CN108493165A - 封装结构及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种封装结构及焊接方法，其中封装结构包括：基板连接层；位于所述基板连接层部分表面的芯片；位于所述芯片顶部表面的金属导热层；位于所述基板连接层上的散热盖，所述散热盖围成的空间容纳所述芯片和金属导热层；所述散热盖包括顶盖，所述顶盖包括镀金区域和位于镀金区域周围的非镀金区域，所述镀金区域与所述金属导热层表面接触，所述非镀金区域与所述金属导热层表面不接触，所述散热盖中具有位于非镀金区域且环绕所述镀金区域的凹槽，所述凹槽的开口朝向所述基板连接层。所述封装结构的性能得到提高。

Description

封装结构及焊接方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种封装结构及焊接方法。
背景技术
BGA(ball grid Array)封装产品是一种重要的电子封装产品。BGA(ball gridArray)封装产品的组成部分包括：BGA基片和PCB板。BGA基片和PCB板通过BGA基片中的焊球焊接在一起。
所述BGA基片包括散热盖，所述散热盖用于为BGA基片在工作的过程中产生的热量散发至外界环境。
然而，现有的BGA封装产品的散热性能较差。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种封装结构及焊接方法，以提高封装结构的散热性。
为解决上述问题，本发明提供一种封装结构，包括：基板连接层；位于所述基板连接层部分表面的芯片；位于所述芯片顶部表面的金属导热层；位于所述基板连接层上的散热盖，所述散热盖围成的空间容纳所述芯片和金属导热层；所述散热盖包括顶盖，所述顶盖包括镀金区域和位于镀金区域周围的非镀金区域，所述镀金区域与所述金属导热层表面接触，所述非镀金区域与所述金属导热层表面不接触，所述散热盖中具有位于非镀金区域且环绕所述镀金区域的凹槽，所述凹槽的开口朝向所述基板连接层。
可选的，所述凹槽呈环状结构，所述凹槽具有环绕所述镀金区域的内侧壁以及环绕所述内侧壁的外侧壁。
可选的，所述凹槽位于部分非镀金区域中；所述凹槽的外侧壁暴露出所述非镀金区域。
可选的，所述凹槽的内侧壁暴露出所述镀金区域。
可选的，所述凹槽的内侧壁暴露出所述非镀金区域。
可选的，所述凹槽的内侧壁至所述镀金区域的边缘之间的距离大于零且小于等于5毫米。
可选的，所述凹槽的宽度为0.5毫米～10毫米。
可选的，所述凹槽位于整个非镀金区域中，所述凹槽的外侧壁暴露出所述侧盖，所述凹槽的内侧壁暴露出所述镀金区域。
可选的，所述凹槽的深度为0.1毫米～2毫米。
可选的，所述散热盖还包括侧盖，所述侧盖与所述顶盖连接，所述侧盖位于所述基板连接层的边缘区域上且位于芯片的侧部，所述顶盖位于所述侧盖、金属导热层和芯片上。
可选的，所述金属导热层的材料为铟、铟合金或银合金。
可选的，所述镀金区域朝向所述金属导热层的表面具有第一镀层，第一镀层与所述金属导热层表面接触，所述第一镀层的材料为金；所述非镀金区域朝向基板连接层的表面具有第二镀层，所述第二镀层的材料为镍。
可选的，所述芯片投影至所述散热盖的形状呈矩形，所述芯片投影至所述散热盖的形状具有相对的两条第一边、以及相对的两条第二边，第一边分别和第二边的两端连接，第一边的长度大于第二边的长度；所述镀金区域的表面形状呈矩形，所述镀金区域的表面形状具有相对的两条第三边、以及相对的两条第四边，第三边分别和第四边的两端连接，第三边的长度大于第四边的长度；所述第一边平行于所述第三边，所述第二边平行于所述第四边；所述第三边的长度等于第一边的长度与2倍的最大位置误差之和；所述第四边的长度等于第二边的长度与2倍的最大位置误差之和。
可选的，所述芯片投影至所述散热盖的形状呈方形，所述芯片投影至所述散热盖的形状具有相对的两条第一边、以及相对的两条第二边，第一边分别和第二边的两端连接，第一边的长度等于第二边的长度；所述镀金区域的表面形状呈方形，所述镀金区域的表面形状具有相对的两条第三边、以及相对的两条第四边，第三边分别和第四边的两端连接，第三边的长度等于第四边的长度；所述第一边平行于所述第三边，所述第二边平行于所述第四边；所述第三边的长度等于第一边的长度与2倍的最大位置误差之和；所述第四边的长度等于第二边的长度与2倍的最大位置误差之和。
可选的，所述最大位置误差为0.3mm～0.4mm。
本发明还提供一种焊接方法，包括：提供上述任意一项所述的封装结构；对所述封装结构进行高温回流焊，所述高温回流焊采用的温度大于所述金属导热层的熔点。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案提供的封装结构中，所述散热盖中具有位于非镀金区域且环绕所述镀金区域的凹槽，所述凹槽的开口朝向所述基板连接层。所述凹槽能够在空间上隔离镀金区域和凹槽外围的区域，因此所述凹槽能够防止金属导热层在高温回炉焊的过程中向凹槽外围的非镀金区域流动，避免芯片和散热盖之间的金属导热层的材料减少，避免金属导热层与散热盖的接触面积减小，避免金属导热层的导热性能变差，因此封装结构的散热性能得到提高。
本发明技术方案提供的焊接方法中，尽管所述高温回流焊采用的温度大于所述金属导热层的熔点，但是由于散热盖中具有位于非镀金区域且环绕所述镀金区域的凹槽，所述凹槽的开口朝向所述基板连接层，所述凹槽能够防止金属导热层在高温回炉焊的过程中向非镀金区域流动，避免芯片和散热盖之间的金属导热层的材料减少，避免金属导热层与散热盖的接触面积减少，避免金属导热层的导热性能变差，进而提高封装结构在高温回流焊过程中的散热性。
附图说明
图1是一种封装结构的结构示意图；
图2是本发明一实施例中封装结构的结构示意图；
图3是图2中散热盖的俯视图；
图4是本发明另一实施例中封装结构的结构示意图；
图5是图4中散热盖的俯视图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有的封装结构的性能较差。
一种封装结构，请参考图1，包括：基板连接层100；位于所述基板连接层100部分表面的芯片110；位于所述芯片110顶部表面的金属导热层120；位于所述基板连接层100上的散热盖130；所述散热盖130包括顶盖131，所述顶盖包括镀金区域1311和位于镀金区域1311周围的非镀金区域1312。
所述镀金区域1311的内表面与所述金属导热层120表面接触。所述镀金区域1311的内表面的材料为金，这样使得在金属导热层120与散热盖130焊接一起的过程，金属导热层120在镀金区域1311内表面的浸润效果好。
然而，由于封装结构在后续的工艺中还要经过高温回流焊接，具体的，需要将封装结构中位于基板连接层100底部的焊球140焊接至PCB板上。而焊球140的材料一般为锡，所述金属导热层120的材料一般为铟，锡的熔点大于铟的熔点。因此，在将焊球140焊接至PCB板上采用的高温回流焊的过程中，金属导热层120会熔化成为液态状，加之非镀金区域1312的内表面的浸润性较差，因此导致金属导热层120流动至非镀金区域1312；其次，所述金属导热层120中残留一些助焊剂，所述助焊剂为将散热盖130的镀金区域与基板连接层100焊接在一起时残留在金属导热层120中的材料，那么在进行上述高温回流焊的过程中，金属导热层120中残留的助焊剂在高温的条件下容易挥发而释放气体，在释放气体的过程中也会排挤液态的金属导热层120材料，导致金属导热层120流动至非镀金区域1312。金属导热层120流动至非镀金区域1312的缺点包括：与芯片110顶部表面接触的金属导热层120的接触面积减小，金属导热层120的导热性能变差。综上，导致封装结构的散热性能变差。
在此基础上，本发明提供一种封装结构，包括：散热盖，所述散热盖包括顶盖，所述顶盖包括镀金区域和位于镀金区域周围的非镀金区域，所述镀金区域与所述金属导热层表面接触，所述非镀金区域与所述金属导热层表面不接触，所述散热盖中具有位于非镀金区域且环绕所述镀金区域的凹槽，所述凹槽的开口朝向所述基板连接层。所述封装结构的散热性得到提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供一种封装结构，请参考图2，包括：
基板连接层200；
位于所述基板连接层200部分表面的芯片210；
位于所述芯片210顶部表面的金属导热层220；
位于所述基板连接层220上的散热盖230，所述散热盖230围成的空间容纳所述芯片210和金属导热层220；
所述散热盖230包括顶盖231，所述顶盖231包括镀金区域A和位于镀金区域A周围的非镀金区域B，所述镀金区域A与所述金属导热层220表面接触，所述非镀金区域B与所述金属导热层220表面不接触，所述散热盖230中具有位于非镀金区域B且环绕所述镀金区域A的凹槽2311，所述凹槽2311的开口朝向所述基板连接层200。
所述镀金区域A朝向所述金属导热层220的表面具有第一镀层，第一镀层与所述金属导热层220表面接触，所述第一镀层的材料为金；所述非镀金区域B朝向基板连接层200的表面具有第二镀层，所述第二镀层的材料为镍。本实施例中，第二镀层还延伸至镀金区域A表面，延伸至镀金区域A表面的第二镀层被第一镀层覆盖，具体的，先在镀金区域A和非镀金区域B朝向基板连接层200的表面整个镀第二镀层，之后仅在位于镀金区域A的第二镀层表面镀第一镀层。
本实施例中，第一表面就是第一镀层朝向金属导热层220的表面，第二表面为非镀金区域B中第二镀层朝向基板连接层200的表面。
第一镀层与所述金属导热层220表面接触，第一镀层的材料为金，这样使得在金属导热层220与散热盖230焊接一起的过程，金属导热层220在镀金区域A内表面的浸润效果好，有利于提高金属导热层220与散热盖230的焊接质量。
所述凹槽2311能够在空间上隔离镀金区域A和凹槽2311外围的区域，因此所述凹槽2311能够防止金属导热层220在高温回炉焊的过程中向凹槽外围的非镀金区域B流动，避免芯片210和散热盖230之间的金属导热层220的材料减少，避免金属导热层与散热盖的接触面积减小，避免金属导热层220的导热性能变差，因此封装结构的散热性能得到提高。
需要说明的是，所述凹槽2311的内壁也有第二镀层。
所述芯片210在散热盖230表面的投影位于所述镀金区域A内，所述镀金区域A的面积大于所述芯片210的顶部表面面积。
本实施例中，所述金属导热层220仅覆盖芯片210的部分顶部表面，且金属导热层220的边缘至芯片210的边缘之间的距离大于0mm且小于等于0.005mm。在其它实施例中，金属导热层220覆盖芯片210的整个顶部表面，金属导热层220投影在散热盖230表面的区域与芯片210投影在散热盖230表面的区域重合。
结合参考图2和图3，所述凹槽2311呈环状结构，所述凹槽2311具有环绕所述镀金区域A的内侧壁2311a以及环绕所述内侧壁2311a的外侧壁2311b。
本实施例中，所述凹槽2311位于部分非镀金区域B中；所述凹槽2311的外侧壁2311b暴露出所述非镀金区域B，所述凹槽2311的内侧壁2311a暴露出所述非镀金区域B。
所述凹槽2311位于部分非镀金区域B中的好处包括：凹槽2311占用部分非镀金区域B，因此凹槽2311周围的非镀金区域B的厚度大于凹槽2311底部的非镀金区域B的厚度，这样使得顶盖231的抗形变的能力较好，避免翘曲。
本实施例中，所述凹槽2311的内侧壁2311a至所述镀金区域A的边缘之间的距离大于零且小于等于5毫米。选择此范围的意义在于：若凹槽2311的内侧壁2311a至所述镀金区域A的边缘之间的距离过大，则难以有效的防止金属导热层220在高温回炉焊的过程中向非镀金区域B流动。
在其它实施例中，所述凹槽位于部分非镀金区域中；所述凹槽的外侧壁暴露出所述非镀金区域，所述凹槽的内侧壁暴露出所述镀金区域。
本实施例中，所述凹槽2311的宽度为0.5毫米～10毫米。所述凹槽2311的宽度选择此范围的意义在于：若所述凹槽2311的宽度过小，则导致金属导热层220在后续高温回流焊的过程中融化时容易填满凹槽2311，进而容易流动至非镀金区域B，凹槽2311防止金属导热层220在高温回炉焊的过程中向凹槽2311外围的非镀金区域B流动的效果较差；若所述凹槽2311的宽度过大，则导致大量的金属导热层220在液态时流动到凹槽2311中，导致芯片210和散热盖230之间的金属导热层220的材料减少，散热性能较低；另外，凹槽2311过宽会导致散热盖230在高低温循环中容易发生翘曲和形变。
所述凹槽2311的深度为0.1毫米～2毫米。所述凹槽2311的深度选择此范围的意义在于：若所述凹槽2311的深度过小，则导致金属导热层220在后续高温回流焊的过程中融化时容易填满凹槽2311，进而容易流动至非镀金区域B，凹槽2311防止金属导热层220在高温回炉焊的过程中向凹槽2311外围的非镀金区域B流动的效果较差；若所述凹槽2311的深度过大，则导致大量的金属导热层220在液态时流动到凹槽2311中，导致芯片210和散热盖230之间的金属导热层220的材料减少，散热性能较低；凹槽2311过宽会导致散热盖在高低温循环中容易发生翘曲和形变；另外，凹槽2311的深度必须小于散热盖230的厚度。
所述散热盖230还包括侧盖232，所述侧盖232与所述顶盖231连接，所述侧盖232位于所述基板连接层200的边缘区域上且位于芯片210的侧部，所述顶盖231位于所述侧盖232、金属导热层220和芯片210上。所述散热盖230用于将封装结构内部的热量散发至外界环境中。
所述金属导热层220的材料为铟、铟合金或银合金，选择这些材料的好处包括：业界导热性能优越的散热材料为铟、铟合金或银合金。
所述金属导热层220的作用包括：将芯片210在工作时产生的热量传导至散热盖230。
本实施例中，所述封装结构为BGA(ball grid Array)结构，所述封装结构还包括：位于基板连接层100底部的焊球240。所述焊球240的材料为锡、锡银合金、锡银铜合金或锡铅合金。
所述焊球240的材料选择锡、锡银合金或锡银铜合金的好处包括：绿色环保，可靠性好等。所述焊球240的材料选择锡铅合金的好处是：浸润性好，工艺温度低等。
本实施例的封装结构中，散热盖230和基板连接层200的边缘区域并不是完全封死的，而是在部分区域留有一些小开口(即封装结构的排气口)，这样利于高温回炉焊中残留在金属导热层220中的助焊剂挥发排出至外界环境。
本实施例中，所述芯片210投影至所述散热盖230的形状呈矩形，所述芯片210投影至所述散热盖230的形状具有相对的两条第一边、以及相对的两条第二边，第一边分别和第二边的两端连接，第一边的长度大于第二边的长度；所述镀金区域A的表面形状呈矩形，所述镀金区域A的表面形状具有相对的两条第三边、以及相对的两条第四边，第三边分别和第四边的两端连接，第三边的长度大于第四边的长度；所述第一边平行于所述第三边，所述第二边平行于所述第四边；所述第三边的长度等于第一边的长度与2倍的最大位置误差之和；所述第四边的长度等于第二边的长度与2倍的最大位置误差之和。
在其它实施例中，所述芯片投影至所述散热盖的形状呈方形，所述芯片投影至所述散热盖的形状具有相对的两条第一边、以及相对的两条第二边，第一边分别和第二边的两端连接，第一边的长度等于第二边的长度；所述镀金区域的表面形状呈方形，所述镀金区域的表面形状具有相对的两条第三边、以及相对的两条第四边，第三边分别和第四边的两端连接，第三边的长度等于第四边的长度；所述第一边平行于所述第三边，所述第二边平行于所述第四边；所述第三边的长度等于第一边的长度与2倍的最大位置误差之和；所述第四边的长度等于第二边的长度与2倍的最大位置误差之和。
所述最大位置误差为0.3mm～0.4mm。
当芯片的中心对准镀金区域A的中心时，芯片的边缘至镀金区域A的边缘之间的距离为目标距离，在实际工艺中，芯片的中心可能会与镀金区域A的中心有小的偏离，所述最大位置误差指的就是：所述偏离在工艺精度上允许发生最大程度时，芯片的边缘至镀金区域A的边缘之间的实际距离。
在上述芯片210与镀金区域A的位置关系中，严格控制镀金区域A的面积，使得在保证将金属导热层220与散热盖230的镀金区域A在误差范围内焊接在一起的同时，镀金区域A的面积相对芯片210顶部表面的面积不至于过大，相比现有的镀金区域的面积，本实施例的镀金区域A的面积被缩小。在金属导热层220的材料在镀金区域A表面的浸润性由于在非镀金区域B表面的浸润性的基础上，缩小的镀金区域A可以控制金属导热层220在高温回流焊时向外流动。
本发明另一实施例还提供一种封装结构，结合参考图4和图5，本实施例的封装结构与前一实施例的封装结构的区别在于：所述凹槽3311位于整个非镀金区域B中，所述凹槽3311的外侧壁3311b暴露出所述侧盖232，所述凹槽3311的内侧壁3311a暴露出所述镀金区域A。关于本实施例中与前一实施例相同的内容，不再详述。
本发明另一实施例还提供一种焊接方法，包括：
提供上述的封装结构(参考图2或图4)；
对所述封装结构进行高温回流焊，所述高温回流焊采用的温度大于所述金属导热层220的熔点。
具体的，本实施例中，将所述焊球240焊接至PCB板上，使得封装结构和PCB板组装在一起。
由于焊球240的熔点大于金属导热层220的熔点，因此需要使高温回流焊的温度大于金属导热层220的熔点，具体的，所述高温回流焊采用的温度为217摄氏度～220摄氏度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (16)

1.一种封装结构，其特征在于，包括：
基板连接层；
位于所述基板连接层部分表面的芯片；
位于所述芯片顶部表面的金属导热层；
位于所述基板连接层上的散热盖，所述散热盖围成的空间容纳所述芯片和金属导热层；
所述散热盖包括顶盖，所述顶盖包括镀金区域和位于镀金区域周围的非镀金区域，所述镀金区域与所述金属导热层表面接触，所述非镀金区域与所述金属导热层表面不接触，所述散热盖中具有位于非镀金区域且环绕所述镀金区域的凹槽，所述凹槽的开口朝向所述基板连接层。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽呈环状结构，所述凹槽具有环绕所述镀金区域的内侧壁以及环绕所述内侧壁的外侧壁。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽位于部分非镀金区域中；所述凹槽的外侧壁暴露出所述非镀金区域。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽的内侧壁暴露出所述镀金区域。
5.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽的内侧壁暴露出所述非镀金区域。
6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽的内侧壁至所述镀金区域的边缘之间的距离大于零且小于等于5毫米。
7.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽的宽度为0.5毫米～10毫米。
8.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽位于整个非镀金区域中，所述凹槽的外侧壁暴露出所述侧盖，所述凹槽的内侧壁暴露出所述镀金区域。
9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述凹槽的深度为0.1毫米～2毫米。
10.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述散热盖还包括侧盖，所述侧盖与所述顶盖连接，所述侧盖位于所述基板连接层的边缘区域上且位于芯片的侧部，所述顶盖位于所述侧盖、金属导热层和芯片上。
11.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属导热层的材料为铟、铟合金或银合金。
12.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述镀金区域朝向所述金属导热层的表面具有第一镀层，第一镀层与所述金属导热层表面接触，所述第一镀层的材料为金；所述非镀金区域朝向基板连接层的表面具有第二镀层，所述第二镀层的材料为镍。
13.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述芯片投影至所述散热盖的形状呈矩形，所述芯片投影至所述散热盖的形状具有相对的两条第一边、以及相对的两条第二边，第一边分别和第二边的两端连接，第一边的长度大于第二边的长度；所述镀金区域的表面形状呈矩形，所述镀金区域的表面形状具有相对的两条第三边、以及相对的两条第四边，第三边分别和第四边的两端连接，第三边的长度大于第四边的长度；所述第一边平行于所述第三边，所述第二边平行于所述第四边；
所述第三边的长度等于第一边的长度与2倍的最大位置误差之和；所述第四边的长度等于第二边的长度与2倍的最大位置误差之和。
14.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述芯片投影至所述散热盖的形状呈方形，所述芯片投影至所述散热盖的形状具有相对的两条第一边、以及相对的两条第二边，第一边分别和第二边的两端连接，第一边的长度等于第二边的长度；所述镀金区域的表面形状呈方形，所述镀金区域的表面形状具有相对的两条第三边、以及相对的两条第四边，第三边分别和第四边的两端连接，第三边的长度等于第四边的长度；所述第一边平行于所述第三边，所述第二边平行于所述第四边；
所述第三边的长度等于第一边的长度与2倍的最大位置误差之和；所述第四边的长度等于第二边的长度与2倍的最大位置误差之和。
15.根据权利要求13或14所述的封装结构，其特征在于，所述最大位置误差为0.3mm～0.4mm。
16.一种焊接方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1至15任意一项所述的封装结构；
对所述封装结构进行高温回流焊，所述高温回流焊采用的温度大于所述金属导热层的熔点。
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