CN112908984A - 一种带有散热片的ssd堆叠封装结构及其制作方法 - Google Patents

一种带有散热片的ssd堆叠封装结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有散热片的SSD堆叠封装结构，包括：基板；第一芯片，所述第一芯片设置在所述基板的上方；散热片，所述散热片设置在所述第一芯片120上方；第二芯片，所述第二芯片设置在所述散热片上方，所述第二芯片通过键合引线电连接至所述基板；铜柱/铜块，所述铜柱/铜块设置在所述散热片的端侧；塑封层，所述塑封层填充所述基板、所述第一芯片、所述散热片、所述第二芯片以及所述铜柱/铜块之间的空隙，并漏出所述铜柱/铜块的顶部；表面金属层，所述表面金属层覆盖整体封装结构的顶面和侧面；以及外接焊球，所述外接焊球设置在所述基板的底面。

Description

一种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及三维堆叠封装技术领域的一种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制作方法。
背景技术
随着科技技术的不断发展，人们对消费类电子产品的需求也越来越高，电子产品中的存储芯片是一个关键的核心零部件，对于此芯片的封装要求也越来越高，体积小，容量大已成为一种趋势。对于传统的SSD封装芯片，主要有面积大，产品散热不好；此外针对芯片之间存在电磁干扰问题，传统的SSD基板封装电磁屏蔽方法是对单颗芯片进行屏蔽，产品性能和封装尺寸难以满足客户的要求。
针对现有的SSD芯片封装存在的面积大、散热不好以及对单颗芯片进行电磁屏蔽导致的性能降低和封装尺寸过大的问题，本发明提出一种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制作方法，既能够改善芯片的散热性能，又能对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽，很好的解决了上述现有技术存在的问题。
发明内容
针对现有的SSD芯片封装存在的面积大、散热不好以及对单颗芯片进行电磁屏蔽导致的性能降低和封装尺寸过大的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种带有散热片的SSD堆叠封装结构，包括：
基板；
第一芯片，所述第一芯片设置在所述基板的上方；
散热片，所述散热片设置在所述第一芯片120上方；
第二芯片，所述第二芯片设置在所述散热片上方，所述第二芯片通过键合引线电连接至所述基板；
铜柱/铜块，所述铜柱/铜块设置在所述散热片的端侧；
塑封层，所述塑封层填充所述基板、所述第一芯片、所述散热片、所述第二芯片以及所述铜柱/铜块之间的空隙，并漏出所述铜柱/铜块的顶部；
表面金属层，所述表面金属层覆盖整体封装结构的顶面和侧面；以及
外接焊球，所述外接焊球设置在所述基板的底面。
在本发明的一个实施例中，所述第一芯片为控制芯片，所述第二芯片为SSD存储芯片。
在本发明的一个实施例中，所述第二芯片为多个三维堆叠的SSD存储芯片。
在本发明的一个实施例中，所述基板的上下表面和或内部设置有金属布线层，其中在上表面的金属布线层中设置有芯片焊盘，在下表面的金属布线层中设置有外接焊盘。
在本发明的一个实施例中，所述第一芯片通过芯片焊盘倒装焊接在所述芯片焊盘上。
在本发明的一个实施例中，所述表面金属层为厚度为1000埃至5000埃的铜金属层。
根据本发明的另一个实施例，提供一种带有散热片的SSD堆叠封装结构的制造方法，包括：
在基板上倒装贴片第一芯片；
在第一芯片的背面贴装散热片；
在散热片上贴装第二芯片组，并形成电连接第二芯片焊盘电至基板的键合引线；
在散热片上形成铜柱/铜块；
对封装结构进行整体塑封形成塑封层、并减薄塑封层漏出铜柱/铜块；
形成覆盖封装结构顶面和侧面的表面金属层；以及
在基板的底面形成外接焊球。
在本发明的另一个实施例中，在基板上倒装贴片第一芯片前，还包括在基板的上下表面和或内部形成金属布线层，其中在上表面的金属布线层中形成有芯片焊盘，在下表面的金属布线层中形成有外接焊盘。
在本发明的另一个实施例中，所述第一芯片为控制芯片，所述第二芯片组为三维堆叠的SSD存储芯片。
在本发明的另一个实施例中，所述形成覆盖封装结构顶面和侧面的表面金属层是通过溅射工艺形成一层覆盖整体封装结构顶面和侧面的铜膜，其厚度约为1000埃至5000埃。
本发明提出一种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制造方法，通过在基板上贴装控制芯片，然后在控制芯片的上面贴散热片；再在散热片上表面堆叠贴装多个存储芯片，并采用引线键合方式将存储芯片电连接到基板上；接下来在散热片设置导电柱后进行整体塑封，导电柱顶部漏出塑封体顶面；然后通过贴散热盖和塑封体表面溅射铜层的方式，既能达到有效散热的目的，又能对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽。基于本发明的该种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制造方法具有如下优点：1)在散热片上下表面贴装芯片，具有较好的散热效果；2)该封装结构能够对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽；3)适用于多芯片三维堆叠封装；4)封装工艺简单，制造成本较低；5)封装结构的尺寸较小。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的一种带有散热片的SSD堆叠封装结构100的剖面示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例的一种带有散热片的SSD堆叠封装结构100的平面俯视示意图。
图3A至图3G示出根据本发明的一个实施例形成该种带有散热片的SSD堆叠封装结构100的过程剖面示意图。
图4示出的是根据本发明的一个实施例形成该种带有散热片的SSD堆叠封装结构1100的流程图400。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明提出一种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制造方法，通过在基板上贴装控制芯片，然后在控制芯片的上面贴散热片；再在散热片上表面堆叠贴装多个存储芯片，并采用引线键合方式将存储芯片电连接到基板上；接下来在散热片设置导电柱后进行整体塑封，导电柱顶部漏出塑封体顶面；然后通过贴散热盖和塑封体表面溅射铜层的方式，既能达到有效散热的目的，又能对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽。基于本发明的该种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制造方法具有如下优点：1)在散热片上下表面贴装芯片，具有较好的散热效果；2)该封装结构能够对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽；3)适用于多芯片三维堆叠封装；4)封装工艺简单，制造成本较低；5)封装结构的尺寸较小。
下面结合图1、图2来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种带有散热片的SSD堆叠封装结构。图1示出根据本发明的一个实施例的一种带有散热片的SSD堆叠封装结构100的剖面示意图；图2示出根据本发明的一个实施例的一种带有散热片的SSD堆叠封装结构100的平面俯视示意图。
如图1、图2所示，该带有散热片的SSD堆叠封装结构100进一步包括基板110、第一芯片120、散热片130、第二芯片140、键合引线150、铜柱/铜块160、塑封层170、表面金属层180以及外接焊球190。
基板110设置在该带有散热片的SSD堆叠封装结构100底部。在本发明的一个实施例中，基板110的上下表面和或内部设置有金属布线层(图中未示出)，其中在上表面的金属布线层中对应设置有芯片焊盘，下表面的金属布线层中对应设置有外接焊盘。在本发明的又一实施例中，基板110可以为PCB基板，也可以为硅基板、玻璃基板等。
第一芯片120通过芯片焊接结构125倒装焊接在基板110的上表面。在本发明的一个实施例中，基板110的上表面设置有芯片焊盘，第一芯片120通过BGA焊球125倒装焊接在芯片焊盘上。在本发明的又一实施例中，第一芯片120为控制芯片。
散热片130设置在第一芯片120的背面。在本发明的一个实施例中，散热片130为铜材料，通过粘贴或者键合设置在第一芯片120的背面。
第二芯片140贴装设置在散热片130的上表面，通过键合引线150电连接至基板110的对应焊盘上。在本发明的一个实施例中第二芯片140为SSD存储芯片组，即具有多个堆叠三维设置的SSD存储芯片。
铜柱/铜块160设置在散热片130的端侧，起到导电与散热的作用。在本发明的一个实施例中，铜柱/铜块160可以为柱状、条状或片状等。
塑封层170填充设置在该带有散热片的SSD堆叠封装结构100的内部，填充基板110、第一芯片120、散热片130、第二芯片140以及铜柱/铜块160之间的空隙，并漏出铜柱/铜块160的顶部。
表面金属层180覆盖设置在该带有散热片的SSD堆叠封装结构100的顶面和侧面，形成密封金属屏蔽。在本发明的一个实施例中，表面金属层180为铜金属。
外接焊球190设置在基板110下表面的外接焊盘处。在本发明的一个实施例中，外接焊球190可以是通过电镀回流焊或者植球形成的无铅焊球，也可以是导电铜柱。
下面结合图3A至图3G以及图4来详细描述形成该带有散热片的SSD堆叠封装结构100的过程。图3A至图3G示出根据本发明的一个实施例形成该种带有散热片的SSD堆叠封装结构100的过程剖面示意图；图4示出的是根据本发明的一个实施例形成该种带有散热片的SSD堆叠封装结构1100的流程图400。
首先，在步骤410，如图3A所示，在基板310上贴装第一芯片320。在本发明的一个实施例中，先在基板310的上下表面和或内部形成金属布线层(图中未示出)，其中在上表面的金属布线层中对应设置有芯片焊盘，下表面的金属布线层中对应设置有外接焊盘。在本发明的又一实施例中，基板310可以为PCB基板，也可以为硅基板、玻璃基板等。第一芯片320通过芯片焊接结构325倒装焊接在基310的上表面。在本发明的一个实施例中，基板310的上表面形成有芯片焊盘，第一芯片320通过BGA焊球325倒装焊接在芯片焊盘上。在本发明的又一实施例中，第一芯片320为控制芯片。
接下来，在步骤420，如图3B所示，在第一芯片320的背面贴装散热片330。在本发明的一个实施例中，散热片330为铜材料，通过粘贴或者键合设置在第一芯片320的背面。
然后，在步骤430，如图3C所示，在散热片330上贴装第二芯片组340，并通过键合引线350将第二芯片焊盘电连接至基板310上。在本发明的一个实施例中第二芯片340为SSD存储芯片组，即具有多个堆叠三维设置的SSD存储芯片。
接下来，在步骤440，如图3D所示，在散热片330上形成铜柱/铜块360。在本发明的一个实施例中，铜柱/铜块360形成在散热片330的端侧，起到导电与散热的作用。在本发明的又一实施例中，铜柱/铜块360可以为柱状、条状或片状等。
然后，在步骤450，如图3E所示，对封装结构进行整体塑封形成塑封层370、减薄后漏出铜柱/铜块360。塑封层370填充填充基板310、第一芯片320、散热片330、第二芯片340以及铜柱/铜块360之间的空隙，并漏出铜柱/铜块360的顶部。
接下来，在步骤460，如图3F所示，形成覆盖封装结构顶面和侧面的表面金属层380。在本发明的一个实施例中，表面金属层380为铜层层，通过溅射工艺形成，其厚度为1000埃至5000埃之间。
最后，在步骤470，如图3G所示，在基板310的底面形成外接焊球390。在本发明的一个实施例中，外接焊球390可以是通过电镀回流焊或者植球形成的无铅焊球，也可以是导电铜柱。
基于本发明提供的该种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制造方法，通过在基板上贴装控制芯片，然后在控制芯片的上面贴散热片；再在散热片上表面堆叠贴装多个存储芯片，并采用引线键合方式将存储芯片电连接到基板上；接下来在散热片设置导电柱后进行整体塑封，导电柱顶部漏出塑封体顶面；然后通过贴散热盖和塑封体表面溅射铜层的方式，既能达到有效散热的目的，又能对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽。基于本发明的该种带有散热片的SSD堆叠封装结构及其制造方法具有如下优点：1)在散热片上下表面贴装芯片，具有较好的散热效果；2)该封装结构能够对存储芯片和控制芯片进行电磁屏蔽；3)适用于多芯片三维堆叠封装；4)封装工艺简单，制造成本较低；5)封装结构的尺寸较小。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种带有散热片的SSD堆叠封装结构，包括：
基板；
第一芯片，所述第一芯片设置在所述基板的上方；
散热片，所述散热片设置在所述第一芯片120上方；
第二芯片，所述第二芯片设置在所述散热片上方，所述第二芯片通过键合引线电连接至所述基板；
铜柱/铜块，所述铜柱/铜块设置在所述散热片的端侧；
塑封层，所述塑封层填充所述基板、所述第一芯片、所述散热片、所述第二芯片以及所述铜柱/铜块之间的空隙，并漏出所述铜柱/铜块的顶部；
表面金属层，所述表面金属层覆盖整体封装结构的顶面和侧面；以及
外接焊球，所述外接焊球设置在所述基板的底面。
2.如权利要求1所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构，其特征在于，所述第一芯片为控制芯片，所述第二芯片为SSD存储芯片。
3.如权利要求2所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构，其特征在于，所述第二芯片为多个三维堆叠的SSD存储芯片。
4.如权利要求1所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构，其特征在于，所述基板的上下表面和或内部设置有金属布线层，其中在上表面的金属布线层中设置有芯片焊盘，在下表面的金属布线层中设置有外接焊盘。
5.如权利要求1或4所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构，其特征在于，所述第一芯片通过芯片焊盘倒装焊接在所述芯片焊盘上。
6.如权利要求1所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构，其特征在于，所述表面金属层为厚度为1000埃至5000埃的铜金属层。
7.一种带有散热片的SSD堆叠封装结构的制造方法，包括：
在基板上倒装贴片第一芯片；
在第一芯片的背面贴装散热片；
在散热片上贴装第二芯片组，并形成电连接第二芯片焊盘电至基板的键合引线；
在散热片上形成铜柱/铜块；
对封装结构进行整体塑封形成塑封层、并减薄塑封层漏出铜柱/铜块；
形成覆盖封装结构顶面和侧面的表面金属层；以及
在基板的底面形成外接焊球。
8.如权利要求7所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，在基板上倒装贴片第一芯片前，还包括在基板的上下表面和或内部形成金属布线层，其中在上表面的金属布线层中形成有芯片焊盘，在下表面的金属布线层中形成有外接焊盘。
9.如权利要求7所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，所述第一芯片为控制芯片，所述第二芯片组为三维堆叠的SSD存储芯片。
10.如权利要求7所述的带有散热片的SSD堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，所述形成覆盖封装结构顶面和侧面的表面金属层是通过溅射工艺形成一层覆盖整体封装结构顶面和侧面的铜膜，其厚度约为1000埃至5000埃。
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