TWI832785B - 芯片封裝結構及製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的芯片封裝結構及製備方法,包括基板、芯片、熱界面材料層及散熱部件,其中,芯片位於基板上與基板電連接;熱界面材料層包括圍壩結構和容置腔內的液態金屬,圍壩結構位於芯片上與其密封固定連接,散熱部件形成在熱界面材料層上,與圍壩結構密封固定連接,從而通過圍壩結構形成位於散熱部件與芯片之間的含有液態金屬的熱界面材料層。本發明通過引入液態金屬作為熱界面材料,從而降低封裝熱阻,進而提高封裝過程中的熱擴散效率;使用柔性材料製備的圍壩結構可以防止液態金屬在封裝及應用過程中的溢出,從而減少由此造成的器件電性能下降的概率,且由於採用紫外固化膠密封固定連接熱界面材料層,從而拆卸和更換的工藝更簡單。
Description
本發明涉及半導體封裝技術領域,特別是涉及一種芯片封裝結構及製備方法。
積體電路(Integrated Circuit,IC,又稱芯片)在現代電子系統、電腦系統、通信系統中被廣泛的應用。按照應用領域不同,業界一般將IC分為數位芯片、類比芯片、存儲芯片、射頻芯片、電源芯片、光芯片、無源芯片等。其中由數位芯片和存儲芯片構成的邏輯系統、計算系統、通信系統一直引領著IC製造及其集成技術的發展。
隨著先進封裝工藝的不斷發展,高端伺服器功率也在持續升高,GPU甚至提升至1000W以上,面對當下這種情況芯片的散熱顯得尤為重要。目前常用的散熱技術是將熱界面材料(TIM)黏附於芯片表面,以將芯片所產生的熱量散逸至外界,現行熱界面材料主要是由高分子聚合物所形成,但這種熱界面材料的導熱性能比較差,從而導致封裝結構的散熱效果不佳。
鑒於以上該現有技術的缺點,本發明的目的在於提供一種芯片封裝結構及製備方法,用於解決現有技術中半導體封裝結構存在散熱效果較差導致封裝結構性能下降的問題。
為實現上述目的,本發明提供一種芯片封裝結構的製備方法,該製備方法包括以下步驟:提供基板;於該基板上鍵合芯片,且該芯片與該基板電連接;於該芯片上形成圍壩結構,該圍壩結構與該芯片之間密封固定連接,且該圍壩結構具有顯露該芯片的容置腔;於該容置腔內填充液態金屬以結合該圍壩結構形成位於該芯片上的熱界面材料層;於該熱界面材料層上形成散熱部件,且該散熱部件與該圍壩結構密封固定連接。
可選地,還包括在該基板上形成虛擬芯片的步驟,該虛擬芯片對稱分佈於該芯片兩側並與該基板固定連接。可選地,該液態金屬的材質包括鎵、銦或錫中的一種。
可選地,該圍壩結構的材質為柔性材料,包括泡沫、PDMS或EPDM中的一種。
可選地,該散熱部件包括散熱蓋板或散熱元件,該散熱元件包括散熱基座以及位於該散熱基座上均勻排列的散熱翅片。
可選地,該圍壩結構與該芯片通過紫外固化膠密封固定連接;該圍壩結構與該散熱部件通過紫外固化膠密封固定連接。
可選地,該基板包括晶圓級基板。
本發明還提供一種芯片封裝結構,該芯片封裝結構包括:基板;
芯片,該芯片位於該基板上且與該基板電連接;熱界面材料層,包括圍壩結構和液態金屬,該圍壩結構位於該芯片上並與該芯片密封固定連接,且該圍壩結構具有顯露該芯片的容置腔,該液態金屬位於該容置腔內;散熱部件,形成在該熱界面材料層上,且該散熱部件與該圍壩結構密封固定連接。
可選地,該芯片封裝結構還包括與該基板固定連接且對稱分佈於該芯片兩側的虛擬芯片。
可選地,該散熱部件包括散熱蓋板或散熱元件,該散熱元件包括散熱基座以及位於該散熱基座上均勻排列的散熱翅片。
如上所述,本發明的芯片封裝結構及製備方法,該芯片封裝結構包括基板、芯片、熱界面材料層及散熱部件,其中,該芯片位於該基板上且與該基板電連接;該熱界面材料層包括圍壩結構和填充於該圍壩結構的容置腔內的液態金屬,該圍壩結構位於該芯片上並與該芯片密封固定連接,該散熱部件形成在該熱界面材料層上,且該散熱部件與該圍壩結構密封固定連接,從而通過該圍壩結構形成位於該散熱部件與該芯片之間的含有液態金屬的熱界面材料層。
本發明通過引入液態金屬作為熱界面材料,從而降低封裝熱阻,進而大幅提高封裝過程中的熱擴散效率;使用柔性材料製備的圍壩結構可以防止液態金屬在封裝及應用過程中的溢出,從而減少由此造成的器件電性能下降的概率,且由於採用紫外固化膠密封固定連接該熱界面材料層,從而拆卸和更換的工藝簡單有效。
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用,本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用,在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
為了方便描述,此處可能使用諸如“之下”、“下方”、“低於”、“下面”、“上方”、“上”等的空間關係詞語來描述附圖中所示的一個元件或特徵與其他元件或特徵的關係。將理解到,這些空間關係詞語意圖包含使用中或操作中的器件的、除了附圖中描繪的方向之外的其他方向。此外,當一層被稱為在兩層“之間”時,它可以是該兩層之間僅有的層,或者也可以存在一個或多個介於其間的層。
請參閱圖1至圖8。需要說明的是,本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想,遂圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製,其實際實施時各元件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變,且其元件佈局型態也可能更為複雜。
實施例一
請參閱圖1至圖8,本發明提供了一種芯片封裝結構的製備方法,包括以下步驟: S1:提供基板101; S2:於該基板101上鍵合芯片102,且該芯片102與該基板101電連接; S3:於該芯片102上形成圍壩結構1051,該圍壩結構1051與該芯片102之間密封固定連接,且該圍壩結構1051具有顯露該芯片102的容置腔; S4:於該容置腔內填充液態金屬1052以結合該圍壩結構1051形成位於該芯片102上的熱界面材料層105; S5:於該熱界面材料層105上形成散熱部件,且該散熱部件與該圍壩結構1051密封固定連接。
以下結合附圖對有關該芯片封裝結構的製備方法做進一步的介紹,具體如下:
在步驟S1中,請參閱圖1和圖2,提供基板101。
可選地,該基板101包括晶圓級基板。
可選地,該基板101包括氧化矽基板、玻璃基板、陶瓷基板、有機基板中的一種,其形狀可以為圓形、方形或其它任意所需形狀,其表面積以能承載後續封裝結構為準。
具體的,在本實施例中,該基板101選用熱膨脹係數較低的有機基板,該有機基板的熱膨脹係數較低,可以減少封裝過程中產生的翹曲。
在步驟S2中,請參閱圖1和圖3,於該基板101上鍵合芯片102,且該芯片102與該基板101電連接。
可選地,如圖3所示,該芯片102可以是現有的任意適用於封裝的半導體芯片,可以是多個同類型或者多個不同類型的芯片,例如,可以是片上系統(SOC)器件,也可以是存儲器芯片,如HBM等,在此不做限制。另外,基於封裝效率、封裝尺寸等的要求,一般會同時封裝多個該芯片102,在本實施例中該芯片102的數量顯示為1個,但該芯片102的數量並非局限於此,根據需求該芯片102的數量可大於等於1個,比如2個、3個、4個或更多。具體的,如圖4所示,還包括在該基板101上形成虛擬芯片103的步驟,該虛擬芯片103優選對稱分佈於該芯片102兩側並與該基板101密封固定連接,以通過該虛擬芯片103降低該封裝結構的形變,其中,該虛擬芯片103為無源芯片,該虛擬芯片103與該基板101密封固定連接,連接方式不限於膠連接,在本實施例中虛擬芯片103的數量顯示為2個,但虛擬芯片103的數量並非局限於此,根據需求虛擬芯片103的數量可大於等於2個,比如3個、4個或更多。其中,形成該虛擬芯片103的步驟可在形成該芯片102的步驟之前、之後或與該芯片102同時鍵合在該基板101,此處不作限定。在步驟S3中,請參閱圖1、圖5及圖6,於該芯片102上形成圍壩結構1051,該圍壩結構1051與該芯片102之間密封固定連接,且該圍壩結構1051具有顯露該芯片102的容置腔。具體的,如圖6所示,該圍壩結構1051與該芯片102及該虛擬芯片103之間通過紫外固化膠104密封固定連接,該圍壩結構1051與該芯片102和該虛擬芯片103之間形成容置腔,該容置腔可分別顯露該芯片102和該虛擬芯片103。
本實施例中,如圖5及圖6,該圍壩結構1051與芯片的固定連接方式為採用該紫外固化膠密封固定連接,但粘合膠的種類並非局限於此,也可採用其他膠體。當採用該紫外固化膠104進行固定操作時,可包括將該紫外固化膠104點至該芯片102和該虛擬芯片103的上方,該圍壩結構1051固定於該芯片102和該虛擬芯片103的上方,利用所需波長的紫外光照射該紫外固化膠104,經紫外光照射後,該紫外固化膠104可以快速固化成型,從而將該圍壩結構1051密封固定於對應芯片的上方。
進一步的,當需要維修或者去除該圍壩結構1051時,只需要使用丙酮或其它具有同種功能的溶劑去除該紫外固化膠104,即可實現維修或者安全的移除該圍壩結構1051,在這個過程中,不會對其它部位造成二次損壞。可選地,該圍壩結構1051的材質為柔性材料,包括泡沫、PDMS(聚二甲基矽氧烷)或EPDM(三元乙丙橡膠)中的一種。
具體的,在本實施例中,該圍壩結構1051的材料優選為耐腐蝕性強、具有高介電強度且與該芯片102相容性優良的PDMS。
在步驟S4中,請參閱圖1和圖6,於該容置腔內填充液態金屬1052以結合該圍壩結構1051形成位於該芯片102上的熱界面材料層105。
具體的,如圖6所示,於該容置腔內填充液態金屬1052,該液態金屬1052結合該圍壩結構1051共同構成該熱界面材料層105,該熱界面材料層105與該芯片102和該虛擬芯片103通過該紫外固化膠104密封固定連接。
可選地,該液態金屬1052的材質包括鎵、銦或錫中的一種。
具體的,鎵、銦或錫作為常見的液態金屬,其導熱係數一般大於30W/(m·K),此數值相對於常規的聚合物熱界面材料較高,且具有較低的接觸熱阻和一定的流動性,該液態金屬1052可以降低封裝熱阻,進而大幅提高封裝過程中的熱擴散效率,提高封裝品質。
在步驟S5中,請參閱圖1、圖7和圖8,於該熱界面材料層105上形成散熱部件,且該散熱部件與該圍壩結構1051密封固定連接。
可選地,如圖7和圖8所示,該散熱部件可包括散熱蓋板106或散熱元件108,其中,該散熱元件108可包括散熱基座1081以及於該散熱基座1081上均勻排列的散熱翅片1082。
可選地,該圍壩結構1051與該散熱部件通過該紫外固化膠104密封固定連接。
具體的,當該散熱部件採用該散熱蓋板106時,可在該圍壩結構1051的上方、該散熱蓋板106中與該基板101待鍵合的側壁底部或對應的該基板101的表面分別塗覆該紫外固化膠104,並在紫外光的作用下會進行固化,從而該圍壩結構1051的頂部結合該散熱蓋板106可密封固定連接,以給該液態金屬1052提供密封保護,防止該液態金屬1052溢出。
其中,該芯片102產生的熱量可以直接通過該液態金屬1052傳導至該散熱蓋板106,並通過該散熱蓋板106傳遞到外部,實現散熱功能。同時,由於該散熱蓋板106與該基板101粘接成一體,極大地提高了該基板101的結構強度,該基板101在該紫外固化膠104和該散熱蓋板106的固定作用下能夠保持表面平齊,避免該基板101出現翹曲的情況。
可選地,如圖8所示,當該散熱部件採用該散熱元件108時,該散熱元件108中的該散熱基座1081直接與該圍壩結構1051進行密封固定連接,從而該液態金屬1052可直接與芯片及該散熱元件108接觸,以實現良好散熱。其中,可包括步驟在該圍壩結構1051的上方點該紫外光固化膠104,該紫外光固化膠104在紫外光的作用下會進行固化,實現該圍壩結構1051與該散熱元件108的密封固定連接,從而實現對該液態金屬1052的密封,防止該液態金屬1052在封裝及使用過程中的溢出。
實施例二
本實施例提供了一種芯片封裝結構,該封裝結構包括:基板101;芯片102,該芯片102位於該基板101上且與該基板101電連接;熱界面材料層105,包括圍壩結構1051和液態金屬1052,該圍壩結構1051位於該芯片102上並與該芯片102密封固定連接,且該圍壩結構1051具有顯露該芯片102的容置腔,該液態金屬1052位於該容置腔內;散熱部件,形成在該熱界面材料層105上,且該散熱部件與該圍壩結構1051密封固定連接。
關於該芯片封裝結構的製備可參閱上述製備方法,但並非局限於此,本實施例中,該芯片封裝結構採用上述製備方法製備,從而關於該芯片封裝結構的製備、材質等的選擇,可參閱實施例一,此處不作贅述。
可選地,如圖4所示,該芯片封裝結構還包括與該基板101固定連接且對稱分布於該芯片102兩側的虛擬芯片103。
可選地,如圖7和圖8所示,該散熱部件包括散熱蓋板106或散熱元件108,該散熱元件108包括散熱基座1081以及位於該散熱基座1081上均勻排列的散熱翅片1082。
具體的,該散熱基座1081與該熱界面材料層105密封固定連接。
綜上所述,本發明提供了一種芯片封裝結構及製備方法,該芯片封裝結構包括:基板;芯片,該芯片位於該基板上且與該基板電連接;熱界面材料層,包括圍壩結構和填充於該圍壩結構內的液態金屬,該熱界面材料層與該芯片通過紫外固化膠密封固定連接;散熱部件,形成在該熱界面材料層上,且該散熱部件與該圍壩結構密封固定連接,包括散熱蓋板或散熱元件。本發明通過引入液態金屬作為熱界面材料,從而降低封裝熱阻,進而大幅提高封裝過程中的熱擴散效率;使用柔性材料製備的圍壩結構可以防止液態金屬在封裝及應用過程中的溢出,從而減少由此造成的器件電性能下降的概率,且由於採用紫外固化膠密封固定連接該熱界面材料層,從而拆卸和更換的工藝簡單有效。所以,本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效,而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下,對上述實施例進行修飾或改變。因此,舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變,仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。
101:基板
102:芯片
103:虛擬芯片
104:紫外固化膠
105:熱界面材料層
1051:圍壩結構
1052:液態金屬
106:散熱蓋板
108:散熱元件
1081:散熱基座
1082:散熱翅片
S1~S5:步驟
圖1顯示為本發明實施例中的一種芯片封裝結構的製備方法的流程圖。
圖2顯示為本發明實施例提供的基板的截面示意圖。
圖3顯示為本發明實施例提供的鍵合芯片後的截面示意圖。
圖4顯示為本發明實施例提供的形成虛擬芯片後的截面示意圖。
圖5顯示為本發明實施例提供的形成紫外固化膠的截面示意圖。
圖6顯示為本發明實施例提供的形成熱界面材料層後的截面示意圖。
圖7顯示為本發明實施例提供的一種芯片封裝結構的結構示意圖。
圖8顯示為本發明實施例提供的另一種芯片封裝結構的結構示意圖。
S1~S5:步驟
Claims (8)
- 一種芯片封裝結構的製備方法,其中,包括以下步驟: 提供基板; 於該基板上鍵合芯片,且該芯片與該基板電連接; 於該基板上形成虛擬芯片,該虛擬芯片對稱分佈於該芯片兩側並與該基板固定連接; 於該芯片和該虛擬芯片上形成圍壩結構,該圍壩結構與該芯片以及該虛擬芯片之間密封固定連接,且該圍壩結構具有顯露該芯片和該虛擬芯片的容置腔; 於該容置腔內填充液態金屬以結合該圍壩結構形成位於該芯片以及該虛擬芯片上的熱界面材料層; 於該熱界面材料層上形成散熱部件,且該散熱部件與該圍壩結構密封固定連接。
- 如請求項1所述的製備方法,其中:該液態金屬的材質包括鎵、銦或錫中的一種。
- 如請求項1所述的製備方法,其中:該圍壩結構的材質為柔性材料,包括泡沫、PDMS或EPDM中的一種。
- 如請求項1所述的製備方法,其中:該散熱部件包括散熱蓋板或散熱元件,該散熱元件包括散熱基座以及位於該散熱基座上均勻排列的散熱翅片。
- 如請求項1所述的製備方法,其中:該圍壩結構與該芯片通過紫外固化膠密封固定連接;該圍壩結構與該散熱部件通過紫外固化膠密封固定連接。
- 如請求項1所述的製備方法,其中:該基板包括晶圓級基板。
- 一種芯片封裝結構,其中:該芯片封裝結構包括: 基板; 芯片,該芯片位於該基板上且與該基板電連接; 虛擬芯片,該虛擬芯片與該基板固定連接且對稱分佈於該芯片兩側; 熱界面材料層,包括圍壩結構和液態金屬,該圍壩結構位於該芯片以及該虛擬芯片上並與該芯片以及該虛擬芯片密封固定連接,且該圍壩結構具有顯露該芯片以及該虛擬芯片的容置腔,該液態金屬位於該容置腔內; 散熱部件,形成在該熱界面材料層上,且該散熱部件與該圍壩結構密封固定連接。
- 如請求項7所述的芯片封裝結構,其中:該散熱部件包括散熱蓋板或散熱元件,該散熱元件包括散熱基座以及位於該散熱基座上均勻排列的散熱翅片。
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