一种封装结构及封装方法

文档序号:650869 发布日期:2021-04-23 浏览:6次 >En<

阅读说明:本技术 一种封装结构及封装方法 (Packaging structure and packaging method ) 是由 卢玉溪 曾昭孔 陈武伟 马晓波 于 2020-12-17 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种封装结构及封装方法,其中,封装结构包括:基板,基板上固定设置有芯片和若干被动元件;散热结构,散热结构包括上下层叠设置的散热板和保护板;散热板与芯片接触,用于为封装结构提供散热面;保护板包括侧壁及设置在侧壁顶部的横壁,侧壁设置在芯片与被动元件之间,并包围芯片;横壁设置在被动元件的上方;排气通道,散热板与保护板之间非密封接触,并形成排气通道。本申请实施例提供的封装结构,通过保护板将芯片与被动元件隔离开,同时对被动元件的顶部进行遮挡,后续熔融焊料层时,能够防止熔融的焊料层材料溅射至被动元件,有利于防止被动元件及芯片发生短路,提高封装结构的性能。(The application discloses packaging structure and packaging method, wherein, packaging structure includes: the chip and the passive elements are fixedly arranged on the substrate; the heat dissipation structure comprises a heat dissipation plate and a protection plate which are stacked up and down; the heat dissipation plate is in contact with the chip and is used for providing a heat dissipation surface for the packaging structure; the protective plate comprises a side wall and a transverse wall arranged at the top of the side wall, and the side wall is arranged between the chip and the passive element and surrounds the chip; the transverse wall is arranged above the passive element; the exhaust passage, the heat dissipation plate and the protection plate are in non-sealing contact and form the exhaust passage. The packaging structure that this application embodiment provided keeps apart chip and passive component through the protection shield, shelters from the top of passive component simultaneously, during follow-up melting solder layer, can prevent that the material of fused solder layer from sputtering to passive component, is favorable to preventing passive component and chip to take place the short circuit, improves packaging structure&#39;s performance.)

一种封装结构及封装方法

技术领域

本申请一般涉及半导体制造技术领域,具体涉及一种封装结构及封装方法。

背景技术

半导体产业中,高端处理器一般具有较大的功耗,对散热要求较高。相较于传统硅脂材料,金属材料(铟、铟合金、银合金等)是目前业界散热性能最好的材料。出于降低基板成本、信号传输延迟低、器件微型化、焊球阵列封装(Ball Grid Array,BGA)开始逐渐取代传统插针网格阵列封装(Pin Grid Array Package,PGA),用于进行高端处理器芯片的封装。

相较于其它金属材料,铟金属导热能力及物理特性使其散热表现远好于其它金属材料。但铟熔点只有(156℃),远低于锡的熔点(232℃),在BGA封装中(植球工艺),铟会承受不了过高的回流焊温度熔融溢出。使用铟散热片进行回流焊一般需要使用助焊剂。铟片的焊接,目前一般是通过助焊剂还原焊接,焊接时助焊剂还原被焊接面和焊料表面的氧化膜时都会产生气体,该气体会挤压铟片,在高温下挥发的气体还会将熔融的铟片溅射至被动元器件上造成芯片的失效。

原有的FCPGA(Flip Chip Pin Grid Array Package,倒装芯片针脚栅格阵列)产品使用环氧树脂胶涂覆在电容上作为保护层,防止铟喷溅,而FCBGA产品需经过高温回流焊制程(植球工艺),此种胶无法承受高温(>240℃),除了胶本身会开裂,在经过高温时电容底部残余的气体和助焊剂会膨胀,造成胶的保护效果失效,故即使选用其他耐高温的胶也无法使用在FCBGA的产品。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足,期望提供一种封装结构及封装方法,可以避免高温回流焊过程中金属焊料导致被动元器件短路问题。

一方面,本申请提供了一种封装结构,包括

基板,所述基板上固定设置有芯片和若干被动元件;

散热结构,所述散热结构包括上下层叠设置的散热板和保护板;

所述散热板与所述芯片接触,用于为封装结构提供散热面;

所述保护板包括侧壁及设置在所述侧壁顶部的横壁,所述侧壁设置在所述芯片与所述被动元件之间,并包围所述芯片;所述横壁设置在所述被动元件的上方;

排气通道,所述散热板与所述保护板之间非密封接触,并形成所述排气通道。

进一步地,所述侧壁围绕形成第一开口,所述散热板与所述保护板之间在所述第一开口位置处形成第一通道,所述芯片通过所述第一通道与所述散热板接触。

进一步地,所述芯片与所述散热板之间设置有金属导热层,所述金属导热层选自铟、铟合金、银合金中的一种或多种。

进一步地,所述侧壁在所述基板表面的投影围绕所述芯片,在基板表面上的投影覆盖所述被动元件。

可选地,所述侧壁在所述基板表面的投影形状包括圆形、长方形或者正方形。

可选地,所述散热板与所述保护板之间通过侧板固定连接,所述保护板通过所述侧壁固定设置在所述基板上。

进一步地,所述侧板设置于所述第一通道周围,所述侧板上设置有所述排气通道。

进一步地,所述侧板包括若干立柱,所述立柱之间形成所述排气通道。

进一步地,所述侧板上固定设置有若干与所述散热板平行的加固板,所述加固板设置在所述散热板与所述保护板之间并避让所述第一通道。

另一方面,本申请还提供了一种封装方法,用于以上所述的封装结构,包括:

提供基板,所述基板的部分表面设置有芯片,所述基板的表面还具有位于芯片周围的被动元件,所述被动元件和所述芯片相互分立;

在所述芯片的顶部表面形成金属导热层,金属导热层内设置有助焊剂;

提供散热结构,保护板的侧壁容纳所述芯片,横壁覆盖所述被动元件,散热板与所述芯片上的金属导热层接触;

通过粘结剂将所述散热结构的侧壁固定在所述基板上;

进行高温回流焊,所述高温回流焊采用的温度大于所述金属导热层的熔点;

高温回流焊过程中产生的气流从排气通道内排出;

通过高温回流焊工艺将所述散热板、所述芯片、所述金属导热层焊接在一起。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:

本申请实施例提供的封装结构,通过保护板将芯片与被动元件隔离开,同时对被动元件的顶部进行遮挡,后续熔融焊料层时,能够防止熔融的焊料层材料溅射至被动元件,有利于防止被动元件及芯片发生短路,提高封装结构的性能。

本申请实施例提供的封装结构,通过设置在保护板与散热板之间的排气通道,直接将高温回流焊过程中助焊剂产生的气流或者飞溅的金属焊料排出封装结构,进一步防止飞溅的金属焊料对被动元件的腐蚀。

本申请实施例提供的封装结构,通过保护板与散热板一体化的散热结构,节省开模工艺,且散热结构与基板的贴合位置仅设置在侧壁位置处,无需增加额外的贴合工序,节省生成成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为本申请的实施例提供的一种封装结构的结构示意图;

图2为本申请的实施例提供的一种散热结构的结构示意图;

图3为本申请的实施例提供的一种散热结构的仰视图;

图4为本申请的实施例提供的第一种侧板在保护板表面的投影示意图;

图5为本申请的实施例提供的第二种侧板在保护板表面的投影示意图;

图6为本申请的实施例提供的第三种侧板在保护板表面的投影示意图;

图7为本申请的实施例提供的另一种封装结构的结构示意图。

1、基板;2、芯片;3、被动元件;4、金属导热层;5、散热结构;6、散热板;7、保护板;8、侧壁;9、横壁;10、排气通道;11、第一开口;12、第一通道;13、立柱;14、板材;15、凸点;16、焊球;17、底封胶;18、粘结剂;19、侧板;20、加固板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请详见图1-3,本申请提供了一种封装结构,包括

基板1,所述基板1上固定设置有芯片2和若干被动元件3;

散热结构5,所述散热结构5包括上下层叠设置的散热板5和保护板7;

所述散热板5与所述芯片2接触,用于为封装结构提供散热面;

所述保护板7包括侧壁8及设置在所述侧壁8顶部的横壁9,所述侧壁8设置在所述芯片2与所述被动元件3之间,并包围所述芯片2;所述横壁9设置在所述被动元件3的上方;

排气通道10,所述散热板5与所述保护板7之间非密封接触,并形成所述排气通道10。

其中,所述侧壁8围绕形成第一开口11,所述散热板5与所述保护板7之间在所述第一开口11位置处形成第一通道12,所述芯片2通过所述第一通道12与所述散热板5接触。所述芯片2与所述散热板5之间设置有金属导热层4,所述金属导热层4选自铟、铟合金、银合金中的一种或多种。

需要说明的是,侧壁围绕形成一个环形空间,环形空间的顶端为开口设置,这个开口即为所述第一开口11,第一开口向上延伸从侧壁顶端延伸至散热板6的底面,该空白区域即为所述第一通道12,芯片2的顶部可以高于侧壁8顶部,也可以低于侧壁8顶部,当在芯片顶面布置金属导热层后,金属导热层穿过第一通道,从芯片顶面延伸至散热板底面,与散热板接触。

另外需要说明的是,为了增加金属导热层的面积,横壁9自侧壁8顶部向四周延伸,并未向侧壁围绕形成的环形空间内部延伸,横壁9的延伸方向和延伸长度可以根据芯片2周围的被动元件3进行适应性选择。

后续对金属导热层4进行熔融处理,使芯片2和散热结构5熔融在一起,使得所述芯片2产生的热量能够通过散热结构5释放出去,有利于提高封装结构的可靠性。

在具体设置时,所述侧壁8在所述基板1表面的投影围绕所述芯片2,在基板1表面上的投影覆盖所述被动元件3。可选地,所述侧壁8在所述基板1表面的投影形状包括圆形、长方形或者正方形。所述被动元件3包括:电阻、电容、电感中的一种或多种组合。

在具体设置时,侧壁8围绕形成环状结构,在其中至少包围容纳一个芯片2,侧壁8将芯片2与周围的被动元件3隔离开,侧壁8的顶端设置有横壁9,横壁9至少覆盖在一个被动元件3的上方。需要注意的是,横壁9不与被动元件3接触,若被动元件3表面的焊锡点和横壁9相接触,那么被动元件3表面的焊锡点在高温回流焊工艺中就容易沿着横壁9表面流动,导致被动元件3表面的焊锡点之间连接在一起。有利于防止焊料层与被动元件3之间发生桥接,防止芯片2发生短路,有利于提高封装结构的性能。

另外,所述散热板5与所述保护板7之间通过侧板19固定连接,所述保护板7通过所述侧壁8固定设置在所述基板1上。所述侧板19设置于所述第一通道12周围,所述侧板19在所述保护板7表面的投影未完全包围所述第一通道12。侧壁8与基板1之间通过粘结剂18固定连接。

在一些实施例中,如图4所示,所述侧板19包括若干立柱13,所述立柱13之间形成所述排气通道10。

在一些实施例中,如图5所示,所述侧板19为相对设置的两板材14,两板材14之间形成所述排气通道10。

在一些实施例中,如图6所示,所述侧板19为围绕所述第一通道12设置的半环绕型的板材14,板材14两端之间形成所述排气通道10。

需要说明的是,侧板19的设置可以根据具体适用场景进行选择,侧板19的设置决定了排气通道10的位置,例如在芯片2周围的被动元件3较少,或集中在某一区域时,可以通过侧板19对第一通道12在该方向上的位置进行遮挡,防止后续高温回流焊过程中,焊料飞溅至被动元件3上。

另外,侧板19的设置也决定了散热板5与保护板7之间的接触面积,可以增加散热结构5的刚性,同时缓解芯片2与散热板5之间因热膨胀系数差引起的剪切应力。因为在随后的工艺中施加热时,散热结构5和基板1的热膨胀系数之间的差异可能会导致基板1翘曲,通过增加散热结构5的刚性降低基板1翘曲度。

再者,由于金属焊料融化,在散热板5与基板1之间产生沿彼此相对方向的翘曲,在焊接部分将产生收缩力,会导致施加在基板1上的焊料不与散热板5接触,通过增加散热结构5的刚性也可以降低基板1翘曲对金属焊料的影响。

为了进一步减少基板1翘曲的反生,所述侧板19上固定设置有若干与所述散热板5平行的加固板20,如图7所示,所述加固板20设置在所述散热板5与所述保护板7之间并避让所述第一通道12。

另一方面,本申请还提供了一种封装方法,用于以上所述的封装结构,包括:

S1、提供基板1,所述基板1的部分表面设置有芯片2,所述基板1的表面还具有位于芯片2周围的被动元件3,所述被动元件3和所述芯片2相互分立;

S2、在所述芯片2的顶部表面形成金属导热层4,金属导热层4内设置有助焊剂;

S3、提供散热结构5,保护板7的侧壁8容纳所述芯片2,横壁9覆盖所述被动元件3,散热板5与所述芯片2上的金属导热层4接触;

S4、通过粘结剂将所述散热结构5的侧壁8固定在所述基板1上;

S5、进行高温回流焊,所述高温回流焊采用的温度大于所述金属导热层4的熔点;高温回流焊过程中产生的气流从排气通道10内排出;

S6、通过高温回流焊工艺将所述散热板5、所述芯片2、所述金属导热层4焊接在一起。

需要说明是,在一些实施例中,散热结构5的材质为玻璃、橡胶或树脂。

在另一些实施例中,所述散热结构5的材料为金属,所述散热结构5的表面还具有绝缘隔离层。绝缘隔离层可以避免被动元件3表面的焊料与散热结构5接触导致短路。

例如,散热结构5可以采用铜材料。散热结构5的制造方法包括:

采用锻造工艺,将铜基材在相应磨具内在高压加热下成型;采用结合方式,多个组件之间通过锡膏焊接或导热膏连接;采用切削打磨方式,平面间的空隙通过切削打磨(高速切削、激光切削等)工艺实现,车、钻、铣、磨等机床实现。

需要说明的是,所述芯片2与基板1接触位置设置有凸点15,有利于芯片2与基板1实现电连接。形成所述凸点15之后,还包括:在所述芯片2的底面形成底封胶17,通过底封胶填充固化工艺,将芯片固定于基板上。所述底封胶17包围凸点15,且暴露出凸点15的顶部表面,有利于后续凸点15与芯片底面电连接。所述底封胶用于缓解芯片2与基板1之间因热膨胀系数差引起的剪切应力。

具体回流焊工艺包括两步工艺,第一步是通过高温回流焊工艺将散热板5、芯片2、金属导热层4焊接在一起;第二步是采用高温回流焊工艺将焊球16焊接在基板1底部。其中,第一步高温回流焊工艺的温度大于所述金属导热层4的熔点,第二步高温回流焊工艺的温度大焊球16的熔点。所述焊球16的材料为锡、锡银合金、锡银铜合金、锡铅合金或含金合金。

需要说明的是,上述封装结构或芯片可以应用于电子设备例如手机、平板电脑、电子书、计算机等需要安装芯片或背金芯片的设备。以上不同实施例之间可以交叉引用。例如当一个实施例对某一方面的技术细节做了筒略描述,可进一步参考其他实施例的介绍。

应理解,在本申请的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解,上述列举的芯片封装方法的各实施例,可以通过机器人或者数控加工方式来执行,用于执行芯片封装方法的设备软件或工艺可以通过执行保存在存储器中的计算机程序代码来执行上述芯片封装方法。

需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

除非另有定义,本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的,不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件,也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式,除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明,但应当理解的是,上述实施方式只是用于举例和说明的目的,而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

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