阅读说明：本技术 具有高散热性的板级扇出封装结构及其制备方法 (Plate grade fan-out packaging structure with high-cooling property and preparation method thereof ) 是由 林挺宇 雷珍南 罗绍根 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种具有高散热性的板级扇出封装结构及其制备方法。其中,具有高散热性的板级扇出封装结构包括：载板,包括第一封装层和封装于第一封装层内的导热框架,第一封装层具有第一侧面和第二侧面,导热框架沿其厚度方向的一侧面邻近第一封装层的第一侧面；散热胶,贴于第一侧面；芯片,贴于散热胶上,且芯片的正面朝向远离载板的一侧；封装结构,位于散热胶上,且芯片封装于封装结构内。本发明在数百毫米尺寸范围下,可同时在多个芯片背面设置永久性的散热胶和高强度载板,大大改善了芯片封装时出现的翘曲问题。芯片封装并切割后,该散热胶和高强度载板可作为散热结构,既实现了芯片的高效率散热,又实现了载板的再利用。(The present invention discloses a kind of plate grade fan-out packaging structure and preparation method thereof with high-cooling property.Wherein, plate grade fan-out packaging structure with high-cooling property includes: support plate, including the first encapsulated layer and the heat conducting frame that is packaged in the first encapsulated layer, the first encapsulated layer has first side and a second side, heat conducting frame along its thickness direction one side adjacent to the first encapsulated layer first side；Thermal paste is affixed on first side；Chip is affixed in thermal paste, and the front of chip is directed away from the side of support plate；Encapsulating structure is located in thermal paste, and chip package is in encapsulating structure.Under hundreds of mm size ranges permanent thermal paste and high-intensitive support plate, the warpage issues occurred when substantially improving chip package can be arranged in multiple chip backs simultaneously in the present invention.After chip package and cutting, the thermal paste and high-intensitive support plate can be used as radiator structure, not only realize the high efficiency heat radiation of chip, but also realize the recycling of support plate.)

具有高散热性的板级扇出封装结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子封装技术领域，具体涉及一种具有高散热性的板级扇出封装结构及其制备方法。

背景技术

芯片高密度封装受产业界广泛的重视。近年来，大板级扇出型封装技术取得了长足地进展，大板级扇出型封装面积更小，没有基板与中介层；封装芯片厚度更薄，管脚数密度也更大；更重要的是该工艺的芯片具有较低的热阻抗、更好的电气性能，能够更好地满足终端市场对芯片小型化和高性能的需求。

随着大板级扇出型封装技术的发展，尺寸更小的封装结构不断涌现。芯片主要通过大面积的基板来散热，而板级扇出型封装的芯片没有基板，而且封装的尺寸更小，导致芯片的散热表面积也就越小，这就要求封装好的芯片的导热性能足够良好；目前，将芯片热量更快速地传递到封装外部的主要方法是使用导热率更高的材料和优化封装结构。

随着大板级扇出型封装技术的发展，封装结构越来越薄。当封装结构变薄后，封装结构的钢性显著降低，封装体内的材料热膨胀系数(CTE，Coefficient ThermalExpansion)差异大，更容易变形，导致翘曲显著增大，这会影响芯片封装的良率。为降低封装翘曲，一方面表现在材料特性的改善上，另一方面可以使用垂直载具，避免接触基板等方式来减缓翘曲问题，例如Manz设备采用双滚轮输送稳定器的水平传送方式来减缓翘曲问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有高散热性的板级扇出封装结构，其可减少翘曲问题，提高芯片散热效率。

本发明的目的之二在于提供一种具有高散热性的板级扇出封装结构的制备方法，可以改善芯片封装时出现的翘曲问题，实现芯片的高效率散热及载板的再利用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种具有高散热性的板级扇出封装结构，包括：

载板，所述载板包括第一封装层和封装于所述第一封装层内的导热框架，所述第一封装层具有第一侧面和第二侧面，所述导热框架沿其厚度方向的一侧面邻近所述第一封装层的第一侧面；

散热胶，所述散热胶贴于所述第一侧面；

芯片，所述芯片贴于所述散热胶上，且所述芯片的正面朝向远离所述载板的一侧；

封装结构，所述封装结构位于所述散热胶上，且所述芯片封装于所述封装结构内。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，所述导热框架采用Cu、Al、steel或者Graphene中的一种材料制成。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，所述封装结构包括：

第二封装层，所述芯片封装于所述第二封装层内；

传输层和再布线层，位于所述第二封装层远离所述载板的一侧，所述传输层的一侧与所述芯片的I/O接口电性连接，另一侧通过铜柱与所述再布线层电性连接，所述再布线层具有焊盘区和非焊盘区；

阻焊层，所述阻焊层位于所述第二封装层远离所述载板的一侧并覆盖所述再布线层的非焊盘区和所述传输层外露于所述再布线层的区域；

金属凸块，所述金属凸块与所述布线层的焊盘区焊接。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，所述传输层包括贴于所述第二封装层上的介电层和附着于所述介电层上的种子层，所述介电层沿其厚度方向具有使所述芯片的I/O接口外露的通孔，所述种子层延伸至所述通孔内与所述I/O接口电性连接。

另一方面，提供一种具有高散热性的板级扇出封装结构的制备方法，包括以下步骤：

S10、提供导热框架，采用塑封料对所述导热框架进行封装处理形成第一封装层，并使所述导热框架的一侧面邻近所述第一封装层的第一侧面，制得载板；

S20、提供散热胶和若干芯片，使所述芯片的正面朝向背离所述载板的一侧，通过所述散热胶将所述芯片贴于所述载板邻近所述导热框架的一侧；

S30、对所述芯片进行封装处理，并将所述芯片的I/O接口引出与金属凸块电性连接。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，步骤S30具体包括：

S31、采用塑封料对所述芯片进行封装处理形成第二封装层；

S32、在所述第二封装层上制作传输层，使所述芯片的I/O接口与所述传输层电性连接；

S33、在所述传输层上制作再布线层；

S34、在所述第二封装层远离所述载板的一侧制作阻焊层，使所述阻焊层覆盖所述布线层的非焊盘区以及使所述再布线层的焊盘区外露于所述阻焊层；

S35、提供金属凸块，将所述金属凸块植入所述焊盘区。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，步骤S32具体包括：

S32a、提供介电层，将所述介电层贴于所述第二封装层上；

S32b、对所述介电层进行激光钻孔处理，使所述介电层沿其厚度方向形成通孔，以使所述芯片的的I/O接口外露；

S32c、通过真空溅射在所述介电层和所述通孔内形成种子层，所述介电层和所述种子层组成所述传输层。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，步骤S33具体包括：

S33a、提供感光膜，将所述感光膜贴附于所述传输层上；

S33b、通过曝光、显影处理，在所述感光膜上形成使所述种子层外露于所述感光膜的图形；

S33c、对所述图形和所述通孔进行电镀处理，在所述通孔内形成铜柱，在所述图形内形成所述再布线层，所述再布线层通过所述铜柱与所述芯片的I/O接口电性连接；

S33d、去除残留的感光膜。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，步骤S34具体包括：

S34a、对所述感光膜被去除后外露的种子层进行蚀刻处理，以去除该种子层；

S34b、在去除种子层后外露的介电层上涂覆感光油墨，固化后形成阻焊层，使所述阻焊层覆盖所述再布线层的非焊盘区以及使所述再布线层的焊盘区外露于所述阻焊层。

作为具有高散热性的板级扇出封装结构的一种优选方案，所述散热胶的成分包括石墨烯、硅胶、硅脂、甲基乙烯基聚硅氧烷混合物、甲基氢基聚硅氧烷混合物、氧化铝。

本发明的有益效果：本发明将导热框架封装于第一封装层内形成载板，将芯片通过散热胶贴附于载板上并进行封装，载板对芯片的封装起到支撑作用。芯片封装并切割后，芯片工作时产生的热量通过散热胶传递至导热框架上，通过导热框架将芯片的热量导出，提高了芯片的散热效率。芯片封装过程中无需拆键合去除载板，且导热框架的高强度以及第一封装层与第二封装层的热膨胀系数相匹配的特性可有效改善芯片封装时出现的翘曲问题，切割后载板可作为芯片的散热结构，既实现了芯片的高效率散热，又实现了载板的再利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述的的载板的俯视图。

图2是本发明实施例所述的载板的剖视图。

图3是本发明实施例所述的散热胶贴于载板上的剖视图。

图4是本发明实施例所述的芯片通过散热胶贴于载板上的剖视图。

图5是本发明实施例所述的芯片封装于载板上的剖视图。

图6是本发明实施例所述的第二封装层研磨后的中间产品的剖视图。

图7是本发明实施例所述的介电层贴于第二封装层后的中间产品的剖视图。

图8是本发明实施例所述的介电层激光打孔后的中间产品的剖视图。

图9是本发明实施例所述的钛金属层磁控溅射于介电层后的中间产品的剖视图。

图10是本发明实施例所述的铜金属层磁控溅射于钛金属层后的中间产品的剖视图。

图11是本发明实施例所述的感光膜贴于种子层后的中间产品的剖视图。

图12是本发明实施例所述的感光膜曝光显影后的中间产品的剖视图。

图13是本发明实施例所述的图形电镀处理后的中间产品的剖视图。

图14是本发明实施例所述的去除残留的感光膜后的中间产品的剖视图。

图15是本发明实施例所述的种子层蚀刻后的中间产品的剖视图。

图16是本发明实施例所述的涂覆感光油墨以及植入金属球后的产品的剖视图。

图中：

1、载板；11、第一封装层；12、导热框架；

2、散热胶；

3、芯片；

4、第二封装层；

5、传输层；51、介电层；52、钛金属层；53、铜金属层；

6、再布线层；

7、阻焊层；

8、金属凸块；

9、感光膜。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如无具体说明，本发明的具有高散热性的板级扇出封装结构的制备方法中所使用的各种原料均可市售购得，或根据本技术领域的常规方法制备得到。

如图16所示，本发明的实施例提供一种具有高散热性的板级扇出封装结构，包括：

载板1，所述载板1包括第一封装层11和封装于所述第一封装层11内的导热框架12，所述第一封装层11具有第一侧面和第二侧面，所述导热框架12沿其厚度方向的一侧面邻近所述第一封装层11的第一侧面；

散热胶2，所述散热胶2贴于所述第一侧面；

芯片3，所述芯片3贴于所述散热胶2上，且所述芯片3的正面朝向远离所述载板1的一侧；

封装结构，所述封装结构位于所述散热胶2上，且所述芯片3封装于所述封装结构内。

本实施例中，如无特殊说明，术语“覆盖”均指包裹住某个部件与其他部件非接触的外表面。例如，散热胶2覆盖导热框架12，指的是散热胶2包裹住导热框架12与第一封装层11非接触的外表面。

其中，所述导热框架12沿其厚度方向的一侧面邻近所述第一封装层11的第一侧面，是指导热框架12沿其厚度方向的一侧面外露于第一封装层11的第一侧面，也可以位于第一封装层11的内部，即导热框架12与散热胶2非直接接触。

其中，芯片3的正面是指设有I/O接口的一面。

本实施例将导热框架12封装于第一封装层11内形成载板1，将芯片3通过散热胶2贴附于载板1上并进行封装，载板1对芯片3的封装起到支撑作用。芯片3封装并切割后，芯片3工作时产生的热量通过散热胶2传递至导热框架12上，通过导热框架12将芯片3的热量导出，提高了芯片3的散热效率。本实施例中，芯片3封装过程中无需拆键合去除载板1，且导热框架12的高强度以及第一封装层11与第二封装层4的热膨胀系数相匹配的特性可有效改善芯片3封装时出现的翘曲问题，切割后又作为芯片3的散热结构，既实现了芯片3的高效率散热，又实现了载板1的再利用。

可选地，所述导热框架12采用Cu、Al、steel或者Graphene(石墨烯)中的一种材料制成，具有良好的散热效果和高强度。

本实施例中，导热框架12的材料包括但不限于Cu、Al、steel或者Graphene，任何其他具有高强度、高散热性的材料均适用。

所述导热框架12由若干子框架组成，所述子框架为井字形、菱形、米字型或者田字形中的任意一种形状。其中，子框架包括但不限于井字形、菱形、米字型或者田字形结构，如图2所示，导热框架12由四个米字型框架组成，可以提高导热框架12的强度和与第一封装层11之间的连接稳定性。

优选地，所述载板1的厚度为0.5～0.8mm，具体的厚度可依据实际情况设计，可以使导热框架12的热量通过第一封装层11快速传递出去，同时保证芯片封装结构的稳定性。

进一步地，所述封装结构包括：

第二封装层4，所述芯片3封装于所述第二封装层4内；

传输层5和再布线层6，位于所述第二封装层4远离所述载板1的一侧，所述传输层5的一侧与所述芯片的I/O接口电性连接，另一侧通过铜柱与所述再布线层6电性连接，所述再布线层6具有焊盘区和非焊盘区；

阻焊层7，所述阻焊层7位于所述第二封装层4远离所述载板1的一侧并覆盖所述再布线层6的非焊盘区和所述传输层5外露于所述再布线层6的区域；

金属凸块8，所述金属凸块8与所述再布线层6的焊盘区焊接。

其中，所述芯片3的厚度小于所述第二封装层4的厚度，后续通过激光钻孔或者其他方式可以使芯片3的I/O接口外露。

本实施例中，芯片3通过第二封装层4封装固定于载板1上，再通过传输层5和再布线层6将芯片3的I/O接口电性引出并与金属凸块8焊接。

本实施例中，第一封装层11和第二封装层4的材料可以完全相同，两者的热膨胀系数完全匹配，以进一步减少翘曲问题。

本实施例中，所述阻焊层7为感光油墨层。采用感光油墨作为阻焊层7，既可以起到保护传输层5和再布线层6的作用，又能通过曝光、显影、蚀刻去除部分种子层5，简化了工艺。

可选地，金属凸块8为锡焊料、银焊料或者金锡合金焊料，本实施例的金属凸块8为金属球结构，金属球焊接植入在焊盘区，以实现再布线层6的电性引出。

进一步地，所述传输层5包括贴于所述第二封装层4上的介电层51和附着于所述介电层51上的种子层，所述介电层51沿其厚度方向具有使所述芯片3的I/O接口外露的通孔，所述种子层延伸至所述通孔内与所述I/O接口电性连接。介电层51为ABF(AjinomotoBuild-up Film)或PP(Polypropylene，聚丙烯)材质，贴附于第二封装层4上，起到绝缘的作用。本实施例在后续步骤中可采用激光钻孔方式，形成让I/O接口外露的通孔，并在通孔里面镀铜，形成铜柱，从而使芯片3的电信号经铜柱连接到再布线层6。

进一步地，所述种子层包括位于所述第二封装层4远离所述载板1一侧的钛金属层52和位于所述钛金属层52上的铜金属层53。其中，钛金属层52的附着力高、电导率优良且厚度均匀，通过钛金属层52可以将铜金属层53稳定附着在第二封装层4上。

当然，本实施例的种子层不限于两层结构(钛金属层52、铜金属层53)，也可以为单层或者两层以上的结构。种子层的材料也不限于两种单一的金属材料层叠组合，也可以为一种单一金属材料，或者合金材料，能够实现再布线层稳定附着于封装结构上即可，具体不再赘述。

可选地，第一封装层11和第二封装层4的材料包括聚酰亚胺、硅胶和EMC(EpoxyMolding Compound，环氧塑封料)中的任一种，本实施例优选EMC，即所述封装层4为环氧树脂封装层，可以使芯片3稳定贴合在载板1上，起到保护芯片3的作用。

如图1至16所示，本发明的实施例还提供一种具有高散热性的板级扇出封装结构的制备方法，包括以下步骤：

S10、提供导热框架12，采用塑封料对所述导热框架12进行封装处理，使塑封料形成第一封装层11，并使所述导热框架12的一侧面邻近所述第一封装层11的第一侧面，制得载板1，如图1和图2所示；

S20、提供散热胶2和若干芯片3，使所述芯片3的正面朝向背离所述载板1的一侧，通过所述散热胶2将所述芯片3贴于所述载板1邻近所述导热框架12的一侧，如图3和图4所示，；

S30、对所述芯片3进行封装处理，并将所述芯片3的I/O接口引出与金属凸块8电性连接，如图5至16所示。

步骤S10中，塑封料对导热框架12进行封装且固化之后，形成第一封装层11，如图5所示，还需要对第一封装层11沿其厚度方向的至少一个侧面进行研磨减薄处理，使其表面保持平整并使导热框架12的一侧邻近第一封装层11的一侧(图6)，以便于贴散热胶2。散热胶2与导热框架12之间可以通过塑封料进行散热，也可以直接接触散热。

本实施例采用塑封料对导热框架12进行封装制得载板1，并将芯片3通过散热胶2贴于载板1上，导热框架12具有高强度，可以对芯片3封装起到支撑作用，又由于导热框架12的塑封料与芯片3的塑封料一致，两者的热膨胀系数完全匹配，因此可有效减少翘曲的产生，切割后载板1又作为芯片的散热结构，既实现了高效率散热，又实现了载板1的再利用。

进一步地，本实施例中的步骤S30具体包括：

S31、采用塑封料对所述芯片3进行封装处理，使该塑封料形成第二封装层4；具体地，通过第二封装层4进行研磨减薄(grinding)处理，可以使第二封装层4的表面保持平整，本实施例中，第二封装层4研磨后的厚度大于芯片3的厚度；

S32、在所述第二封装层4上制作传输层5，使所述芯片3的I/O接口与所述传输层5电性连接；

S33、在所述传输层5上制作再布线层6；

S34、在所述第二封装层4远离所述载板1的一侧制作阻焊层7，使所述阻焊层7覆盖所述再布线层6的非焊盘区以及使所述再布线层6的焊盘区外露于所述阻焊层7；

S35、提供金属凸块8，将所述金属凸块8植入所述焊盘区。

本实施例中，塑封料可以为液态、固态或者片状。

更进一步地，步骤S32具体包括：

S32a、提供介电层51，将所述介电层51贴于所述第二封装层4上，实现第二封装层4的绝缘处理(如图7所示)；

S32b、对所述介电层51进行激光钻孔处理(UV激光)，使所述介电层51沿其厚度方向形成通孔(如图8所示)，以使所述芯片3的I/O接口外露，便于后续电路的连接；

S32c、通过真空溅射在所述介电层51和所述通孔内形成种子层，所述介电层51和所述种子层组成所述传输层5。

具体地，首先在高真空状态对经步骤S32b制得的中间产品进行加热，中间产品上的水分及污染物去除后，然后通过磁控溅射制备具有高附着力、优良电导率及厚度均匀的钛金属层52(如图9所示)，最后再通过磁控溅射制备铜金属层53(如图10所示)，所述钛金属层52和所述铜金属53组成所述种子层。

更进一步地，步骤S33具体包括：

S33a、提供感光膜9，如图11所示，将所述感光膜9贴附于所述传输层5上；具体地，将感光膜9贴附于种子层上；

S33b、通过曝光、显影处理，在所述感光膜9上形成使所述种子层外露于所述感光膜9的图形，如图12所示；

S33c、对所述图形和所述通孔进行电镀处理，在所述通孔内形成铜柱，在所述图形内形成所述再布线层6，所述再布线层6通过所述铜柱与所述芯片3的I/O接口电性连接，如图13所示；

S33d、去除残留的感光膜9，如图14所示。

其中，根据实际需要，可以将再布线层6设计为一层、两层、三层甚至更多层。

更进一步地，步骤S34具体包括：

S34a、如图15所示，对所述感光膜9被去除后外露的种子层进行蚀刻处理，以去除该种子层；

S34b、如图16所示，在去除种子层后外露的介电层51上涂覆感光油墨，固化后形成阻焊层7，使所述阻焊层7覆盖所述再布线层6的非焊盘区以及使所述再布线层6的焊盘区外露于所述阻焊层7。

于本实施例中，所述散热胶2为永久性散热胶，其成分包括石墨烯、硅胶、硅脂、甲基乙烯基聚硅氧烷混合物、甲基氢基聚硅氧烷混合物、氧化铝。

在再布线层6的焊盘区植入金属球之后，即完成塑封件的制作(图16)，将该塑封件切割成单个芯片的封装体即实现具有高散热性的板级扇出封装结构的制备。

本发明在数百毫米尺寸范围下，可以同时在多个芯片背面设置永久性的散热胶2和高强度载板1，大大改善了芯片3封装时出现的翘曲问题。芯片3封装并切割后，该散热胶2和高强度载板1可作为散热结构，既实现了芯片3的高效率散热，又实现了载板1的再利用。

以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明白，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。