[发明专利]热界面材料及半导体封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种热界面材料及半导体封装结构，特别是涉及一种以石墨烯与低熔点金属组成的热界面材料及具有所述热界面材料的半导体封装结构。

背景技术

现有高阶半导体芯片(如逻辑运算芯片)或堆栈式的半导体芯片在运作时容易产生高温，因此其表面需要另外接合一散热片(heat sink)以提高整体散热效率。常见的固定散热片于芯片的方法是使用导热胶，然而其接合时导热胶厚度均一性控制不易，及内含的金属导热颗粒的导热性也较纯金属材质差。

为符合高散热需求的半导体封装，近年来开始使用金属导热材料，例如铟(Indium)片，因为铟具有良好的热物性(Thermophysical property)，以及绝佳的导热性及延展性，可大幅提升导热效果，因此在具有高阶半导体芯片或堆栈式的半导体芯片的半导体组装构造上，已普遍开始使用纯铟作为热接合材料。

铟片在使用上必须与具有镀金层的介质在经过特定温度使铟片表面熔融后，才能与镀金层形成金属键结，达到有效接合效果。然而，铟片在高温接合过程中，会因熔融态而具有流动性，而该铟片的流动意味着其无法有效黏合于该散热片，导热效果将大幅降低。此外，四处流动的铟片亦可能造成半导体封装的内部芯片电性短路。再者，铟片的材料成本较高。

故，有必要提供一种热界面材料及其封装结构，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种热界面材料，其包含一石墨烯(Graphene)层及二低熔点金属层以组成一迭层形式的热界面材料结构，其具有高的平面性导热系数，有利于均匀导热或侧向导热，且能应用于半导体封装的散热领域。

为达成本发明的前述目的，本发明一实施例提供一种热界面材料，其包含一石墨烯层及二低熔点金属层，所述二低熔点金属层以上下配置方式包覆着所述石墨烯层。

本发明的另一目的在于提供一种半导体封装结构，芯片与散热板之间包含一热界面材料。所述热界面材料包含一石墨烯层及二低熔点金属层，通过高导热系数的石墨烯，使所述芯片与所述散热片之间的平面性热传导效率能提高，且成本相对于使用纯铟(Indium)作为热界面材料能更为降低。

为达成本发明的前述目的，本发明一实施例提供一种具有热界面材料的半导体封装结构，所述半导体封装结构包含一基板、一芯片及一散热片。所述一芯片设于所述基板上，所述散热片设于所述芯片上。所述芯片与所述散热片之间包含一热界面材料，所述热界面材料包含一石墨烯层及二低熔点金属层，所述二低熔点金属层以上下配置方式包覆着所述石墨烯层。

附图说明

图1是本发明一实施例的热界面材料的侧剖视图。

图2是本发明另一实施例的热界面材料的侧剖视图。

图3是本发明一实施例的具有热界面材料的半导体封装结构的侧剖视图。

图4是本发明另一实施例的具有热界面材料的半导体封装结构的侧剖视图。

具体实施方式

为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

请参照图1所示，图1是本发明一实施例的热界面材料的侧剖视图。所述热界面材料60包含一石墨烯层61及二低熔点金属层62，所述低熔点金属层62以上下配置方式包覆着所述石墨烯层61。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。值得注意的是，石墨烯的二维xy平面方向的导热系数可高达5300W/mK，但其垂直于xy平面的z方向的导热系数则约为15W/mK，因此在二维xy平面方向上具有较佳的热传导性。

然而，由于石墨烯的厚度极薄，单层的石墨烯仅有0.35纳米(nm)，因此若要应用于半导体作为热界面使用，还需要搭配其它材质。在本实施例中即是以一层石墨烯层61与二层低熔点金属层62来组成一迭层形式的热界面结构。

优选地，所述石墨烯层的厚度介于45微米(μm)至100微米，例如45、50、60、70、80、90或100微米等；及所述低熔点金属层的厚度介于50微米至250微米，例如50、60、70或250微米等。