CN208690253U - 一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构 - Google Patents

一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，包括依次层叠设置的电路板、第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片，封装材料将第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片封装在电路板上，所述第一芯片通过焊线与电路板电性连接；所述异形树脂垫片中间具有至少一个空腔，所述空腔内设置有至少一个第二芯片，所述第二芯片经焊线与电路板电性连接。本实用新型的堆叠芯片封装结构可以缩小芯片封装结构的尺寸，节省封装材料，提高单位面积内芯片的密度。

Description

一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构
技术领域
本实用新型涉及一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，属于芯片封装技术领域。
背景技术
随着现代集成电路的发展，微电子行业芯片封装技术已从二维向三维堆叠封装形式迅速发展,以适应芯片封装结构更轻、更薄、更小、高性能、低功耗、低成本的市场要求。三维堆叠封装技术在不增加封装尺寸的条件下，不但提高了封装密度，降低了成本，加快了封装速度，多功能集成度也大大加强。
目前，三维堆叠芯片封装结构所用的垫片都是硅基晶圆垫片，此类垫片的缺点是加工工艺包括贴膜、减薄、切割等流程，该加工工艺极其占用正常机器产能，且受硅基晶圆垫片的尺寸限制(最大12寸)，导致出产率低，加工工艺长，消耗辅助材料(粘贴膜，磨轮，切割刀具)多，且由于硅基晶圆垫片容易在加工和使用过程中开裂，影响了产品的成品率，提高了生产成本。尤其是，硅基晶圆垫片越薄越易碎，致使垫片厚度受到了限制，不能因封装尺寸薄而减薄，且不能根据芯片设计而制成特殊形状，使堆叠芯片封装结构的体大小受到限制。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：为解决现有芯片堆叠封装结构的封装尺寸大，及现有芯片封装用硅基晶圆垫片易碎、生产成本高、加工工艺长、消耗辅助材料的技术问题，提供一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构。
本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，包括依次层叠设置的电路板、第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片，封装材料将第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片封装在电路板上，所述第一芯片通过焊线与电路板电性连接；
所述异形树脂垫片中间具有至少一个空腔，所述空腔内设置有至少一个第二芯片，所述第二芯片经焊线与电路板电性连接。
优选地，所述异形树脂垫片的中间具有横向和/或纵向的隔板，将所述空腔分割成若干空腔。
优选地，所述空腔为顶部开口或者底部开口。
优选地，所述异形树脂垫片以纤维玻璃布为基材，所述纤维玻璃布的重量占比为10-60wt％，其上附着有以下组分，以占异形树脂垫片总重量的百分比计：环氧树脂8-40wt％、石英粉10-30wt％、氧化铝 2-10wt％、氧化钙1-8wt％、固化剂1-8wt％。
优选地，所述异形树脂垫片以纤维玻璃布为基材，纤维玻璃布的重量占比为40-60wt％，其上附着有以下组分，以占异形树脂垫片总重量的百分比计：环氧树脂30-40wt％、石英粉10-20wt％、氧化铝 5-10wt％、氧化钙2-8wt％、固化剂4-8wt％。
优选地，用于芯片堆叠封装的异形树脂垫片还包括颜料，所述颜料的重量占比为1-3wt％，所述颜料优选为白炭黑、珠光粉中的至少一种。
优选地，所述玻璃纤维布的目数为100-200目，所述石英粉的目数为200-400目，所述氧化铝的目数为400-600目，所述氧化钙的目数为200-400目。
优选地，所述环氧树脂为磷化环氧树脂、联苯型环氧树脂、双酚型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、甘油环氧树脂、邻甲基酚醛型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂中的至少一种，所述固化剂为脂肪胺、脂环胺、芳香族胺、聚酰胺、双氰胺、咪唑类化合物中的至少一种。
优选地，所述第一芯片的上方以阶梯式堆叠一层或者多层第四芯片，第一芯片与相邻的第四芯片以及相邻的第四芯片之间均通过焊线电性连接，相邻的焊线通过设于第一芯片和第四芯片上的焊垫串联连接。
优选地，所述电路板的上表面上设有数个无源组件，所述无源组件是电阻、电容或电感。
本实用新型还提供一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构的加工工艺，包括如下步骤：
提供异形树脂垫片、电路板、第一芯片、第二芯片，所述异形树脂垫片中间具有至少一个空腔，所述空腔具有开口；
于异形树脂垫片的空腔内放置第二芯片，通过焊线将第二芯片与电路板电性相连；
将电路板、第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片依次层叠连接在一起，使异形树脂垫片的空腔开口向上或向下，并利用焊线将第一芯片与电路板电性连接；
利用封装材料将异形树脂垫片、第一芯片、第二芯片、焊线、第一粘结层、第二粘结层密封在电路板上。
优选地，所述的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构的加工工艺还包括异形树脂垫片的制备，步骤如下：
S1：调胶：将8-40重量份的环氧树脂、10-30重量份的石英粉、2-10重量份的氧化铝、1-8重量份的氧化钙加入溶剂中，搅拌溶解，加入1-8重量份的固化剂，分散均匀，得树脂胶液；
S2：浸胶：将10-60重量份的纤维玻璃布浸入配好的树脂胶液中，得浸胶布，控制浸胶量为50-70g/m2；
S3：半固化：将浸胶布进行干燥，预固化度控制在30-50％，制成半固化片；
S4：叠构、压合：将多块半固化片层层叠压，然后进行加热，同时进行压合，保温一段时间后停止加热，冷却，加工成异形树脂垫片。
优选地，所述S3步骤的干燥温度为70-120℃。
优选地，所述S4步骤的加热温度为150-180℃，保温时间为 8-12h，压合压力为3-10MPa。
优选地，所述溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型提供了一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，使用一种由特定材料组成的特定形状的树脂垫片来代替常规的硅基垫片，相比只能做成方形或长方形的硅基垫片，树脂垫片的可塑性给堆叠芯片封装结构的设计带来更大的自由度，可以缩小芯片封装结构的尺寸，节省封装材料，提高单位面积内芯片的密度。
(2)本实用新型的用于芯片堆叠封装的异形树脂垫片柔韧性好，不易破裂、抗老化、易保存，树脂垫片可以预先加工，尺寸、厚薄无限制，且树脂垫片电绝缘性优良，树脂垫片的击穿电压远远大于硅基垫片的击穿电压，另外，本实用新型的树脂垫片亲水效果好，使用普通胶水即可将其与芯片粘合，在固化体系中的醚基、苯环和脂肪羟基不易受酸碱侵蚀，它能替代目前广泛使用于芯片堆叠封装的硅基垫片。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型实施例1的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构的剖视图；
图2是本实用新型实施例2的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构的剖视图；
图中的附图标记为：1-封装材料，2-电路板，3-异形树脂垫片， 4-第一芯片，5-第二芯片，6-第二粘结层，7-第一粘结层，8-无源组件，9-焊线，10-第四芯片。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
实施例1
本实施例提供一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，如图 1所示，包括依次层叠设置的电路板2、第一粘结层7、异形树脂垫片3、第二粘结层6、第一芯片4，封装材料1将第一粘结层7、异形树脂垫片3、第二粘结层6、第一芯片4封装在电路板2上，所述第一芯片4通过焊线9与电路板2电性连接；
所述异形树脂垫片3具有由隔板分割成的两个空腔，所述空腔为顶部开口，每个空腔内设置有一个第二芯片5，所述第二芯片5经焊线与电路板2电性连接。
优选地，所述异形树脂垫片3以纤维玻璃布为基材，所述纤维玻璃布的重量占比为10-60wt％，其上附着有以下组分，以占异形树脂垫片3总重量的百分比计：环氧树脂8-40wt％、石英粉10-30wt％、氧化铝2-10wt％、氧化钙1-8wt％、固化剂1-8wt％。
进一步，所述异形树脂垫片3以纤维玻璃布为基材，纤维玻璃布的重量占比为40-60wt％，其上附着有以下组分，以占异形树脂垫片3 总重量的百分比计：环氧树脂30-40wt％、石英粉10-20wt％、氧化铝 5-10wt％、氧化钙2-8wt％、固化剂4-8wt％。
优选地，用于芯片堆叠封装的异形树脂垫片3还包括颜料，所述颜料的重量占比为1-3wt％，所述颜料优选为白炭黑、珠光粉中的至少一种。
优选地，所述环氧树脂为磷化环氧树脂、联苯型环氧树脂、双酚型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、甘油环氧树脂、邻甲基酚醛型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂中的至少一种。
优选地，所述玻璃纤维布的目数为100-200目(如100目，150 目，200目)，所述石英粉的目数为200-400目(如200目，300目， 400目)，所述氧化铝的目数为400-600目(如400目，500目，600 目)，所述氧化钙的目数为200-400目(如200目，300目，400目)。
优选地，所述固化剂为脂肪胺、脂环胺、芳香族胺、聚酰胺、双氰胺、咪唑类化合物中的至少一种。
优选地，所述第一芯片4的上方还可以阶梯式堆叠一层或者多层第四芯片10，阶梯式堆叠不会妨碍第一芯片4及第四芯片10上的焊垫的打线作业，第一芯片4与相邻的第四芯片10以及相邻的第四芯片10之间均通过焊线电性连接，且通过粘结层连接在一起，相邻的焊线通过设于第一芯片4和第四芯片10上的焊垫串联连接。
优选地，所述电路板2的上表面上设有数个无源组件8，所述无源组件8可以是电阻、电容或电感。
本实施例还提供一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构的加工工艺，包括如下步骤：
提供异形树脂垫片、电路板、第一芯片、第二芯片，所述异形树脂垫片具有由隔板分割成的两个空腔，所述空腔具有开口；
于异形树脂垫片的两个空腔内分别放置一个第二芯片，通过焊线将第二芯片分别与电路板电性相连；
将电路板、第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片依次层叠连接在一起，使异形树脂垫片的两个空腔开口向上，并利用焊线将第一芯片与电路板电性连接；
利用封装材料将异形树脂垫片、第一芯片、第二芯片、焊线、第一粘结层、第二粘结层密封在电路板上。
所述异形树脂垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：调胶：将8-40重量份的环氧树脂、10-30重量份的石英粉、 2-10重量份的氧化铝、1-8重量份的氧化钙加入溶剂中，搅拌溶解，加入1-8重量份的固化剂，分散均匀，得树脂胶液；
S2：浸胶：将10-60重量份的纤维玻璃布浸入配好的树脂胶液中，得浸胶布，控制浸胶量为50-70g/m2(如50g/m2、60g/m2、70g/m2)；
S3：半固化：将浸胶布在70-120℃(如70℃、100℃、120℃) 温度下进行干燥，预固化度控制在30-50％(如30％、40％、50％)，制成半固化片；
S4：叠构、压合：将多块半固化片层层叠压，然后在150-180℃ (如150℃、160℃、180℃)的温度下进行加热，同时在3-10MPa的压力下进行压合，保温8-12h(如8h、10h、12h)后停止加热，冷却，加工成上述形状的异形树脂垫片。
优选地，所述溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
实施例2
本实施例提供一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，如图 2所示，包括依次层叠设置的电路板2、第一粘结层7、异形树脂垫片3、第二粘结层6、第一芯片4，封装材料1将第一粘结层7、异形树脂垫片3、第二粘结层6、第一芯片4封装在电路板2上，所述第一芯片4通过焊线9与电路板2电性连接；
所述异形树脂垫片3具有由隔板分割成的两个空腔，所述空腔为底部开口，每个空腔内设置有一个第二芯片5，所述第二芯片5经焊线与电路板2电性连接。
所述异形树脂垫片3以纤维玻璃布为基材，所述纤维玻璃布的重量占比为10-60wt％，其上附着有以下组分，以占异形树脂垫片3总重量的百分比计：环氧树脂8-40wt％、石英粉10-30wt％、氧化铝 2-10wt％、氧化钙1-8wt％、固化剂1-8wt％。
优选地，所述异形树脂垫片3以纤维玻璃布为基材，纤维玻璃布的重量占比为40-60wt％，其上附着有以下组分，以占异形树脂垫片3 总重量的百分比计：环氧树脂30-40wt％、石英粉10-20wt％、氧化铝 5-10wt％、氧化钙2-8wt％、固化剂4-8wt％。
优选地，用于芯片堆叠封装的异形树脂垫片3还包括颜料，所述颜料的重量占比为1-3wt％，所述颜料优选为白炭黑、珠光粉中的至少一种。
优选地，所述环氧树脂为磷化环氧树脂、联苯型环氧树脂、双酚型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、甘油环氧树脂、邻甲基酚醛型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂中的至少一种。
优选地，所述玻璃纤维布的目数为100-200目(如100目，150 目，200目)，所述石英粉的目数为200-400目(如200目，300目， 400目)，所述氧化铝的目数为400-600目(如400目，500目，600 目)，所述氧化钙的目数为200-400目(如200目，300目，400目)。
优选地，所述固化剂为脂肪胺、脂环胺、芳香族胺、聚酰胺、双氰胺、咪唑类化合物中的至少一种。
优选地，所述第一芯片4的上方以阶梯式堆叠一层或者多层第四芯片10(本实施例在第一芯片4的上方以阶梯式堆叠一层第四芯片 10)，阶梯式堆叠不会不妨碍第一芯片4及第四芯片10上的焊垫的打线作业，第一芯片4与相邻的第四芯片10以及相邻的第四芯片10之间均通过焊线电性连接，且通过粘结层连接在一起，相邻的焊线通过设于第一芯片4和第四芯片10上的焊垫串联连接。
优选地，所述电路板2的上表面上设有数个无源组件8，所述无源组件8可以是电阻、电容或电感。
本实施例还提供一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构的加工工艺，包括如下步骤：
提供异形树脂垫片、电路板、第一芯片、第二芯片，所述异形树脂垫片具有由隔板分割成的两个空腔，所述空腔具有开口；
于异形树脂垫片的两个空腔内分别放置一个第二芯片，通过焊线将第二芯片分别与电路板电性相连；
将电路板、第一粘结层、异形树脂垫片、第二粘结层、第一芯片依次层叠连接在一起，使异形树脂垫片的两个空腔开口向下，并利用焊线将第一芯片与电路板电性连接；
利用封装材料将异形树脂垫片、第一芯片、第二芯片、焊线、第一粘结层、第二粘结层密封在电路板上。
所述异形树脂垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：调胶：将8-40重量份的环氧树脂、10-30重量份的石英粉、 2-10重量份的氧化铝、1-8重量份的氧化钙加入溶剂中，搅拌溶解，加入1-8重量份的固化剂，分散均匀，得树脂胶液；
S2：浸胶：将10-60重量份的纤维玻璃布浸入配好的树脂胶液中，得浸胶布，控制浸胶量为50-70g/m2(如50g/m2、60g/m2、70g/m2)；
S3：半固化：将浸胶布在70-120℃(如70℃、100℃、120℃) 温度下进行干燥，预固化度控制在30-50％(如30％、40％、50％)，制成半固化片；
S4：叠构、压合：将多块半固化片层层叠压，然后在150-180℃ (如150℃、160℃、180℃)的温度下进行加热，同时在3-10MPa的压力下进行压合，保温8-12h(如8h、10h、12h)后停止加热，冷却，加工成上述形状的异形树脂垫片。
优选地，所述溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，其特征在于，包括依次层叠设置的电路板(2)、第一粘结层(7)、异形树脂垫片(3)、第二粘结层(6)、第一芯片(4)，封装材料(1)将第一粘结层(7)、异形树脂垫片(3)、第二粘结层(6)、第一芯片(4)封装在电路板(2)上，所述第一芯片(4)通过焊线(9)与电路板(2)电性连接；
所述异形树脂垫片(3)中间具有至少一个空腔，所述空腔具有开口，空腔内设置有至少一个第二芯片(5)，所述第二芯片(5)经焊线与电路板(2)电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，其特征在于，所述异形树脂垫片(3)的中间具有横向和/或纵向的隔板，将所述空腔分割成若干空腔。
3.根据权利要求2所述的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，其特征在于，所述空腔为顶部开口或者底部开口。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，其特征在于，所述第一芯片(4)的上方以阶梯式堆叠一层或者多层第四芯片(10)，第一芯片(4)与相邻的第四芯片(10)以及相邻的第四芯片(10)之间均通过焊线电性连接，相邻的焊线通过设于第一芯片(4)和第四芯片(10)上的焊垫串联连接。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于异形树脂垫片的堆叠芯片封装结构，其特征在于，所述电路板(2)的上表面上设有数个无源组件(8)，所述无源组件(8)是电阻、电容或电感。
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