[发明专利]倒装芯片式半导体封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体封装技术领域，特别涉及一种倒装芯片式半导体封装结构，可用于大功率芯片和高密度集成电路封装。

背景技术

集成电路芯片在工作时会产生大量热量，而模塑料的低热导率会使包封的芯片热量不易逸散，为此需要对其封装结构进行设计以降低热阻。

在传统封装中一般采用引线键合的方式通过电气将芯片与引线框架相连接，这种连接方式易增加芯片和和引线间的传导电阻及热阻，且引线也容易断裂。

倒装芯片式封装则是将芯片翻转倒扣在引线框架或基板上，芯片上的金属凸块使芯片焊盘和引线框架间的电连接更加坚固。图1是带散热块的小外形晶体管SOT状封装结构的截面图，图2为图1的引线框架、金属凸块、散热块和芯片的布局示意图。

参照图1，其半导体芯片11倒向安装在引脚13A和13C上，芯片11上靠近第一引脚13A的第一接触垫通过第一金属凸块12A与第一引脚13A连接，芯片11上靠近第二引脚13C的第二接触垫通过第二金属凸块12D与第二引脚13C连接。为了提供低阻热通道，芯片11上的第三接触垫通过第三金属凸块12B与散热块15上靠近第一引脚13A的第一焊区连接，芯片11上的第四接触垫通过第四金属凸块12C与散热块15上靠近第二引脚13C的第二焊区连接。散热块的底面15S暴露在模塑料14之外。引脚安装部分的第一表面13AS、第二表面13CS与模塑料14的底表面14CS、散热块15的底面15S共面。图2是图1所示封装结构的引脚、金属凸块、散热块和芯片的布局示意图，参照图2，第三金属凸块12B、第四金属凸块12C、第五金属凸块12H、第六金属凸块12I负责将芯片11上的热量传导至散热块。

引线框架在封装中不仅负责电信号在封装体内外部的输运，还起到稳固支撑芯片的作用。然而在越来越多倒装芯片的封装实施中，由于芯片尺寸的不断减小和I/O密度的提高，芯片表面上的接触垫越来越多，植上的金属凸块遍布芯片主表面的中心和周边区域，引线框架也从芯片两侧延伸至芯片中心，确保回流后和芯片上的金属凸块充分接触。因此，芯片主表面的中间区域被引线框架占据，芯片上的热量通过金属凸块传导至散热块来提供高导热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热几乎只能传导至引线框架和模塑料。

另外，在倒装芯片封装中，由于芯片和引线框架的热膨胀系数的失配，芯片上凸块会产生热应力、应变，积累的应变能会导致凸块产生裂纹并断裂，致使封装失效。

因此，需要研究出新型的倒装芯片的封装结构以利用散热块的散热优势，同时提升封装结构的热可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型的倒装芯片式半导体封装结构，通过新型散热块的散热优势，配合填充工艺，减小封装热阻和热机械应力，满足高密度、小尺寸封装的需要，提高封装结构的散热能力和热可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种倒装芯片式半导体封装结构，包括：集成电路芯片、引线框架和一组金属凸块，该组金属凸块植在集成电路芯片主表面预留的表面接触垫上，引线框架设有数个彼此绝缘的引脚，这些引脚按照输出同一信号的金属凸块的排列布局延伸，集成电路芯片通过金属凸块与引线框架电连接，形成以集成电路芯片的主表面向上的定向倒装芯片式结构，其特征在于：

集成电路芯片的下部设有散热块，该散热块表面开有凹槽，集成电路芯片整体嵌入到凹槽内，使集成电路芯片的背面与散热块的凹槽的底面直接接触；

集成电路芯片的主表面与引线框架之间填充有高导热绝缘灌封胶，固化后形成胶层，以降低金属凸块受到的热应力，并使集成电路芯片上的热量更易于向散热块传导。

作为优选，所述引线框架的上表面及胶层和散热块的侧面包封有模塑料，引线框架的引脚一端从模塑料内水平延伸出来，经切筋成型向下形成引脚的安装部分，该引脚安装部分的底表面与散热块暴露的底表面齐平。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明由于采用集成电路芯片的主表面向上定向，其背面和散热块直接接触，芯片上金属凸块通过高导热绝缘灌封胶和散热块间接接触，散热块的底表面暴露在模塑料之外，引脚的安装部分的表面与散热块的底表面共面的结构，根据热传导的原理，这种设计结构不仅可以帮助芯片快速散热，而且散热块不会占用引线框架的空间，因而非常适合小型高密度电路的封装。