CN217214695U - 芯片封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯片封装结构，该芯片封装结构适用于芯片倒装封装工艺，在芯片的上方设置有散热件，在散热件的顶部和芯片的背面之间设置有导热界面材料层，因此可以及时将芯片产生的热量从导热界面材料层传递到散热件上，通过散热件与外部环境进行热交换，从而达到快速散热的效果，芯片被容纳在散热件的顶部和下沿所构成的空间内，塑封体从载板表面至少延伸覆盖到芯片的背面周围，通过塑封体将芯片的线路及外联部分包封住，因此可以达到屏蔽干扰信号的效果，并且为芯片保持优良的性能以及可靠性提供保障。

Description

芯片封装结构

技术领域

本实用新型涉及芯片封装领域，尤其涉及一种芯片封装结构。

背景技术

随着全球电子产品需求的日益增长，集成电路集成度的增加，芯片的封装技术也越来越多，芯片倒装技术因其具有缩短封装内的互连长度，并且能够更好地适应高度集成的发展需求等特点，目前已广泛应用于芯片封装领域。传统的芯片倒装封装方法是将芯片采用倒装焊接至基板后，在芯片与基板间填充塑封体的方法完成封装，以增加可靠性。

现有的芯片倒装结构，芯片产生的热量主要通过载板(基板或铜框架)来逸散，塑封体很难逸散热量，如果芯片产生热量过快，热量会快速聚集而无法快速逸散，会影响产品的性能和可靠性。

例如FCLGA(Flip-Chip Land Grid Array，反转接点栅格阵列)，其载板一般用树脂基板或陶瓷基板，FCQFN(Flip-Chip Quad Flat No-lead，无引线四方扁平封装)，其载板一般用铜框架。若芯片采用载板进行散热，如果芯片产生热量过快过多，芯片被封装后热量散不出来，芯片将会处于高温工作状态，这样芯片寿命会缩短，性能可能变差，可靠性也同步变差。同时芯片比较容易受外部信号干扰，从而影响芯片的性能

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种兼顾散热与信号屏蔽的芯片封装结构。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案为：

一种芯片封装结构，所述芯片封装结构包括：

载板；

芯片，所述芯片的正面与所述载板的电路区电性连接；

散热件，所述散热件包括顶部和从所述顶部向所述载板方向延伸的下沿，所述顶部设于所述芯片背面上方，所述下沿围设于所述芯片的侧面；

导热界面材料层，所述导热界面材料层设置在所述散热件的顶部与所述芯片的背面之间，所述散热件与所述芯片之间通过所述导热界面材料层连接；

塑封体，所述塑封体至少设置在所述散热件的下沿与和所述芯片之间，所述塑封体从所述载板向所述散热件延伸并至少包裹所述芯片的侧面。

在可选的实施例中，所述散热件的下沿的底部与所述载板之间存在间隙。

在可选的实施例中，所述散热件的下沿的底部与所述载板连接，并且所述散热件的下沿的底部与所述载板连接之处在所述载板的电路区之外。

在可选的实施例中，所述塑封体在所述载板上的覆盖范围位于所述散热件的顶部在所述载板上的投影区域内。

在可选的实施例中，所述塑封体在所述载板上的覆盖范围超出所述散热件的顶部在所述载板上的投影区域，所述散热件的下沿嵌入在所述塑封体中。

在可选的实施例中，所述芯片的背面设置背金层，所述芯片的背面与所述导热界面材料层之间通过所述背金层连接。

在可选的实施例中，所述导热界面材料层包括焊锡片、铟片、锡膏和银膏中的一种。

在可选的实施例中，所述塑封体填充在所述散热件、所述导热界面材料层和所述芯片之间的间隙。

在可选的实施例中，所述导热界面材料层至少覆盖所述芯片的背面的面积的50％。

在可选的实施例中，所述散热件的材料为铝合金或铜合金，所述散热件的厚度范围为0.2～0.3mm；或者，所述散热件为不锈钢，所述散热件的厚度范围为0.15～0.2mm。

相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

(1)通过芯片背面的导热界面材料层将芯片产生的热量及时传导到散热件上，同时散热件具有顶部以及从顶部向所述载板方向延伸的下沿，可以将芯片容纳在散热件的顶部和下沿所形成的空间，散热件的材质为铝合金件、铜合金或不锈钢，因此在散热的同时还可以有效屏蔽干扰信号。

(2)可以有效提高封装结构的散热效率，使得芯片在工作过程中产生的热量得到快速散逸，改善芯片工作环境，提高芯片使用寿命，同时兼顾信号屏蔽，维持产品性能一致性，提高产品可靠性。

(3)芯片线路和外联部分全部被塑封体包封，无须考虑导热界面材料层材料是否会外溢或外溅而引起短路现象，并且导热界面材料层设置在散热件的顶部与芯片背面之间，不会造成外在污染。

附图说明

图1为本申请的实施例1的芯片封装结构的截面示意图；

图2为本申请的实施例2的芯片封装结构的截面示意图；

图3为本申请的实施例1和2的芯片封装结构的俯视图；

图4为本申请的实施例3的芯片封装结构的截面示意图；

图5为本申请的实施例4的芯片封装结构的截面示意图；

图6为本申请的实施例3和4的芯片封装结构的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。

实施例1

请参考图1，本申请的实施例公开了一种芯片封装结构，包括载板1、芯片2、散热件3、导热界面材料层4以及填充在散热件3下方的塑封体5。载板1可以采用树脂基板、陶瓷基板或铜框架。所述芯片2采用倒装方式焊接在载板1上，具体地，所述芯片2的正面通过焊球焊接在所述载板1上与所述载板1进行电性连接，相对应地，所述芯片2的背面裸露出来以便于设置导热界面材料层4，所述散热件3包括顶部31和从顶部31向所述载板1方向延伸的下沿32，所述顶部31设于所述芯片2的背面上方，所述下沿32围设于所述芯片2的侧面，导热界面材料层4设置在所述散热件3的顶部31与所述芯片2的背面之间，具体地，所述导热界面材料层4通常含有金属材料，包括焊锡片、铟片、锡膏或银膏中的一种，若采用焊锡片或铟片等预成型焊片以及锡膏，贴装后需要用回流焊工艺进行焊接，若采用银膏、纳米银或微米银烧结物则需要高温烘烤或者压烧结工艺进行焊接，采用以上材料作为导热界面材料层4，所述芯片2的背面需要设有背金层，所述芯片2的背面与所述导热界面材料层4之间通过所述背金层连接，当然所述导热界面材料层4的材料也可以采用导热硅脂、导热硅胶、导热硅胶片或石墨片等其他导热界面材料(TIM，Thermal Interface Material)。并且所述导热界面材料层4至少覆盖所述芯片2的背面的面积的50％。此时将芯片2产生的热量及时地传递到所述散热件3上进行有效地散热。另外，所述芯片2被容纳在所述散热件3的顶部31和下沿32所构成的空间内，由于散热件3一般为金属件，具体地，所述散热件3的材料为铝合金或铜合金，此时散热件3的厚度范围为0.2～0.3mm，优选为0.25mm；或者，所述散热件3的材料为不锈钢，此时散热件3的厚度范围为0.15～0.2mm，优选为0.18mm。因此散热件3还可以起到屏蔽干扰信号的作用，避免芯片2在工作时受到其他信号的干扰。

在具体的实施例中，所述散热件3的下沿32的底部与所述载板1之间存在间隙，例如，在一些实施例中，所述散热件3的下沿32的底面与所述载板1之间的距离小于或等于所述芯片2的正面与所述载板1之间的距离。在此情况下，芯片2被散热件3所罩住，可以有效屏蔽外部的干扰信号。根据实际应用场景和情况，所述散热件3的下沿32也可以与所述载板1连接，并且所述散热件3的下沿32的底部与所述载板1连接之处在所述载板1的电路区之外，因此不会造成短路。根据芯片屏蔽要求，自由选择设定散热件3的下沿32的底部与所述芯片2的正面的位置关系。散热件3设置在芯片2和导热界面材料层4上方，再进一步填充塑封料形成所述塑封体5。

在具体的实施例中，所述塑封体5在所述载板1上的覆盖范围位于所述散热件3的顶部31在所述载板1上的投影区域内，所述散热件3的顶部31边缘未超出所述散热件3的下沿32，因此塑封体5位于所述散热件3的下沿32内部。进一步地，所述塑封体5从所述载板1表面延伸覆盖到所述散热件3的内部并填充在散热件3与芯片2以及导热界面材料层4之间，即，所述塑封体5延伸覆盖到与所述散热件3的顶部31的下表面，并且还填充在所述散热件3的下沿32的底部与所述载板1之间的间隙。更进一步地，塑封体5还可以覆盖到芯片2的背面上导热界面材料层4未覆盖的区域，也就是，所述塑封体5填充在所述散热件3、所述导热界面材料层4和所述芯片2之间的间隙。参考图3，从芯片封装结构的俯视图中可以看出，塑封体5设置在散热件3的内部。通过导热界面材料层4和散热件3的共同作用，对于一些在塑封体5中易于快速产生并聚集热量的芯片2可以达到快速散热的目的，同时散热件3的下沿32从塑封体5外部包裹芯片2达到信号屏蔽的目的，保障芯片2的正常运作。

实施例2

参考图2，实施例2与实施例1的区别在于，所述塑封体5'从所述载板1表面延伸覆盖到所述芯片2的背面周围，所述塑封体5'覆盖至所述散热体3内部与所述芯片2的背面平齐的表面。此时所述导热界面材料层4'的覆盖范围可以超出所述芯片2的背面。其他部分与实施例1相同，其俯视图也是如图3所示。在此情况下，芯片2线路和外联部分全部塑封体5'被包封，无须考虑导热界面材料层4'是否会外溢或外溅而引起短路现象。另外，导热界面材料层4'设置在散热体3内部，不会造成外在污染，同时可以尽量增大导热界面材料层4'的覆盖面积，提高导热界面材料层4'与散热体3之间的接触面积，提高散热效率。

实施例3

参考图4，实施例3与实施例1的区别在于，所述塑封体5在所述载板1上的覆盖范围超出所述散热件3'的顶部31'在所述载板1上的投影区域，所述散热件3'的下沿32'嵌入在所述塑封体5中。此时，所述塑封体5从所述散热件3'的下沿32'的底面与所述载板1之间的间隙延伸至所述散热件3'的下沿32'远离所述芯片2的一侧。进一步地，所述散热件3'的顶部31'的侧边可以超出所述散热件3'的下沿32'远离所述芯片2的一侧，则所述塑封体5的侧边超出所述散热件3'的顶部31'的侧边。参考图6，从芯片封装结构的俯视图中可以看出，塑封体5延伸至在散热件3'的下沿32'的外部。在此情况下，散热件3'嵌入在塑封体5上。封装过程不会受限于散热件3'的尺寸，提高器件封装尺寸设计的灵活性。

实施例4

参考图5，实施例4与实施例3的区别在于，所述塑封体5'从所述载板1表面延伸覆盖到所述芯片2的背面周围，所述塑封体5'覆盖至所述散热体3'内部与所述芯片2的背面平齐的表面。此时所述导热界面材料层4'的覆盖范围可以超出所述芯片2的背面。其他部分与实施例3相同，其俯视图也是如图6所示。在此情况下，芯片2线路和外联部分全部被塑封体5'包封，无须考虑导热界面材料层4'是否会外溢或外溅而引起短路现象。另外，导热界面材料层4'设置在散热体3'内部，不会造成外在污染，同时可以尽量增大导热界面材料层4'的覆盖面积，提高导热界面材料层4'与散热体3'之间的接触面积，提高散热效率。

本发明针对倒装封装芯片提出了一种新型的芯片封装结构。该芯片封装结构可以兼顾散热和信号屏蔽，使得芯片产生的热量经由导热界面材料层以及散热件和外部环境进行热交换，从而达到快速散热的目的，同时利用散热件进行信号屏蔽，为芯片发挥和保持优良的性能以及可靠性提供保障。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种芯片封装结构，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种芯片封装结构，其特征在于，所述芯片封装结构包括：

载板；

芯片，所述芯片的正面与所述载板的电路区电性连接；

散热件，所述散热件包括顶部和从所述顶部向所述载板方向延伸的下沿，所述顶部设于所述芯片背面上方，所述下沿围设于所述芯片的侧面；

导热界面材料层，所述导热界面材料层设置在所述散热件的顶部与所述芯片的背面之间，所述散热件与所述芯片之间通过所述导热界面材料层连接；

塑封体，所述塑封体至少设置在所述散热件的下沿与和所述芯片之间，所述塑封体从所述载板向所述散热件延伸并至少包裹所述芯片的侧面。

2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述散热件的下沿的底部与所述载板之间存在间隙。

3.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述散热件的下沿的底部与所述载板连接，并且所述散热件的下沿的底部与所述载板连接之处在所述载板的电路区之外。

4.根据权利要求2或3所述的芯片封装结构，其特征在于：所述塑封体在所述载板上的覆盖范围位于所述散热件的顶部在所述载板上的投影区域内。

5.根据权利要求2或3所述的芯片封装结构，其特征在于：所述塑封体在所述载板上的覆盖范围超出所述散热件的顶部在所述载板上的投影区域，所述散热件的下沿嵌入在所述塑封体中。

6.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述芯片的背面设置背金层，所述芯片的背面与所述导热界面材料层之间通过所述背金层连接。

7.根据权利要求6所述的芯片封装结构，其特征在于：所述导热界面材料层的材料为锡片、铟片、锡膏和银膏中的一种。

8.根据权利要求1或7所述的芯片封装结构，其特征在于：所述塑封体填充在所述散热件、所述导热界面材料层和所述芯片之间的间隙。

9.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述导热界面材料层至少覆盖所述芯片的背面的面积的50％。

10.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述散热件的材料为铝合金或铜合金，所述散热件的厚度范围为0.2～0.3mm；或者，所述散热件的材料为不锈钢，所述散热件的厚度范围为0.15～0.2mm。

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