CN116230667B - 一种半导体封装结构及制备方法 - Google Patents
一种半导体封装结构及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116230667B CN116230667B CN202211695515.9A CN202211695515A CN116230667B CN 116230667 B CN116230667 B CN 116230667B CN 202211695515 A CN202211695515 A CN 202211695515A CN 116230667 B CN116230667 B CN 116230667B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chip
- cooling
- cooling cover
- liquid outlet
- cover
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 145
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 110
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 64
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 21
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- JYEUMXHLPRZUAT-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-triazine Chemical compound C1=CN=NN=C1 JYEUMXHLPRZUAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ICXAPFWGVRTEKV-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(1,3-benzoxazol-2-yl)phenyl]-1,3-benzoxazole Chemical compound C1=CC=C2OC(C3=CC=C(C=C3)C=3OC4=CC=CC=C4N=3)=NC2=C1 ICXAPFWGVRTEKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229920000927 poly(p-phenylene benzobisoxazole) Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
-
- 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
- H01L21/50—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
- H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
-
- 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
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种半导体封装结构及其制备方法,半导体封装结构包括:重布线结构;位于重布线结构一侧的第一芯片和冷却罩,第一芯片的正面朝向重布线结构设置且与重布线结构电连接,冷却罩包围第一芯片的侧壁和第一芯片的背面;冷却罩和第一芯片的侧壁密封连接,冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;进液口和出液口,进液口和出液口均贯穿第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的罩壁且与冷却通道连通。上述封装结构,提升了芯片的散热能力,避免芯片受到热应力的冲击,从而保证了半导体封装结构内芯片的性能的稳定性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域,尤其涉及一种半导体封装结构及制备方法。
背景技术
随着半导体技术的发展,半导体芯片的性能在不断提升,施加在芯片上的功率也在不断增加,因此带来了芯片热功耗增加的问题,芯片产热如果不能及时散失带走,会导致芯片温度急剧升高,严重影响芯片的性能以及寿命等参数。同时,芯片的产热往往是不均匀的,这会导致芯片上的温度分布不均匀,会使得芯片内存在较大的温度梯度,一方面会产生局部高温热点,影响芯片的性能的稳定性,另一方面温度梯度产生的热应力会降低芯片的可靠性。
目前传统的半导体封装结构最后形成的封装体背面是环氧树脂材料,因为环氧树脂热阻相对较大,这便给芯片的散热带来了很大不利影响,导致半导体封装结构内芯片的性能的稳定性和寿命下降。
发明内容
本发明解决的技术问题是在多芯片合封的系统级封装的半导体封装结构中,由于个别高功率芯片散热差,导致半导体封装结构内所有芯片的性能的稳定性和寿命下降的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种半导体封装结构,包括:重布线结构;位于所述重布线结构一侧的第一芯片和冷却罩,所述第一芯片的正面朝向所述重布线结构设置且与重布线结构电连接,所述冷却罩包围所述第一芯片的侧壁和第一芯片的背面;所述冷却罩和所述第一芯片的侧壁密封连接,所述冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;进液口和出液口,所述进液口和所述出液口均贯穿第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的罩壁且与冷却通道连通。
可选的,半导体封装结构还包括:散热组件,所述散热组件包括导热层,所述导热层与第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的外表面贴合;所述进液口还贯穿导热层,所述出液口还贯穿导热层。
可选的,所述导热层的厚度为100μm-200μm。
可选的,所述散热组件还包括:若干间隔设置在导热层背离所述第一芯片一侧表面的散热块,所述散热块与所述进液口和出液口均错位设置。
可选的,所述冷却通道的宽度为100μm-1000μm。
可选的,半导体封装结构还包括:绝缘层,覆盖冷却罩的外侧壁表面,所述绝缘层背离重布线结构一侧的表面具有沉槽,所述沉槽位于冷却罩背离重布线结构的一侧且与进液口和出液口相对设置;所述散热组件位于所述沉槽中。
可选的,半导体封装结构还包括:第二芯片,第二芯片和第一芯片位于所述重布线结构的同一侧,第二芯片位于第一芯片的侧部且与第一芯片间隔;所述绝缘层还位于所述第二芯片背离重布线结构的一侧、第二芯片的侧壁、以及冷却罩和第二芯片之间;所述第一芯片的工作功率大于所述第二芯片的工作功率。
可选的,所述沉槽还延伸至第二芯片背离所述重布线结构一侧的绝缘层中。
可选的,所述导热层还延伸至与至少部分第二芯片相对设置。
本发明还提供一种半导体封装结构的制备方法,包括如下步骤:提供第一芯片和冷却罩;将所述冷却罩包围所述第一芯片的侧壁和第一芯片的背面,所述冷却罩和所述第一芯片的侧壁密封连接,所述冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;形成进液口和出液口,所述进液口和所述出液口均贯穿第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的罩壁且与冷却通道连通;在第一芯片的一侧形成重布线结构,所述第一芯片的正面朝向所述重布线结构设置且与重布线结构电连接。
可选的,半导体封装结构的制备方法还包括:提供临时载板;将包围有冷却罩的第一芯片设置在临时载板的一侧,所述第一芯片的正面朝向临时载板;在形成进液口和出液口之前,形成绝缘层,绝缘层覆盖冷却罩背离临时载板的一侧表面、以及冷却罩的外侧壁;在冷却罩背离临时载板一侧的绝缘层中形成沉槽,沉槽暴露出与第一芯片相对设置的冷却罩的罩壁;形成进液口和出液口的步骤包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口;所述半导体封装结构的制备方法还包括:形成进液口和出液口之后,且在形成重布线结构之前,去除临时载板。
可选的,半导体封装结构的制备方法还包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口之前,在沉槽暴露出的罩壁表面设置散热组件,设置散热组件的步骤包括:在第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的外表面形成导热层;形成进液口和出液口的步骤还包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口之前,在导热层中形成第二进液口和第二出液口;形成第一进液口和第一出液口之后,第二进液口与第一进液口贯通,第二出液口与第一出液口贯通。
可选的,设置散热组件的步骤还包括:在导热层背离第一芯片一侧的表面设置若干间隔的散热块,所述散热块与所述进液口和出液口均错位设置。
可选的,半导体封装结构的制备方法还包括:在形成绝缘层之前,在所述临时载板的一侧设置第二芯片,第二芯片和第一芯片位于所述临时载板的同一侧,第二芯片位于第一芯片的侧部且与第一芯片间隔;形成所述绝缘层之后,且在形成所述沉槽之前,所述绝缘层还覆盖第二芯片背离重布线结构的一侧、第二芯片的侧壁、以及冷却罩和第二芯片之间;所述第一芯片的工作功率大于所述第二芯片的工作功率。
可选的,所述沉槽还延伸至第二芯片背离所述重布线结构一侧的绝缘层中;导热层还延伸至与至少部分第二芯片相对设置。
本发明的有益效果在于:
本发明提出的半导体封装结构,所述冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;冷却液或相变流体从进液口流入,流经冷却通道,与第一芯片的侧壁和背面接触换热,从出液口流出,将第一芯片产生的热量带出半导体封装结构之外;由于冷却罩内的冷却液或相变流体是流动的,加快了第一芯片和冷却液或相变流体之间的热交换,提高了冷却罩的换热效率,提升了第一芯片的散热能力;同时,冷却液或相变流体流经第一芯片的背面和侧面,增加了第一芯片与冷却液之间的有效换热面积,进一步提升了第一芯片的散热能力。因此,半导体封装结构中的第一芯片散热能力强,避免第一芯片受到热应力的冲击,从而保证了半导体封装结构内第一芯片的性能的稳定性和使用寿命。
进一步,由于冷却罩是完全包围第一芯片的侧面,在多芯片合封的系统级封装中,包围式的冷却罩可以很好的隔绝第一芯片的高温传递至半导体封装结构内其他的热敏感芯片处,避免其他芯片因为第一芯片的高温无法正常工作,从而保证了半导体封装结构内所有芯片的性能的稳定性和使用寿命。
进一步,半导体封装结构还包括散热组件,所述散热组件包括导热层,所述导热层与第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的外表面贴合,通过导热层与冷却罩的热传导将冷却罩的温度降低,加快了冷却罩的冷却速度,提高了冷却罩的换热效率,进而提升了第一芯片的散热能力。
附图说明
图1本申请实施例半导体封装结构的示意图;
图2-图9为本申请另一实施例半导体封装结构制备过程中的结构示意图;
附图标记:
1、第一芯片;2、第二芯片;3、重布线结构;4、冷却罩;41、进液口;42、出液口;5、绝缘层;6、导热层;7、散热块;8、焊球;10、临时载板;20、键合胶膜。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种半导体封装结构,参考图1,包括:重布线结构3;位于所述重布线结构3一侧的第一芯片1和冷却罩4,所述第一芯片1的正面朝向所述重布线结构3设置且与重布线结构3电连接,所述冷却罩4包围所述第一芯片1的侧壁和第一芯片1的背面;所述冷却罩4和所述第一芯片1的侧壁密封连接,所述冷却罩4和第一芯片1的侧壁之间、以及冷却罩4和第一芯片1的背面之间形成冷却通道;进液口41和出液口42,所述进液口41和所述出液口42均贯穿第一芯片1背离重布线结构3一侧的冷却罩4的罩壁且与冷却通道连通。
本实施例中,所述冷却罩4和第一芯片1的侧壁之间、以及冷却罩4和第一芯片1的背面之间形成冷却通道;冷却液或相变流体从进液口41流入,流经冷却通道,与第一芯片1的侧壁和背面接触换热,从出液口流出,将第一芯片1产生的热量带出半导体封装结构之外;由于冷却罩4内的冷却液或相变流体是流动的,加快了第一芯片1和冷却液或相变流体之间的热交换,提高了冷却罩4的换热效率,提升了第一芯片1的散热能力同时,冷却液或相变流体流经第一芯片1的背面和侧面,增加了第一芯片1与冷却液或相变流体之间的有效换热面积,进一步提升了第一芯片1的散热能力。因此,半导体封装结构中的第一芯片1散热能力强,避免第一芯片1受到热应力的冲击,从而保证了半导体封装结构内第一芯片1的性能的稳定性和使用寿命;进一步,由于冷却罩是完全包围第一芯片的侧面,在多芯片合封的系统级封装中,包围式的冷却罩可以很好的隔绝第一芯片的高温传递至半导体封装结构内其他的热敏感芯片处,避免其他芯片因为第一芯片的高温无法正常工作,从而保证了半导体封装结构内所有芯片的性能的稳定性和使用寿命。
在一实施例中,半导体封装结构还包括:散热组件,所述散热组件包括导热层6,所述导热层6与第一芯片1背离重布线结构3一侧的冷却罩4的外表面贴合;所述进液口41还贯穿导热层6,所述出液口42还贯穿导热层6。通过导热层6与冷却罩4的热传导将冷却罩4的温度降低,加快了冷却罩4的冷却速度,提高了冷却罩4的换热效率,进而提升了第一芯片1的散热能力。
在一实施例中,所述导热层6包括铝、铜、金、锡、合金或掺杂金属。本实施例对导热层6的材料不做具体限定,可以是铝、铜、金、锡、合金或掺杂金属,只要是可塑性强、可加工性好、具有良好的热传导性能即可。
在一个实施例中,所述导热层6的厚度为100μm-200μm,例如:100μm、120μm、140μm、160μm、180μm或200μm。若导热层6的厚度小于100μm,则导热层6本身的结构强度下降,易于变形,对于后续在导热层6上设置散热块增加工艺难度;若导热层6的厚度大于200μm,则导热层6传热的路径增加,减弱了导热层6的传热效率。
在一实施例中,所述散热组件还包括:若干间隔设置在导热层6背离所述第一芯片一侧表面的散热块7,所述散热块7与所述进液口41和出液口42均错位设置。散热块7具有良好的导热性,可以增加导热层6与外界的有效换热面积,进而增加导热层6的换热效率,加快了冷却罩4的冷却速度。本实施例对散热块7的形状及尺寸均不作具体限定,可以根据实际应用需求来确定。
在一个实施例中,相邻散热块7之间的间隙为1μm~10μm。相邻散热块7之间的间隙若小于1μm,则相邻散热块7之间的距离太近,不利于相邻散热块7相对的侧壁之间的散热,减弱散热块7的散热效果;若相邻散热块7之间的间隙若大于10μm,则相应减少了散热块7增加的有效散热面积,减弱散热块的散热效果。
在一个实施例中,散热块7的宽度为5μm~10μm,例如为10μm。散热块的宽度越小,在相邻的散热块之间的间隙固定的情况下,导热层上可设置的散热块越多,相应的可以增加导热层6与外界的有效换热面积;若散热块的宽度太小,散热块的结构刚性下降,易发生变形;本领域技术人员可以根据实际应用需求来确定散热块的宽度。
所述散热块7的宽度指的是图1所示的散热块7的横向尺寸。
散热块7均匀设置,散热块7对导热层6的降温效果均匀,避免导热层6因降温不均匀而承受热应力导致变形,进而破坏半导体封装结构的完整性。
在一个实施例中,所述散热块6的材料为铝、铜、金、锡、合金或掺杂金属中任一种。
在一实施例中,所述冷却罩4包括铝、铜、金、锡、合金或掺杂金属。本实施例对冷却罩4的材料不做具体限定,可以是铝、铜、金、锡、合金或掺杂金属中的任一种,只要是可加工性好、具有刚性和良好的热传导性能即可。
在一实施例中,所述冷却通道的宽度为100μm-1000μm,例如:100μm、200μm、400μm、600μm、800μm或1000μm。若冷却通道的宽度小于100μm,则为了将第一芯片1产生的热量快速带出,需要加大冷却液或相变流体的流速,增加冷却液或相变流体流动的难度;若冷却通道的宽度大于1000μm,则冷却罩在半导体封装结构的占用的面积加大,会导致半导体封装结构的整体尺寸增加,影响半导体封装结构的应用范围。
本实施例,半导体封装结构还包括:绝缘层5,覆盖冷却罩4的外侧壁表面,所述绝缘层5背离重布线结构3一侧的表面具有沉槽,所述沉槽位于冷却罩4背离重布线结构3的一侧且与进液口41和出液口42相对设置;所述散热组件位于所述沉槽中。绝缘层5覆盖冷却罩4的侧壁表面,加固冷却罩4和第一芯片1的位置,保证在所述冷却罩4和第一芯片1的侧壁之间、以及冷却罩4和第一芯片1的背面之间冷却通道畅通;散热组件位于沉槽中,便于和冷却罩贴合传热,沉槽周围的绝缘层5保护散热组件不和外界磕碰,同时不会增加半导体封装结构的整体厚度。
在一个实施例中,所述绝缘层5的材料包括环氧树脂、聚酰亚胺、聚对苯撑苯并二噁唑或苯并环丁烯。环氧树脂、聚酰亚胺、聚对苯撑苯并二噁唑或苯并环丁烯均是优良的绝缘材料,附着力强,工艺性好,可加工性强;作为绝缘层5的材料可靠性高。
在另一个实施例中,绝缘层5的材料也可以是无机材料,例如:氧化硅或氮化硅;相对于无机材料,绝缘层5采用有机材料,形成绝缘层的工艺简便,成本较低。
在一个实施例中,所述沉槽的深度为20μm-50μm,例如50μm。沉槽的深度越小,相应的绝缘层5的厚度越小,半导体封装结构的整体厚度越小,半导体封装结构的可应用场景越广,通常,沉槽周围的绝缘层保护散热组件不和外界磕碰即可。
本实施例,半导体封装结构还包括:第二芯片2,第二芯片2和第一芯片1位于所述重布线结构3的同一侧,第二芯片2位于第一芯片1的侧部且与第一芯片1间隔;所述绝缘层5还位于所述第二芯片2背离重布线结构3的一侧、第二芯片2的侧壁、以及冷却罩4和第二芯片2之间;所述第一芯片1的工作功率大于所述第二芯片2的工作功率。第二芯片2和第一芯片1位于所述重布线结构3的同一侧,通过重布线结构3实现电连接,相比第一芯片1和第二芯片2层叠设置的半导体封装结构的厚度更薄,相比第一芯片1和第二芯片2通过引线键合实现电连接的半导体封装结构更可靠,相应的提高了半导体封装结构的应用范围和可靠性;由于第一芯片1的工作功率大于第二芯片2的工作功率,第一芯片1产生的热量大于第二芯片2的产生的热量,通过冷却罩4中冷却液或相变流体与第一芯片1快速换热,加快第一芯片1的散热速度,均衡第一芯片1与第二芯片2的温度,使得半导体封装结构内的温度分布更加均匀,避免半导体封装结构内出现局部热点,提高了半导体封装结构的可靠性。
本实施例中,第一芯片1包括逻辑芯片,第二芯片2包括存储芯片。第一芯片1和第二芯片2的材质包括硅、氮化镓、碳化硅或砷化镓。
在一个实施例中,所述沉槽还延伸至第二芯片2背离所述重布线结构3一侧的绝缘层5中;导热层6还延伸至与至少部分第二芯片2相对设置。沉槽的设置减小了第二芯片2通过绝缘层5散热的传热路径,提高了第二芯片的散热能力;导热层6延伸至与至少部分第二芯片2相对位置对第二芯片的散热有帮助。
实施例2
本实施例提供一种半导体封装结构的制备方法,包括如下步骤:提供第一芯片和冷却罩;将所述冷却罩包围所述第一芯片的侧壁和第一芯片的背面,所述冷却罩和所述第一芯片的侧壁密封连接,所述冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;形成进液口和出液口,所述进液口和所述出液口均贯穿第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的罩壁且与冷却通道连通;在第一芯片的一侧形成重布线结构,所述第一芯片的正面朝向所述重布线结构设置且与重布线结构电连接。
本实施例中,所述冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;冷却液或相变流体从进液口流入,流经冷却通道,与第一芯片的侧壁和背面接触换热,从出液口流出,将第一芯片产生的热量带出半导体封装结构之外;由于冷却罩内的冷却液或相变流体是流动的,加快了第一芯片和冷却液或相变流体之间的热交换,提高了冷却罩的换热效率,提升了第一芯片的散热能力,避免第一芯片受到热应力的冲击,从而保证了半导体封装结构内第一芯片的性能的稳定性和使用寿命;同时,冷却液或相变流体流经第一芯片的背面和侧面,增加了第一芯片与冷却液或相变流体之间的有效换热面积,进一步提升了第一芯片的散热能力;进一步,由于冷却罩是完全包围第一芯片的侧面,在多芯片合封的系统级封装中,包围式的冷却罩可以很好的隔绝第一芯片的高温传递至半导体封装结构内其他的热敏感芯片处,避免其他芯片因为第一芯片的高温无法正常工作,从而保证了半导体封装结构内所有芯片的性能的稳定性和使用寿命。
下面结合图2-图9详细介绍半导体封装结构制备过程。
参考图2,提供第一芯片1和冷却罩4,将所述冷却罩4包围所述第一芯片1的侧壁和第一芯片1的背面,所述冷却罩4和所述第一芯片1的侧壁密封连接,所述冷却罩4和第一芯片1的侧壁之间、以及冷却罩4和第一芯片1的背面之间形成冷却通道。
本实施例中,还包括:提供第二芯片2。所述第一芯片1的工作功率大于所述第二芯片2的工作功率。
参考图3,提供临时载板10,将包围有冷却罩的第一芯片设置在临时载板10的一侧,所述第一芯片1的正面朝向临时载板10。
本实施例中,在将包围有冷却罩4的第一芯片1设置在临时载板10的一侧之前,还在所述临时载板10的一侧表面形成键合胶膜20;将包围有冷却罩4的第一芯片1设置在临时载板10的一侧之后,第一芯片1的正面与键合胶膜20粘合。
本实施例中,还包括:在所述临时载板10的一侧设置第二芯片2,第二芯片2和第一芯片1位于所述临时载板10的同一侧,第二芯片2位于第一芯片1的侧部且与第一芯片1间隔。
继续参考图3,图3为在图2基础上的示意图,形成绝缘层5,绝缘层5覆盖冷却罩4背离临时载板10的一侧表面、以及冷却罩4的外侧壁。
所述绝缘层5还覆盖第二芯片2背离重布线结构3的一侧、第二芯片2的侧壁、以及冷却罩4和第二芯片2之间。
绝缘层5将冷却罩4包围固定在临时载板10上,避免冷却罩4受力变形或位移;所述绝缘层5还覆盖第二芯片2背离重布线结构3的一侧、第二芯片2的侧壁、以及冷却罩4和第二芯片2之间;绝缘层5包覆第二芯片2,将第二芯片2与第一芯片1的相对位置固定,有利于后续形成重布线结构3的套刻定位,减小了形成重布线结构3的工艺难度;所述第一芯片1的工作功率大于所述第二芯片2的工作功率。对于发热量高的第一芯片1采用快速散热的方式降温,对于发热量低的第二芯片2采用常规的散热方式降温,有益于平衡半导体封装机构内的温度场分布,避免半导体封装结构受到热应力冲击,提高了半导体封装结构的可靠性。
参考图4,图4为在图3基础上的示意图,在冷却罩4背离临时载板10一侧的绝缘层5中形成沉槽,沉槽暴露出与第一芯片1相对设置的冷却罩的罩壁;在沉槽暴露出的罩壁表面设置散热组件。
罩壁通过散热组件将冷却罩携带的热量传导出外界,第一芯片1产生的热量通过冷却液或相变流体带走,冷却液或相变流体携带的热量一部分被冷却液或相变流体带到外界,一部分通过冷却罩传导至散热组件再传导出外界,加快了冷却液或相变流体的冷却速度,间接提升了第一芯片1的散热能力。
本实施例中,设置散热组件的步骤包括:在第一芯片1背离重布线结构3一侧的冷却罩4的外表面形成导热层6;形成导热层6的方式包括真空蒸镀工艺或化学沉积工艺。
在一个实施例中,所述沉槽还延伸至第二芯片2背离所述临时载板10一侧的绝缘层5中;导热层6还延伸至与至少部分第二芯片2相对设置。导热层6可以完全覆盖沉槽的底面,也可以部分封覆盖沉槽的底面并延伸至与至少部分第二芯片2相对设置,本领域技术人员可以根据具体第一芯片1和第二芯片2的散热能力来确定导热层6的尺寸,以使半导体封装结构内的温度场分布均匀。
参考图5,图5为在图4基础上的示意图,设置散热组件的步骤还包括:在导热层6背离第一芯片1一侧的表面形成若干间隔的散热块7。
散热块7的形成方式包括:化学沉积或真空蒸镀散热材料在导热层6表面后,再进行光刻工艺和刻蚀工艺得到若干间隔的散热块7;或先进行光刻工艺形成图形化的光刻胶膜在导热层6表面,再化学沉积或真空蒸镀散热材料在光刻胶膜表面和导热层表面,然后去除光刻胶膜和光刻胶膜上的散热材料,得到若干间隔的散热块7。
需要说明的是,在其他实施例中,可以不设置散热组件,或者设置导热层,但是不设置散热块。
参见图6,图6为在图5基础上的示意图,形成进液口41和出液口42,形成进液口41和出液口42的步骤包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口;形成第一进液口和第一出液口的方式包括激光钻孔工艺;形成进液口41和出液口42的步骤还包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口之前,在导热层6中形成第二进液口和第二出液口。
第二进液口与第一进液口贯通,第二出液口与第一出液口贯通。形成第一进液口和第一出液口的方式包括激光钻孔工艺;第一进液口和第二进液口可以同时形成,第一出液口和第二出液口可以同时形成,进液口41和出液口42在一个工艺过程中形成,定位精确,同时减少了半导体封装结构的制备步骤,提高了制备效率,节省了成本。
所述散热块7与所述进液口41和出液口42均错位设置。
参见图7,图7为在图6基础上的示意图,形成进液口41和出液口42之后,去除临时载板10。
本实施例中,在去除临时载板10的同时,将所述键合胶膜20也去除。
参见图8,图8为在图7基础上的示意图,去除临时载板10后,在第一芯片1的一侧形成重布线结构3,所述第一芯片1的正面朝向所述重布线结构3设置且与重布线结构3电连接。
具体的,本实施例中,在第一芯片1和第二芯片2背离所述绝缘层5的一侧形成重布线结构3,所述重布线结构3和第一芯片1的正面以及第二芯片2的正面电连接。
所述重布线结构3包括导电线路层和绝缘介质层,导电线路层位于绝缘介质层中。第一芯片1的正面以及第二芯片2的正面与导电线路层电连接。导电线路层包括金、银、铜、铝、钛或镍中的的一种或多种金属;绝缘介质层包括丙烯酸、环氧树脂、聚酰亚胺或三嗪树脂。
半导体封装结构的第一芯片1和第二芯片2通过重布线结构3实现电连接,半导体封装结构中没有基板或载板,减小了半导体封装结构的厚度,扩大了半导体封装结构的应用范围。
参考图9,图9为在图8基础上的示意图,在所述重布线结构3背离所述第一芯片1和第二芯片2的一侧形成与重布线结构电连接的焊球8。
焊球8包括金、银、铜、铝、锡或镍中的一种或多种金属;形成焊球8的方式包括电镀、植球、印刷或激光烧球等工艺。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种半导体封装结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
提供第一芯片和冷却罩;
将所述冷却罩包围所述第一芯片的侧壁和第一芯片的背面,所述冷却罩和所述第一芯片的侧壁密封连接,所述冷却罩和第一芯片的侧壁之间、以及冷却罩和第一芯片的背面之间形成冷却通道;
提供临时载板,将包围有冷却罩的第一芯片设置在临时载板的一侧,所述第一芯片的正面朝向临时载板;
形成绝缘层,绝缘层覆盖冷却罩背离临时载板的一侧表面、以及冷却罩的外侧壁;
形成进液口和出液口,所述进液口和所述出液口均贯穿第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的罩壁且与冷却通道连通;
去除临时载板;
在第一芯片的一侧形成重布线结构,所述第一芯片的正面朝向所述重布线结构设置且与重布线结构电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体封装结构的制备方法,其特征在于,
在形成进液口和出液口之前,在冷却罩背离临时载板一侧的绝缘层中形成沉槽,沉槽暴露出与第一芯片相对设置的冷却罩的罩壁;
形成进液口和出液口的步骤包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口。
3.根据权利要求2所述的半导体封装结构的制备方法,其特征在于,还包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口之前,在沉槽暴露出的罩壁表面设置散热组件,设置散热组件的步骤包括:在第一芯片背离重布线结构一侧的冷却罩的外表面形成导热层;
形成进液口和出液口的步骤还包括:在沉槽暴露出的罩壁中形成第一进液口和第一出液口之前,在导热层中形成第二进液口和第二出液口;形成第一进液口和第一出液口之后,第二进液口与第一进液口贯通,第二出液口与第一出液口贯通。
4.根据权利要求3所述的半导体封装结构的制备方法,其特征在于,设置散热组件的步骤还包括:在导热层背离第一芯片一侧的表面设置若干间隔的散热块,所述散热块与所述进液口和出液口均错位设置。
5.根据权利要求2所述的半导体封装结构的制备方法,其特征在于,还包括:在形成绝缘层之前,在所述临时载板的一侧设置第二芯片,第二芯片和第一芯片位于所述临时载板的同一侧,第二芯片位于第一芯片的侧部且与第一芯片间隔;形成所述绝缘层之后,且在形成所述沉槽之前,所述绝缘层还覆盖第二芯片背离重布线结构的一侧、第二芯片的侧壁、以及冷却罩和第二芯片之间;
所述第一芯片的工作功率大于所述第二芯片的工作功率。
6.根据权利要求5所述的半导体封装结构的制备方法,其特征在于,所述沉槽还延伸至第二芯片背离所述重布线结构一侧的绝缘层中;导热层还延伸至与至少部分第二芯片相对设置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211695515.9A CN116230667B (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种半导体封装结构及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211695515.9A CN116230667B (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种半导体封装结构及制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116230667A CN116230667A (zh) | 2023-06-06 |
CN116230667B true CN116230667B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=86579574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211695515.9A Active CN116230667B (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种半导体封装结构及制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116230667B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117558691B (zh) * | 2024-01-12 | 2024-03-15 | 江苏中科智芯集成科技有限公司 | 一种扇出型芯片封装结构 |
CN117855172B (zh) * | 2024-03-07 | 2024-05-17 | 江苏中科智芯集成科技有限公司 | 一种一体式芯片散热通道及其散热通道的加工工艺 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112635417A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-09 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 散热结构及其制备方法、芯片封装结构及芯片封装方法 |
CN112802806A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种芯片封装结构及其封装方法 |
CN114256177A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种高功率芯片散热结构及其制备方法 |
CN114256178A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种高功率芯片散热结构及其制备方法 |
-
2022
- 2022-12-28 CN CN202211695515.9A patent/CN116230667B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112635417A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-09 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 散热结构及其制备方法、芯片封装结构及芯片封装方法 |
CN112802806A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种芯片封装结构及其封装方法 |
CN114256177A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种高功率芯片散热结构及其制备方法 |
CN114256178A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种高功率芯片散热结构及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116230667A (zh) | 2023-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN116230667B (zh) | 一种半导体封装结构及制备方法 | |
US7978473B2 (en) | Cooling apparatus with cold plate formed in situ on a surface to be cooled | |
JP5009085B2 (ja) | 半導体装置 | |
US5168348A (en) | Impingment cooled compliant heat sink | |
KR101706847B1 (ko) | 실리콘을 이용한 칩 레벨의 열 방출을 하는 반도체 칩 | |
US7233494B2 (en) | Cooling apparatus, cooled electronic module and methods of fabrication thereof employing an integrated manifold and a plurality of thermally conductive fins | |
EP2036123B1 (en) | Cooled electronic assembly employing a thermally conductive composite interface material and fabrication method thereof | |
US6351384B1 (en) | Device and method for cooling multi-chip modules | |
US8929071B2 (en) | Low cost manufacturing of micro-channel heatsink | |
US20100230800A1 (en) | Double side cooled power module with power overlay | |
US7049695B1 (en) | Method and device for heat dissipation in semiconductor modules | |
KR20040014424A (ko) | 열적 향상 미세회로 패키지와 그 제조 방법 | |
US20230317559A1 (en) | Silicon-based fan out package structure and preparation method therefor | |
CN213752684U (zh) | 具有竖直热管理的堆叠式硅封装组件 | |
US20210249328A1 (en) | Stacked silicon package assembly having thermal management | |
CN112447638A (zh) | 半导体封装 | |
US11862529B2 (en) | Chip and manufacturing method thereof, and electronic device | |
CN111370376A (zh) | 一种芯片封装散热结构及其制备方法 | |
CN114256178A (zh) | 一种高功率芯片散热结构及其制备方法 | |
TWM626022U (zh) | 電子封裝件及其散熱結構 | |
JP2001168255A (ja) | 冷却器付半導体集積回路装置及びその製造方法 | |
KR20230009737A (ko) | 세라믹 기판 및 그 제조방법 | |
US20240128150A1 (en) | Semiconductor package structure for enhanced cooling | |
US20240063105A1 (en) | Semiconductor assembly having dual conduction channels for electricity and heat passage | |
US20240170364A1 (en) | Semiconductor package structure |
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 |