CN111245385A - 芯片封装模块及封装方法及具有该模块的电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芯片封装模块及封装方法，芯片封装模块包括：芯片；封装基板，与所述芯片对置且两者之间形成空腔；第一封装层，将所述芯片封装在封装基板上；第二封装层，覆盖所述第一封装层的外侧设置，其中：第一封装层包括沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。本发明还公开了一种具有该芯片封装模块的电子装置。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种芯片封装结构，一种芯片封装方法，以及一种具有芯片封装模块的电子装置。
背景技术
电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、 5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。
通常，薄膜体声波谐振器在不同的应用环境下，具有特定的封装要求。目前，较为常见的为晶圆级封装，此种封装不但会增加器件的尺寸，而且具有大量的封装步骤，增加了封装成本。近年来随着无线移动通讯技术的快速发展，无线通讯设备逐渐向着便携式、多功能、高性能、低成本方向发展，促使电子元器件也朝着小型化、高集成、高可靠性、高良率的方向发展，射频滤波器也不例外。
近年来，在满足封装需求的基础上，工艺简单、成本低廉的封装技术快速发展，然而，封装结构的气密性及可靠性仍待提高。
图9为现有技术中的芯片封装结构的示意图。在图9中：
10为基板，可以为陶瓷和有机材质等，包含三部分：底部基板101，导电层103，滤油层105；
11为芯片焊接结构，可以为MBM，焊球，铜柱等；
13为焊盘(pad)；
15为未封装的滤波芯片，可以为FBAR芯片，SAW芯片或者BAW芯片；
17为芯片间的粘接层及外围保护层；
19为芯片间的粘接层及外围保护层。
在图9所示的结构中，外围保护层17和基板10真空压合，接触处密封性及粘附性差，此外，湿气易穿过滤油层105，破坏滤波芯片15所需的空腔结构，影响器件性能。
发明内容
为解决或缓解现有技术中的存在的技术问题的至少一个方面，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种芯片封装模块，包括：
芯片；
封装基板，与所述芯片对置且两者之间形成空腔；
第一封装层，将所述芯片封装在封装基板上；
第二封装层，覆盖所述第一封装层的外侧设置，
其中：
第一封装层包括沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
本发明的实施例还提出了一种芯片封装方法，包括步骤：
提供封装基板；
提供未封装芯片；
将芯片倒置焊接到封装基板上侧；
提供第一封装层，使得第一封装层将芯片封装到封装基板上，所述第一封装层具有沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧；
提供覆盖第一封装层的第二封装层，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
本发明的实施例也涉及一种电子装置，包括上述的芯片封装模块或根据上述封装方法制造的芯片封装模块。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图；
图2为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图；
图2A为图2中的第一封装层与基板之间的接触部分的局部放大示意图；
图3为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图；
图3A为图3中的第一封装层与基板之间的接触部分的局部放大示意图；
图4为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的封装结构的俯视示意图；
图4A为图4中的A部分的放大示意图；
图5为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的封装结构的俯视示意图；
图5A为图5中的A部分的放大示意图；
图5B为图5中的A部分的放大示意图；
图6为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的封装结构的俯视示意图；
图6A为图6中的A部分的放大示意图；
图7A-7D示例性示出了根据本发明的一个实施例的芯片封装方法的过程图；
图8为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图，其示出了两颗芯片；
图9为现有技术中的芯片封装结构的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
图1为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图。在图1中：
10为基板，可以为陶瓷和有机材质等，在一个示例性实施例中，基板10包含三部分：底部基板101，导电层103，滤油层105；
11为芯片焊接结构，可以为MBM，焊球，铜柱等；
13为焊盘；
15为未封装的滤波芯片，可以为FBAR芯片，SAW芯片或者BAW芯片；
17为第一封装层，即芯片间的粘接层及外围保护层；
19为第二封装层，也可以为芯片间的粘接层及外围保护层。
如图1所示，第一封装层17包括沿封装基板横向向外延伸的延伸部(在图 1中即为与基板接触的横向部分)，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧。如图1所示，所述第二封装层19的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
在本发明中，以基板在下而芯片在上的方式，确定“上”与“下”。在本发明中，横向即为平行于芯片或者基板的表面的方向，更具体的，在附图中，可以对应于图中的左右方向。
在图1的结构中，由于延伸部增加了第一封装层与基板的接触面积，从而增加了第一封装层与基板的粘附性，提高了密封效果。
图2为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图，图2A为图2中的第一封装层与基板之间的接触部分的局部放大示意图。如图2 所示，基板在于延伸部接触的位置设置有凹陷107，这有利于增加第一封装层与基板的粘附性，提高了密封效果。
如图2所示，空腔的高度为H1，10μm≤H1≤150μm，凹陷的深度为H2， 0.05μm≤H2≤10μm；所述凹陷的宽度W3的范围为：W3≥H2。
在进一步的实施例中，如图2和2A所示，第一封装层17包括覆盖半导体芯片的侧面的竖向部，所述竖向部与所述延伸部连接；且所述竖向部的面对所述空腔的面与基底的上侧之间形成的角度θ为：60<θ<90。如图2A所示，在一个实施例中，侧壁粗糙度即图2A中AA’这个竖向面的粗糙度为
在本发明的一个进一步的实施例中，如图2所示，第一封装层的第一宽度 W1小于所述第二封装层的第二宽度W2，且第一宽度W1取决于第一封装层的厚度，其范围可为0<W1≤50μm，第二宽度W2≥15μm，第二宽度的上限取决于封装尺寸与芯片尺寸的差值。基于工艺能力，以及封装尺寸和芯片尺寸的差值确定W2的宽度的具体值。
图3为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图。其中基板的与延伸部接触的部分设置有凸起。图3A为第一封装层与基板之间的接触部分的局部放大示意图。凸起与图2中所示的凹陷的尺寸可以相似，例如空腔的高度为H1，10μm≤H1≤150μm，凸起的高度为H2，0.05μm≤H2≤10μm；所述凸起的宽度W3的范围为：W3≥H2。此外，在设置凸起的情况下，凸起的高度可以与基板表层的金属层的厚度相同。
图4为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的封装结构的俯视示意图，图4A为图4中的A部分的放大示意图。如图4所示，基板上设置的用于增加密封的结构为环形。如图4A所示，凹陷107为条形凹陷，且凹陷的条数可以有多条。
图5为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的封装结构的俯视示意图，图5A为图5中的A部分的放大示意图，图5B为图5中的A部分的另一个实施例的放大示意图。如图5所示，基板上设置的用于增加密封的结构为环形(由断续结构形成环形)。如图5A所示，凹陷107具有长条矩形的形状。在图5B中，离散分布的矩形凹陷107错开布置，如此，在横向方向上，有利于增强气体通过的阻力。
图6为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的封装结构的俯视示意图，图6A为图6中的A部分的放大示意图。在图6和6A中，凹陷107为圆形凹陷。
附图2-6A示出了凸起和/或凹陷等形成的密封加强部。但是密封加强部不限于此，例如密封加强部可以包括设置在封装基板10的上侧的粗糙面结构。
图7A-7D示例性示出了根据本发明的一个实施例的芯片封装方法的过程图。下面参照图7A-7D示例性描述芯片封装方法。
如图7A所示，刻蚀基板10的滤油层105，露出所需的导电部分103、凸起 107以及基板101后续需要压合接触的部分。
如图7B所示，将未封装的多个滤波芯片15倒置焊接到基板10上。
如图7C所示，采用真空压合的方式进行密封，形成第一密封层17和第二密封层19后，为滤波芯片15提供空气腔，然后进行激光切割(沿竖向虚线)。
需要指出的是，在将多颗芯片倒置焊接到基板上时，所述多颗芯片在横向方向上彼此间隔开，两个相邻芯片之间的延伸部的宽度大于等于30μm，且两倍于或大于两倍的第一宽度。如能理解的，这里的两倍是一个概数，例如1.5倍 -2.5倍的范围内，均可。
如图7D所示，切割后得到封装的芯片。
需要指出的是，以上的封装方法也可以用于集成多颗滤波芯片，或者多颗有源芯片与滤波芯片。图8为根据本发明的一个示例性实施例的芯片封装模块的示意性截面图，其示出了两颗芯片。在本发明中，所述滤波器芯片中至少包括体声波滤波器或者表面声波滤波器的一种。
基于以上，本发明提出了如下技术方案：
1、一种芯片封装模块，包括：
芯片；
封装基板，与所述芯片对置且两者之间形成空腔；
第一封装层，将所述芯片封装在封装基板上；
第二封装层，覆盖所述第一封装层的外侧设置，
其中：
第一封装层包括沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
2、根据1所述的芯片封装模块，其中：
所述封装基板的至少被延伸部覆盖的部分设置有密封加强部。
3、根据2所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部包括设置在封装基板的上侧的凹陷结构或凸起结构。
4、根据3所述的芯片封装模块，其中：
所述凹陷结构或凸起结构包括由凹陷或凸起形成的条形环状或矩形阵列或圆形阵列结构。
5、根据3所述的芯片封装模块，其中：
所述空腔的高度为H1，10μm≤H1≤150μm；
所述凹陷结构的深度或凸起结构的高度为H2，0.05μm≤H2≤10μm；
所述凹陷结构或凸起结构的宽度W3的范围为：W3≥H2。
6、根据2所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部包括设置在封装基板的上侧的粗糙面结构。
7、根据1-6中任一项所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部呈环形布置。
8、根据7所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部包括整体呈环形布置的断续结构。
9、根据1所述的芯片封装模块，其中：
在延伸过芯片且平行于芯片的上表面的截面图中，所述第一封装层的第一宽度W1小于所述第二封装层的第二宽度W2。
10、根据9所述的芯片封装模块，其中：
所述第一宽度W1的范围为：0<W1≤50μm，所述第二宽度W2的范围为：W2 ≥15μm。
11、根据1-10中任一项所述的芯片封装模块，其中：
所述第一封装层包括覆盖半导体芯片的侧面的竖向部，所述竖向部与所述延伸部连接；且
所述竖向部的面对所述空腔的面与基底的上侧之间形成的角度θ为：60<θ <90。
12、根据1-10中任一项所述的芯片封装模块，其中：
所述芯片至少包括滤波芯片，所述滤波器芯片中至少包括体声波滤波器或者表面声波滤波器的一种。
13、根据12所述的芯片封装模块，其中：
所述芯片为由彼此同层布置且横向方向上间隔开的多颗芯片构成的芯片组；
所述多颗芯片彼此在横向方向上由所述第一封装层彼此间隔开；且
所述第一封装层的延伸部设置在所述芯片组的外侧。
14、根据13所述的芯片封装模块，其中：
所述芯片组包括多个滤波芯片，或者所述芯片组包括滤波芯片以及有源芯片。
15、一种芯片封装方法，包括步骤：
提供封装基板；
提供未封装芯片；
将芯片倒置焊接到封装基板上侧；
提供第一封装层，使得第一封装层将芯片封装到封装基板上，所述第一封装层具有沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧；
提供覆盖第一封装层的第二封装层，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
16、根据15所述的方法，其中：
步骤“提供封装基板”还包括在封装基板的预定位置设置密封加强部，所述预定位置被延伸部覆盖。
17、根据15或16所述的方法，其中：
“将芯片倒置焊接到封装基板上侧”的步骤包括将多颗芯片倒置焊接到封装基板上侧，其中，所述多颗芯片在横向方向上彼此间隔开；
第一封装层具有第一宽度W1，“提供第一封装层”的步骤中，两个相邻芯片之间的延伸部的宽度不小于30μm，且两倍于或大于两倍的第一宽度W1。
18、根据17所述的方法，其中：
“将芯片倒置焊接到封装基板上侧”的步骤包括将多个滤波芯片倒置焊接到封装基板上侧，或者将滤波芯片与有源芯片倒置焊接到封装基板上侧。
19、根据17或18所述的方法，还包括：
切割步骤，在预定的相邻芯片之间切割以形成多个独立的芯片封装模块。
20、一种电子装置，包括根据1-14中任一项所述的芯片封装模块或者根据 15-19中任一项所述的芯片封装方法制造的芯片封装模块。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (20)
1.一种芯片封装模块，包括：
芯片；
封装基板，与所述芯片对置且两者之间形成空腔；
第一封装层，将所述芯片封装在封装基板上；
第二封装层，覆盖所述第一封装层的外侧设置，
其中：
第一封装层包括沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
2.根据权利要求1所述的芯片封装模块，其中：
所述封装基板的至少被延伸部覆盖的部分设置有密封加强部。
3.根据权利要求2所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部包括设置在封装基板的上侧的凹陷结构或凸起结构。
4.根据权利要求3所述的芯片封装模块，其中：
所述凹陷结构或凸起结构包括由凹陷或凸起形成的条形环状或矩形阵列或圆形阵列结构。
5.根据权利要求3所述的芯片封装模块，其中：
所述空腔的高度为H1，10μm≤H1≤150μm；
所述凹陷结构的深度或所述凸起结构的高度为H2，0.05μm≤H2≤10μm；
所述凹陷结构或凸起结构的宽度W3的范围为：W3≥H2。
6.根据权利要求2所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部包括设置在封装基板的上侧的粗糙面结构。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部呈环形布置。
8.根据权利要求7所述的芯片封装模块，其中：
所述密封加强部包括整体呈环形布置的断续结构。
9.根据权利要求1所述的芯片封装模块，其中：
在延伸过芯片且平行于芯片的上表面的截面图中，所述第一封装层的第一宽度W1小于所述第二封装层的第二宽度W2。
10.根据权利要求9所述的芯片封装模块，其中：
所述第一宽度W1的范围为：0<W1≤50μm，所述第二宽度W2的范围为：W2≥15μm。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的芯片封装模块，其中：
所述第一封装层包括覆盖半导体芯片的侧面的竖向部，所述竖向部与所述延伸部连接；且
所述竖向部的面对所述空腔的面与基底的上侧之间形成的角度θ为：60<θ<90。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的芯片封装模块，其中：
所述芯片至少包括滤波芯片，所述滤波器芯片中至少包括体声波滤波器或者表面声波滤波器的一种。
13.根据权利要求12所述的芯片封装模块，其中：
所述芯片为由彼此同层布置且横向方向上间隔开的多颗芯片构成的芯片组；
所述多颗芯片彼此在横向方向上由所述第一封装层彼此间隔开；且
所述第一封装层的延伸部设置在所述芯片组的外侧。
14.根据权利要求13所述的芯片封装模块，其中：
所述芯片组包括多个滤波芯片，或者所述芯片组包括滤波芯片以及有源芯片。
15.一种芯片封装方法，包括步骤：
提供封装基板；
提供未封装芯片；
将芯片倒置焊接到封装基板上侧；
提供第一封装层，使得第一封装层将芯片封装到封装基板上，所述第一封装层具有沿封装基板横向向外延伸的延伸部，所述延伸部的下侧覆盖所述封装基板的上侧；
提供覆盖第一封装层的第二封装层，所述第二封装层的端部与所述延伸部的上侧形成面接触。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
步骤“提供封装基板”还包括在封装基板的预定位置设置密封加强部，所述预定位置被延伸部覆盖。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中：
“将芯片倒置焊接到封装基板上侧”的步骤包括将多颗芯片倒置焊接到封装基板上侧，其中，所述多颗芯片在横向方向上彼此间隔开；
第一封装层具有第一宽度W1，“提供第一封装层”的步骤中，两个相邻芯片之间的延伸部的宽度不小于30μm，且两倍于或大于两倍的第一宽度W1。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
“将芯片倒置焊接到封装基板上侧”的步骤包括将多个滤波芯片倒置焊接到封装基板上侧，或者将滤波芯片与有源芯片倒置焊接到封装基板上侧。
19.根据权利要求17或18所述的方法，还包括：
切割步骤，在预定的相邻芯片之间切割以形成多个独立的芯片封装模块。
20.一种电子装置，包括根据权利要求1-14中任一项所述的芯片封装模块或者根据权利要求15-19中任一项所述的芯片封装方法制造的芯片封装模块。
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