CN109273418A - 一种芯片封装结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芯片封装结构,包括:基板;散热层,设置于所述基板的一侧表面;晶圆,设置于所述散热层的远离基板的一侧;屏蔽结构,固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。本发明的芯片封装结构,散热性能好,安全可靠。同时,通过设置屏蔽结构,不仅可以对晶圆表面的电路结构起到保护作用,增强芯片封装结构的可靠性,同时屏蔽结构具有抗电磁干扰能力,可以有效防止芯片封装结构在工作中受到电磁波的干扰,确保了芯片封装结构的控制系统的工作稳定性,提高了芯片封装结构的使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域,尤其是涉及一种芯片封装结构及方法。
背景技术
由于半导体产业的高速发展,半导体芯片为了满足系统需求其功耗不断提高,散热变得越来越困难。于此同时随着半导体产业上升到国家战略高度,对芯片的安全性能也提出了新的挑战。目前,芯片散热性及安全性能决定了芯片的可靠性。当系统满负荷运转时,芯片如不能及时散热或者安全性能不可靠,相关系统将停机,严重时将会造成无法估量的后果。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种芯片封装结构及方法,以克服现有技术中的不足。为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
本发明实施例提供了一种芯片封装结构,包括:
基板;
散热层,设置于所述基板的一侧表面;
晶圆,设置于所述散热层的远离基板的一侧;
屏蔽结构,固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。
本发明实施例还提供一种芯片封装方法,包括:
于基板的一侧表面设置散热层;
于所述散热层的远离基板的一侧设置晶圆,晶圆和基板之间电连接;
将屏蔽结构固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,使所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
本发明实施例提供的芯片封装结构,散热性能好,安全可靠。通过在基板与晶圆之间设置散热层,可以大幅度提高芯片的散热性能,缓冲芯片在高温工作环境下膨胀产生的应力,确保芯片封装结构的可靠性。同时,通过设置屏蔽结构,不仅可以对晶圆表面的电路结构起到保护作用,增强芯片封装结构的可靠性,同时屏蔽结构具有抗电磁干扰能力,可以有效防止芯片封装结构在工作中受到电磁波的干扰,确保了芯片封装结构的控制系统的工作稳定性,提高了芯片封装结构的使用安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,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是本发明一典型实施方式中芯片封装结构的剖视图;
图2是本发明一典型实施方式中屏蔽结构的俯视图;
图3是本发明一典型实施方式中屏蔽结构的左视图;
图4是本发明一典型实施方式中屏蔽结构的主视图。
附图标记:
基板10、导热层20、粘结层30、晶圆40、引线50、屏蔽罩与晶圆之间的腔体60、屏蔽结构70、塑封外壳80、屏蔽结构支撑架的厚度w、屏蔽结构顶盖的厚度h1、屏蔽结构支撑架的高度h2。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供的一种芯片封装结构,包括:
基板;
散热层,设置于所述基板的一侧表面;
晶圆,设置于所述散热层的远离基板的一侧;
屏蔽结构,固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。
在一些实施方案中,所述散热层包括导热层和粘结层,所述晶圆通过粘结层与导热层相连。
在一些较为优选的实施方案中,所述粘结层包括胶膜和/或粘结剂。
进一步地,所述粘结层包括含银导电胶。
在一些较为优选的实施方案中,所述导热层包括金属材质导热层。
进一步地,所述导热层包括铝合金材料件。
在一些实施方案中,所述屏蔽结构为金属屏蔽罩,所述金属屏蔽罩的表面具有导电漆。
进一步地,所述金属屏蔽罩选用铜材料件。
进一步地,所述导电漆包括含锡的油漆涂料。
在一些实施方案中,所述晶圆和基板之间设有连接线,所述晶圆和基板之间电连接。
在一些实施方案中,所述屏蔽结构与所述基板之间共地连接。
在一些实施方案中,所述芯片封装结构还包括塑封外壳,所述塑封外壳设置在所述基板上且罩在屏蔽结构外。
在一些实施方案中,所述屏蔽结构包括顶盖和支撑架,所述顶盖的厚度为0.5-1mm,所述支撑架的厚度为2-5mm,所述支撑架的高度为5-10mm。
本发明实施例还提供一种芯片封装方法,包括:
于基板的一侧表面设置散热层;
于所述散热层的远离基板的一侧设置晶圆,晶圆和基板之间电连接;
将屏蔽结构固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,使所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。
以下通过实施例进一步详细说明本发明的技术方案。然而,所选的实施例仅用于说明本发明,而不限制本发明的范围。
请参见图1-图3,本发明实施例的芯片封装结构可用于大功率、高安全性的系统应用中。
如图1所示,根据本发明实施例的芯片封装结构,包括:基板10、导热层20、粘结层30、晶圆40、引线50、屏蔽罩与晶圆之间的腔体60、屏蔽结构70和塑封外壳80。其中基板10对晶圆40起到支撑的作用,可选地,基板10的材料可以为铝、铜或者金属陶瓷。优选地,基板10为铝基板,相比于铜和金属陶瓷,铝基板能够将热阻降至最低,使铝基板具有极好的热传导性能,加快芯片封装结构的散热速度,降低芯片封装结构在运行中的温度。进一步地,铝基板更加适应于SMT工艺,可以实现芯片封装结构自动化装配,而且铝基板机械性能优良,具有更高的机械持久力,可以延长芯片封装结构的使用寿命。
如图1所示,晶圆40通过粘结层30与导热层20固定在基板10的表面上。可选地,粘结层30为胶膜,也可为粘结剂。优选地,粘结层30为含银导电胶,俗称银胶。可选地,导热层20为热阻小的金属层。优选地,导热层20为铝合金材料件。具体而言,晶圆40表面设有焊盘,并设置有电路结构,晶圆40通过粘结层30与导热层20固定在基板10的表面,如图1所示,在本发明的一些示例中,芯片封装结构包括引线50,引线50将晶圆40表面的焊盘和基板10上对应的焊盘导通连接,完成晶圆40与基板10的电连接。
屏蔽结构70外罩在晶圆40上,其中屏蔽结构70屏蔽结构为金属屏蔽罩。所述金属屏蔽罩为铜材料件,所述铜材料件表面喷有一层导电漆。所述导电漆为含锡的油漆涂料。由此可知,屏蔽结构70对晶圆40表面的线路结构起到保护的作用,并且能防止晶圆40裸露在外电路结构被电磁波信号干扰,大幅度提升芯片封装结构的使用安全性。需要进行说明的是,屏蔽结构70与晶圆40之间不能相互接触,晶圆40与屏蔽结构70相互接触会导致芯片封装结构出现短路,进而破坏晶圆40表面的电路结构。
如图1所示,塑封外壳80设在基板10上且外罩在屏蔽结构70上。塑封外壳80将晶圆40、引线50、屏蔽罩与晶圆之间的腔体60、屏蔽结构70封装起来,对芯片封装结构起到保护的作用。例如,进行芯片封装结构的装配时,首先电镀一层铝合金材料件20于基板10上,然后在导热层20即铝合金材料件上设置粘结层30,然后把晶圆40通过粘结层30固定在基板10上,然后采用引线50连接在晶圆40和基板10之间,实现晶圆40与基板10的电连接。然后在真空环境下将屏蔽结构70通过SMT焊接的方式固定在基板10表面,最后用塑封外壳80将整个芯片封装结构进行封装,完成芯片封装结构的装配。
根据本发明实施例的芯片封装结构,通过在晶圆40上设置屏蔽结构70,可以对晶圆40表面的电路结构起到保护作用,可以屏蔽外来干扰电磁波信号,进而提高芯片封装结构的安全性与可靠性,确保了芯片封装结构的控制系统的工作稳定性和使用安全性。
屏蔽结构70外罩在晶圆40上且固定在基板10上。具体而言,屏蔽结构70用于保护晶圆40表面的电路结构并能有效屏蔽电磁波信号干扰。进行芯片封装结构的装配时,屏蔽结构70外罩在晶圆40上,屏蔽结构70可以通过SMT焊接等固定方式与基板10固定在一起。屏蔽结构70与晶圆40之间不直接接触,屏蔽结构70与晶圆40之间的空间内是真空环境。进一步地,在加工生产芯片封装结构时,需要在真空环境下将屏蔽结构70外罩在晶圆40上且固定在基板10上后,利用塑料材料一体加工出塑封外壳80,从而便于芯片封装结构的加工成型。
屏蔽结构70为金属件并与基板10共地连接。在本发明的一些实施例中,将金属材质的屏蔽结构70设置成平板,屏蔽结构70与基板10之间共地连接。
屏蔽结构70设置成金属件,将屏蔽结构70与基板10采用共地连接,可以使整个芯片封装结构有一个公共的零电位基准面,为干扰电压提供低阻抗通路,避免因静电感应产生的电压击穿芯片封装结构,起到防护电磁干扰的作用,防止电磁干扰影响芯片封装结构的正常工作,提升芯片封装结构的使用安全性和可靠性。
屏蔽结构70包括顶盖和支撑架,如图2-4所示,图2是屏蔽结构的俯视图,屏蔽结构支撑架的厚度w范围在2-5mm,图3是屏蔽结构的左视图,图4是屏蔽结构的主视图,屏蔽结构70的侧面优选是长方体结构,四个侧面的尺寸均一,屏蔽结构顶盖的厚度h1范围在0.5-1mm、屏蔽结构支撑架的高度h2范围在5-10mm。经多次试验结果验证,当屏蔽结构70顶盖的厚度为0.5-1mm时,屏蔽结构70的防电磁干扰的效果最好。进一步地,屏蔽结构70采用铜制材料,屏蔽结构70为铜材料件。铜材料件的屏蔽结构70可以更好的吸收电磁波辐射,可以起到更好的防电磁干扰的效果。
进行芯片封装结构的装配时,首先电镀一层导热层20即铝合金材料件于基板10上,然后在导热层20上点粘结层30,然后把晶圆40通过粘结层30固定在基板10上,然后采用引线50连接在晶圆40和基板10之间,实现晶圆40与基板10的电连接。然后在真空环境下将屏蔽结构70通过SMT焊接的方式固定在基板10表面,最后用塑封外壳80将整个芯片封装结构进行封装,完成芯片封装结构的装配。
根据本发明实施例的芯片封装结构,通过在粘结层30下设置导热层20即铝合金材料件,不仅可以缓冲晶圆40因温度变化导致形变而产生的应力,而且还能大步幅提高整个封装结构的散热性能。
根据本发明实施例的芯片封装结构,通过在晶圆40上设置铜制材料的屏蔽结构70,不仅可以对晶圆40表面的电路结构起到保护作用,增强芯片封装结构的可靠性,同时也可以使屏蔽结构70具有抗电磁干扰能力,可以有效防止芯片封装结构在工作中受到电磁波的干扰,确保了芯片封装结构的控制系统的工作稳定性,提高了芯片封装结构的使用安全性。
应当理解,以上所述的仅是本发明的一些实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的创造构思的前提下,还可以做出其它变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种芯片封装结构,其特征在于,包括:
基板;
散热层,设置于所述基板的一侧表面;
晶圆,设置于所述散热层的远离基板的一侧;
屏蔽结构,固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。
2.根据权利要求1所述的芯片封装结构,其特征在于:所述散热层包括导热层和粘结层,所述晶圆通过粘结层与导热层相连。
3.根据权利要求2所述的芯片封装结构,其特征在于:所述粘结层包括胶膜和/或粘结剂;优选的,所述粘结层包括含银导电胶。
4.根据权利要求2所述的芯片封装结构,其特征在于:所述导热层包括金属材质导热层;优选的,所述导热层包括铝合金材料件。
5.根据权利要求1所述的芯片封装结构,其特征在于:所述屏蔽结构为金属屏蔽罩,所述金属屏蔽罩的表面具有导电漆;优选的,所述金属屏蔽罩选用铜材料件;优选的,所述导电漆包括含锡的油漆涂料。
6.根据权利要求1所述的芯片封装结构,其特征在于:所述晶圆和基板之间设有连接线,所述晶圆和基板之间电连接。
7.根据权利要求1所述的芯片封装结构,其特征在于:所述屏蔽结构与所述基板之间共地连接。
8.根据权利要求1所述的芯片封装结构,其特征在于:所述芯片封装结构还包括塑封外壳,所述塑封外壳设置在所述基板上且罩在屏蔽结构外。
9.根据权利要求1所述的芯片封装结构,其特征在于:所述屏蔽结构包括顶盖和支撑架,所述顶盖的厚度为0.5-1mm,所述支撑架的厚度为2-5mm,所述支撑架的高度为5-10mm。
10.一种芯片封装方法,其特征在于包括:
于基板的一侧表面设置散热层;
于所述散热层的远离基板的一侧设置晶圆,晶圆和基板之间电连接;
将屏蔽结构固定安装于所述基板上并罩于所述晶圆的外围,使所述屏蔽结构与所述晶圆之间形成空腔。
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