CN115662964A - 一种改善散热效果的bga封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善散热效果的BGA封装结构及封装方法，其封装结构包括PCB板、封装芯片、设置于所述封装芯片上表面的塑封料、设置于所述封装芯片下表面的基板，还包括接地Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；所述PCB中若干第一接地信号引脚与所述基板下表面之间通过所述接地Pad区连接，所述第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚；所述PCB中相若干第二接地信号引脚与所述基板下表面之间通过焊球连接，所述第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在所述接地信号引脚。本发明可以改善芯片结构中散热路径，提高BGA封装结构的散热效果。

Description

一种改善散热效果的BGA封装结构及封装方法

技术领域

本发明涉及球栅阵列技术领域，特别涉及一种改善散热效果的BGA封装结构及封装方法。

背景技术

BGA(Ball GridArray，球栅阵列)封装因其封装效率高、I/O数量多、电性能优越、引脚共面性好、可靠性高等优势而被广泛使用，但随着集成电路技术的进步和芯片市场的需求发展，芯片制程与其内部晶体管数目日益增多从而引起的芯片功耗增加、发热量巨大等，散热问题越来越成为BGA封装需要重点考虑的因素。

传统BGA封装的散热路径是由包裹芯片上方的塑封料与芯片下方的封装基板组成，由于树脂材料一般热阻较大，因此其散热效果并不理想。

因此目前需要一种改善散热效果的BGA封装结构，改善芯片结构中散热路径，提高BGA封装结构的散热效果。

发明内容

为解决BGA封装结构中散热效果差的技术问题，本发明提供一种改善散热效果的BGA封装结构及封装方法，具体的技术方案如下：

本发明提供一种改善散热效果的BGA封装结构，包括PCB板、封装芯片、设置于所述封装芯片上表面的塑封料、设置于所述封装芯片下表面的基板，还包括：

接地Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一接地信号引脚与所述基板下表面之间通过所述接地Pad区连接，所述第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚；

所述PCB中相若干第二接地信号引脚与所述基板下表面之间通过焊球连接，所述第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在所述接地信号引脚。

本发明提供的改善散热效果的BGA封装结构通过设置接地Pad区，在存在相邻的接地信号引脚的区域中应用接地Pad区取代焊球与若干相邻的接地信号引脚连接，在满足BGA封装要求的情况下设置接地Pad区增大散热面积，提高BGA封装结构的散热效果。

在一些实施方式中，所述PCB中若干第一接地信号引脚与所述基板下表面之间设置多块所述接地Pad区；

各块所述接地Pad区中均包括大于预设引脚数量的所述第一接地信号引脚。

在一些实施方式中，各块所述接地Pad区面积均大于预设区域面积。

本发明提供的改善散热效果的BGA封装结构在存在相邻的接地信号引脚的区域面积大于预设区域时才设置接地Pad区，设置过多接地pad区造成BGA封装流程过于繁琐，平衡封装效率和封装结构的散热效果。

在一些实施方式中，各块所述接地Pad区中相邻所述第一接地信号引脚不大于第一预设距离，所述第一预设距离为横向相邻或纵向相邻的两个所述第一接地信号引脚之间距离。

在一些实施方式中，各块所述接地Pad区中相邻所述第一接地信号引脚不大于第二预设距离，所述第二预设距离为对角相邻的两个所述第一接地信号引脚之间距离。

在一些实施方式中，所述接地Pad区的材料热阻小于所述塑封料的材料热阻。

本发明提供的改善散热效果的BGA封装结构通过将接地Pad区设置为热阻比塑封料热阻小的材料，减小接地Pad区的热阻，改变BGA封装结构中的散热路径，提高BGA封装结构的散热效果。

在一些实施方式中，本发明提供的一种改善散热效果的BGA封装结构，还包括：

若干功能Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一功能信号引脚与所述基板下表面之间通过所述功能Pad区连接，所述第一功能信号引脚为相邻且信号相同的功能信号引脚；

所述PCB中相若干第二功能信号引脚与所述基板下表面之间通过所述焊球连接，所述第二功能信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的所述功能信号引脚。

在一些实施方式中，本发明提供的一种改善散热效果的BGA封装结构，还包括：

若干电源Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一电源信号引脚与所述基板下表面之间通过所述电源Pad区连接，所述第一电源信号引脚为相邻且信号相同的电源信号引脚；

所述PCB中相若干第二电源信号引脚与所述基板下表面之间通过所述焊球连接，所述第二电源信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的所述电源信号引脚。

在一些实施方式中，本发明提供的一种改善散热效果的BGA封装结构，还包括：

若干无信号Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一无信号引脚与所述基板下表面之间通过所述无信号Pad区连接，所述第一无信号引脚为相邻且信号相同的无信号引脚；

所述PCB中相若干第二无信号引脚与所述基板下表面之间通过所述焊球连接，所述第二无信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的所述无信号引脚。

在一些实施方式中，根据本发明的另一方面，本发明还提供一种改善散热效果的BGA封装方法，包括步骤：

在基板下表面中所述PCB板的第一区域对应的区域蚀刻出接地Pad区，所述第一区域内包括若干第一接地信号引脚，所述第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚；

在所述基板下表面中所述PCB板的若干第二区域对应的区域蚀刻出若干焊球Pad区，所述第二区域内包括若干第二接地信号引脚，所述第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在所述接地信号引脚；

在所述接地Pad区和若干所述焊球Pad区表面涂覆保护层；

通过焊球连接所述PCB板和若干所述焊球Pad区，通过所述接地Pad区连接所述PCB板和基板下表面，并完成封装芯片的封装过程。

本发明提供一种改善散热效果的BGA封装结构，至少包括以下一项技术效果：

(1)通过设置接地Pad区，在存在相邻的接地信号引脚的区域中应用接地Pad区取代焊球与若干相邻的接地信号引脚连接，在满足BGA封装要求的情况下设置接地Pad区增大散热面积，提高BGA封装结构的散热效果；

(2)通过将接地Pad区设置为热阻比塑封料热阻小的材料，减小接地Pad区的热阻，改变BGA封装结构中的散热路径，提高BGA封装结构的散热效果；

(3)在存在相邻的接地信号引脚的区域面积大于预设区域时才设置接地Pad区，设置过多接地pad区造成BGA封装流程过于繁琐，平衡封装效率和封装结构的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种改善散热效果的BGA封装结构中常规BGA封装结构的引脚示例图；

图2为本发明一种改善散热效果的BGA封装结构中设置接地Pad后BGA封装结构的引脚示例图；

图3为本发明一种改善散热效果的BGA封装结构中常规BGA封装结构的示例图；

图4为本发明一种改善散热效果的BGA封装结构中设置接地Pad后BGA封装结构的示例图；

图5为本发明一种改善散热效果的BGA封装方法的流程图。

图中标号：封装芯片-100、塑封料-200、基板-300和接地Pad区-400。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

本发明的一个实施例，如图1～图4中所示，本发明提供一种改善散热效果的BGA封装结构，包括PCB板、封装芯片100、设置于封装芯片上表面的塑封料200、设置于封装芯片下表面的基板300，还包括接地Pad区400。

其中，接地Pad区400设置于基板300与PCB板之间的基板300下表面，PCB100中若干第一接地信号引脚与基板300下表面之间通过接地Pad区400连接，第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚，PCB100中相若干第二接地信号引脚与基板300下表面之间通过焊球连接，第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在接地信号引脚。

图1为常规BGA封装结构的引脚示例图，图2为本申请中设置接地Pad后BGA封装结构的引脚示例图，图2中接地Pad设置为长宽均为a的正方形仅作为示例，接地Pad的形状可以根据第一接地信号引脚的布局而改变，图3为常规BGA封装结构的示例图，图4为本申请中设置接地Pad后BGA封装结构的示例图，图4中在还设置封装芯片100与接地Pad区400之间还设置有导孔和导线，导孔和导线镀金属材料，进行信号传递的同时通过导孔和导线向接地Pad区400导热。

本实施例提供的改善散热效果的BGA封装结构通过设置接地Pad区，在存在相邻的接地信号引脚的区域中应用接地Pad区取代焊球与若干相邻的接地信号引脚连接，在满足BGA封装要求的情况下设置接地Pad区增大散热面积，提高BGA封装结构的散热效果。

图2中接地Pad区外锡球的脚位电气属性(包括“G”、“S”、“V”或“N”)仅起到说明作用，本申请不对接地Pad区外锡球的脚位电气属性进行限定。

在一个实施例中，PCB100中若干第一接地信号引脚与基板300下表面之间设置多块接地Pad区400，各块接地Pad区400中均包括大于预设引脚数量的第一接地信号引脚。

在一个实施例中，接地Pad区400面积大于预设面积。

具体地，在进行BGA封装结构封装过程中，进行接地Pad区刻蚀过程中，预先根据存在相邻的接地信号引脚的区域面积进行接地Pad区规划，根据规划方案在相应区域进行光刻和镀层作业，在接地Pad区规划过程中，当相邻的接地信号引脚过少时，则不将该相邻的接地信号引脚的区域规划为接地Pad区，只有在某一区域中相邻的接地信号引脚数量满足要求时，才会进行接地Pad区的光刻和镀层。

本实施例提供的改善散热效果的BGA封装结构在存在相邻的接地信号引脚的区域面积大于预设区域时才设置接地Pad区，设置过多接地pad区造成BGA封装流程过于繁琐，平衡封装效率和封装结构的散热效果。

在一个实施例中，各块接地Pad区400中相邻第一接地信号引脚不大于第一预设距离。

具体地，第一预设距离为横向相邻或纵向相邻的两个第一接地信号引脚之间距离，在基板包括若干网格状排布的元胞区，每个元胞区中均包括一个信号引脚，当横向相邻或纵向相邻的两个信号引脚均为接地信号引脚时，判断此时横向相邻或纵向相邻的两个信号引脚为第一接地信号引脚。

在一个实施例中，各块接地Pad区400中相邻第一接地信号引脚不大于第二预设距离。

具体地，第二预设距离为对角相邻的两个第一接地信号引脚之间距离，当对角相邻的两个信号引脚均为接地信号引脚时，判断此时横向相邻或纵向相邻的两个信号引脚为第一接地信号引脚，在这种情况下由于每个元胞区均为正方形结构，此时第二预设距离为第一预设距离的√2倍。

在一个实施例中，接地Pad区400的材料热阻小于塑封料200的材料热阻。

示例性地，接地Pad区400的材料设置为金属材料，比如设置为铜。

在一个实施例中，根据本发明的另一方面，本发明提供的一种改善散热效果的BGA封装结构，还包括若干功能Pad区。

其中，若干功能Pad区设置于基板300与PCB板100之间的基板300下表面，PCB100中若干第一功能信号引脚与基板300下表面之间通过功能Pad区连接，第一功能信号引脚为相邻且信号相同的功能信号引脚，PCB100中相若干第二功能信号引脚与基板300下表面之间通过焊球连接，第二功能信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的功能信号引脚。

在一个实施例中，根据本发明的另一方面，本发明提供的一种改善散热效果的BGA封装结构，还包括若干电源Pad区。

其中若干电源Pad区设置于基板300与PCB板100之间的基板300下表面，PCB100中若干第一电源信号引脚与基板300下表面之间通过电源Pad区连接，第一电源信号引脚为相邻且信号相同的电源信号引脚，PCB100中相若干第二电源信号引脚与基板300下表面之间通过焊球连接，第二电源信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的电源信号引脚。

在一个实施例中，根据本发明的另一方面，本发明提供的一种改善散热效果的BGA封装结构，还包括若干无信号Pad区。

若干无信号Pad区设置于基板300与PCB板100之间的基板300下表面，PCB100中若干第一无信号引脚与基板300下表面之间通过无信号Pad区连接，第一无信号引脚为相邻且信号相同的无信号引脚，PCB100中相若干第二无信号引脚与基板100下表面之间通过焊球连接，第二无信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的无信号引脚。

在一个实施例中，接地Pad区400、功能Pad区、电源Pad区和无信号Pad区的厚度相同，便于在封装过程中基板300和PCB板100可以直接通过接地Pad区400、功能Pad区、电源Pad区和无信号Pad区连接。

在一个实施例中，根据本发明的另一方面，如图5所示，本发明还提供一种改善散热效果的BGA封装方法，包括步骤：

S100在基板下表面中PCB板第一区域对应的区域内光刻出接地Pad区。

具体地，第一区域内包括若干第一接地信号引脚，第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚。

S200在基板下表面中PCB板若干第二区域对应的区域光刻出若干焊球Pad区。

具体地，第二区域内包括若干第二接地信号引脚，第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在接地信号引脚，其中步骤S100和S200没有步骤先后的顺序限制，在实际光刻过程中是在同一步中。

S300在接地Pad区和若干焊球Pad区表面涂覆保护层。

S400通过焊球连接PCB板和若干焊球Pad区，通过接地Pad区连接PCB板和基板下表面，并完成封装芯片的封装过程。

本实施例提供的改善散热效果的BGA封装方法通过设置接地Pad区，在存在相邻的接地信号引脚的区域中应用接地Pad区取代焊球与若干相邻的接地信号引脚连接，在满足BGA封装要求的情况下设置接地Pad区增大散热面积，提高BGA封装结构的散热效果。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的一种改善散热效果的BGA封装结构，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的一种改善散热效果的BGA封装结构实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的通讯连接或集成电路，可以是电性、机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

应当说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改善散热效果的BGA封装结构，包括PCB板、封装芯片、设置于所述封装芯片上表面的塑封料、设置于所述封装芯片下表面的基板，其特征在于，还包括：

接地Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一接地信号引脚与所述基板下表面之间通过所述接地Pad区连接，所述第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚；

所述PCB中相若干第二接地信号引脚与所述基板下表面之间通过焊球连接，所述第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在所述接地信号引脚。

2.根据权利要求1所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，

所述PCB中若干第一接地信号引脚与所述基板下表面之间设置多块所述接地Pad区；

各块所述接地Pad区中均包括大于预设引脚数量的所述第一接地信号引脚。

3.根据权利要求2所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，

各块所述接地Pad区面积均大于预设区域面积。

4.根据权利要求1所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，

各块所述接地Pad区中相邻所述第一接地信号引脚不大于第一预设距离，所述第一预设距离为横向相邻或纵向相邻的两个所述第一接地信号引脚之间距离。

5.根据权利要求1所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，

各块所述接地Pad区中相邻所述第一接地信号引脚不大于第二预设距离，所述第二预设距离为对角相邻的两个所述第一接地信号引脚之间距离。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，

所述接地Pad区的材料热阻小于所述塑封料的材料热阻。

7.根据权利要求1所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，还包括：

若干功能Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一功能信号引脚与所述基板下表面之间通过所述功能Pad区连接，所述第一功能信号引脚为相邻且信号相同的功能信号引脚；

所述PCB中相若干第二功能信号引脚与所述基板下表面之间通过所述焊球连接，所述第二功能信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的所述功能信号引脚。

8.根据权利要求1所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，还包括：

若干电源Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一电源信号引脚与所述基板下表面之间通过所述电源Pad区连接，所述第一电源信号引脚为相邻且信号相同的电源信号引脚；

所述PCB中相若干第二电源信号引脚与所述基板下表面之间通过所述焊球连接，所述第二电源信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的所述电源信号引脚。

9.根据权利要求1所述的一种改善散热效果的BGA封装结构，其特征在于，还包括：

若干无信号Pad区，设置于所述基板与所述PCB板之间的所述基板下表面；

所述PCB中若干第一无信号引脚与所述基板下表面之间通过所述无信号Pad区连接，所述第一无信号引脚为相邻且信号相同的无信号引脚；

所述PCB中相若干第二无信号引脚与所述基板下表面之间通过所述焊球连接，所述第二无信号引脚的相邻引脚中不存在相邻且信号相同的所述无信号引脚。

10.一种改善散热效果的BGA封装方法，其特征在于，包括步骤：

在基板下表面中PCB板第一区域对应的区域内蚀刻出接地Pad区，所述第一区域内包括若干第一接地信号引脚，所述第一接地信号引脚的相邻引脚中存在接地信号引脚；

在所述基板下表面所述PCB板的若干第二区域对应的区域内蚀刻出若干焊球Pad区，所述第二区域内包括若干第二接地信号引脚，所述第二接地信号引脚的相邻引脚中不存在所述接地信号引脚；

在所述接地Pad区和若干所述焊球Pad区表面涂覆保护层；

通过焊球连接所述PCB板和若干所述焊球Pad区，通过所述接地Pad区连接所述PCB板和基板下表面，并完成封装芯片的封装过程。

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