CN112687639B - 防烧损功率sip模块封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法，包括：功率SIP模块，被配置为容置功率芯片、SIP元件及隔热结构；PCB母板，被配置为承载一个或多个功率SIP模块；隔热结构，被配置为包围在功率芯片的周围，以将功率芯片与其他结构的热传导路径切断。本发明通过在功率芯片周围包裹阻燃材料制成的隔热结构，阻燃材料将功率芯片与有机介质隔离，在功率芯片发生短路时可以很好地抑制芯片周围有机介质的燃烧，从而起到防烧损的作用，在功率电子封装领域具有极大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，特别涉及一种防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法。
背景技术
系统级封装(System In a Package，简称SIP)与在印刷电路板上进行系统集成相比，SIP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。对比系统级芯片(System on Chip，简称SOC)，SIP具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。
随着功率芯片功率密度的增大和复杂的使用环境，功率芯片发生失效的概率越来越高，此封装散热方式有以下缺点：(1)功率芯片发生短路极易烧毁并损伤到PCB板；(2)PCB板发生损伤将无法修复，失效成本比较高。
在功率SIP模块中，通过在基板中采用埋入式封装，如图1所示，功率芯片和SIP元件埋入在有机基板中(Embedded Component Packaging，简称ECP结构)，可以极大缩小封装尺寸并降低寄生电感。但传统的功率SIP模块101与PCB母板102电连接结构如图1所示。PCB母板102上具有焊盘103，功率SIP模块101通过重新布线层104与焊盘103连接，当功率SIP模块101发热甚至燃烧时，热量会通过重新布线层104传导至焊盘103和PCB母板102，从而使PCB母板102受热损毁。PCB母板102的造价较高，一旦损毁会造成很大的经济损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法，以解决现有的功率芯片发生短路极易烧毁并损伤到PCB板的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种防烧损功率SIP模块封装结构，包括：
功率SIP模块，被配置为容置功率芯片及隔热结构；
PCB母板，被配置为承载一个或多个功率SIP模块；
隔热结构，被配置为包围在功率芯片的周围，以将功率芯片与其他结构的热传导路径切断。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装结构中，所述隔热结构的材料为芳基乙炔类聚合物、有机含磷膨胀型阻燃剂或无机膨胀型石墨阻燃剂。
本发明还提供一种防烧损功率SIP模块封装方法，包括：
将功率芯片放置在功率SIP模块中，在功率芯片周围包围隔热结构；
将功率SIP模块附连至PCB母板上；
所述隔热结构将功率芯片与其他结构的热传导路径切断。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：
制作有机基板，在有机基板上形成第一腔室；
在第一腔室中放置隔热结构底板，在隔热结构底板上形成粘贴层，将功率芯片粘贴在粘贴层上；
将隔热结构预成型腔室压合在功率芯片上。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：
所述第一腔室贯穿所述有机基板；
在有机基板的底部固定粘接板，所述粘接板的材料为环氧树脂；
隔热结构底板放置在粘接板上。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：
在所述有机基板上形成第二腔室；
所述第二腔室贯穿所述有机基板，SIP元件放置在第二腔室中并固定在粘接板上。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：
将隔热结构预成型腔室压合在功率芯片上之后，使用有机介质填充第一腔室和第二腔室；
去除所述粘接板；
在有机基板的底部和/或有机基板的顶部压合有机介质。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：
在有机基板的底部和/或有机基板的顶部刻蚀或激光形成电互连孔；
在电互连孔中电镀形成电互连结构；
将有机基板的底部或有机基板的顶部的电互连结构焊接至PCB母板上。
可选的，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，有机基板的材料为覆铜板，铜板或BT树脂；有机介质的材料为ABF或PP。
在本发明提供的防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法中，通过将功率芯片放置在功率SIP模块中，在功率芯片周围包围隔热结构，将功率SIP模块附连至PCB母板上，所述隔热结构将功率芯片与其他结构的热传导路径切断，在功率芯片发生短路时可以很好地抑制功率芯片周围结构的燃烧，从而起到防烧损的作用。
本发明针对现有的功率芯片发生短路极易烧毁并损伤到PCB板的问题，改进了功率SIP封装结构和制作方法，通过功率芯片与SIP元件在有机基板中埋入式封装，功率芯片周围包裹阻燃材料制作的隔热结构，在第一腔室中功率芯片与隔热结构的四周填充有机介质进行固定，阻燃材料将功率芯片与有机介质隔离，在功率芯片发生短路时可以很好地抑制功率芯片周围有机介质的燃烧，从而起到防烧损的作用。
本发明通过在功率芯片周围包裹阻燃材料制成的隔热结构，阻燃材料将功率芯片与有机介质隔离，在功率芯片发生短路时可以很好地抑制芯片周围有机介质的燃烧，从而起到防烧损的作用，在功率电子封装领域具有极大的应用价值。
附图说明
图1是现有的功率SIP模块封装结构示意图；
图2是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装结构示意图；
图3是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法形成第一空腔和第二空腔示意图；
图4是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法粘接板固定示意图；
图5是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法放置隔热结构底板示意图；
图6是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法粘贴功率芯片与SIP元件示意图；
图7是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法隔热结构预成型腔室压合示意图；
图8是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法有机介质填充示意图；
图9是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法去除粘接板示意图；
图10是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法有机介质压合示意图；
图11是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法打电互连孔示意图；
图12是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法电镀示意图；
图13是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法形成电互连结构示意图；
图14是本发明一实施例防烧损功率SIP模块封装方法与PCB母板焊接示意图；
图中所示：1-有机基板；2-第一腔室；3-第二腔室；4-粘接板；5-隔热结构底板；6-粘贴层；7-功率芯片；8-SIP元件；9-隔热结构预成型腔室；10-有机介质；11-电互连孔；12-电互连结构；13-焊盘；14-PCB母板；15-焊料；16-隔热结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法，以解决现有的功率芯片发生短路极易烧毁并损伤到PCB板的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法，包括：功率SIP模块，被配置为容置功率芯片及隔热结构；PCB母板，被配置为承载一个或多个功率SIP模块；隔热结构，被配置为包围在功率芯片的周围，以将功率芯片与其他结构的热传导路径切断。
本实施例提供一种防烧损功率SIP模块封装结构，如图2所示，包括：功率SIP模块，被配置为容置功率芯片7及隔热结构16；PCB母板14，被配置为承载一个或多个功率SIP模块；隔热结构16，被配置为包围在功率芯片7的周围，以将功率芯片7与其他结构的热传导路径切断。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装结构中，所述隔热结构16的材料为芳基乙炔类聚合物、有机含磷膨胀型阻燃剂或无机膨胀型石墨阻燃剂。
本实施例还提供一种防烧损功率SIP模块封装方法，如图3～14所示，包括：将功率芯片7放置在功率SIP模块中，在功率芯片7周围包围隔热结构16；将功率SIP模块附连至PCB母板14上；所述隔热结构16将功率芯片7与其他结构的热传导路径切断。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：如图3所示，制作有机基板1，在有机基板1上形成第一腔室2；如图5所示，在第一腔室2中放置隔热结构底板5，如图6所示，在隔热结构底板5上形成粘贴层6，将功率芯片7粘贴在粘贴层6上；如图7所示，将隔热结构预成型腔室9压合在功率芯片7上。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：所述第一腔室2贯穿所述有机基板1；如图4所示，在有机基板1的底部固定粘接板4，所述粘接板4的材料为环氧树脂；隔热结构底板5放置在粘接板4上。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：如图3～4所示，在所述有机基板1上形成第二腔室3；所述第二腔室3贯穿所述有机基板1，SIP元件8放置在第二腔室3中并固定在粘接板4上。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：如图8所示，将隔热结构预成型腔室9压合在功率芯片7上之后，使用有机介质10填充第一腔室2和第二腔室3；如图9所示，去除所述粘接板4；如图10所示，在有机基板1的底部和/或有机基板1的顶部压合有机介质10。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，还包括：如图11所示，在有机基板1的底部和/或有机基板1的顶部刻蚀或激光形成电互连孔11；如图12～13所示，在电互连孔11中电镀形成电互连结构12；如图14所示，将有机基板1的底部或有机基板1的顶部的电互连结构12焊接至PCB母板14上。
在本发明的一个实施例中，在所述的防烧损功率SIP模块封装方法中，有机基板1的材料为覆铜板，铜板或BT树脂；有机介质10的材料为ABF或PP。
在本发明提供的防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法中，通过将功率芯片7放置在功率SIP模块中，在功率芯片7周围包围隔热结构16，将功率SIP模块附连至PCB母板14上，所述隔热结构16将功率芯片7与其他结构的热传导路径切断，在功率芯片7发生短路时可以很好地抑制功率芯片7周围结构的燃烧，从而起到防烧损的作用。
本发明针对现有的功率芯片7发生短路极易烧毁并损伤到PCB板的问题，改进了功率SIP封装结构和制作方法，通过功率芯片7与SIP元件8在有机基板1中埋入式封装，功率芯片7周围包裹阻燃材料制作的隔热结构16，在第一腔室2中功率芯片7与隔热结构16的四周填充有机介质10进行固定，阻燃材料将功率芯片7与有机介质10隔离，在功率芯片7发生短路时可以很好地抑制功率芯片7周围有机介质10的燃烧，从而起到防烧损的作用。
本发明通过在功率芯片7周围包裹阻燃材料制成的隔热结构16，阻燃材料将功率芯片7与有机介质10隔离，在功率芯片7发生短路时可以很好地抑制芯片周围有机介质10的燃烧，从而起到防烧损的作用，在功率电子封装领域具有极大的应用价值。
本发明具有如下技术要点：(1)功率芯片7与SIP元件8在有机基板1中埋入式封装；(2)功率芯片7周围包裹隔热结构；(3)在埋入腔中功率芯片7与隔热结构四周填满有机介质10；(4)隔热结构将芯片与有机介质10隔离，在芯片发生短路时可以很好地抑制芯片周围有机介质10的燃烧，从而起到防烧损的作用。
封装结构和方法流程如下：有机基板1挖腔形成第一腔室2和第二腔室3(有机基板1的材料为覆铜板，铜板，BT树脂)；带第一腔室2和第二腔室3的有机基板1与粘接板4固定(粘接板4的材料为环氧树脂)；贴功率芯片7区域放置一层阻燃材料(阻燃材料可选择的包括耐1500-2000℃的芳基乙炔类聚合物或膨胀型阻燃剂，主要是有机含磷膨胀型阻燃剂和无机膨胀型石墨阻燃剂)；贴装功率芯片7和SIP元件8；功率芯片7周围填充阻燃材料(通过隔热结构预成型腔室9压合)；有机基板1的第一腔室2和第二腔室3压合有机介质10，材料为Ajinomoto Buildup Film(ABF)或Prepreg(PP)；去除粘接板4；有机基板1表面压合有机介质10；刻蚀或激光打电互连孔11；电镀形成电互连结构12；双面的电互连结构12制备后进行表面处理；功率SIP模块与PCB母板14焊接。
综上，上述实施例对防烧损功率SIP模块封装结构及其封装方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (7)
1.一种防烧损功率SIP模块封装方法，其特征在于，包括：
将功率芯片放置在功率SIP模块中，在功率芯片周围包围隔热结构；
将功率SIP模块附连至PCB母板上；
所述隔热结构将功率芯片与其他结构的热传导路径切断；
还包括：
制作有机基板，在有机基板上形成第一腔室；
在第一腔室中放置隔热结构底板，在隔热结构底板上形成粘贴层，将功率芯片粘贴在粘贴层上；
将隔热结构预成型腔室压合在功率芯片上；
所述隔热结构的材料为芳基乙炔类聚合物、有机含磷膨胀型阻燃剂或无机膨胀型石墨阻燃剂。
2.如权利要求1所述的防烧损功率SIP模块封装方法，其特征在于，还包括：
所述第一腔室贯穿所述有机基板；
在有机基板的底部固定粘接板，所述粘接板的材料为环氧树脂；
隔热结构底板放置在粘接板上。
3.如权利要求2所述的防烧损功率SIP模块封装方法，其特征在于，还包括：
在所述有机基板上形成第二腔室；
所述第二腔室贯穿所述有机基板，SIP元件放置在第二腔室中并固定在粘接板上。
4.如权利要求3所述的防烧损功率SIP模块封装方法，其特征在于，还包括：
将隔热结构预成型腔室压合在功率芯片上之后，使用有机介质填充第一腔室和第二腔室；
去除所述粘接板；
在有机基板的底部和/或有机基板的顶部压合有机介质。
5.如权利要求4所述的防烧损功率SIP模块封装方法，其特征在于，还包括：
在有机基板的底部和/或有机基板的顶部刻蚀或激光形成电互连孔；
在电互连孔中电镀形成电互连结构；
将有机基板的底部或有机基板的顶部的电互连结构焊接至PCB母板上。
6.如权利要求4所述的防烧损功率SIP模块封装方法，其特征在于，有机基板的材料为覆铜板，铜板或BT树脂；有机介质的材料为ABF或PP。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述的方法形成的防烧损功率SIP模块封装结构，其特征在于，包括：
功率SIP模块，被配置为容置功率芯片及隔热结构；
PCB母板，被配置为承载一个或多个功率SIP模块；
隔热结构，被配置为包围在功率芯片的周围，以将功率芯片与其他结构的热传导路径切断。
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