半導體器件組件以及散熱器組件制造技術

本發明專利技術涉及半導體器件組件以及散熱器組件。公開了一種多層熱界面材料，其包括第一金屬熱界面材料層、緩沖層和優選第二金屬或非金屬熱界面材料層。所述多層熱界面材料用于與半導體器件組件結合，所述半導體器件組件包括芯片載體襯底、附接到所述襯底的散熱器、安裝在所述襯底上并在所述散熱器下方的半導體器件、以及插入在所述散熱器與所述半導體器件之間的所述多層熱界面材料。所述散熱器具有第一熱膨脹系數（ＣＴＥ），ＣＴＥ１，所述緩沖層具有第二ＣＴＥ，ＣＴＥ２，并且半導體器件具有第三ＣＴＥ，ＣＴＥ３，其中ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于包括應力消除緩沖層的半導體器件的熱界面材料和封裝熱設計。
技術介紹
包括在多層載體上的倒裝芯片的倒裝芯片封裝(更具體地，有機倒裝芯片封裝) 由于在倒裝芯片與多層載體之間的熱膨脹系數(CTE)失配而固有地在預定溫度范圍內翹 曲。例如，芯片可具有3ppm/°C的CTE，而有機芯片載體可具有17-24ppm/°C的CTE。這樣的 CTE失配可導致載體的彎曲。如果將散熱器或蓋附接到具有諸如導熱油脂的熱界面材料的 芯片的背表面，則會在芯片與散熱器或蓋之間產生不均勻的油脂填充的間隙。由于可不利 地影響熱性能的載體的彎曲，熱界面材料同樣會被拉伸。在嚴重情況下，會發生熱界面材料 的裂開或分離。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，通過提供一種散熱器組件，可以實現以上和以下描述的 本專利技術的各種優點和目的，所述散熱器組件包括用于芯片載體襯底的散熱器，所述散熱器具有第一熱膨脹系數CTEl ；與所述散熱器接觸的多層熱界面材料，所述熱界面材料包括與所述散熱器接觸的 第一金屬熱界面材料層和與所述第一金屬熱界面材料層接觸的緩沖層，所述緩沖層具有第 二熱膨脹系數CTE2，其中CTEl > CTE2。根據本專利技術的第二方面，提供一種半導體器件組件，包括芯片載體襯底；附接到所述襯底的散熱器，所述散熱器具有第一熱膨脹系數CTEl ；半導體器件，其被安裝在所述襯底上并在所述散熱器下方，所述半導體器件具有 第三熱膨脹系數CTE3 ；多層熱界面材料，其被插入在所述散熱器與所述半導體器件之間，所述熱界面材 料包括與所述散熱器接觸的第一金屬熱界面材料層和與所述第一金屬熱界面材料層接觸 的緩沖層，所述緩沖層具有第二熱膨脹系數CTE2，其中CTEl > CTE2 > CTE3。根據本專利技術的第三方面，提供一種半導體器件組件，包括芯片載體襯底；半導體器件，其被安裝在所述襯底上，所述半導體器件具有第一熱膨脹系數 CTEl ；多層熱界面材料，其位于所述半導體器件上，所述熱界面材料包括第一金屬熱界 面材料層和與所述第一金屬熱界面材料層接觸的緩沖層，所述緩沖層具有第二熱膨脹系數 CTE2，其中CTEl > CTE2，并且熱界面材料層接觸所述緩沖層和所述半導體器件。附圖說明在所述權利要求中具體地闡述了相信為新穎的本專利技術的特征以及本專利技術的部件 特性。附圖僅僅用于示例的目的且未按比例繪制。然而，就組織和操作方法兩方面而言，可 以通過在下面參考結合附圖給出的詳細描述而最好地理解本專利技術本身，在附圖中圖1是現有技術的半導體器件組件的側視圖；圖2是根據本專利技術的半導體器件組件的側視圖；圖3A、3B、3C和3D包括根據本專利技術的多層熱界面材料的各種實施例的頂視圖；圖4A和4B是裝配根據本專利技術的半導體器件組件的兩種不同方式的分解圖；以及圖5是根據本專利技術的多層熱界面材料的放大的側視圖。具體實施例方式更詳細地參考附圖，具體地，參考圖1，示出了現有技術的半導體器件組件10的側 視圖。半導體器件組件10包括芯片載體襯底12，例如有機芯片載體，在芯片載體襯底12上， 在所謂的倒裝芯片位置中安裝芯片14(以下稱為半導體器件)。通過倒裝芯片，意味著半 導體器件14被安裝為有源側朝下，并且半導體器件14通過焊料球16或其他公知的電連接 而連接到襯底12。還可以存在常規的底填材料18。半導體器件組件10還可以包括清除由 半導體器件14所產生的熱的蓋或散熱器20 (以下合稱為“散熱器”)。可通過支柱(leg) 22 支撐散熱器20，支柱22通過粘合劑24而被牢固地附接到襯底12。最后，為了在半導體器 件14與散熱器20之間具有良好的熱接觸，還存在常規的熱界面材料26。常規的熱界面材 料26包括非金屬熱油脂、糊膏或凝膠體。在實踐中，半導體器件14與襯底12之間的熱膨脹系數(CTE)失配可導致襯底12 和器件14的彎曲，由此導致熱界面材料26的拉伸，這會導致熱界面材料26從半導體器件 14裂開或分離。熱界面材料26的該裂開或分離可發生在熱界面材料26與半導體器件14 之間的界面28 (示于圖1中)或者熱界面材料26與散熱器20之間的界面29處。現在參考圖2，示出了根據專利技術的半導體組件的側視圖。示出的半導體器件組件 110包括在芯片載體襯底112上安裝的半導體器件114。半導體器件114通過焊料球116 或本領域技術人員公知的其他電連接而與襯底112連接。半導體器件114可具有圍繞半導 體器件114和在半導體器件114下方的底填材料118。半導體器件組件110還包括可具有 支柱122的散熱器120，支柱122通過粘合劑124而被固定到襯底112。為了從半導體器件 114清除熱，本專利技術還包括通常由126表示的多層熱界面材料。多層熱界面材料126包括與散熱器120接觸的第一金屬熱界面材料層128。用于 第一金屬熱界面材料層128的合適材料包括銦(其本身為元素銦)和低熔點焊料合金，例 如97%銦/3%銀以及58%鉍/42%錫(重量百分比)。該材料應能夠在低溫下回流以在需 要時熔斷(fuse)到散熱器120。多層熱界面材料126還包括與第一金屬熱界面材料層128接觸的緩沖層130。緩 沖層130的目的如下。散熱器120具有約17ppm/°C的CTE (與芯片載體襯底112的CTE相 似)，而半導體器件114具有約3ppm/°C的CTE。散熱器120與半導體器件114之間的CTE 的這種高失配會導致熱界面材料126中的應力。為了消除這些應力，將具有中間CTE值的緩 沖層130插入在第一金屬熱界面材料層128與半導體器件114之間。換句話說，如果散熱器120的CTE為CTEl，緩沖層130的CTE為CTE2且半導體器件114的CTE為CTE3，則CTEl > CTE2 > CTE3。更精確地，緩沖層130應選自具有以下特性的材料其CTE在半導體器件的CTE與散熱器的CTE之間，并且優選更接近半導體器件而 不是更接近散熱器；其熱導率在散熱器120的熱導率與熱界面材料126的第一層128的熱導率之間；可容易地制造為薄的平板；應可得數百微米的范圍內的薄片形式；以及其成本與完全由第一層128構成的熱界面材料的成本不相上下。滿足這些要求的一些材料包括鋁/硅/碳(AlSiC)、鎢和銅(W/Cu)、鉬和銅(MoCu) 的合金、以及銅、鉬和銅(Cu/Mo/Cu)的疊層。由圖2和3可以看出，第一金屬熱界面材料層128和緩沖層130延伸超出半導體 器件的尺寸。圖2和3還示例出本專利技術的兩個其他優選特征。這些優選特征中的一個為在第一 金屬熱界面材料層128中的支座(standoff) 134。支座134確保散熱器120與緩沖層130 之間的一致的熱界面材料厚度。此外，支座134可以用作止裂器。如圖3所很好示出的，支 座134可以僅僅為片段(圖3B)或可以圍繞整個芯片周邊(圖3D)。優選特征中的另一個為緩沖層120具有穿孔136，如圖3C和3D很好地示出的。穿 孔消除了由緩沖層120(尤其是在熱斑區域之上)的存在而引起的任何額外的熱阻。穿孔136 可在沒有支座的情況下使用(如圖3C所示)或者在有支座的情況下使用(如圖3D所示)。 穿孔136可呈現允許熱阻減小的任何形狀。本專利技術所提供的為熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種散熱器組件，包括：用于芯片載體襯底的散熱器，所述散熱器具有第一熱膨脹系數ＣＴＥ１；與所述散熱器接觸的多層熱界面材料，所述熱界面材料包括與所述散熱器接觸的第一金屬熱界面材料層和與所述第一金屬熱界面材料層接觸的緩沖層，所述緩沖層具有第二熱膨脹系數ＣＴＥ２，其中ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：VR賈達夫，KK斯卡，鄭見濤，
申請(專利權)人：國際商業機器公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]