CN110416097B - 防止铟金属溢出的封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种防止铟金属溢出的封装结构及封装方法，该封装结构包括：PCB基板，PCB基板表面设有焊盘；倒装在PCB基板表面的芯片，芯片正面的功能凸点与焊盘电连接；覆盖芯片侧面的疏液层，疏液层的熔化温度高于功能凸点的熔化温度；涂覆于芯片背面的铟散热层；设置于PCB基板表面的散热盖，散热盖覆盖铟散热层、芯片和疏液层。封装方法适用于上述封装结构。本发明以铟金属作为散热层的材料，使得封装产品耐高温且散热性能好；在芯片的侧面包覆疏液层，作为液态铟溢出时的缓冲与阻挡层，有效阻绝铟喷溅到芯片、电容上，确保封装产品的电性能；封装工艺简单，便于量产封装产品，效率高。
Description
技术领域
本申请一般涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种防止铟金属溢出的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(单质铟，铟合金，银合金等)是目前业界散热性能最好的材料。
目前芯片封装尺寸越来越趋近于微型化，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(有锡制程封装)，铟会承受不了过高的回流焊温度熔融溢出。不仅会造成散热层空洞，影响散热效率，溢出的金属也会造成附近的其他芯片、电容等元器件短路的问题。
在高集成度的多芯片封装中，多个不同高度，不同封装形式的芯片会聚集在同一个封装中，且芯片间距非常小，喷溅出来的铟金属会增加芯片短路的风险。例如，原有FCPGA产品使用环氧树脂胶附盖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，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。针对芯片保护，铜柱凸点产品一般采用底填胶保护，而锡球产品无保护层，需要额外增加成本对其进行保护。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种防止铟金属溢出的封装结构及封装方法。
一方面，本发明提供一种防止铟金属溢出的封装结构，包括：
PCB基板，所述PCB基板表面设有焊盘；
倒装在所述PCB基板表面的芯片，所述芯片正面的功能凸点与所述焊盘电连接；
覆盖所述芯片侧面的疏液层，所述疏液层的熔化温度高于所述功能凸点的熔化温度；
涂覆于所述芯片背面的铟散热层；
设置于所述PCB基板表面的散热盖，所述散热盖覆盖所述铟散热层、所述芯片和所述疏液层。
优选的，所述疏液层远离所述PCB基板的表面不高于所述芯片的背面；
所述疏液层远离所述PCB基板的表面设有环绕所述芯片的沟槽，所述沟槽的深度小于所述疏液层的高度。
优选的，所述散热盖贴合所述铟散热层，所述芯片的背面完全涂覆有所述铟散热层。
优选的，所述PCB基板上倒装有一个或多个相同或不同的芯片。
另一方面，本发明提供一种防止铟金属溢出的封装方法，包括：
提供载板，所述载板上设置有粘胶层；
在所述粘胶层上粘接多个芯片，所述芯片的背面与所述粘胶层贴合；
在所述载板上形成疏液层，所述疏液层覆盖所述芯片的侧面，并裸露出所述芯片正面的功能凸点；
移除所述粘胶层和所述载板，暴露出所述疏液层的背面和所述芯片的背面；
沿多个芯片之间的间隙进行切割，形成多个塑封芯片；
将所述塑封芯片倒装于PCB基板，芯片正面的功能凸点与所述PCB基板表面的焊盘相连；
在所述芯片的背面涂覆铟散热层；
在所述PCB基板上设置散热盖，所述散热盖包覆所述铟散热层和所述塑封芯片。
优选的，在所述移除所述粘胶层和所述载板之后，还包括：在所述疏液层的背面形成多个环形的沟槽，每个沟槽对应一个芯片并环绕对应的芯片，所述沟槽的深度小于所述疏液层的高度；
所述沿多个芯片之间的间隙进行切割包括：沿多个沟槽之间的间隙进行切割。
优选的，在所述载板上形成疏液层包括：
采用塑封工艺在所述载板上形成塑封结构，所述塑封结构的高度高出所述功能凸点的顶端；
对所述塑封结构进行打磨减薄形成所述疏液层，并露出所述功能凸点。
优选的，通过加热所述粘胶层或者光照所述粘胶层的方式，将所述粘胶层和所述载板移除。
优选的，采用激光刻蚀或者切割刀切削方法在疏液层的背面上加工形成所述沟槽，所述沟槽的深度小于疏液层的厚度。
优选的，所述塑封工艺为压力塑封工艺或注塑工艺，所述疏液层的材质包括环氧树脂、橡胶或聚酰亚胺。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
以铟金属作为散热层的材料，耐高温且散热性能好；
在芯片的侧面包覆疏液层，作为液态铟溢出时的缓冲与阻挡层，有效阻绝铟喷溅到芯片、电容上，确保封装产品的电性能；
封装工艺简单，便于量产封装产品，效率高。
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为本发明实施例提供的防止铟金属溢出的封装结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的防止铟金属溢出的封装方法的流程示意图；
图3至图12为本发明实施例提供的形成图1所示封装结构的剖面流程图；
图13为本发明实施例提供的另一种封装结构的示意图。
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。
如图1所示，本发明实施例提供一种防止铟金属溢出的封装结构，包括：
PCB基板101，PCB基板101表面设有焊盘；
倒装在PCB基板101表面的芯片102，芯片102正面的功能凸点与焊盘电连接；
覆盖芯片102侧面的疏液层103，疏液层103的熔化温度高于功能凸点的熔化温度；
涂覆于芯片102背面的铟散热层104；
设置于PCB基板101表面的散热盖105，散热盖105覆盖铟散热层104、芯片102和疏液层103。
参考图1，该实施例提供的防止铟金属溢出的封装结构中，芯片的功能凸点为焊球，与PCB基板的焊盘对接，采用回流焊工艺，通过加热把锡膏融化，使芯片的功能凸点与PCB基板焊盘熔融焊接在一起，再通过冷却把芯片和焊盘固化在一起，实现BGA产品与PCB基板的连接。
其中，疏液层的熔化温度高于功能凸点的熔化温度，确保采用回流焊工艺将芯片与PCB基板相连接时，在高温下疏液层不会熔融。
该封装结构中，芯片倒装连接PCB基板，芯片侧面包覆有疏液层，疏液层既可以防止铟熔融流动到其他元器件上，也可以对芯片的侧面形成保护。疏液层的材料选用具有疏水特性且耐高温(温度超过260℃)的树脂材料，例如环氧树脂、橡胶或聚酰亚胺，对液态金属铟的流动具有较大的阻力，从而减少液态金属铟的流失；疏液层凸出于芯片的侧面，与散热盖间隙很小，可将液态金属铟的流动抑制在较小的空间内。
进一步地，疏液层103远离PCB基板101的表面不高于芯片102的背面；
疏液层103远离PCB基板101的表面设有环绕芯片102的沟槽106，沟槽106的深度小于疏液层103的高度。
通过在疏液层的背面开设沟槽，形成一个阻挡结构，如有液态金属铟流出也是流入到沟槽内，不会落到其他芯片、被动元件(如电容)表面，避免短路问题，确保封装产品的电性能。
进一步地，散热盖105贴合铟散热层104，芯片102的背面完全涂覆有铟散热层104。
在芯片的背面完全涂覆有铟散热层，且散热盖与铟散热层贴合设置，使得封装产品具有良好的散热性能，无需对散热盖进行优化设计，例如开孔，通过散热盖确保防护效果的同时，也不会增加工艺的繁琐程度。
进一步地，PCB基板101上倒装有一个或多个相同或不同的芯片102。
参照图1，PCB基板表面倒装有两个芯片102，两个芯片的功能凸点均为焊球型。
再者，参照图13，本发明实施例提供另一种封装结构，PCB基板表面倒装有两个芯片，其中一个芯片通过焊球连接PCB基板，另一个芯片的功能凸点为铜柱凸点，其与PCB基板之间采用底填充胶保护。
上述封装结构，使用铟金属形成铟散热层，耐高温性能好；在芯片的侧面形成疏液层，以疏液层及其背面的沟槽作为液态铟溢出时的缓冲与阻挡层，有效阻绝铟喷溅到芯片、电容上，确保封装产品的电性能；封装工艺简单，便于量产封装产品，效率高。
如图2所示，本发明提供一种防止铟金属溢出的封装方法，包括如下步骤：
S10：提供载板，载板上设置有粘胶层；
S20：在粘胶层上粘接多个芯片，芯片的背面与粘胶层贴合；
S30：在载板上形成疏液层，疏液层覆盖芯片的侧面，并裸露出芯片正面的功能凸点；
S40：移除粘胶层和载板，暴露出疏液层的背面和芯片的背面；
S50：沿多个芯片之间的间隙进行切割，形成多个塑封芯片；
S60：将塑封芯片倒装于PCB基板，芯片正面的功能凸点与PCB基板表面的焊盘相连；
S70：在芯片的背面涂覆铟散热层；
S80：在PCB基板上设置散热盖，散热盖包覆铟散热层和塑封芯片。
参考图3，实施步骤S10，提供载板107，载板107上贴合有粘胶层108，确保芯片可支承于载板上，进行后续的塑封工艺；
参考图4，实施步骤S20，在粘胶层108上粘接多个芯片102，芯片102的背面与粘胶层108贴合；
接着实施步骤S30，在载板107上形成疏液层103，疏液层完全包覆芯片的侧面，并裸露出芯片102正面的功能凸点。
作为一种可选的实施方式，在载板107上形成疏液层103包括：
采用塑封工艺在载板107上形成塑封结构，塑封结构的高度高出功能凸点的顶端；
对塑封结构进行打磨减薄形成疏液层103，并露出功能凸点。
其中塑封工艺为压力塑封工艺或注塑工艺，疏液层的材质包括环氧树脂、橡胶或聚酰亚胺。例如，使用环氧树脂，利用压力塑封工艺或注塑工艺将环氧树脂与芯片铸成一体。
接着实施步骤S40，移除粘胶层108和载板107，暴露出疏液层的背面和芯片的背面。
例如，通过加热粘胶层或者光照粘胶层的方式，将粘胶层108和载板107移除，工艺简单，便于实施，且不会损坏芯片和疏液层。
继续步骤S50，沿多个芯片之间的间隙进行切割，形成多个塑封芯片。
作为一种可选的实施方式，在移除粘胶层108和载板107之后，还包括：在疏液层103的背面形成多个环形的沟槽106，每个沟槽106对应一个芯片102并环绕对应的芯片102，沟槽106的深度小于疏液层103的高度；
沿多个芯片102之间的间隙进行切割包括：沿多个沟槽106之间的间隙进行切割。
例如，采用激光刻蚀或者切割刀切削方法在疏液层103的背面上加工形成沟槽106，沟槽106的深度小于疏液层103的厚度，沟槽106在疏液层103的背面形成一个阻挡结构，如有液态金属铟流动，会流入沟槽内，不会流到被动元件(如电容)表面，避免发生短路的问题。
比如，参照图5至图8，图5中疏液层裸露出功能凸点的上半部分；对图5所示的结构移除粘胶层和载板，得到图6所示的结构；
在图6所示结构中的疏液层的背面开设沟槽，形成图7所示的结构；
对图7所示的结构进行切割处理，形成图8所示的塑封芯片。
又如，参照图9至图12，图9中疏液层完全裸露出功能凸点，区别于图5中疏液层半包覆功能凸点的结构；
对图9所示的结构移除粘胶层和载板，得到图10所示的结构；
在图10所示的结构中的疏液层的背面开设沟槽，形成图11所示的结构；
对图11所示的结构进行切割处理，形成图12所示的塑封芯片。
接着实施步骤S60，将塑封芯片倒装于PCB基板，芯片正面的功能凸点与PCB基板表面的焊盘相连。以图12所示的塑封芯片为例，将该塑封芯片倒装在PCB基板表面，通过回流焊工艺实现该塑封芯片与PCB基板之间的连接。
继续执行步骤S70，在芯片102的背面涂覆铟散热层104。将芯片102的背面完全涂覆铟金属，形成铟散热层，使得该封装结构具有良好的散热性能。
接着进行步骤S80，在PCB基板101上设置散热盖105，散热盖105包覆铟散热层104和塑封芯片，该实施例中优选散热盖105贴合铟散热层104，使得封装产品具有良好的散热性能。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种防止铟金属溢出的封装结构，其特征在于，包括：
PCB基板，所述PCB基板表面设有焊盘；
倒装在所述PCB基板表面的芯片，所述芯片正面的功能凸点与所述焊盘电连接；
覆盖所述芯片侧面的疏液层，所述疏液层的熔化温度高于所述功能凸点的熔化温度；
涂覆于所述芯片背面的铟散热层；
设置于所述PCB基板表面的散热盖，所述散热盖覆盖所述铟散热层、所述芯片和所述疏液层；其中，
所述疏液层远离所述PCB基板的表面不高于所述芯片的背面；
所述疏液层远离所述PCB基板的表面设有环绕所述芯片的沟槽，所述沟槽的深度小于所述疏液层的高度。
2.根据权利要求1所述的防止铟金属溢出的封装结构，其特征在于，所述散热盖贴合所述铟散热层，所述芯片的背面完全涂覆有所述铟散热层。
3.根据权利要求1或2所述的防止铟金属溢出的封装结构，其特征在于，所述PCB基板上倒装有一个或多个相同或不同的芯片。
4.一种防止铟金属溢出的封装方法，其特征在于，包括：
提供载板，所述载板上设置有粘胶层；
在所述粘胶层上粘接多个芯片，所述芯片的背面与所述粘胶层贴合；
在所述载板上形成疏液层，所述疏液层覆盖所述芯片的侧面，并裸露出所述芯片正面的功能凸点；
移除所述粘胶层和所述载板，暴露出所述疏液层的背面和所述芯片的背面；
沿多个芯片之间的间隙进行切割，形成多个塑封芯片；
将所述塑封芯片倒装于PCB基板，芯片正面的功能凸点与所述PCB基板表面的焊盘相连；
在所述芯片的背面涂覆铟散热层；
在所述PCB基板上设置散热盖，所述散热盖包覆所述铟散热层和所述塑封芯片。
5.根据权利要求4所述的防止铟金属溢出的封装方法，其特征在于，在所述移除所述粘胶层和所述载板之后，还包括：在所述疏液层的背面形成多个环形的沟槽，每个沟槽对应一个芯片并环绕对应的芯片，所述沟槽的深度小于所述疏液层的高度；
所述沿多个芯片之间的间隙进行切割包括：沿多个沟槽之间的间隙进行切割。
6.根据权利要求4所述的防止铟金属溢出的封装方法，其特征在于，在所述载板上形成疏液层包括：
采用塑封工艺在所述载板上形成塑封结构，所述塑封结构的高度高出所述功能凸点的顶端；
对所述塑封结构进行打磨减薄形成所述疏液层，并露出所述功能凸点。
7.根据权利要求4所述的防止铟金属溢出的封装方法，其特征在于，通过加热所述粘胶层或者光照所述粘胶层的方式，将所述粘胶层和所述载板移除。
8.根据权利要求5所述的防止铟金属溢出的封装方法，其特征在于，采用激光刻蚀或者切割刀切削方法在疏液层的背面上加工形成所述沟槽，所述沟槽的深度小于疏液层的厚度。
9.根据权利要求6所述的防止铟金属溢出的封装方法，其特征在于，所述塑封工艺为压力塑封工艺或注塑工艺，所述疏液层的材质包括环氧树脂、橡胶或聚酰亚胺。
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