包括盖结构的基底、包括基底的封装基底以及半导体装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年7月21日提交的美国专利申请号为17/870,177和2021年7月23日提交的美国临时专利申请号为63/225,038的优先权，出于所有目的，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

示例性实施方式涉及包括盖结构的基底、包括基底的封装基底以及包括封装基底的半导体装置。

背景技术

封装基底被构造成保护半导体装置免受外部因素环境影响并且使半导体装置与诸如印刷电路板的其它部件良好地电连接。这种封装基底通常设置有将在操作期间产生的热量散发到外部的散热构件(盖、散热器、散热板)。

封装基底采用将从半导体装置的顶部、底部和侧面产生的热量散发到外部的散热器。散热器的传统结构由于其有限的散热特性而可能提供降低半导体装置寿命和可靠性的原因。

随着半导体装置的高功能化和高集成化，由于散热特性劣化引起的问题变得更加显著。考虑到这些问题，需要一种将半导体装置中产生的所有热量有效地散发到外部的新颖的方法。

此外，使用玻璃基底作为高端封装基底处的基部基底的优势在于，在半导体装置与印刷电路板之间的互连布线被缩短，并且可以获得优异的电气特性等，但这可能会增大在后续处理期间损坏的风险以及导致上述归因于散热性能差的问题。因此可能需要进一步改善封装基底的机械性能。

上述的背景技术是发明人在得出示例性实施方式之前已经拥有的技术信息或者由发明人获得以得出示例性实施方式的技术信息，并且不一定被认为是在本发明的申请日之前为公众已知的技术。

在这方面，韩国专利第10-1799645号中公开的“Lid for gas-tight sealing,method for manufacturing the same and electronic component receiving packageusing the same(气密密封用盖、其制造方法及使用其的电子部件收纳封装体)”、以及韩国专利登记第10-1242655号中公开的“Heat spreader structure,semiconductor packageusing the same and method for manufacturing the same(散热器结构、使用其的半导体封装体及其制造方法)”是本领域已知的。

发明内容

提供本概要以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本摘要内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定要求保护的主题的范围的帮助。

示例性实施方式的一个目的在于增强易受外部应力影响的封装基底的机械性能，同时提高封装基底的散热性能。

示例性实施方式的另一目的在于保护半导体装置免受诸如微小裂纹的损伤，同时使引起电气缺陷的因素的发生最小化。

示例性实施方式的另一目的在于使用专门设计的盖结构改善封装基底及其相关系统的可靠性。

根据示例性实施方式的包括盖结构的基底可以包括基部基底和盖结构，其中盖结构可以包括容纳元件的容纳空间、以及围绕容纳空间的至少一部分的框架，盖结构被布置在基部基底的一个表面上，以及盖结构被划分为内部区域和外部区域，并且其中，内部区域位于玻璃基底的一个表面上，而外部区域是盖结构中除内部区域之外的区域，并且外部区域被布置在基部基底的边缘之外的区域。

根据一个实施方式，盖结构的对角线长度可以大于基部基底的对角线长度。

根据一个实施方式，在包括盖结构的基底的一个边缘处测量的盖结构的长度可以比在同一边缘处测量的基部基底的长度大1％至10％。

根据一个实施方式，重分布层可以被布置在基部基底与容纳空间之间，并且基部基底的重量和重分布层的重量之和可以大于框架的重量。

根据一个实施方式，盖结构还可以包括围绕基部基底的侧表面的侧封闭部分。

根据一个实施方式，当基部基底和盖结构在25℃下热膨胀系数分别被定义为Cs和Cl时，比率Cl/Cs可以为0.02至1.2。

根据一个实施方式，盖结构可以具有50W/mK至425W/mK的热导率。

根据一个实施方式，盖结构可以具有12MPa至670MPa的抗拉强度。

根据一个实施方式，电力传输元件可以被嵌入基部基底中。

根据一个实施方式，盖结构还可以包括一个或更多个保持孔，该一个或更多个保持孔可以被布置在盖结构的外部区域中。

根据其他示例性实施方式的包括盖结构的基底可以包括基部基底和盖结构，其中盖结构包括容纳元件的容纳空间、以及围绕容纳空间的至少一部分的框架，并且盖结构被布置在基部基底的一个表面上。盖结构的对角线长度可以大于基部基底的对角线长度。基部基底可以为玻璃基底。

根据一个实施方式，在包括盖结构的基底的一个边缘处测量的盖结构的长度可以比在同一边缘处测量的基部基底的长度大0％至10％。

根据一个实施方式，当基部基底和盖结构在25℃下的热膨胀系数分别被定义为Cs和Cl时，比率Cl/Cs可以为0.02至1.2。

根据一个实施方式，盖结构可以具有50W/mK至425W/mK的热导率。

根据一个实施方式，盖结构可以具有12MPa至670MPa的抗拉强度。

根据一个实施方式，电力传输元件可以被嵌入基部基底中。

根据一个实施方式，框架还可以包括一个或更多个保持孔，该一个或更多个保持孔可以被布置在盖结构中。

根据一个实施方式，盖结构和基部基底还可以包括一个或更多个保持孔，该一个或更多个保持孔可以被布置成穿过盖结构和基部基底。

根据示例性实施方式的封装基底可以包括：包括盖结构的基底和元件，其中元件被容纳在内部空间中。

根据一个实施方式，盖结构还可以包括对元件的顶部表面进行封闭的顶部表面封闭部分。

根据一个实施方式，盖结构的高度可以与元件的顶部表面的高度相同，或者盖结构的高度可以与元件的顶部表面的高度相差10μm或更小。

根据一个实施方式，被限定在框架与元件之间的间隙的最大宽度可以为10μm至50000μm。

根据示例性实施方式的半导体器件可以包括：包括盖结构的基底；至少一个元件，该至少一个元件被布置在容纳空间中；以及印刷电路板，该印刷电路板连接到包括盖结构的基底。

附图说明

图1A和图1B为分别示出根据示例性实施方式的包括盖框架的基底的示例的透视图。

图2A和2B为分别示出根据示例性实施方式的包括盖框架的基底的概念截面图。

图3A和图3B为分别示出根据其他示例性实施方式的封装基底的示例的透视图。

图4A和图4B为分别示出根据其他示例性实施方式的封装基底的示例的透视图。

图5A和图5B为分别示出根据其他示例性实施方式的封装基底的概念截面图。

图6为示出根据其他示例性实施方式的封装基底的截面透视图。

图7为示出根据其他示例性实施方式的封装基底的概念截面图。

图8为示出根据其他示例性实施方式的封装基底的截面透视图。

具体实施方式

在下文中，参照附图来对本公开的示例性实施方式进行详细说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员轻松实现本发明。然而，示例性实施方式可以通过许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限定于在本文中所阐述的实施方式。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

在本说明书中，当元件被称为“包括(或包含)”另一元件时，除非另有说明，否则表示一个或更多个其他元件的存在或添加，而不旨在排除一个或更多个其他元件存在或添加的可能性。

在本说明书中，应该理解的是，当一个元件被称为与另一元件“连接”时，它可以直接连接到另一元件，或者可以存在中间元件。

在本说明书中，应该理解的是，当“B”被称为在“A”上时，“B”可以直接在“A”上或其间存在中间层。即，“B”的位置不限于“B”与“A”的表面直接接触。

在本说明书中，马库西型描述中包括的术语“……的组合”是指以马库西型描述的一个或更多个元件的混合或组合，从而意味着本公开包括选自由马库西型组中的一个或更多个元件。

在本说明书中，描述“A和/或B”意指“A或B、或者A和B”。

在本说明书中，除非有特别说明，否则术语“第一”和“第二”或“A”和“B”用于将一个元件与另一元件区别开。

在本说明书中，单数表示可以包括复数表示，只要它表示与上下文明显不同的含义。

在本说明书中，包括盖结构的基底被解释为封装基底的组件，在该封装基底中，在基底上布置盖结构而没有布置主要元件。

在本说明书中，封装基底被解释为在基底上布置元件、盖结构等并且基底可以连接到诸如印刷电路板、主板的其他部件。

应该注意的是，附图未按精确比例绘制，并且为了清楚而被夸大，并且附图中所示的元件不被解释为限于特定尺寸或比率。

图1A和图1B为分别示出根据示例性实施方式的包括盖框架的基底的示例的透视图，图2A和图2B为分别示出根据示例性实施方式的包括盖框架的基底的概念截面图，以及图3A和图3B为分别示出根据其他示例性实施方式的封装基底的示例的透视图。图4A和图4B为分别示出根据其他示例性实施方式的封装基底的示例的透视图，图5A和图5B为分别示出根据其他示例性实施方式的封装基底的概念截面图，以及图6为示出根据其他示例性实施方式的封装基底的截面透视图。图7为示出根据其他示例性实施方式的封装基底的概念截面图，并且图8为示出根据其他示例性实施方式的封装基底的截面透视图。在下文中，参照上述附图，将给出包括盖结构的基底、封装基底等的描述。

包括盖结构的基底110

根据示例性实施方式的包括盖结构的基底110包括基部基底30和盖结构10，其中盖结构包括用于容纳元件20的容纳空间、以及围绕容纳空间的至少一部分的框架，盖结构被布置在基部基底的一个表面上(参见图1A、图2A、图1B以及图2B)。

盖结构被划分为内部区域13和外部区域14，并且其中内部区域位于基部基底的一个表面上，而外部区域是盖结构中除内部区域之外的区域，并且外部区域被布置在基部基底的边缘之外的区域。

外部区域14具有比基部基底30的外周缘更向外延伸的外周缘。如图1A和图2A所示，向外延伸的盖结构相对于玻璃基底形成台阶S。

从基底110的顶部观察，外部区域14的外周缘向外延伸超过基部基底的所有边缘。可替代性地，外部区域14的外周缘向外延伸仅超过基部基底的一些边缘，如图3A所示。在外部区域中在盖结构与基部基底30之间形成的台阶S可以在向外方向上具有基本上相同的宽度。每个台阶的宽度可以为10μm至1000μm或100μm至500μm。

盖结构10的边缘可以具有与基部基底30的边缘相似的形状。盖结构10的边缘可以具有与基部基底30的边缘基本上相同的形状，并且盖结构10的外周长可以大于基部基底30。

盖结构10可以具有矩形横截面，类似于基部基底30。容纳空间是空的并且被形成为贯穿盖结构10。容纳空间可以是，但不限于，矩形横截面，并且容纳空间可以对应于下面将描述的元件20被安装的位置。

在一个边缘处测量的盖结构10的长度可以比在同一边缘处测量的基部基底30的长度大1％至10％或2％至9％。

盖结构10具有比基部基底30的外周长更大的外周长，并且覆盖基部基底的边缘。盖结构10的外周长比基部基底的外周长大4％至40％或8％至36％。这些尺寸可以提高包括盖结构的基底的散热特性而无需增大基底，并且可以在后续处理期间稳定地保护基部基底。盖结构和基部基底各自的外周长可以是其最外周长。

盖结构10的对角线长度可以大于基部基底30的对角线长度。

基部基底30可以为半固化片(prepreg)。具体而言，可以应用掺入了聚合物树脂的玻璃纤维。

基部基底30可以为硅基底。

基部基底30可以为玻璃基底。在这种情况下，可以相对容易地形成微细的电传导线。此外，与具有半导体特性的硅基底不同，施加高频功率可能是有益的。

当应用玻璃基底作为基部基底30时，盖结构10可以具有基本上相同的大小或更大。

根据其他实施方式，包括盖结构的基底110包括基部基底30和盖结构10。盖结构10包括用于容纳元件的容纳空间、以及围绕容纳空间的至少一部分的框架，并且盖结构被布置在基部基底的一个表面上。盖结构的对角线长度可以大于基部基底的对角线长度。基部基底为玻璃基底。

在包括盖结构的基底110的一个边缘处测量的盖结构10的长度可以比在同一边缘处测量的基部基底30的长度大0％至10％。

盖结构10可以包括沿厚度方向的通孔(参见图1A、图1B、图2A、图2B、图3A以及图3B)。通孔可以被设置成一个或多个。通孔可以是另一元件被安装在基部基底30上且盖能够围绕它的足够的空间。安装在通孔内的元件可以是，例如，存储器元件或电容器。电容器可以是铝电容器或多层陶瓷电容器(MLCC)。

盖结构10的外侧表面、内部空间的内侧表面、以及侧封闭部分11中的每一个还可以包括形成在其上的辐射涂层。辐射涂层可以包括诸如氧化铁、氧化铝或氧化铜的金属氧化物以及诸如石墨的碳基材料。

如图4A至图5B所示，盖结构10可以覆盖基部基底30的顶部表面。封闭部分12是封闭基部基底30的顶部表面和/或元件的部分并且与框架不同。顶部表面封闭部分可以对放置元件的空间进行封闭并且可以与元件接触以促进热量从元件传递和散发。

顶部表面封闭部分12可以用与盖结构10不同的材料来制备。

顶部表面封闭部分12可以用与盖结构10相同的材料来制备。

顶部表面封闭部分12可以具有10μm至1000μm或100μm至500μm的厚度。

当顶部表面封闭部分12被形成在盖结构10中时，可以在元件20与盖结构10之间的间隙中填充热传导填充物，或元件与盖之间的界面可以经受焊接(soldering)。

盖结构10可以与元件20之间形成预定间隙G。间隙的最大宽度可以为10μm至50000μm或10μm至10,000μm。间隙也可以填充有热传导填充物。

当盖结构10是开放的而没有顶部表面封闭部分12时，盖结构10的高度可以与元件20的高度相同，或者与元件20的高度差为10μm或更小。当在元件上放置附加构件时，这些尺寸可以使间隙或台阶的形成最小化。

当应用具有顶部表面封闭部分的盖结构时，元件被设置在盖结构中。因此，在组装基部基底和盖结构的过程中，元件可以被设置在预定位置中。或者盖结构和基部基底可以被可拆卸地组装，以在日后布置元件。布置元件的容纳空间可以用密封剂密封。

盖结构、顶部表面封闭部分、或基部基底可以包括至少一个呼吸孔。呼吸孔可以有助于将在元件被驱动时可能产生的热量散发到封装基底的外部。

如图6和图7所示，盖结构10还可以包括围绕基部基底30的侧表面的侧封闭部分11。当基底由抗冲击性较差的材料制成时，侧封闭部分可以保护基底免受外部冲击。此外，侧封闭部分有助于热传递和散热。

侧封闭部分11可以连接到盖结构10而一体地形成。当侧封闭部分和盖结构一体地形成时，被定位成面对基部基底的侧表面的部分被视为侧封闭部分。

侧封闭部分11可以与盖结构10分开地形成，然后与盖结构联接。包括侧封闭部分和盖结构的组件可以应用黏合或紧固结构而没有限制。

侧封闭部分11可以用与盖结构10不同的材料来制备。

侧封闭部分11可以用与盖结构10相同的材料来制备。

侧封闭部分11在从基部基底30的中心向外的方向上可以具有10μm至1000μm或100μm至500μm的厚度(或宽度)。

侧封闭部分11的一个表面可以相对于基部基底不成台阶状，因为侧封闭部分之间实质上没有高度差。

侧封闭部分11的另一表面可以被设置成与基部基底30上设置有元件20的表面紧挨着。在具有腔结构的情况下，基部基底的高度不可能是恒定的，侧封闭部分的一个上侧和与侧封闭部分相邻的基部基底的一个上侧可以在一条线上，并且可能实质上不具有台阶。

盖结构10还可以包括有助于将从元件20产生的热量散发的散热板以及在散热板上的冷却器。在这种情况下，散热板可以通过诸如导热膏的热传导介质与元件接触。

盖结构10可以在与从基部基底30接触的表面到相反表面的方向上具有50μm至3000μm或100μm至1500μm的厚度。盖结构可以具有2mm至10mm或3mm至9mm的宽度。这些尺寸确保足够的热传递特性并且有效地保护基部基底免受外部冲击。尤其是，玻璃基底被应用为基部基底，盖结构可以承受来自外部的冲击，并且可以起到防止玻璃基底破裂的保护效果。

盖结构10可以具有50W/mK至425W/mK或80W/mK至425W/mK的热导率。

盖结构10可以具有12MPa至670MPa或50MPa至500MPa的抗拉强度。

如图8所示，盖结构10的框架还可以包括在两个相反边缘处的一个或更多个保持孔。保持孔可以被布置在盖结构的外部区域中。保持孔可以从盖结构的最外周缘向内凹陷。保持孔用于在包括盖结构的基底110的运输和处理期间受到冲击时使对基部基底30的损坏最小化。尤其是，当玻璃基底被应用为基部基底30时，框架可以帮助承受来自外部的冲击。并且可以降低可能无意发生的玻璃基底的破裂程度，并且可以提高制造时的加工性。

将基部基底30用于高端封装基底的优点在于，使元件20与印刷电路板(图中未示出)之间的互连布线缩短，且可以获得优异的电特性。

用于基部基底30的材料的示例包括钢化玻璃、硼硅酸盐玻璃、以及无碱玻璃。任何有机化合物可以基本上不存在于基部基底中。

基部基底30和盖结构10可以用硅树脂基材料和/或环氧树脂基材料彼此接合。

当基部基底30和盖结构10的热膨胀系数分别被定义为Cs和Cl时，比率Cl/Cs可以为0.02至1.2或0.1至1。在该范围内，可以提高元件20的可靠性，并且基部基底具有良好的机械特性。

基部基底30的厚度可以为2000μm或更小、100μm至1500μm、或100μm至1000μm。利用这些尺寸，基部基底可以使电信号传输更有效，同时在布置盖结构10的状态下维持适当的机械性能。

基部基底30可以包括在厚度方向上穿过的多个芯部过孔。

基部基底30还可以包括多个过孔，一些过孔在厚度方向上形成其路径，而其他过孔在与厚度方向基本上垂直的方向上形成路径。

基部基底30可以包括形成在其至少部分中以通过芯部过孔以及过孔电连接基底的一个表面和另一表面的电传导层。

基部基底30可以包括形成在其一个表面和/或另一表面上的电路图案。基部基底30的设置有元件20的表面的相反表面可以经由诸如盖框架(lead frame)、焊球(solderball)的电连接装置电连接到印刷电路板。

可选地，重分布层可以被布置在基部基底30与盖结构10的容纳空间之间。基部基底的重量和重分布层的重量之和可以大于盖结构的框架的重量。使用半固化片的传统中介层可能会在重分布层的形成和元件的安装期间使基底扭曲。该扭曲可以通过使用布置在中介层的一个表面上的盖来避免。此时，盖使用重材料以抑制基底的扭曲。在示例性实施方式中用作基部基底的玻璃基底经历最小扭曲，这与玻璃纤维浸渍有聚合物的半固化片不同。因此，与使用传统盖时不同，不需要为了抑制扭曲而使用重材料。相反，重材料的使用与封装体的重量减轻相反，这是示例性实施方式的另一目的。因此，优选的是，盖结构比包括基部基底和重分布层的封装基底的重量的总和轻，如上所述。

电力传输元件可以被设置在基部基底30的内部，或电力传输元件可以被布置在形成在基部基底中的腔中。

包括盖结构的基底110可以不包括用于保护基部基底30的外部的单独构件，诸如外壳、壳体、插座本体。

例如，元件20可以是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)的计算元件。替代性地，元件20可以为存储器芯片的存储器元件。然而，元件20没有被特别限制，并且可以是通常安装在基部基底上的任何元件。

在示例性实施方式基底110中安装有元件20的基部基底30上的特别设计的盖结构10的存在导致诸如热传导和热辐射的散热特性的提高，并且确保令人满意的良好的机械性能，以使可能降低元件的可靠性的情况的发生最小化。

封装基底100

根据示例性实施方式的封装基底100包括：包括盖结构的基底100和元件20，其中元件可以被容纳在内部容纳空间中。

包括盖结构的基底100与上述内容相同，因此将省略其描述以避免重复。

如图4A至图7所示，封装基底100还可以包括用于对元件20的顶部表面进行封闭的顶部表面封闭部分12。顶部表面封闭部分可以对放置元件的空间进行封闭，并且可以通过与元件接触来有助于元件的热传递和散热。

顶部表面封闭部分12可以用与盖结构10相同的材料来制备。

顶部表面封闭部分12可以用与盖结构10不同的材料来制备。

顶部表面封闭部分12可以具有10μm至1000μm或100μm至500μm的厚度。

当顶部表面封闭部分12被形成在盖结构10中时，可以在元件20与盖结构10之间的间隙中填充热传导填充物，或元件与盖之间的界面可以经受焊接。

盖结构10可以与元件20形成预定间隙G。间隙的最大宽度可以为10μm至50000μm或10μm至10,000μm。间隙也可以填充有热传导填充物。

当盖结构10是开放的而没有顶部表面封闭部分12时，盖结构10的高度可以与元件20的高度相同，或者与元件20的高度差为10μm或更小。当在元件上放置附加构件时，这些尺寸可以使间隙或台阶的形成最小化。

半导体装置

根据示例性实施方式的半导体装置可以包括：包括盖结构的基底100；至少一个元件20，该至少一个元件被布置在容纳空间中；以及印刷电路板，该印刷电路板连接到包括盖结构的基底。

印刷电路板可以电连接到包括盖结构的基底100和元件20。印刷电路板可以是主板。

包括盖结构的基底100和元件20与上述内容相同，因此将省略其描述以避免重复。

包括盖结构的基底以及封装基底的制造方法

根据示例性实施方式的包括盖结构的基底以及封装基底的制造方法可以包括：将元件20安装在基部基底30上的操作；以及在安装操作之前或之后，在基部基底上形成盖结构10的操作。

当盖结构与顶部表面封闭部分12形成为一体时，盖结构可以在安装元件之后形成。

安装的操作可以包括用封装化合物将元件20接合到基部基底30的一个表面上。封装化合物可以包括环氧基材料。

形成盖结构10的操作可以包括制备具有预设形状的盖结构并且将该盖结构接合到基部基底30。盖结构可以通过环氧基和/或硅树脂基材料接合到基底。盖结构可以根据盖结构的材料而通过不同的工艺，例如压铸、烧结或机械处理来形成。

包括盖结构的封装基底的制造方法还可以包括形成连接基部基底30的一个表面和另一表面的芯部过孔以及形成基部基底内部的路径的过孔的操作。形成芯部过孔以及过孔的操作可以通过去除基部基底的预设部分进行，或者可以通过物理或化学方法蚀刻板状基底来进行。作为另一示例，芯部过孔和过孔可以通过在作为基部基底的玻璃基底的表面上用激光形成缺陷和凹陷之后，通过化学蚀刻或激光蚀刻来制备。替代性地，芯部过孔和过孔可以通过层叠多个基底来形成。

由于通过上述方法制造的包括盖结构的基底以及封装基底与上述内容相同，并因此将省略其描述以避免重复。

根据示例性实施方式的包括盖结构的基底以及封装基底可以具有改善的散热特性和令人满意的良好机械性能，足以使导致缺陷的因素的发生最小化。

以上对示例性实施方式的优选实施方式进行了详细说明，但本发明的范围并不限定于此，并且本领域的普通技术人员可以利用由所附权利要求所限定的基本概念进行各种修改和改进也应该被解释为属于本发明的范围。