CN113594102A - 散热盖及制作方法和芯片封装结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种散热盖及其制作方法和芯片封装结构，其中所述散热盖适用于芯片散热，包括盖体，盖体具有朝向芯片的内表面，内表面具有芯片区，芯片区和芯片之间设置有铟导热层，且内表面上环绕铟导热层外周侧涂覆特殊材料涂层，特殊材料涂层是指与熔融的铟导热层材料是非亲性的或者两者之间的接触角大于90°。本申请中通过盖体内表面涂覆特殊材料涂层，特殊材料涂层能够防止铟导热层在回流焊过程中向盖体内表面的四周扩散，进而避免溢流和串流造成的芯片和盖体内表面缺料空洞的问题，有利于提高良品率，同时加工简单，成本低。
Description
技术领域
本发明一般涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种散热盖及制作方法和芯片封装结构。
背景技术
高性能CPU工作过程中会产生大量热量，热量必须通过一些媒介快速地传递至散热装置，否则会严重影响CPU工作甚至导致CPU损毁。考虑到散热，在芯片封装过程中，通常会在芯片表面加装的散热盖，并且在芯片与散热盖之间设置有一层导热材料，以便于将芯片工作过程中产生的热量快速散出，其中导热材料可以是硅脂，硅胶垫，铟片等，目前，铟是性能出色且应用较广的导热界面材料。
在实际加工中，铟片通过回流焊工艺将芯片与散热盖进行连接，回流焊过程中融化的铟在盖体表面经常会出现溢流和串流现象，溢流和串流问题会导致本该在芯片和盖面之间的铟变少并向四周扩散，造成芯片和盖面接触处形成空洞或少铟，从而影响产品的性能，降低了产品的良品率。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种散热盖及制作方法和芯片封装结构，通过特殊涂层解决了铟在回流焊过程中的溢流和串流问题，有利于产品的良品率。
第一方面，本发明提供一种散热盖，适用于芯片散热，包括盖体，盖体具有朝向芯片的内表面，内表面具有芯片区，芯片区和芯片之间设置有铟导热层，且内表面上环绕铟导热层外周侧涂覆特殊材料涂层，特殊材料涂层是指与熔融的铟导热层材料是非亲性的或者两者之间的接触角大于90°。
作为可选的方案，特殊材料材料涂层为特氟龙、聚全氟异丙烯、环氧树脂中的至少一种。
作为可选的方案，特殊材料涂层的厚度5um-30um。
作为可选的方案，芯片区还设置有背金层。
作为可选的方案，特殊材料涂层靠近铟导热层的边缘至多延伸至与芯片区和/或背金层的外边缘平齐。
第二方面，本发明提供一种第一方面的散热盖的制作方法，包括如下过程：
确定内表面的喷涂区，喷涂区用于喷涂特殊材料涂层；
保护内表面上除喷涂区以外的其他区域；
预处理喷涂区；
喷涂特殊材料涂层的浆料至喷涂区，并干燥烧结；
去除内表面上除喷涂区的其他区域的保护。
作为可选的方案，喷涂特殊材料涂层的浆料至喷涂区的过程包括：使用喷涂机喷涂或人工涂刷特殊材料涂层的浆料至喷涂区。
作为可选的方案，干燥烧结温度为350℃-395℃。
作为可选的方案，干燥烧结的时间为5min-12min。
第三方面，本发明提供一种芯片封装结构，包括基板、芯片和权利要求1-5任一项的散热盖；
芯片设置于基板上，散热盖盖设于基板上方，且散热盖的芯片区与芯片紧密贴合。
本发明的有益效果如下：
本发明的散热盖通过盖体内表面涂覆特殊材料涂层，其中特殊材料涂层具有非亲铟性，与熔融的铟之间的接触角大于90度，因此特殊材料涂层能够防止铟导热层在回流焊过程中向盖体内表面的四周扩散，进而避免溢流和串流造成的芯片和盖体内表面缺料空洞的问题，特殊材料涂层有利于将铟导热层限制在芯片和散热盖的接触处，提高盖体上芯片区的铟覆盖率；并且，相比于现有在散热盖上设置围坝，工艺简单，方便加工简单，成本低廉，同时熔融铟的表面张力作用，使得铟具有收敛的趋势，在芯片和盖体之间形成圆润表面，无法向外扩散，进而有利于提高良品率。
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为本发明的一个实施例的散热盖盖设在芯片上的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的散热盖的内表面结构示意图；
图3为本发明的一个实施例的散热盖的制作方法；
图4为本发明的一个实施例芯片封装结构示意图。
图中：
10.盖体，11.内表面，12.铟导热层，13.特殊材料层，14.背金层；
20.芯片；30.基板。
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。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1和图2所示所示，本申请的实施例提供一种散热盖，适用于芯片散热，包括盖体10，盖体10具有朝向芯片20的内表面11，内表面11具有芯片区，芯片区和芯片20之间设置有铟导热层12，且内表面11上环绕铟导热层12外周侧涂覆特殊材料涂层13，特殊材料涂层13是指与熔融的铟导热层材料是非亲性的或者两者之间的接触角大于90°。
需要说明的是，散热盖的具体形状和结构可以是任意形状，根据实际生产需要确定，本申请实施例对此不做限定。
内表面11上具有芯片区，芯片区是指与芯片接触的区域，芯片区和芯片之间设置有铟导热层12，其中，铟导热层12可以为铟片或铟与其他将导热性能佳的金属的合金材料，且铟导热层12的表面积至少不小于芯片的表面积。
可以理解的是，内表面上11涂覆有特殊材料涂层13，特殊材料涂层13靠近铟导热层12的边缘至多与芯片区的外边缘平齐，也就是特殊材料涂层13不能超过芯片区。
其中，特殊材料涂层13必须对液态铟非亲和(也可以立即理解为浸润性能差)，在回流焊过程中其表面与铟熔融体的接触角非常大(大于90°)，导致铟无法向其表面渗透，又受铟熔融体的表面张力作用，有向内收敛的趋势，四周形成圆润表面，杜绝溢流串流等不良问题产生的空洞问题，提高芯片区域的铟片覆盖率。
还可以理解的是，在实际生产加工过程中，散热盖的内表面11会镀镍，用以起到抗氧化、抗腐蚀、增强硬度与耐磨性的作用。考虑到铟导热层12中铟与镍的焊接性差，需要通过金层来焊接，因此内表面11上镀设背金层14，背金层14的材质为与铟导热层12易浸润的元素，优选为金层。
其中，焊料的浸润性是指焊料熔化时焊料的扩散能力，铟片与镍的浸润性差，通过背金层14，改善铟片与盖体内表面11的浸润性，在焊接时，铟在与金的边界上产生足够的扩散层，从而增加粘接强度。
其中，背金层14通过化学工艺或电镀工艺的方式设置于内表面11上。
因此，还可以理解的是，当内表面11上设置有背金层14时，特殊材料涂层13靠近铟导热层12的边缘至多延伸至与背金层的外边缘平齐，特殊材料涂层13不能超过背金层14。
本申请的散热盖通过盖体内表面涂覆特殊材料涂层，其中特殊材料涂层具有非亲铟性，与熔融的铟之间的接触角大于90度，因此特殊材料涂层能够防止铟导热层在回流焊过程中向盖体内表面的四周扩散，进而避免溢流和串流造成的芯片和盖体内表面缺料空洞的问题，特殊材料涂层有利于将铟导热层限制在芯片和散热盖的接触处，提高盖体上芯片区的铟覆盖率；并且，相比于现有在散热盖上设置围坝，工艺简单，方便加工简单，成本低廉，同时熔融铟的表面张力作用，使得铟具有收敛的趋势，在芯片和盖体之间形成圆润表面，无法向外扩散，进而有利于提高良品率。
作为可实现的方式，特殊材料材料涂层13为特氟龙、聚全氟异丙烯、环氧树脂中的至少一种。原料易得，成本低廉。
作为可实现的方式，特殊材料涂层13的厚度5um-30um。本实施方式的特殊材料涂层非常薄，不影响半导体产品的性能，并且特殊材料涂层加工方式简单，相比于现有的金属围坝结构，加工简单，且能够可靠有效限制熔融铟向外扩散，现有的金属围坝在未确定材料的情况下，同样存在熔融的铟向其表面扩散的问题，并且金属围坝加工复杂。
综上，本申请的散热盖具有良好的散热性能，同时在特殊材料涂层的作用下，有效阻止熔融的铟在盖体内表面的扩张，解决了溢流和串流问题，减少铟溢流造成的缺料空洞；并且，相较于金属围坝，结构简单且成本有较大降低，工艺成熟，加工方便，成本低廉。
第二方面，本发明提供一种第一方面的散热盖的制作方法，如图3所示，包括如下过程：
S11、确定内表面的喷涂区，喷涂区用于喷涂特殊材料涂层；
S12、保护内表面上除喷涂区以外的其他区域；
S13、预处理喷涂区；
S14、喷涂特殊材料涂层的浆料至喷涂区，并干燥烧结；
S15、去除内表面上除喷涂区的其他区域的保护。
其中，盖体内表面的喷涂区根据实际生产加工需求确定，本申请实施方式对具体的喷涂区大小不做限定，只要保证喷涂区环绕铟导热层即可；
保护除喷涂区以外的其他区域(也就是非喷涂区)，一般采用物理保护，即采用遮挡的方式。
预处理喷涂区是指对喷涂区进行清洁处理，以便于特殊材料涂层更好附着。
喷涂方式可以采用喷涂机喷涂，当然也可以人工直接涂覆，操作简单，易于加工，成本低廉。
干燥烧结温度为350℃-395℃，时间为5min-12min。本实施方式对具体的温度和时间不做限定，干燥烧结温度和时间只要保证特殊材料涂层能够固化，并且不发生热分解即可。
综上，本实施例的散热盖的制作方法，操作简单，方便加工，成本低廉，且能够根据实际需要灵活调控特殊材料涂层的喷涂区域。
第三方面，本发明提供一种芯片封装结构，如图4所示，包括基板30、芯片20和第一方面的散热盖；
芯片20设置于基板30上，散热盖的盖体10盖设于基板30上方，且散热盖的芯片区与芯片20紧密贴合。
可以理解的是，芯片设置于基板上，并且芯片周围和基板之间涂覆有底封胶，现有的底封胶一般采用环氧树脂，因此底封胶对熔融的铟同样非亲和(也可以理解为浸润性非常差)，进而使得熔融的铟无法向底封胶方向扩散，保证熔融的铟能够在芯片和盖体的内表面之间形成圆润表面，提高了芯片的良品率。
综上，本实施例中的芯片封装结构，结构简单，加工方便，同时有利于提高芯片的散热能力，保证芯片高性能工作。
需要说明的是，本申请的芯片封装结构可以应用于电子设备例如手机、平板电脑、电子书、计算机等需要安装芯片或背金芯片的设备。以上不同实施例之间可以交叉引用。
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所述发明构思的情况下，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 (10)
1.散热盖，适用于芯片散热，其特征在于，包括盖体，所述盖体具有朝向所述芯片的内表面，所述内表面具有芯片区，所述芯片区和所述芯片之间设置有铟导热层，且所述内表面上环绕所述铟导热层外周侧涂覆特殊材料涂层，所述特殊材料涂层是指与熔融的所述铟导热层材料是非亲性的或者两者之间的接触角大于90°。
2.根据权利要求1所述的散热盖，其特征在于，所述特殊材料材料涂层为特氟龙、聚全氟异丙烯、环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的散热盖，其特征在于，所述特殊材料涂层的厚度5um-30um。
4.根据权利要求1所述的散热盖，其特征在于，所述内表面上还设置有背金层。
5.根据权利要求4所述的散热盖，其特征在于，所述特殊材料涂层靠近所述铟导热层的边缘至多延伸至与所述芯片区和/或所述背金层的外边缘平齐。
6.一种权利要求1-5任一项所述散热盖的制作方法，其特征在于，包括如下过程：
确定所述内表面的喷涂区，所述喷涂区用于喷涂所述特殊材料涂层；
保护所述内表面上除所述喷涂区以外的其他区域；
预处理所述喷涂区；
喷涂所述特殊材料涂层的浆料至所述喷涂区，并干燥烧结；
去除所述内表面上除所述喷涂区的其他区域的保护。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷涂所述特殊材料涂层的浆料至所述喷涂区的过程包括：使用喷涂机喷涂或人工涂刷所述特殊材料涂层的浆料至所述喷涂区。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥烧结温度为350℃-395℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥烧结的时间为5min-12min。
10.芯片封装结构，其特征在于，包括基板、芯片和权利要求1-5任一项所述的散热盖；
所述芯片设置于所述基板上，所述散热盖盖设于所述基板上方，且所述散热盖的芯片区与所述芯片紧密贴合。
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