CN215911421U - 一种芯片封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体技术领域。一种芯片封装结构，包括上下设置的陶瓷盖板与陶瓷基板，陶瓷基板的正面敷接有3D结构的基板金属层；陶瓷盖板的背面敷接有盖板金属层；基板金属层包括孤立设置的中央金属层，中央金属层上设有芯片安装位，芯片安装位上安装有芯片；基板金属层还包括位于中央金属层外围的边缘金属层，边缘金属层上设有卡口凹陷部，盖板金属层包括线路层以及安装部，线路层与安装部相互隔离，安装部位于线路层的外侧；安装部设有与卡口凹陷部相匹配的卡口突出部；陶瓷盖板与陶瓷基板上下拼合时，安装部与卡口凹陷部卡接，芯片上的芯片端子与线路层电相连。本专利通过3D结构的基板金属层能显著提高芯片封装密度。

Description

一种芯片封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体是芯片封装组件。

背景技术

陶瓷基板具有热导率高、耐热性好、热膨胀系数低、机械强度高、绝缘性好、耐腐蚀、抗辐射等特点，在电子器件封装中得到广泛应用，根据制备原理和工艺的不同，目前主流产品可以分为厚膜印刷陶瓷基板(Thick Printing Ceramic Substrate,TPC)、直接键合铜陶瓷基板(Direct Bonded Copper Ceramic Substrate,DBC)、活性金属焊接陶瓷基板(Active Metal Brazing Ceramic Substrate,AMB)等。小型化的高压大功率模块是半导体器件重要发展方向之一，在半导体器件设计中，随着尺寸减小，芯片功率密度急剧增加，对模块散热封装可靠性提出了新的要求。

芯片封装结构最大的问题就是散热效率差、芯片封装密度低、寄生参数过高，这与其采用的引线键合(超声波铝打线)和单边散热技术有关。

现有技术中为了解决上述问题，采取多种方法，其中有1)直接导线键合结构：利用焊料，将铜导线与芯片表面直接连接在一起，相对于引线键合技术，该技术使用的铜导线可有效降低寄生电感，同时由于铜导线与芯片表面互连面积大，还可以提高互连可靠性；2)2.5D模块结构：不同的功率芯片被焊接在同一块衬底上，而芯片间的互连通过增加的一层转接板中的金属连线实现，转接板与功率芯片靠得很近，需要使用耐高温的材料，低温共烧陶瓷(LTCC)转接板常被用于该结构；3)3D模块结构：两块功率芯片或者功率芯片和驱动电路通过金属通孔或凸块实现垂直互连，利用紧压工艺(Press-Pack)实现的3D模块封装，这种紧压工艺采用直接接触的方式而不是引线键合或者焊接方式实现金属和芯片间的互连，该结构包含3层导电导热的平板，平板间放置功率芯片，平板的尺寸由互连的芯片尺寸以及芯片表面需要互连的版图结构确定。此外，在相关专利文献CN210668333U以及CN110797318A中公开的芯片封装结构为芯片位于基板的通孔内，背面制作布线层。

以上，芯片的封装是依赖于封装组件的结构，也就是说封装组件的结构制约了芯片的封装设计，现有技术采用导线键合取代引线键合，虽有效果，但效果较差，而提高芯片封装密度的方法，依赖于额外的布线层或多层板结构，而并未对封装组件(覆铜基板)做明显的改进。现有技术受限于覆铜基板平面结构，因而效果有限。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种芯片封装结构，以解决以上至少一个技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种芯片封装结构，包括上下设置的陶瓷盖板与陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基板的正面敷接有3D结构的基板金属层；

所述陶瓷盖板的背面敷接有盖板金属层；

所述基板金属层包括孤立设置的中央金属层，所述中央金属层上设有芯片安装位，所述芯片安装位上安装有芯片；

所述基板金属层还包括位于中央金属层外围的边缘金属层，所述边缘金属层上设有卡口凹陷部，

所述盖板金属层包括线路层以及安装部，所述线路层与安装部相互隔离，所述安装部位于所述线路层的外侧；

所述安装部设有与所述卡口凹陷部相匹配的卡口突出部；

所述陶瓷盖板与所述陶瓷基板上下拼合时，所述安装部与所述卡口凹陷部卡接，所述芯片上的芯片端子与所述线路层电相连。

本专利通过3D结构的基板金属层能显著提高芯片封装密度；以陶瓷盖板上刻蚀出的线路层，陶瓷盖板覆盖在陶瓷基板及芯片上来取代传统的引线键合或导线键合，提供一种新的取代引线键合的方法。

陶瓷盖板上开设有用于线路层引出线的开孔。

或者，所述基板金属层上还包括金属布线焊区，金属布线焊区位于所述中央金属层与所述边缘金属层之间；

所述陶瓷盖板与所述陶瓷基板上下拼合时，所述芯片上的芯片端子通过所述线路层与所述金属布线焊区电相连。

进一步优选地，所述陶瓷基板与所述基板金属层真空活性钎焊或直接键合。

进一步优选地，所述陶瓷盖板与所述盖板金属层真空活性钎焊或直接键合。

进一步优选的，所述边缘金属层的厚度从邻近所述中央金属层侧至远离中央金属层侧阶梯状递增。

进一步优选地，所述基板金属层包括从上至下堆叠的第一金属层、第二金属层以及第三金属层；

所述第一金属层、第二金属层以及第三金属层焊接相连；

所述第一金属层、第二金属层以及第三金属层上下堆叠形成所述中央金属层以及边缘金属层。

或者，所述基板金属层通过雕刻形成所述中央金属层以及边缘金属层。

进一步优选地，所述第三金属层包括正投影区域与所述第二金属层相匹配的第二金属层覆盖区以及位于中央的芯片覆盖区，所述芯片覆盖区与所述第二金属层覆盖区之间存有间隙，所述芯片安装位固定在所述芯片覆盖区；

所述第二金属层位于所述第二金属层覆盖区的上方；

所述第二金属层包括正投影区域与所述第一金属层相匹配的第一金属层覆盖区以及用于卡接卡口突出部的连接区；

所述连接区位于所述芯片覆盖区的四周的至少一侧；

所述第一金属层覆盖在所述第一金属层覆盖区的上方。

有益效果：1)3D结构的陶瓷基板能显著提高芯片封装密度；2)以陶瓷盖板上刻蚀有的线路层，陶瓷盖板焊接在陶瓷基板及芯片上来取代传统的引线键合或导线键合，提供一种新的取代引线键合的方法。

附图说明

图1为本实用新型一种爆炸分解图；

图2为本实用新型的另一视角下的一种爆炸分解图；

图3为本实用新型的另一种结构示意图；

图4为本实用新型陶瓷基板与陶瓷盖板拼合状态下的一种结构示意图。

其中：1为陶瓷基板，11为中央金属层，12为边缘金属层，13为金属布线焊区，2为陶瓷盖板，22为线路层，23为安装部，

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

具体实施例1，参见图1至图4，一种芯片封装结构，包括上下设置的陶瓷盖板2与陶瓷基板1，陶瓷基板1的正面敷接有3D结构的基板金属层；陶瓷盖板2的背面敷接有盖板金属层；基板金属层包括孤立设置的中央金属层11，中央金属层11上设有芯片安装位，芯片安装位上安装有芯片；基板金属层还包括位于中央金属层11外围的边缘金属层12，边缘金属层12上设有卡口凹陷部，盖板金属层包括线路层22以及安装部23，线路层22与安装部23相互隔离，安装部23位于线路层22的外侧；安装部23设有与卡口凹陷部相匹配的卡口突出部；陶瓷盖板2与陶瓷基板1上下拼合时，安装部23与卡口凹陷部卡接，芯片上的芯片端子与线路层22电相连。本专利通过3D结构的基板金属层能显著提高芯片封装密度；以陶瓷盖板2上刻蚀出的线路层22，陶瓷盖板2覆盖在陶瓷基板1及芯片上来取代传统的引线键合或导线键合，提供一种新的取代引线键合的方法。在陶瓷盖板与陶瓷基板之间的空隙设有硅胶填充层。芯片包覆在硅胶填充层内。

陶瓷盖板2上开设有用于线路层22引出线的开孔。或者，基板金属层上还包括金属布线焊区13，金属布线焊区位于中央金属层11与边缘金属层12之间；陶瓷盖板2与陶瓷基板1上下拼合时，芯片上的芯片端子通过线路层22与金属布线焊区电相连。

陶瓷基板11与基板金属层真空活性钎焊或直接键合。

陶瓷盖板22与盖板金属层真空活性钎焊或直接键合。

基板金属层的厚度为0.127mm-1.2mm。

边缘金属层12的厚度从邻近中央金属层11侧至远离中央金属层11侧阶梯状递增。

基板金属层包括从上至下堆叠的第一金属层、第二金属层以及第三金属层；第一金属层、第二金属层以及第三金属层焊接相连；第一金属层、第二金属层以及第三金属层上下堆叠形成中央金属层11以及边缘金属层12。

第一金属层上设有上下导通的第一贯通区，第二金属层上设有上下导通的第二贯通区，第三金属层上设有上下导通的第三贯通区；第一贯通区、第二贯通区以及第三贯通区相互导通。

第三金属层包括正投影区域与第二金属层相匹配的第二金属层覆盖区以及位于中央的芯片覆盖区，芯片覆盖区与第二金属层覆盖区之间存有间隙，芯片安装位固定在芯片覆盖区；第二金属层位于第二金属层覆盖区的上方；第二金属层包括正投影区域与第一金属层相匹配的第一金属层覆盖区以及用于卡接卡口突出部的连接区；连接区位于芯片覆盖区的四周的至少一侧；第一金属层覆盖在第一金属层覆盖区的上方。

连接区设有台阶，连接区包括上下设置的上部以及下部，上部开设有卡口，且上部的上表面用于抵住陶瓷盖板不设有盖板金属层的区域。下部用于抵住盖板金属层的安装部。

第一金属层、第二金属层以及第三金属层的表面平整度/翘曲度为0.01mm-0.2mm。第一金属层的厚度为金属层总厚度的0.1-0.5。第一金属层的厚度为金属层总厚度的0.1-0.3。第一金属层的厚度为金属层总厚度的0.2-0.4。

或者，基板金属层通过雕刻形成中央金属层11以及边缘金属层12。

基板金属层为铜层或铝层中的一种。盖板金属层为铜层或铝层中的一种。

有益效果：1)3D结构的陶瓷基板1能显著提高芯片封装密度；2)以陶瓷盖板2上刻蚀有的线路层22，陶瓷盖板2焊接在陶瓷基板1及芯片上来取代传统的引线键合或导线键合，提供一种新的取代引线键合的方法。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种芯片封装结构，包括上下设置的陶瓷盖板与陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷基板的正面敷接有3D结构的基板金属层；

所述陶瓷盖板的背面敷接有盖板金属层；

所述基板金属层包括孤立设置的中央金属层，所述中央金属层上设有芯片安装位，所述芯片安装位上安装有芯片；

所述基板金属层还包括位于中央金属层外围的边缘金属层，所述边缘金属层上设有卡口凹陷部，

所述盖板金属层包括线路层以及安装部，所述线路层与安装部相互隔离，所述安装部位于所述线路层的外侧；

所述安装部设有与所述卡口凹陷部相匹配的卡口突出部；

所述陶瓷盖板与所述陶瓷基板上下拼合时，所述安装部与所述卡口凹陷部卡接，所述芯片上的芯片端子与所述线路层电相连。

2.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述陶瓷基板与所述基板金属层真空活性钎焊或直接键合。

3.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述陶瓷盖板与所述盖板金属层真空活性钎焊或直接键合。

4.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述陶瓷盖板上开设有用于线路层引出线的开孔。

5.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述基板金属层上还包括金属布线焊区，所述金属布线焊区位于所述中央金属层与所述边缘金属层之间；

所述陶瓷盖板与所述陶瓷基板上下拼合时，所述芯片上的芯片端子通过所述线路层与所述金属布线焊区电相连。

6.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述边缘金属层的厚度从邻近所述中央金属层侧至远离中央金属层侧阶梯状递增。

7.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述基板金属层包括从上至下堆叠的第一金属层、第二金属层以及第三金属层；

所述第一金属层、第二金属层以及第三金属层焊接相连；

所述第一金属层、第二金属层以及第三金属层上下堆叠形成所述中央金属层以及边缘金属层。

8.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述基板金属层通过雕刻形成所述中央金属层以及边缘金属层。

9.根据权利要求7所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述第三金属层包括正投影区域与所述第二金属层相匹配的第二金属层覆盖区以及位于中央的芯片覆盖区，所述芯片覆盖区与所述第二金属层覆盖区之间存有间隙，所述芯片安装位固定在所述芯片覆盖区；

所述第二金属层位于所述第二金属层覆盖区的上方；

所述第二金属层包括正投影区域与所述第一金属层相匹配的第一金属层覆盖区以及用于卡接卡口突出部的连接区；

所述连接区位于所述芯片覆盖区的四周的至少一侧；

所述第一金属层覆盖在所述第一金属层覆盖区的上方。

10.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述基板金属层为铜层或铝层中的一种；

所述盖板金属层为铜层或铝层中的一种。

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