CN113675093B - 一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法 - Google Patents

一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113675093B
CN113675093B CN202110793016.2A CN202110793016A CN113675093B CN 113675093 B CN113675093 B CN 113675093B CN 202110793016 A CN202110793016 A CN 202110793016A CN 113675093 B CN113675093 B CN 113675093B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat dissipation
chip
packaging
substrate
double
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110793016.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113675093A (zh
Inventor
卢红亮
缪小勇
朱立远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN202110793016.2A priority Critical patent/CN113675093B/zh
Publication of CN113675093A publication Critical patent/CN113675093A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113675093B publication Critical patent/CN113675093B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法。本发明的双面塑封封装结构简单，底面常规塑封，而在基板上表面加装金属铜柱，并使芯片裸露，同时在芯片上表面增加翅片散热器结构，加快散热，使得基板底面的热量尽量都从上表面散走。相比于现有技术，本发明的双面封装方案采用翅片散热结构，在不增加芯片封装面积的情况下有效增加了散热面积，解决了芯片封装的散热问题，有利于实现器件的微型化。本发明能够应用于智能手机、人工智能、自动驾驶、5G网络、物联网、可穿戴电子设备等新兴领域，符合当今电子产品微型化的发展需求，在微电子领域具有广阔的应用市场，提高产品的散热性能，大大提高产品的可靠性，具有更广阔的发展前景。

Description

一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，具体的说，涉及一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，SiP是目前IC封装发展的必然趋势，随着元器件的不断增多，封装形式不断变小、变薄，芯片堆叠厚发热量增加，散热面积却未增加，发热密度大幅度提高，热源相互靠近，热耦合增强，集中在内部的热量如何更有效的散出去成为我们关注的一个重点，百分之五十以上的问题都是由于功耗过大造成的，因此需要更高效率的散热设计。
从散热路径上来看，封装中芯片产生的热主要分成向上和向下两部分，向上部分的热会透过封装上表面传递到环境空间，向下的热则是通过PCB传递到环境空间，对于双面塑封的封装产品而言，热量的累积堆叠更多，发热密度大幅度增加，对于热设计的要求更高，更容易产生散热问题，而引发产品的失效，可靠性等一系列的问题。
目前现有的技术方案包括：
(1) 更换高导热的塑封材料，但会导致成本昂贵，塑封工艺的管控要求也会增加，同时高散热的改善效果一般；
(2) 一般方案是使芯片更多地裸露在外面，或者通过加大载片台尺寸，更多地与外界接触裸露，但这样会导致封装尺寸大幅增加，不利于微型化封装的实现；
(3) 通过外加设备散热，比如液冷、风冷等，增加环境对流，但同样存在成本昂贵，设备庞大的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法。本发明提出了一种新型简单的双面塑封结构，底面常规塑封，而在基板上表面加装金属铜柱，并使芯片裸露，同时在芯片上表面增加翅片散热器结构，加快散热，使得基板底面的热量尽量都从上表面散走。本发明能够应用于智能手机、人工智能、自动驾驶、5G网络、物联网、可穿戴电子设备等新兴领域，符合当今电子产品微型化的发展需求，在微电子领域具有广阔的应用市场，提高产品的散热性能，大大提高产品的可靠性，具有更广阔的发展前景。本发明的技术解决方案具体如下。
本发明提供一种新型双面塑封的散热结构的封装设计的制备方法，具体工艺步骤如下：
（1）先按照常规塑封：在基板底面贴装芯片，然后进行塑封；
（2）在基板的上表面进行倒装芯片FC；
（3）在基板上表面安装预先准备好的金属铜柱；
（4）进行敞模加工open-molding，使得基板上表面的芯片和金属铜柱都有裸露部分；
（5）在基板上表面上的芯片和金属铜柱上贴装一个高导热的热界面材料TIM层；
（6）在热界面材料TIM层上安装翅片散热器。
上述步骤（1）中，不限基板底面芯片的贴装形式，在基板底面按照WB（wirebonding，打线）或者FC（flip chip，倒装芯片）的形式进行贴装芯片；
上述步骤（1）中，不限基板底面芯片的排布形式，可以是平铺或者叠装。
上述步骤（3）中，金属铜柱的高度与待封装的基板上表面的芯片的高度一致。
本发明还提供一种根据上述制备方法制得的双面塑封的散热结构的封装设计。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提出的双面封装方案，其中一面（如底面）为芯片的主要排布面，而另一面（如上表面）则选择为主要散热面，这样整个封装器件的热量能够有效地从上表面导走，在不增加芯片封装面积的情况下有效解决了芯片封装的散热问题，有利于实现器件的微型化；
2、本发明的主要散热结构采用翅片散热器，在不增加芯片封装面积的情况下有效增加了散热面积，有利于器件散热效率的进一步提升；
3、本发明中采用的高导热TIM层材料有助于降低封装热阻及电子器件与外界冷却装置间的热阻，有利于器件散热效率的进一步提升。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基板底面常规平铺塑封的结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的基板上表面倒装芯片的结构示意图。
图3为本发明一实施例提供的基板上表面安装铜柱的结构示意图。
图4为本发明一实施例提供的基板上表面进行open-molding的结构示意图。
图5为本发明一实施例提供的基板上表面open-molding基础上贴装TIM层的结构示意图。
图6为本发明一实施例提供的基板上表面TIM层上安装翅片散热器的结构示意图。
图中标号：1-基板，2-芯片，3-金属铜柱，4-TIM层，5-翅片散热器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
（1）先按照常规塑封，在基板1的底面按照WB或者FC的形式贴装芯片，然后进行平铺塑封，如图1所示；
（2）在基板1的上表面进行倒装芯片2，如图2所示；
（3）在基板1正面安装预先准备好的金属铜柱3，高度与芯片2一致，如图3所示；
（4）进行敞模加工open-molding，使得芯片2和金属铜柱3都上表面裸露，如图4所示；
（5）贴装一个高导热的热界面材料TIM层4，如图5所示；热界面材料TIM可以是导热硅脂或者热垫等；
（6）安装翅片散热器5，如图6所示。
实施例2
（1）先按照常规塑封，在基板1的 底面按照WB或者FC的形式进行贴装芯片，然后进行叠装塑封；
（2）在基板1的上表面进行倒装芯片2；
（3）在基板1正面安装预先准备好的金属铜柱3，高度与芯片2一致；
（4）进行open-molding，使得芯片2和金属铜柱3都裸露；
（5）贴装一个高导热的TIM层4；
（6）安装翅片散热器5。
以上实施例详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种双面塑封的散热结构的封装设计，其特征在于，双面塑封的散热结构的封装设计的制备方法具体步骤如下：
（1）先按照常规塑封：在基板底面进行贴装芯片，然后进行塑封；
（2）在基板的上表面进行倒装芯片FC；
（3）在基板上表面安装预先准备好的金属铜柱；
（4）进行敞模加工open-molding，使得基板上表面上的芯片和金属铜柱都有裸露部分；
（5）在基板上表面上的芯片和金属铜柱上贴装一个高导热的热界面材料TIM层；
（6）在热界面材料TIM层上安装翅片散热器；
步骤（3）中，金属铜柱的高度与待封装的基板上表面的芯片的高度一致。
2.如权利要求1所述的双面塑封的散热结构的封装设计，其特征在于，步骤（1）中，基板底面芯片的贴装形式是打线WB或者倒装芯片FC。
3.如权利要求1所述的双面塑封的散热结构的封装设计，其特征在于，步骤（1）中，基板底面芯片的排布形式是平铺或者叠装。
CN202110793016.2A 2021-07-14 2021-07-14 一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法 Active CN113675093B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110793016.2A CN113675093B (zh) 2021-07-14 2021-07-14 一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110793016.2A CN113675093B (zh) 2021-07-14 2021-07-14 一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113675093A CN113675093A (zh) 2021-11-19
CN113675093B true CN113675093B (zh) 2024-05-24

Family

ID=78539243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110793016.2A Active CN113675093B (zh) 2021-07-14 2021-07-14 一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113675093B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101557697A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 元瑞科技股份有限公司 应用相变化金属热界面箔片的散热模组及散热系统
CN101840896A (zh) * 2010-04-29 2010-09-22 南通富士通微电子股份有限公司 一种倒装焊高散热球型阵列封装结构
CN102683302A (zh) * 2011-03-08 2012-09-19 中国科学院微电子研究所 一种用于单芯片封装和系统级封装的散热结构
CN104681512A (zh) * 2014-12-30 2015-06-03 华天科技（西安）有限公司 一种倒装芯片封装散热结构及其制备方法
CN110571201A (zh) * 2019-09-29 2019-12-13 广东佛智芯微电子技术研究有限公司 一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构及其制备方法
CN209843691U (zh) * 2019-06-04 2019-12-24 星科金朋半导体（江阴）有限公司 一种双面塑封的芯片封装结构
CN110707081A (zh) * 2019-11-12 2020-01-17 中南大学 用于系统级封装的散热结构
CN210607225U (zh) * 2019-11-25 2020-05-22 上海先方半导体有限公司 一种双面贴装的封装结构
CN111554584A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 甬矽电子(宁波)股份有限公司 基板双面封装芯片的方法和基板双面封装芯片的结构
CN112908984A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 上海先方半导体有限公司 一种带有散热片的ssd堆叠封装结构及其制作方法
WO2021114410A1 (zh) * 2019-12-12 2021-06-17 上海先方半导体有限公司 一种用于系统散热的封装结构及其封装工艺

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442695B1 (ko) * 2001-09-10 2004-08-02 삼성전자주식회사 열 방출판이 부착된 플립칩 패키지 제조 방법

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101557697A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 元瑞科技股份有限公司 应用相变化金属热界面箔片的散热模组及散热系统
CN101840896A (zh) * 2010-04-29 2010-09-22 南通富士通微电子股份有限公司 一种倒装焊高散热球型阵列封装结构
CN102683302A (zh) * 2011-03-08 2012-09-19 中国科学院微电子研究所 一种用于单芯片封装和系统级封装的散热结构
CN104681512A (zh) * 2014-12-30 2015-06-03 华天科技（西安）有限公司 一种倒装芯片封装散热结构及其制备方法
CN209843691U (zh) * 2019-06-04 2019-12-24 星科金朋半导体（江阴）有限公司 一种双面塑封的芯片封装结构
CN110571201A (zh) * 2019-09-29 2019-12-13 广东佛智芯微电子技术研究有限公司 一种高散热扇出型三维异构双面塑封结构及其制备方法
CN110707081A (zh) * 2019-11-12 2020-01-17 中南大学 用于系统级封装的散热结构
CN210607225U (zh) * 2019-11-25 2020-05-22 上海先方半导体有限公司 一种双面贴装的封装结构
WO2021114410A1 (zh) * 2019-12-12 2021-06-17 上海先方半导体有限公司 一种用于系统散热的封装结构及其封装工艺
CN111554584A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 甬矽电子(宁波)股份有限公司 基板双面封装芯片的方法和基板双面封装芯片的结构
CN112908984A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 上海先方半导体有限公司 一种带有散热片的ssd堆叠封装结构及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113675093A (zh) 2021-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9892998B2 (en) Package module of power conversion circuit and manufacturing method thereof
CN108447857B (zh) 三维空间封装结构及其制造方法
CN108292637B (zh) 多基准集成式散热器（ihs）解决方案
US7928590B2 (en) Integrated circuit package with a heat dissipation device
TWI657547B (zh) 功率模組及其製造方法
US20080278917A1 (en) Heat dissipation module and method for fabricating the same
US11387159B2 (en) Chip package
CN107305875B (zh) 双向半导体封装件
US20080093733A1 (en) Chip package and manufacturing method thereof
CN104882422A (zh) 堆叠封装结构
CN102683302A (zh) 一种用于单芯片封装和系统级封装的散热结构
TW201415587A (zh) 半導體裝置的熱能管理結構及其製造方法
WO2017107548A1 (zh) 一种散热的多芯片框架封装结构及其制备方法
CN103871982A (zh) 芯片散热系统
US20150171063A1 (en) Thermally Enhanced Wafer Level Fan-Out POP Package
TW201320263A (zh) 加強散熱的封裝結構
CN111261598A (zh) 封装结构及其适用的电源模块
CN109786345B (zh) 石墨烯基ipm模块的先进封装结构及加工工艺
US8288863B2 (en) Semiconductor package device with a heat dissipation structure and the packaging method thereof
CN113675093B (zh) 一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法
TWI660471B (zh) 晶片封裝
CN115312406A (zh) 芯片封装结构及制备方法
TWI647802B (zh) 散熱型封裝結構
CN210443552U (zh) 用于系统级封装的散热结构
WO2022088179A1 (en) High power density 3d semiconductor module packaging

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant