強化散熱型封裝結構及其形成方法
2023-09-24 12:38:05 1
專利名稱：強化散熱型封裝結構及其形成方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體封裝結構及其形成方法，特別有關一種強化散熱型(thermal enhanced)封裝結構及其形成方法。
背景技術：
欲將傳統的半導體封裝體連接至一般電子產品的印刷電路板，通常使用表面安裝技術(surface mount technology；SMT)，將俗稱錫膏的軟焊材料形成於印刷電路板的焊接墊後，再將半導體封裝體置於印刷電路板上，使半導體封裝體上的接點經由軟焊材料、印刷電路板的焊接墊導通至印刷電路板的內部線路。最後以再流焊(reflow)的熱工藝，將印刷電路板與半導體封裝體加熱至高於上述軟焊材料熔點的溫度，藉由融化的軟焊材料確實地將半導體封裝體上的接點與印刷電路板的焊接墊焊合。完成一件電子產品時，半導體封裝體均已歷經至少一次的再流焊熱工藝。
使用錫鉛共晶合金作為軟焊材料時，其熔點為約183℃，在上述再流焊的熱工藝中的最高溫度通常為220℃～240℃；而因近來歐盟、日本對綠色電子產品的需求，必須使用無鉛的軟焊材料，以常用的錫-銀或錫-銀-銅系列的無鉛軟焊材料為例，其熔點為215℃～220℃，在再流焊的熱工藝中的最高溫度通常可高達約250℃。上述的熱工藝溫度已足以造成半導體封裝體與印刷電路板的熱變形，並在兩者之間有殘留熱應力的存在，對半導體封裝體本身及組裝後的電子產品的可靠度均造成不良影響。
又特別對應用於數字相機或是其它可以攝取數字圖像的電子產品中的圖像IC而言，其具有用來攝取數字圖像的圖像傳感器(image sensor)。然而圖像傳感器是對熱相當敏感的元件，因此圖像IC的封裝體在經過再流焊的熱工藝後，極易傷害到其內的圖像傳感器，更對圖像IC的封裝體本身及具有圖像IC的封裝體的電子產品的可靠度產生不良影響。
另外，隨著市場上對電子產品要輕、薄、短、小的需求，對半導體晶片而言，必須在有限面積的半導體基板中，放入更多的電子元件。這對於封裝體的散熱性是一項重大的挑戰。以非圖像IC的封裝體而言，可以在封裝體的封膠體(encapsulant)上裝設散熱片或散熱器(heat sink)，將半導體晶片所產生的熱傳導至外界；也可以在封裝體與印刷電路板的接點中，設計一些用來導熱的熱接點，將半導體晶片所產生的熱傳導至印刷電路板。然而，在封膠體上裝設散熱片或散熱器，將會在半導體封裝工藝中，使形成封膠體的步驟複雜化。而散熱片或散熱器與封膠體之間的接合問題，也可能使外界水氣沿著上述二者的接合面進入封裝體中，而對半導體封裝工藝的產出、所產出的封裝體的可靠度造成不良影響。若在封裝體與印刷電路板的接點中，設計一些用來導熱的熱接點時，其將半導體晶片所產生的熱傳導至印刷電路板的熱傳導路徑的截面積有限，對於封裝體的散熱性的幫助也有限。
而以圖像IC的封裝體而言，其中的圖像IC被一透明物質所覆蓋，使其所具有的圖像傳感器得以將外界圖像攝取為數字圖像，並不適合在上述透明物質上裝設散熱片或散熱器。因此，傳統上對圖像IC的散熱僅能藉由印刷電路板上用來導熱的熱接點來作散熱，其散熱效果有限。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的是提供一種強化散熱型封裝結構及其形成方法，使被封裝的半導體晶片不會經過再流焊的溫度循環，以提高上述半導體晶片、其封裝結構本身、以及組裝後的電子產品的可靠度。
本發明的另一目的是提供一種強化散熱型封裝結構及其形成方法，除了能夠提高上述封裝結構的散熱能力之外，也更能進一步強化封裝結構的結構強度與可靠度表現。
為達成本發明的上述目的，本發明提供一種強化散熱型封裝結構的形成方法。首先，(a)提供一印刷電路板，其具有一上表面與一下表面，上表面包括一直接封裝區與一第一外部元件接觸區。直接封裝區具有一晶片安裝區與位於晶片安裝區的外側的一第一接點，晶片安裝區具有穿透印刷電路板的一鏤空結構，第一外部元件接觸區具有一第二接點，且第一接點與第二接點電性連接。接著，(b)提供一導熱基板，其具有相對的一第一表面與一第二表面。(c)將導熱基板的第一表面與印刷電路板的下表面壓合(laminate)，並使至少部分的導熱基板由印刷電路板的鏤空結構處暴露出來。
接著，(d)將一第一晶片黏合於印刷電路板的鏤空結構處，使第一晶片與導熱基板黏合，且第一晶片上至少具有一焊接墊。接著，(e)於第一接點與焊接墊之間形成一連接導體，使第一接點電連接焊接墊。最後，(f)形成一隔絕結構，使第一晶片、焊接墊、連接導體、以及第一接點與大氣隔絕，以形成一強化散熱型封裝結構。
本發明又提供一種強化散熱型封裝結構，包括一印刷電路板、一導熱基板、一第一晶片、一連接導體、以及一隔絕結構。印刷電路板具有一上表面與一下表面，上表面上設置一直接封裝區與一第一外部元件接觸區。直接封裝區具有一晶片安裝區與位於上述晶片安裝區的外側的一第一接點，晶片安裝區具有穿透上述印刷電路板的一鏤空結構，第一外部元件接觸區具有一第二接點，且第一接點與第二接點電性連接。
導熱基板具有相對的一第一表面與一第二表面，導熱基板的第一表面與印刷電路板的下表面壓合，且部分的導熱基板由印刷電路板的鏤空結構處暴露出來。
第一晶片於上述鏤空結構處黏合於導熱基板。第一晶片至少具有一焊接墊。連接導體電性連接第一接點與焊接墊。隔絕結構使第一晶片、焊接墊、連接導體、以及第一接點與大氣隔絕。
圖1A～1H為一系列俯視圖，顯示本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的流程；圖2A～2J為一系列剖面圖，顯示本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的流程；圖3A～3D為一系列俯視圖，顯示本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的流程；圖4A～4D為一系列剖面圖，顯示本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的流程；圖5為一剖面圖，顯示本發明第一、二實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法中的一附加步驟。
附圖標記說明31、32、41、42 第二外部元件400、700印刷電路板 401上表面
402 下表面 410、710 直接封裝區411、711晶片安裝區 412、712 鏤空結構413、713第一接點 420、720 第一外部元件接觸區421、721第二接點 430第一外部元件接觸區431、432、441、442第三接點440、440』封膠體 450、750 導熱基板451 第一表面 452第二表面455、755晶片黏合層 460、760 半導體晶片462、762焊接墊 464、764 連接導體470、770電路板線路 480、780 連接器490 散熱媒體 495導熱膠材740 壩狀結構 745透光蓋766 圖像傳感器具體實施方式
第一實施例本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法，適用於非圖像IC的半導體晶片的封裝結構的形成方法，請參考下列步驟。
請參考圖1A～1H與圖2A～2J，其中圖1A～1H為一系列的俯視圖、圖2A～2J為同一系列的剖面圖，顯示本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的流程、及其所形成的強化散熱型封裝結構。
請先參考圖1A及其沿AA線的剖面圖的圖2A。首先，提供一印刷電路板400，具有一上表面401與一下表面402，而圖1A即為上表面401的俯視圖。如圖1A和圖2A所示，印刷電路板400具有一直接封裝區410、一第一外部元件接觸區420，並視工藝需要可在印刷電路板400加上一第二外部元件接觸區430。直接封裝區410具有一晶片安裝區411與位於晶片安裝區411的外側的一第一接點413；晶片安裝區411具有穿透印刷電路板400的一鏤空結構412。第一外部元件接觸區420具有一第二接點421，且第一接點413藉由電路板線路470與第二接點421電性連接。第二外部元件接觸區430具有一第三接點431與一第三接點432，視需要分別電性連接於第一接點413及/或第二接點421。另外，視工藝需要直接封裝區410也可具有一第三接點441與一第三接點442，同樣地視需要分別電性連接於第一接點413及/或第二接點421。
接下來，在圖1B及其沿AA線的剖面圖的圖2B中，提供一導熱基板450，具有相對的一第一表面451與一第二表面452。如圖1B所示，本實施例中在導熱基板450的第一表面451上設置一晶片黏合層455，且在後續壓合導熱基板450與印刷電路板400時，部分晶片黏合層455暴露於鏤空結構412中，以幫助更後續的步驟中半導體晶片460(顯示於圖1E、2E)與導熱基板450之間的結合性。導熱基板450可為金屬板、陶瓷板、或其它具高散熱性的基板。晶片黏合層455可選自下列材料鎳/金層、錫鉛合金層、含銀合金層、以及含銅合金層。晶片黏合層455可以先形成於導熱基板450上；也可以由本領域內的技術人員自行以例如電鍍、物理氣相沉積(例如濺射)、化學氣相沉積、或其它方式，將晶片黏合層455形成於導熱基板450。
然後，在圖1C及其沿AA線的剖面圖的圖2C中，將導熱基板450的第一表面451與印刷電路板400的下表面402壓合(laminate)，並使至少部分的導熱基板450由印刷電路板400的鏤空結構412之處暴露出來。與此實施例中，由鏤空結構412處所暴露的導熱基板450的面積大於半導體晶片460(顯示於圖1E、2E)的面積(此時鏤空結構412的面積也大於半導體晶片460的面積)，以使在後續步驟將半導體晶片460於黏合導熱基板400時，半導體晶片460可以完全黏合該導熱基板450，使最後完成的封裝結構能有優選的可靠度。
圖1C、2C所示的壓合步驟中，可以先在印刷電路板400的下表面402形成一壓合膠材(未顯示)，例如為含銀粉的環氧樹脂(epoxy)。接著，結合導熱基板450的第一表面451與印刷電路板400的下表面402。最後，對導熱基板450的第一表面451與印刷電路板400的下表面402的交界面施壓，並升溫至不超過120℃將上述壓合膠材固化(curing)，進而完成此壓合步驟。
另外，本領域內的技術人員也可以變更設計，使被鏤空結構412所暴露的導熱基板450的面積小於半導體晶片460的面積、或是使鏤空結構412的面積小於半導體晶片460的面積。如此一來，被鏤空結構412所暴露的導熱基板450的面積小於半導體晶片460的面積時，會減少半導體晶片460與導熱基板450的接觸面積，而降低散熱效果；鏤空結構412的面積小於半導體晶片460的面積時，也會減少半導體晶片460與導熱基板450的接觸面積，且半導體晶片460與導熱基板450之間就必須形成較厚的壓合膠材，而使上述壓合膠材內發生氣泡(void)的風險增加。
請參考圖1D及其沿AA線的剖面圖的圖2D。本發明中可視工藝需要可提供一第二外部元件31、32、41、42，分別電性連接於第三接點431、432、441、442。第二外部元件31、32、41、42可以是一無源元件、一第二半導體晶片、一封裝有至少一第三半導體晶片的封裝體、或上述的組合。在本實施例中，第二外部元件31、32、41、42均為無源元件。此外，可以使用傳統的SMT工藝將第二外部元件31、32、41、42分別電性連接於第三接點431、432、441、442上。例如，首先，可先在第三接點431、432、441、442上分別以例如模板印刷法(stencil printing)形成一軟焊材料(未顯示)，此軟焊材料可以是含鉛或不含鉛的錫合金。接著，分別將第二外部元件31、32、41、42分別置於第三接點431、432、441、442上，最後，將溫度升高至高於上述軟焊材料的熔點的溫度，再流焊軟焊材料，使第二外部元件31、32、41、42分別電性連接於第三接點431、432、441、442。另外，可視工藝需求加上一清潔的步驟，以清潔印刷電路板400。需注意的是，上述的再流焊步驟是執行於黏合半導體晶片460之前。
然後，在圖1E及其沿AA線的剖面圖的圖2E中，將一半導體晶片460黏合於印刷電路板400的鏤空結構412之處，使半導體晶片460與導熱基板450黏合。半導體晶片460上至少具有一焊接墊(Wire bond Pad)462。半導體晶片460與導熱基板450的黏合方式可使用晶片黏合(Die Bond)，也就是在暴露於鏤空結構412的導熱基板450上形成一黏合材料(未顯示)例如含銀粉或不含銀粉的環氧樹脂後，再加熱至不超過120℃將上述黏合材料固化，而完成半導體晶片460與導熱基板450的黏合。此時，半導體晶片460與導熱基板450之間的結合強度因為晶片黏合層455而增強，進而提高本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的合格率及產品的可靠度。
然後，在圖1F及其沿AA線的剖面圖的圖2F中，於第一接點413與焊接墊462之間形成一連接導體464，使第一接點413電連接焊接墊462。連接導體464通常為金或其合金，在極小部分的情況下會使用鋁質的連接導體464。此時，藉由電路板線路470，使第二接點421分別電性連接於半導體晶片460。
接下來的步驟是形成一隔絕結構，使半導體晶片460、焊接墊462、連接導體464、以及第一接點413與大氣隔絕。上述隔絕結構的形成方法可分為點膠式、與射出成形的模塑式(molding)，分別顯示於圖1G及其沿AA線的剖面圖的圖2G中、圖1H及其沿AA線的剖面圖的圖2H中。
在圖1G、2G中，敘述以點膠方式形成封膠體440作為上述隔絕結構的情形。在此步驟中，使用一點膠機，將一熱固性且為高黏性的液態膠體例如為環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(Polyimide)、聚酯(Polyester)、或一封膠材料(encapsulation molding compound)，覆蓋在直接封裝區410之上，而使半導體晶片460、焊接墊462、連接導體464、第一接點413以及視工藝需求而安裝的第二外部元件41、42與大氣隔絕。另外，上述的液態膠體也可以覆蓋直接封裝區410附近的部分導熱基板450。然後，加熱使上述液態膠體固化、硬化而成為封膠體440。如此構成本發明第一實施例強化散熱型封裝結構1。
在圖1H、2H中，敘述以射出成形的模塑方式形成封膠體440』作為隔絕結構的情形。在此步驟中，事先依照印刷電路板400的輪廓、散熱基板450的輪廓、封膠體440』的預定形狀、以及其它因素設計一未顯示的封膠模具(mold chest)。上述的封膠模具具有一形狀與封膠體440』的預定形狀吻合的腔室，再將印刷電路板400與封膠模具壓合，使上述腔室覆蓋在直接封裝區410之上，也可以一併覆蓋在直接封裝區410附近的部分導熱基板450上。然後，提供一固態膠材料，例如環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(Polyimide)、聚酯(Polyester)、或一封膠材料(encapsulation molding compound)，以150℃～200℃的溫度並施加高壓液化後，流入上述封膠模具的腔室中，覆蓋在直接封裝區410之上。液化後的固態膠材料也可以一併覆蓋在直接封裝區410附近的部分導熱基板450上，並固化形成封膠體440』。如此一來，可使半導體晶片460、焊接墊462、連接導體464、第一接點413、與視工藝需求而安裝的第二外部元件41、42與大氣隔絕；最後再依封膠體440』的性質將其加熱固化。如此，構成本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構2。
圖2I、2J分別顯示本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構1、2的一應用例。一導熱膠材495形成於強化散熱型封裝結構1、2的導熱基板450的第二表面452上，且藉由導熱膠材495連接導熱基板450與一散熱媒體490。散熱媒體490可以是散熱器、印刷電路板、或是其它可以接受來自強化散熱型封裝結構1、2所產生的熱量的裝置。
另外，印刷電路板400上的第二接點421可以是俗稱金手指形式的接點，用來徒手將強化散熱型封裝結構1、2插入並固定在例如在另一印刷電路板上所形成的插入式連接引腳(connector pin)或連接器(connector)等第一外部元件而與其電性連接，也可以徒手將強化散熱型封裝結構1、2拔出。又，如圖5所示，可以將一連接器480焊接在第二接點421上，以徒手將另一印刷電路板等第一外部元件插入並固定在連接器480，使強化散熱型封裝結構1、2可以藉由第二接點421電性連接於另一印刷電路板上的金手指形式的接點。而上述連接器480焊接在第二接點421上的步驟較好為在圖1E、2E所顯示的步驟之前執行，以減少半導體晶片460與導熱基板450結合之後的熱工藝，以提高本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構1、2的可靠度。
如上所述，本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構1、2中，將半導體晶片460直接封裝在印刷電路板400上，且印刷電路板400具有第二接點421，可以將強化散熱型封裝結構1、2徒手固定於第一外部元件並與其電性連接。在第二接點421上形成連接器480時，可以將第一外部元件徒手固定於強化散熱型封裝結構1、2並與其電性連接。此外，半導體晶片460在封裝、與電子產品組裝的過程中，不會經過再流焊的溫度循環，以提高半導體晶片460、強化散熱型封裝結構1、2、以及組裝後的電子產品的可靠度。
另外，藉由本發明第一實施例的強化散熱型封裝結構1、2，就不需在封膠體440或440』上裝設散熱片或散熱器來達成散熱的目的，以簡化圖1G、2G或圖1H、2H所顯示的封膠工藝，進而減少外界水氣由封膠體440或440』入侵強化散熱型封裝結構1、2的管道，以提高強化散熱型封裝結構1、2的工藝合格率與可靠度。此外，將熱傳導路徑的截面積增加到整個半導體晶片460的面積，以提高強化散熱型封裝結構1、2的散熱能力。而且，散熱基板450除了具有將半導體晶片460所產生的熱量傳導至外界的能力之外，還能夠支撐並加強強化散熱型封裝結構1、2的結構。
第二實施例本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法，適用於圖像IC的半導體晶片的封裝結構的形成方法，其印刷電路板與導熱基板結合及其之前的步驟，均與第一實施例中，顯示於圖1A～1C、圖2A～2C(無第二外部元件31、32、41、42的情況)或圖1A～1D、圖2A～2D(有第二外部元件31、32、41、42的情況)的步驟完全相同，故在此不重複敘述。
請參考圖3A～3D與圖4A～4D，其中圖3A～3D為一系列的俯視圖、圖4A～4D為同一系列的剖面圖，顯示本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的流程、及其所形成的強化散熱型封裝結構。
在圖3A及其沿BB線的剖面圖的圖4A中，經由如同圖1A～1D、圖2A～2D所顯示的步驟後，形成一封閉的壩狀結構(dam structure)740，壩狀結構740凸出於印刷電路板700的上表面，圍繞該晶片安裝區711，並使晶片安裝區711暴露於其中，而壩狀結構740也可以覆蓋直接封裝區710附近的部分導熱基板750。其中，壩狀結構740可以是FR4樹脂(以環氧樹脂為基底的FlameResistant；flame level 4)、FR5樹脂(以環氧樹脂為基底的Flame Resistant；flamelevel 5)、BT樹脂(Bismaleimide Triazine)、DriClad(商品名，為IBM所發明)、聚醯亞胺(Polyimide)、聚酯(Polyester)、或材料與封膠體440或440』相同的半導體封裝使用的封膠材料。
然後，在圖3B及其沿BB線的剖面圖的圖4B中，將一半導體晶片760黏合於印刷電路板700的鏤空結構712之處，使半導體晶片460與導熱基板750黏合，其中半導體晶片760上至少具有一焊接墊(Wire bond Pad)762與一圖像傳感器(image sensor)766。而半導體晶片760與導熱基板750的黏合方式可使用晶片黏合接合(Die Bond)，也就是在暴露於鏤空結構712的導熱基板750上形成一黏合材料(未顯示)，例如含銀粉或不含銀粉的環氧樹脂後，再加熱至不超過120℃將上述黏合材料固化，而完成半導體晶片760與導熱基板750的黏合。此時，可藉由晶片黏合層755而增加半導體晶片760與導熱基板750之間的結合強度，以提高本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構的形成方法的合格率及產品的可靠度。
然後，在圖3C及其沿BB線的剖面圖的圖4C中，於第一接點713與焊接墊762之間形成一連接導體764，使第一接點713電連接焊接墊762。其中，連接導體764通常為金或其合金，在極小部分的情況下會使用鋁質的連接導體764。此時，藉由電路板線路770，使第二接點721分別電性連接於半導體晶片760。
然後，在圖3D及其沿BB線的剖面圖的圖4D中，形成一透光蓋745於壩狀結構740上，使半導體晶片760、焊接墊762、連接導體764、圖像傳感器766、第一接點413、與視工藝需求而安裝的第二外部元件41、42與大氣隔絕。其中，可形成一熱固性或可用紫外線行聚合反應的黏著層(未顯示)於壩狀結構740上；再將透光蓋745置於壩狀結構740上；最後依照上述黏著層的性質加熱或以紫外線照射將其固化而將透光蓋745固定於壩狀結構740上。如此，構成本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構3。
本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構3的一應用例也與顯示於第2I、2J圖者相同，在此也省略其說明。
另外，印刷電路板700上的第一外部元件接觸區720的第二接點721可以是俗稱金手指形式的接點，用來徒手將強化散熱型封裝結構3插入並固定在例如在另一印刷電路板上所形成的插入式連接引腳(connector pin)或連接器(connector)等第一外部元件而與其電性連接。也可以徒手將強化散熱型封裝結構3由上述在另一印刷電路板上所形成的插入式連接引腳或連接器等元件拔出。又，如圖5所示，可以將一連接器780焊接在第二接點721上，以徒手將另一印刷電路板等第一外部元件插入並固定在連接器780，使強化散熱型封裝結構3可以藉由第二接點721，電性連接於上述另一印刷電路板上的金手指形式的接點。也可以徒手將上述另一印刷電路板拔出連接器780。而上述連接器780焊接在第二接點721上的步驟最好在圖3B、4B所顯示的步驟之前執行，以減少半導體晶片760與導熱基板750結合之後的熱工藝，以提高本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構3的可靠度。
如上所述，本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構3中，將半導體晶片760直接封裝在印刷電路板700上，且印刷電路板700具有第二接點721，可以將強化散熱型封裝結構3徒手固定於上述第一外部元件並與其電性連接。而在第二接點721上形成連接器780時，可以將上述第一外部元件徒手固定於強化散熱型封裝結構3並與其電性連接。半導體晶片760在封裝、與電子產品組裝的過程中，因不會經過再流焊的溫度循環，可提高半導體晶片760、強化散熱型封裝結構3、以及組裝後的電子產品的可靠度，並可以使對熱敏感的圖像傳感器766不受再流焊等熱工藝的損害，達成本發明主要目的。
另外，藉由本發明第二實施例的強化散熱型封裝結構3，可使熱傳導路徑的截面積增加到整個半導體晶片760的面積，以提高強化散熱型封裝結構1、2的散熱能力。而且，散熱基板750除了具有將半導體晶片760產生的熱量傳導至外界的能力之外，還能夠支撐並加強強化散熱型封裝結構3的結構。
雖然本發明已結合優選實施例披露如上，然其並非用來限定本發明，任何本領域內的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍以所附權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種強化散熱型封裝結構的形成方法，包括(a)提供一印刷電路板，其具有一上表面與一下表面，該上表面包括一直接封裝區與一第一外部元件接觸區，該直接封裝區具有一晶片安裝區與位於該晶片安裝區的外側的一第一接點，該晶片安裝區具有穿透該印刷電路板的一鏤空結構，該第一外部元件接觸區具有一第二接點，且該第一接點與該第二接點電性連接；(b)提供一導熱基板，具有相對的一第一表面與一第二表面；(c)將該導熱基板的第一表面與該印刷電路板的下表面壓合，並使至少部分的該導熱基板由該印刷電路板的該鏤空結構處暴露出來；(d)將一第一晶片黏合於該印刷電路板的該鏤空結構處，使該第一晶片與該導熱基板黏合，且該第一晶片上至少具有一焊接墊；(e)於該第一接點與該焊接墊之間形成一連接導體，使該第一接點電連接該焊接墊；以及(f)形成一隔絕結構，使該第一晶片、該焊接墊、該連接導體、以及該第一接點與大氣隔絕。
2.如權利要求1所述的形成方法，其中該印刷電路板還包括一第二外部元件接觸區，該第二外部元件接觸區具有一第三接點，電性連接於該第一接點及/或該第二接點，且於該步驟(d)之前，該方法還包括一步驟(g)提供一第二外部元件，電性連接於該第三接點。
3.如權利要求2所述的形成方法，該步驟(g)包括(g1)形成一軟焊材料於該第三接點上；(g2)將該第二外部元件置於該第三接點上；以及(g3)再流焊該軟焊材料，使該第二外部元件電性連接於該第三接點。
4.如權利要求3所述的形成方法，其中，該步驟(g)還包括一清洗步驟(g4)，以清潔該印刷電路板。
5.如權利要求3所述的形成方法，其中，該步驟(g)還包括一步驟(g5)形成一封閉的壩狀結構，該壩狀結構凸出於該印刷電路板的上表面，圍繞該晶片安裝區，並使該晶片封裝區暴露於其中。
6.如權利要求2所述的形成方法，其中該第二外部元件包括一無源元件、一第二晶片、一封裝有至少一第三晶片的封裝體、或上述的組合。
7.如權利要求1所述的形成方法，其中該步驟(c)還包括(c1)於該印刷電路板的下表面形成一可壓合膠材；(c2)結合該導熱基板的第一表面與該印刷電路板的下表面；以及(c3)以一壓合工藝，固化該壓合膠材並固定該導熱基板與該印刷電路板。
8.如權利要求1所述的形成方法，其中該導熱基板設置有一晶片黏合層，且壓合該導熱基板與該印刷電路板時，該鏤空結構至少使部分該晶片黏合層暴露於其中。
9.如權利要求1所述的形成方法，其中於該步驟(c)之前，該方法還包括一步驟(h)形成一晶片黏合層於該導熱基板上，且壓合該導熱基板與該印刷電路板時，該鏤空結構至少使部分該晶片黏合層暴露於其中。
10.如權利要求1所述的形成方法，還包括一步驟(i)(i1)形成一導熱膠材於該導熱基板的該第二表面；以及(i2)提供一散熱媒體，藉由該導熱膠材連接該導熱基板與該散熱媒體。
11.如權利要求1所述的形成方法，其中該第一晶片還包括一圖像傳感器，且形成該隔絕結構時，還使該圖像傳感器與大氣隔絕。
12.如權利要求1所述的形成方法，其中於該步驟(d)之前，還包括一步驟(j)形成一封閉的壩狀結構，凸出於該印刷電路板的上表面，圍繞該晶片安裝區並使該晶片封裝區暴露於其中，但該壩狀結構不使該晶片封裝區與大氣隔絕。
13.如權利要求12所述的形成方法，其中該步驟(f)還包括形成一透光蓋於該壩狀結構上，使該第一晶片、該焊接墊、該連接導體、以及該第一接點與大氣隔絕。
14.如權利要求1所述的形成方法，其中，步驟(c)中由該印刷電路板的該鏤空結構所暴露出的部分的該導熱基板具有一面積，該面積大於該第一晶片，使該第一晶片於黏合該導熱基板時，該第一晶片完全黏合於該導熱基板。
15.如權利要求1所述的形成方法，其中，該第一晶片以一晶片黏合工藝黏合於該印刷電路板上。
16.一種強化散熱型封裝結構，包括一印刷電路板，具有一上表面與一下表面，該上表面上設置一直接封裝區與一第一外部元件接觸區，該直接封裝區具有一晶片安裝區與位於該晶片安裝區的外側的一第一接點，該晶片安裝區具有穿透該印刷電路板的一鏤空結構，該第一外部元件接觸區具有一第二接點，且該第一接點與該第二接點電性連接；一導熱基板，具有相對的一第一表面與一第二表面，該導熱基板的第一表面與該印刷電路板的下表面壓合，且部分的該導熱基板由該印刷電路板的該鏤空結構處暴露出來；一第一晶片，於該鏤空結構處黏合於該導熱基板，且該第一晶片至少具有一焊接墊；一連接導體，電性連接該第一接點與該焊接墊；以及一隔絕結構，使該第一晶片、該焊接墊、該連接導體、與該第一接點與大氣隔絕。
17.如權利要求16所述的封裝結構，其中該導熱基板可為金屬板或陶瓷板或具高散熱性的基板。
18.如權利要求16所述的封裝結構，其中該導熱基板與該印刷電路板之間還包括一晶片黏合層，且部分該晶片黏合層由該印刷電路板的該鏤空結構處暴露出來。
19.如權利要求18所述的封裝結構，其中該晶片黏合層選自下列材料鎳/金層、錫鉛合金層、含銀合金層、以及含銅合金層。
20.如權利要求16所述的封裝結構，其中該印刷電路板還包括一第二外部元件接觸區，位於該晶片安裝區與該外部元件接觸區以外的區域，且該第二外部元件接觸區具有一第三接點，電性連接於該第一接點及/或該第二接點。
21.如權利要求20所述的封裝結構，還包括一第二外部元件，電性連接於該第三接點。
22.如權利要求21所述的封裝體，其中該第二外部元件包括一無源元件、一第二晶片、一封裝有至少一第三晶片的封裝體、或上述的組合。
23.如權利要求16所述的封裝結構，其中該第一晶片還包括一圖像傳感器，且該隔絕結構還使該圖像傳感器與大氣隔絕。
24.如權利要求16所述的封裝結構，還包括一封閉的壩狀結構，凸出於該印刷電路板的上表面，圍繞該晶片安裝區、但仍暴露該晶片封裝區。
25.如權利要求24所述的封裝結構，其中該隔絕結構還包括一透光蓋於該壩狀結構上，使該晶片、該焊接墊、該連接導體、以及該第一接點與大氣隔絕。
26.如權利要求16所述的封裝結構，其中該隔絕結構選自以下材料FR4樹脂(以環氧樹脂為基底的Flame Resistant；flame level 4)、FR5樹脂(以環氧樹脂為基底的Flame Resistant；flame level 5)、BT樹脂(BismaleimideTriazine)、DriClad(商品名，為IBM所發明)、聚醯亞胺、聚酯、以及IC封裝使用的封膠材料。
27.如權利要求16所述的封裝結構，其中該隔絕結構選自以下材料熱固性環氧樹脂、聚醯亞胺、聚酯、以及一封膠材料。
28.如權利要求16所述的封裝結構，其中該第一外部元件可為印刷電路板所形成的插入式連接引腳或以軟焊材料焊上一連接器零件。
29.如權利要求16所述的封裝結構，其中該第一外部元件為印刷電路板或一連接器。
30.如權利要求16所述的封裝結構，其中於該印刷電路板與該導熱基板之間還包括一壓合膠材，且該壓合膠材藉由一壓合步驟後，固化結合該印刷電路板與該導熱基板。
31.如權利要求16所述的封裝結構，還包括一導熱膠材，設置於該導熱基板的第二表面上；以及一散熱媒體，藉由該導熱膠材連接於該導熱基板。
全文摘要
本發明公開一種強化散熱型封裝結構及其形成方法。該方法包括下列步驟(a)提供具有上表面與下表面的印刷電路板。上表面包括直接封裝區與第一外部元件接觸區，直接封裝區具有晶片安裝區與位於其外側的第一接點，晶片安裝區具有鏤空結構。第一外部元件接觸區具有與第一接點電連接的第二接點。(b)提供具有相對的第一表面與第二表面的導熱基板。(c)將導熱基板的第一表面與印刷電路板的下表面壓合，並使至少部分的導熱基板由鏤空結構處暴露出來。(d)將第一晶片黏合於鏤空結構處，使第一晶片與導熱基板黏合，且第一晶片上具有至少一焊接墊。(e)於第一接點與焊接墊之間形成電連接的連接導體，以及(f)形成隔絕結構，使第一晶片、焊接墊等與大氣隔絕。
文檔編號H01L23/12GK1610082SQ200310102738
公開日2005年4月27日 申請日期2003年10月22日 優先權日2003年10月22日
發明者李宗宏 申請人:明基電通股份有限公司