材質所製成的片材進行加工，成型為呈凹杯狀的凹槽，另於金屬凹槽表面設置一個或一個以上開孔；(B)製作電路板，電路板表面對應於金屬凹槽處開設對應孔，並於電路板上設置多個接點；(C)結合金屬凹槽與電路板，將呈凹杯狀的金屬凹槽嵌入結合於電路板表面所開設的對應孔內，且金屬片的凹槽底部凸出電路板背面，而電路板上的接點則位於金屬凹槽所設的開孔內；(D)封裝功率晶片，將晶片置放於金屬凹槽內，並利用打線作業將導線由晶片拉至開孔處的接點上形成電性導通，而後封膠於晶片上，即完成封裝製程。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述金屬凹槽與電路板的結合方式為表面黏著(SMT)、膠片黏合、液態膠黏合、雙面膠黏合或其它具同等功效的材料與方法，使金屬凹槽緊密地與電路板結合。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述金屬凹槽為銅、鎳、鋁、鎂、銅鉬銅、鎳鉬鎳所製成。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述金屬的凹槽及開孔為利用機械衝壓、蝕刻、鑄造、計算機數控加工方式來加工成型為各種幾何形狀的外型，且開孔的開斷面延伸至凹槽上緣。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述金屬的凹槽於加工成型後，進行表面化學處理或電鍍處理而形成金屬光澤。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述金屬凹槽進一步於表面周緣向上延伸設計產生防止溢膠的阻膠邊。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述電路板背面設置多個接點，且電路板進一步與金屬材質所製成的基板結合，而所述基板表面則設置絕緣體，以及與電路板背面接點相連接的接點，且金屬的凹槽底面為抵貼於基板的絕緣體讓開位置處。所述基板可為銅基板、鋁基板或其它金屬基板。
所述的功率晶片的封裝製程，其中，所述電路板上所開設的對應孔為符合金屬凹槽的弧度而設計成型。
是以，本發明功率晶片的封裝製程於使用時，可解決習用的缺失如下本發明的結構設計非常簡單，其底部呈凹杯狀的金屬凹槽可依使用需求而設計成各種幾何外型，並將金屬凹槽嵌入結合於電路板表面的對應孔內，使金屬凹槽底部凸出電路板背面，而金屬凹槽所設的開孔則可供電路板表面的接點露出，如此，即可將晶片置入凹槽內，並以打線作業使晶片與接點呈電性連接，而後封膠於晶片上，以此結構設計，即可將上述封膠完成的功率晶片SMD與基板結合，進而將晶片運作時所產生的高熱通過金屬凹槽而傳導至基板處予以散熱，且晶片若為高功率發光晶片時，更可通過金屬凹槽得到光源反射的增益效果，完成此一導熱良好、快速散熱、電熱分離、結構簡單穩固的功率晶片封裝，具備應用於半導體及光電產業的組件封裝與模塊結構設計的良好效用。
圖1係為本發明的製造流程圖。
圖2係為本發明較佳實施例的立體分解圖。
圖3係為本發明較佳實施例於組裝前的側視剖面圖。
圖4係為本發明較佳實施例於組裝時的側視剖面圖。
圖5係為本發明較佳實施例於組裝後的側視剖面圖。
圖6係為本發明較佳實施例SMD於基板的側視剖面圖。
圖7係為本發明再一較佳實施例的側視剖面圖。
圖8係為本發明又一較佳實施例的立體外觀圖。
圖9係為習用的側視剖面圖。
圖10係為另一習用的側視剖面圖。
主要元件符號說明1、片材11、金屬凹槽13、阻膠邊12、開孔2、電路板21、對應孔22、接點23、接點3、功率晶片31、導線4、基板41、絕緣體 42、接點A、基板A1、絕緣體 A2、導電區段A11、槽孔B、發光晶片B1、導線
具體實施例方式
為達成上述目的及製程，本發明所採用的技術手段及其功效，茲繪圖就本發明的實施例詳加說明其製程功能如下，以利完全了解。
本發明所述功率晶片的封裝製程為完整敘述表達，乃以高功率發光晶片為敘述說明之例，但本發明於實際應用時，則並不以高功率發光晶片為限，請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，係為本發明的製造流程圖、較佳實施例的立體分解圖、於組裝前的側視剖面圖、於組裝時的側視剖面圖、於組裝後的側視剖面圖及完成的SMD於基板的側視剖面圖，由圖中可以清楚看出，本發明所述功率晶片的封裝結構與製程，其詳細步驟流程如下(A)金屬凹槽製作，先將金屬材質所製成的片材1加工，成型為呈凹杯狀的凹槽11，並於金屬凹槽11表面設有一個或一個以上的開孔12，且開孔12為對應於電路板2的接點22處；(B)電路板製作，電路板2表面於對應金屬凹槽11處開設有對應孔21，且對應孔21為符合金屬凹槽弧度而設計成型，並於電路板2上設有多個可供導線連接的接點22；(C)金屬凹槽與電路板結合，電路板2表面所開設的對應孔21為提供呈凹杯狀的金屬凹槽11嵌入結合，並使金屬凹槽11的底部凸出電路板2背面，而電路板2上的接點22則位於金屬凹槽11所設的開孔12內；(D)晶片封裝，將功率晶片3置入黏貼於金屬凹槽11內，並利用打線作業將導線31由功率晶片3拉至開孔12處的接點22上形成電性導通，而後封膠於功率晶片3上，即完成本發明功率晶片的封裝製程。
是以，當金屬片材1於加工成型為呈凹杯狀的金屬凹槽11後，即可將金屬凹槽11嵌入結合於電路板2的對應孔內(如圖3所示)，其結合方式可為表面黏著(SMT)、膠片黏合、液態膠黏合、雙面膠黏合或其它具同等功效的材料與方法，使金屬凹槽11緊密的與電路板2結合，並使電路板2表面的接點22位於金屬凹槽11所設的開孔12內，如此，便可將晶片3黏貼於金屬凹槽11內(如圖4所示)，並以導線31使功率晶片3可與電路板2表面的接點22形成電性連接，而後通過封膠作業即可將功率晶片3及導線31予以封裝(如圖5所示)，進而形成模塊化的結構設計。
再者，當底部呈凹杯狀的金屬凹槽11嵌入結合於電路板2表面所開設的對應孔21時，金屬凹槽11底部為凸出電路板2背面，即可與一基板4結合，而基板4可為銅基板、鋁基板或其它金屬基板，其主要於電路板2背面設有多個接點23，而基板4表面則設有絕緣體41，以及與電路板2背面接點23相對應的接點42，如此，即可將上述封膠完成的功率晶片SMD與基板4結合，使電路板2背面的接點23與基板4表面的接點42呈電性連接，另金屬凹槽11底面則抵貼於基板4的絕緣體41讓開位置處(如圖6所示)，於晶片3運作產生熱量時，便可通過金屬凹槽11將晶片3所產生且囤積的高熱傳導至基板4上進行散熱，形成具備導熱良好、快速散熱、電熱分離以及將高功率晶片的COB封裝結構應用於SMD的組裝結構等應用上的優越設計。
此外，上述的金屬片1可為銅、鎳、鋁、鎂、銅鉬銅、鎳鉬鎳或其它金屬、金屬合金等材料所製成，且金屬凹槽11及開孔12則可利用機械衝壓、蝕刻、鑄造、計算機數控(Computer Numerical Control，簡稱CNC)加工等方法來成型為各種幾何形狀的外型，並使開孔12的開斷面延伸至金屬凹槽11上緣(如圖2所示)，以利功率晶片3打線作業，此外，金屬片1於加工成型後，另於表面以化學處理或電鍍處理而形成金屬光澤，若功率晶片3為高功率發光晶片，即可通過金屬凹槽11將功率晶片3所產生的光源予以反射，得到光源反射的增益效果，進而獲得提升光源效率的效用。
請參閱圖7所示，係為本發明本再一較佳實施例的側視剖面圖，由圖中可清楚看出，本發明的金屬凹槽11可進一步於表面周緣向上延伸設計產生阻膠邊13，於晶片3灌膠時，可通過阻膠邊13來防止溢膠，以達到晶片封膠時的便利性。
請繼續參閱圖8所示，係為本發明又一較佳實施例的側視剖面圖，由圖中可清楚看出，本發明的封裝結構可視使用者的需求或設計的不同而於金屬凹槽11內置放有一個或一個以上的功率晶片3，並依電路板2與晶片3對應的接點22，而可於金屬凹槽11上開設有多個相對應的開孔12；另，金屬凹槽11可依光學反射、熱傳導或機械強度的需求而成型為各種幾何形狀的外型，即可使本發明的封裝結構依使用特性而形成多晶封裝、多電極或不同幾何外型的封裝，故可有效增加本發明的適用範圍，舉凡可達成前述效果的形式皆應受本創作所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本創作的專利範圍內，合予陳明。
上述詳細說明為針對本創作一種較佳的可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本創作的申請專利範圍，凡其它未脫離本創作所揭示的技藝精神下所完成的均等變化與修飾變更，均應包含於本創作所涵蓋的專利範圍中。
綜上所述，本發明功率晶片的封裝製程於實際應用上，確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異的發明，為符合發明專利的申請要件，爰依法提出申請，盼貴大審委早日賜準本案，以保障發明人的發明權益，倘若鈞局大審委有任何稽疑，請不吝來函指正，發明人定當竭力配合，實感德便。
權利要求
1.一種功率晶片的封裝製程，其特徵在於，其封裝步驟流程如下(A)製作金屬凹槽，先將金屬材質所製成的片材進行加下，成型為呈凹杯狀的凹槽，另於金屬凹槽表面設置一個或一個以上開孔；(B)製作電路板，電路板表面對應於金屬凹槽處開設對應孔，並於電路板上設置多個接點；(C)結合金屬凹槽與電路板，將呈凹杯狀的金屬凹槽嵌入結合於電路板表面所開設的對應孔內，且金屬片的凹槽底部凸出電路板背面，而電路板上的接點則位於金屬凹槽所設的開孔內；(D)封裝功率晶片，將晶片置放於金屬凹槽內，並利用打線作業將導線由晶片拉至開孔處的接點上形成電性導通，而後封膠於晶片上，即完成封裝製程。
2.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述金屬凹槽與電路板的結合方式為表面黏著、膠片黏合、液態膠黏合、雙面膠黏合或其它具同等功效的材料與方法，使金屬凹槽緊密地與電路板結合。
3.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述金屬凹槽為銅、鎳、鋁、鎂、銅鉬銅、鎳鉬鎳所製成。
4.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述金屬的凹槽及開孔為利用機械衝壓、蝕刻、鑄造、計算機數控加工方式來加工成型為各種幾何形狀的外型，且開孔的開斷面延伸至凹槽上緣。
5.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述金屬的凹槽於加工成型後，進行表面化學處理或電鍍處理而形成金屬光澤。
6.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述金屬凹槽進一步於表面周緣向上延伸設計產生防止溢膠的阻膠邊。
7.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述電路板背面設置多個接點，且電路板進一步與金屬材質所製成的基板結合，而所述基板表面則設置絕緣體，以及與電路板背面接點相連接的接點，且金屬的凹槽底而為抵貼於基板的絕緣體讓開位置處。
8.如權利要求7所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述基板為銅基板、鋁基板或其它金屬基板。
9.如權利要求1所述的功率晶片的封裝製程，其特徵在於，所述電路板上所開設的對應孔為符合金屬凹槽的弧度而設計成型。
全文摘要
本發明為一種功率晶片的封裝製程，主要系以金屬片成型為呈凹杯狀的凹槽，並於其上設有一個或一個以上的開孔，而電路板表面則開設有與凹槽對應的對應孔，並於電路板上設有多個接點，再以金屬呈凹杯狀的凹槽嵌入並結合於電路板的對應孔內，並使電路板上的接點定位於金屬片的開孔內，且金屬片的凹槽底部凸出電路板背面，然後將晶片置放於金屬呈凹杯狀的凹槽內，再以打線作業將導線由晶片拉至開孔處的電路板接點上形成電性導通，而後封膠於晶片上，再將打線封膠完成的封裝組件與另設的散熱金屬基板結合，完成此一導熱良好、快速散熱、電熱分離、結構簡單穩固的功率晶片封裝，若為發光功率晶片，更可獲得金屬凹杯的光源反射增益效果。
文檔編號H01L33/00GK101064260SQ200610075979
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月26日 優先權日2006年4月26日
發明者於浩然, 張仲琦, 劉尚緯 申請人:碁成科技股份有限公司