CN103236420B - 三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构 - Google Patents

三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构，其包括封装芯片，所述封装芯片包括衬底，所述衬底内包括电源连接孔、散热接地孔及信号连接孔；所述电源连接孔内填充有电源连接导体，散热接地孔内填充有散热接地导体，信号连接孔内填充有信号连接导体，所述电源连接导体通过电源连接孔内的绝缘层与衬底绝缘隔离，信号连接导体通过信号连接孔内的绝缘层与衬底绝缘隔离；封装芯片的上方设有热沉地平面板，封装芯片的下方设置基板，基板内设有热沉地平面体；散热接地导体的上端与热沉地平面板接触，散热接地导体的下端与基板内的热沉地平面体接触。本发明结构简单紧凑，提高三维封装的散热和接地效果，适应范围广，安全可靠。

Description

三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构
技术领域
本发明涉及一种封装结构，尤其是一种三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构，属于微电子封装的技术领域。
背景技术
随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多、越来越强，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中叠层芯片封装技术以及系统级封装（System-in-Package，SiP）技术就是这些技术的典型代表之一。
三维封装技术，是指在将封装结构由二维布局拓展到三维布局，在相同封装体积内实现更高密度、更高性能的系统集成。而硅穿孔（ThroughSiliconVia，TSV）是实现三维封装中的关键技术之一。这归因于TSV在现有的硅基工艺基础上实现了三维堆叠结构，增大元器件密度，减小互连延时问题，实现高速互联。
硅穿孔工艺是一种新兴的集成电路制作工艺，适合用作多方面性能提升，在高频高速以及大功率应用中，能极大的提高电路的频率特性和功率特性。硅穿孔工艺将制作在硅片表面的电路通过硅通孔中填充的金属连接至硅片背面，结合三维封装工艺，使得IC（集成电路）芯片布局从传统二维分布发展到更先进三维结构，使封装结构更为紧凑，芯片引线距离更短，从而可以极大的提高电路的频率特性和功率特性。
但是，三维封装在提高集成密度，改善高频高速等性能的同时也为散热和接地等条件带来了更大的挑战。由于集成密度的提高，三维堆叠结构使系统功率密度成倍增加，发热区管理更加困难；三维堆叠结构使夹在中间的芯片处于封闭的环境中，没有合适的散热路径；三维堆叠结构使夹在中间的芯片实现整个芯片良好的接地变得困难，电源完整性控制更加困难。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构，其结构简单紧凑，提高三维封装的散热和接地效果，适应范围广，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构，包括封装芯片，所述封装芯片包括衬底，所述衬底内包括电源连接孔、散热接地孔及信号连接孔；所述电源连接孔内填充有电源连接导体，散热接地孔内填充有散热接地导体，信号连接孔内填充有信号连接导体，所述电源连接导体通过电源连接孔内的绝缘层与衬底绝缘隔离，信号连接导体通过信号连接孔内的绝缘层与衬底绝缘隔离；封装芯片的上方设有热沉地平面板，封装芯片的下方设置基板，基板内设有热沉地平面体；散热接地导体的上端与热沉地平面板接触，散热接地导体的下端与基板内的热沉地平面体接触。
所述封装芯片的衬底上设有导热胶，热沉地平面板通过导热胶与衬底连接，散热接地导体的上端穿过导热胶后与热沉地平面板接触。
所述封装芯片的衬底上设有底填，衬底通过底填与基板连接，电源连接导体、散热基底导体及信号连接导体的下端穿过底填后支撑于基板上。
所述散热接地导体与衬底接触连接。
本发明的优点：衬底内设置散热接地孔，散热接地孔内填充散热接地导体，散热接地导体通过热沉地平面板及热沉地平面体实现有效散热及接地，在不增加TSV通孔的前提下，实现了在三维封装中散热通道与地线通道的共用，降低封装成本，结构简单紧凑，提高三维封装的散热和接地效果，适应范围广，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1-封装芯片、2-热沉地平面板、3-散热接地导体、4-信号连接导体、5-导热胶、6-底填、7-基板、8-电源连接导体、9-热沉地平面体、10-绝缘层及11-衬底。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了在不增加封装面积的情况下，改善三维封装中的散热和接地效果，本发明包括芯片1，所述芯片1包括衬底11，所述衬底11内包括电源连接孔、散热接地孔及信号连接孔；所述电源连接孔内填充有电源连接导体8，散热接地孔内填充有散热接地导体3，信号连接孔内填充有信号连接导体4，所述电源连接导体8通过电源连接孔内的绝缘层10与衬底11绝缘隔离，信号连接导体4通过信号连接孔内的绝缘层10与衬底11绝缘隔离；芯片1的上方设有热沉地平面板2，芯片1的下方设置基板7，基板7内设有热沉地平面体9；散热接地导体3的上端与热沉地平面板2接触，散热接地导体3的下端与基板7内的热沉地平面体9接触。
具体地，所述封装芯片1的衬底11上设有导热胶5，热沉地平面板2通过导热胶5与衬底11连接，散热接地导体3的上端穿过导热胶5后与热沉地平面板2接触。本发明实施例中，散热接地导体3的一端通过导热胶5与热沉地平面板2接触，另一端与基板7内的热沉地平面体9接触，通过热沉地平面板2、热沉地平面体9能够将散热接地导体3的热量传导出去，同时，散热接地导体3与衬底11接触连接，即散热接地孔的侧壁没有覆盖绝缘层10，能够实现良好的接地效果。本发明实施例中，通过散热接地孔及填充于所述散热接地孔内的散热接地导体3既能够实现用于散热的通道，又能够实现接地的目的。热沉地平面板2一般采用铝、铜等金属材料，散热接地导体3一般采用导热性能良好的金属材料，底填6一般采用有机聚合物材料，基板7一般采用PCB（PrintedCircuitBoard）或陶瓷基板。
所述芯片1的衬底11上设有底填6，衬底11通过底填6与基板7连接，电源连接导体8、散热基底导体3及信号连接导体4的下端穿过底填6后支撑于基板7上。
如图1所示：本发明在制作芯片1时，在芯片1的衬底11内设置需要的电源连接孔、散热接地孔及信号连接孔，并分别填充金属材料，以得到电源连接导体8、散热接地导体3及信号连接导体4。散热接地导体3的两端分别与热沉地平面板2及热沉地平面体9接触，能够实现对衬底11的有效散热及接地；同时，基板7能够将支撑衬底11、电源连接导体8、散热接地导体3及信号连接导体4。电源连接导体8通过绝缘层10与衬底11绝缘隔离，信号连接导体4通过绝缘层10与衬底11绝缘隔离，通过电源连接导体8能够实现电源的连接通路，通过信号连接导体4实现信号连接的通路，满足三维封装的要求。

Claims (1)

1.一种三维封装中散热通道与地线通道共用的封装结构，包括封装芯片（1），所述芯片（1）包括衬底（11），所述衬底（11）内包括电源连接孔、散热接地孔及信号连接孔；其特征是：所述电源连接孔内填充有电源连接导体（8），散热接地孔内填充有散热接地导体（3），信号连接孔内填充有信号连接导体（4），所述电源连接导体（8）通过电源连接孔内的绝缘层（10）与衬底（11）绝缘隔离，信号连接导体（4）通过信号连接孔内的绝缘层（10）与衬底（11）绝缘隔离；芯片（1）的上方设有热沉地平面板（2），芯片（1）的下方设置基板（7），基板（7）内设有热沉地平面体（9）；散热接地导体（3）的上端与热沉地平面板（2）接触，散热接地导体（3）的下端与基板（7）内的热沉地平面体（9）接触；
所述芯片（1）的衬底（11）上设有导热胶（5），热沉地平面板（2）通过导热胶（5）与衬底（11）连接，散热接地导体（3）的上端穿过导热胶（5）后与热沉地平面板（2）接触；
所述芯片（1）的衬底（11）上设有底填（6），衬底（11）通过底填（6）与基板（7）连接，电源连接导体（8）、散热基底导体（3）及信号连接导体（4）的下端穿过底填（6）后支撑于基板（7）上；
所述散热接地导体（3）与衬底（11）接触连接。
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