CN115312406A - 芯片封装结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的芯片封装结构及制备方法，所述芯片封装结构包括：基板；重新布线层；芯片；塑封层；凹槽，位于所述塑封层中，且显露所述芯片；液态导热金属，所述液态导热金属填充于于所述凹槽中；散热盖板，所述散热盖板与所述基板固定连接且与所述凹槽形成密封结构。通过在塑封层上形成显露芯片的凹槽，并通过在凹槽中引入具有高的导热系数的液态导热金属，使得液态导热金属与芯片直接接触以作为热扩散材料，既能防止液态导热金属在封装过程中溢出，又能提高芯片的散热性能，从而减少封装结构电性能下降的概率，且可有效降低封装热阻，进而大幅提高封装过程中的热扩散效率，从而形成具有较好散热性能的芯片封装结构。

Description

芯片封装结构及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，特别是涉及一种芯片封装结构及制备方法。

背景技术

半导体集成电路(Integrated circuit，IC)产业历经快速发展，封装(Package)作为集成电路制造中非常关键的一环，对芯片自身性能的表现和发挥有重要的影响，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还起到集成电路芯片内键合点与外部进行电气连接的作用。

随着先进封装工艺的不断发展，高端服务器功率也在持续升高，GPU甚至提升至1000W以上，面对当下这种情况芯片的散热显得尤为重要。目前常用的散热技术是在芯片上方贴散热盖板或者填充硅脂等常见的导热剂从而将芯片所产生的热量散逸至外界，由于硅脂的导热系数较低，从而导致封装结构的散热效果不佳。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种芯片封装结构及制备方法，用于解决现有技术中半导体封装结构存在散热效果较差导致封装结构性能下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种芯片封装结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

提供第一临时载片，于所述第一临时载片上形成释放层；

于所述释放层上形成重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的与所述释放层连接的第二面，且所述重新布线层包括介质层及层叠的金属布线层；

于所述重新布线层的第一面上键合芯片，所述芯片与所述重新布线层电连接；

于所述重新布线层上形成塑封层，所述塑封层覆盖所述重新布线层及所述芯片；

于所述塑封层上形成粘合层和第二临时载片；

去除所述第一临时载片及所述释放层，显露所述重新布线层的第二面；

于所述重新布线层的第二面上形成焊料凸点，所述焊料凸点与所述重新布线层电连接；

提供基板，所述重新布线层与所述基板通过所述焊料凸点电连接；

去除所述粘合层和所述第二临时载片并于所述塑封层中形成凹槽，所述凹槽显露所述芯片；

于所述凹槽中填充液态导热金属；

于所述基板上形成散热盖板，且密封所述凹槽。

可选地，形成所述凹槽的方法包括机械开槽、激光开槽、化学刻蚀开槽和等离子体蚀刻开槽的一种或组合。

可选地，填充所述液态导热金属之后及形成所述散热盖板之前，包括于所述塑封层和所述液态导热金属的表面形成导热封胶层的步骤。

可选地，所述导热封胶层覆盖所述液态导热金属。

可选地，所述散热盖板中具有与所述凹槽对应设置的空腔。

可选地，所述重新布线层的第一面上还形成有导热件，且所述凹槽显露所述导热件。

可选地，所述液态导热金属的导热系数为20W/m·K~100W/m·K；所述液态导热金属包括镓、铟或锡中的一种或组合。

本发明还提供一种芯片封装结构，所述芯片封装结构包括：基板；重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面，且所述重新布线层包括介质层及层叠的金属布线层；焊料凸点，所述焊料凸点位于所述重新布线层的第二面与所述基板之间，且所述焊料凸点与所述重新布线层及所述基板电连接；芯片，所述芯片位于所述重新布线层的第一面上，且与所述重新布线层电连接；塑封层，所述塑封层位于所述重新布线层的第一面上，且覆盖所述重新布线层及所述芯片；凹槽，所述凹槽位于所述塑封层中，且显露所述芯片；液态导热金属，所述液态导热金属填充于所述凹槽中；散热盖板，所述散热盖板与所述基板固定连接且密封所述凹槽。

可选地，还包括位于所述重新布线层的第一面上的导热件，且所述凹槽显露所述导热件。

可选地，所述散热盖板包括顶面为平面的平面式散热盖板或带有翅片的翅片式散热盖板中的一种；所述散热盖板中具有与所述凹槽对应设置的空腔。

如上所述，本发明的芯片封装结构及制备方法，具有以下有益效果：通过在塑封层上形成显露芯片的凹槽，并通过在凹槽中引入具有高的导热系数的液态导热金属，使得液态导热金属与芯片直接接触以作为热扩散材料，既能防止液态导热金属在封装过程中溢出，又能提高芯片的散热性能，从而减少封装结构电性能下降的概率，且可有效降低封装热阻，进而大幅提高封装过程中的热扩散效率，从而形成具有较好散热性能的芯片封装结构。

附图说明

图1显示为本发明实施例中的一种芯片封装结构的制备方法的流程图。

图2显示为本发明实施例中提供的第一临时载片及释放层的截面示意图。

图3显示为本发明实施例中提供的形成重新布线层后的截面示意图。

图4显示为本发明实施例中提供的键合芯片后的截面示意图。

图5显示为本发明实施例中提供的形成塑封层的截面示意图。

图6显示为本发明实施例中提供的形成第二临时载片及粘合层后的截面示意图。

图7显示为本发明实施例中提供的去除第一临时载片及释放层并显露重新布线层的第二面的截面示意图。

图8显示为本发明实施例中提供的形成焊料凸点后的截面示意图。

图9显示为本发明实施例中提供的键合基板后的截面示意图。

图10显示为本发明实施例中提供的形成凹槽后的截面示意图。

图11显示为本发明实施例中提供的在凹槽中填充液态导热金属后的截面示意图。

图12显示为本发明实施例中提供的形成导热封胶后的截面示意图。

图13显示为本发明实施例中提供的形成散热盖板后的截面示意图。

图14显示为本发明实施例提供的另一种芯片封装结构的结构示意图。

图15显示为本发明实施例提供的又一种芯片封装结构的结构示意图。

图16显示为本发明实施例中提供的散热盖板中形成空腔的结构示意图。

图17显示为本发明实施例提供的再一种芯片封装结构的结构示意图。

元件标号说明

101：第一临时载片，102：释放层，103：重新布线层，1031：第一面，1032：第二面，104：芯片，105：塑封层，106：粘合层，107：第二临时载片，108：焊料凸点，109：基板，110：凹槽，111：液态导热金属，112：连接件，113：散热盖板，114：导热封胶，115：导热件，116：翅片，117：空腔，S1~S11：步骤。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

请参阅图1至图16。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图17，本发明提供了一种芯片封装结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：提供第一临时载片101，于所述第一临时载片101上形成释放层102；

S2：于所述释放层102上形成重新布线层103，所述重新布线层103包括第一面1031及相对的与所述释放层102连接的第二面1032，且所述重新布线层包括介质层及层叠的金属布线层；

S3：于所述重新布线层的第一面1031上键合芯片104，所述芯片104与所述重新布线层103电连接；

S4：于所述重新布线层103上形成塑封层105，所述塑封层105覆盖所述重新布线层103及所述芯片104；

S5：于所述塑封层105上形成粘合层106和第二临时载片107；

S6：去除所述第一临时载片101及所述释放层102，显露所述重新布线层的第二面1032；

S7：于所述重新布线层的第二面1032上形成焊料凸点108，所述焊料凸点108与所述重新布线层103电连接；

S8：提供基板109，所述重新布线层103与所述基板109通过所述焊料凸点108电连接；

S9：去除所述粘合层106和所述第二临时载片107并于所述塑封层105中形成凹槽110，所述凹槽110显露所述芯片104；

S10：于所述凹槽110中填充液态导热金属111；

S11：于所述基板109上形成散热盖板113，且密封所述凹槽110。

以下结合附图对有关所述芯片封装结构的制备方法做进一步的介绍，具体如下：

在步骤S1中，请参阅图1和图2，提供第一临时载片101，于所述第一临时载片101上形成释放层102。

可选地，所述第一临时载片101包括玻璃载片、陶瓷载片、金属载片以及聚合物载片中的一种，其形状可以为晶片状、面板状或其它任意所需形状，其表面积以能承载后续封装结构为准。

具体的，在本实施例中，所述第一临时载片101选用玻璃载片，所述玻璃基板成本较低，并且容易在其表面形成释放层102，从而降低后续的去除工艺的难度。

可选地，所述释放层102可以包括聚合物层或带状粘附层。

具体的，所述释放层102的材料可以选自双面均具有粘性的胶带（譬如，芯片附着膜或非导电膜等等）或通过旋涂工艺制作的粘合胶等；优选地，本实施例中，所述释放层102优选为UV胶带，其具有在UV光（紫外光）照射后很容易发生变性剥离的特性；当然，在其他示例中，所述释放层102也可以选用物理气相沉积法或化学气相沉积法形成的其他材料层，如环氧树脂、硅橡胶、聚酰亚胺等，在后续分离所述第一临时载片101时，可采用湿法腐蚀、化学机械研磨等方法去除所述释放层102。

在步骤S2中，请参阅图1和图3，于所述释放层102上形成重新布线层103，所述重新布线层103包括第一面1031及相对的与所述释放层102连接的第二面1032，且所述重新布线层103包括介质层及层叠的金属布线层。

可选地，所述金属布线层的材料可以包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种以上的组合材料。

在步骤S3中，请参阅图1和图4，于所述重新布线层的第一面1031上键合芯片104，所述芯片104与所述重新布线层103电连接。

可选地，如图4所示，所述芯片104可以是现有的任意适用于封装的半导体芯片，可以是多个同类型或者多个不同类型的芯片，例如，可以是片上系统（SOC）器件，也可以是存储器芯片，如HBM等，在此不做限制。另外，基于封装效率、封装尺寸等的要求，一般会同时封装多个所述芯片104，在本实施例中所述芯片104的数量显示为2个，但所述芯片104的数量并非局限于此，根据需求所述芯片104的数量可大于等于2个，比如3个、4个或更多个。其中，所述芯片104与所述重新布线层103的电连接可采用焊球凸块（图中未标示）等，且所述焊球凸块可形成在所述芯片104的表面或是形成在所述重新布线层103的表面均可，此处不作过分限制。

如图14所示，在其它实施例中，还可包括在所述重新布线层的第一面1031上形成导热件115的步骤，所述导热件115优选对称分布于所述芯片104两侧并与所述重新布线层的第一面1031固定连接，以通过所述导热件115进一步增强所述封装结构的散热能力，其中，所述导热件115与所述重新布线层的第一面1031固定连接，连接方式不限于胶连接，形成所述导热件115的步骤可在形成所述芯片104之前、之后或与所述芯片104同时形成在所述重新布线层的第一面1031，此处不作限定。

可选地，所述导热件115包括石墨稀、三氧化二铝、陶瓷、导热金属粒子等高导热复合材料中的一种。

在步骤S4中，请参阅图1和图5，于所述重新布线层103上形成塑封层105，所述塑封层105覆盖所述重新布线层103及所述芯片104。

可选地，可以采用但不仅限于模塑底部填充工艺、压印模塑工艺、传递模塑工艺、液体密封塑封工艺、真空层压工艺或旋涂工艺等于所述重新布线层103上形成所述塑封层105；优选地，本实施例中，采用模塑底部填充工艺于所述重新布线层的第一面1031上形成所述塑封层105。采用模塑底部填充工艺形成所述塑封层105，所述塑封层105可以顺畅而迅速地填满所述芯片104、所述导热件115与所述重新布线层103之间的间隙，可以有效避免出现界面分层；且模塑底部填充工艺大大降低了工艺难度，可以用于更小的连接间隙，更适用于堆叠结构。

可选地，所述塑封层105的材料可以包括但不限于聚合物基材料、树脂基材料、聚酰亚胺、硅胶或环氧树脂等等。

可选地，如图5所示，所述塑封层105的高度高于所述芯片104的高度。

在步骤S5中，请参阅图1和图6，于所述塑封层105上形成粘合层106和第二临时载片107。

可选地，所述第二临时载片107和所述粘合层106的制备、材质等的选择，可参阅所述第一临时载片101和所述释放层102的形成过程，此处不作赘述。

具体的，所述第二临时载片107和所述粘合层106起到支撑所述封装结构的作用，在后续工艺中会被去除。

在步骤S6中，请参阅图1和图7，去除所述第一临时载片101及所述释放层102，显露所述重新布线层103的第二面1032。

可选地，可以采用研磨工艺、减薄工艺或撕除工艺去除所述第一临时载片101和所述释放层102，优选地，本实施例中，采用撕除所述释放层102的方式去除所述第一临时载片101。

具体的，如图7所示，去除所述第一临时载片101和所述释放层102，将塑封好的所述芯片104、以及所述第一重新布线层103从所述第一临时载片101上取下并进行倒装，以显露所述第一重新布线层的第二面1032。

在步骤S7中，请参阅图1和图8，于所述重新布线层的第二面1032上形成焊料凸点108，所述焊料凸点108与所述重新布线层103电连接。

可选地，所述焊料凸点108的材料可以包括铜及锡中的至少一种。

具体的，所述焊料凸点108与所述重新布线层103中的所述金属布线层电连接。形成所述焊料凸点108的具体工艺为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。

在步骤S8中，请参阅图1和图9，提供基板109，所述重新布线层103与所述基板109通过所述焊料凸点108电连接。

可选地，所述基板109包括晶圆级基板。

可选地，所述基板109包括氧化硅基板、玻璃基板、陶瓷基板、有机基板中的一种，其形状可以为圆形、方形或其它任意所需形状。

可选地，所述基板109通过所述焊料凸点108与所述重新布线层103电连接，所述基板109与所述重现布线层103之间的间隙可通过模塑底部填充工艺形成介电层（图中未标示）以实现相邻所述焊料凸点108之间的电隔离，从而提高封装成品率。

在步骤S9中，请参阅图1和图10，去除所述粘合层106和所述第二临时载片107并于所述塑封层105中形成凹槽110，所述凹槽110显露所述芯片104。

可选地，形成所述凹槽110的方法包括机械开槽、激光开槽、化学刻蚀开槽和等离子体蚀刻开槽的一种或组合。

具体的，在本实施例中，选择激光开槽的工艺对所述塑封层105进行开槽以形成显露芯片的所述凹槽110，所述激光开槽的工艺精确度好、可控性高，能够在不影响其他结构的前提下准确形成所述凹槽110。

可选地，如图14所示，在其它实施例中，当具有所述导热件115时，所述凹槽110还可以显露所述导热件115，以进一步的提高散热效果。

在步骤S10中，请参阅图1和图11，于所述凹槽110中填充液态导热金属111。

可选地，所述液态导热金属111的导热系数为20 W/m·K~100W/m·K；所述液态导热金属111包括镓、铟或锡中的一种或组合。

具体的，镓、铟或锡作为常见的液态导热金属，其导热系数一般在20 W/m·K~100W/m·K之间，此数值相对于常规的导热系数为11W/m·K的硅脂高，且具有较低的接触热阻和一定的流动性，所述液态导热金属111可以降低封装热阻，进而大幅提高封装过程中的热扩散效率，提高封装质量。

在步骤S11中，请参阅图1和图13，于所述基板109上形成散热盖板113，且密封所述凹槽110。

可选地，如图12所示，填充所述液态导热金属111之后及形成所述散热盖板113之前，包括于所述塑封层105和所述液态导热金属111的的表面形成导热封胶层114的步骤。

可选地，所述导热封胶层114覆盖所述液态导热金属111。

可选地，如图14和图15所示，所述散热盖板113包括顶面为平面的平面式散热盖板或带有翅片116的翅片式散热盖板中的一种，其中，所述散热盖板113与所述液态导热金属111密封固定连接从而实现对所述凹槽110的密封，或，所述液态导热金属111上方设置有导热封胶层114，所述散热盖板113与所述液态导热金属111通过所述导热封胶层114密封固定连接从而实现对所述凹槽110的密封。

具体的，在本实施例中，如图14所示，所述散热盖板113与所述液态导热金属111直接密封固定连接，或者，如图15所示，所述液态导热金属111上方设置有导热封胶层114，所述散热盖板113与所述液态导热金属111通过所述导热封胶层114密封固定连接，所述导热封胶层114可以为紫外固化胶层但并非局限于此，也可采用其他胶体层。

可选地，如图16和图17所示，所述散热盖板113中具有与所述凹槽110对应设置的空腔117，以方便容纳更多的所述液态导热金属111。当所述散热盖板113中设置有所述空腔117时，此时，还需要在所述盖板113上预留所述液态导热金属111的注入孔（图中未标示）。

可选地，所述散热盖板113与所述基板109通过连接件112实现机械连接，所述连接件112可包括粘合胶等，此处不作过分限制。

实施例二

如图13所示，本实施例提供了一种芯片封装结构，包括：

基板109；

重新布线层103，所述重新布线层103包括第一面1031及相对的第二面1032，且所述重新布线层103包括介质层及层叠的金属布线层；

焊料凸点108，所述焊料凸点108位于所述重新布线层的第二面1032与所述基板109之间，且所述焊料凸点108与所述重新布线层103及所述基板109电连接；

芯片104，所述芯片104位于所述重新布线层的第一面1031上，且与所述重新布线层103电连接；

塑封层105，所述塑封层105位于所述重新布线层的第一面1031上，且覆盖所述重新布线层103及所述芯片104；

凹槽110，所述凹槽110位于所述塑封层105中，且显露所述芯片104；

液态导热金属111，所述液态导热金属111填充于所述凹槽110中；

散热盖板113，所述散热盖板113与所述基板109固定连接且密封所述凹槽110。

关于所述芯片封装结构的制备可参阅上述制备方法，但并非局限于此，本实施例中，所述芯片封装结构采用上述制备方法制备，从而关于所述芯片封装结构的制备、材质等的选择，可参阅实施例一，此处不再赘述。

可选地，如图14和图15所示，还包括位于所述重新布线层的第一面1031上的导热件115，且所述凹槽110显露所述导热件115。

可选地，如图14和图15所示，所述散热盖板113包括顶面为平面的平面式散热盖板或带有翅片116的翅片式散热盖板中的一种；如图16所示，所述散热盖板113中具有与所述凹槽110对应设置的空腔117。

综上所述，本发明提供了一种芯片封装结构及制备方法，所述芯片封装结构包括：基板；重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面，且所述重新布线层包括介质层及层叠的金属布线层；焊料凸点，所述焊料凸点位于所述重新布线层的第二面与所述基板之间，且所述焊料凸点与所述重新布线层及所述基板电连接；芯片，所述芯片位于所述重新布线层的第一面上，且与所述重新布线层电连接；塑封层，所述塑封层位于所述重新布线层的第一面上，且覆盖所述重新布线层及所述芯片；凹槽，所述凹槽位于所述塑封层中，且显露所述芯片；液态导热金属，所述液态导热金属填充于所述凹槽中；散热盖板，所述散热盖板与所述基板固定连接且密封所述凹槽。通过在塑封层上形成显露芯片的凹槽，并通过在凹槽中引入具有高的导热系数的液态导热金属，使得液态导热金属与芯片直接接触以作为热扩散材料，既能防止液态导热金属在封装过程中溢出，又能提高芯片的散热性能，从而减少封装结构电性能下降的概率，且可有效降低封装热阻，进而大幅提高封装过程中的热扩散效率，从而形成具有较好散热性能的芯片封装结构。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

提供第一临时载片，于所述第一临时载片上形成释放层；

于所述释放层上形成重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的与所述释放层连接的第二面，且所述重新布线层包括介质层及层叠的金属布线层；

于所述重新布线层的第一面上键合芯片，所述芯片与所述重新布线层电连接；

于所述重新布线层上形成塑封层，所述塑封层覆盖所述重新布线层及所述芯片；

于所述塑封层上形成粘合层和第二临时载片；

去除所述第一临时载片及所述释放层，显露所述重新布线层的第二面；

于所述重新布线层的第二面上形成焊料凸点，所述焊料凸点与所述重新布线层电连接；

提供基板，所述重新布线层与所述基板通过所述焊料凸点电连接；

去除所述粘合层和所述第二临时载片并于所述塑封层中形成凹槽，所述凹槽显露所述芯片；

于所述凹槽中填充液态导热金属；

于所述基板上形成散热盖板，且密封所述凹槽。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：形成所述凹槽的方法包括机械开槽、激光开槽、化学刻蚀开槽和等离子体蚀刻开槽的一种或组合。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：填充所述液态导热金属之后及形成所述散热盖板之前，包括于所述塑封层和所述液态导热金属的表面形成导热封胶层的步骤。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述导热封胶层覆盖所述液态导热金属。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述散热盖板中具有与所述凹槽对应设置的空腔。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述重新布线层的第一面上还形成有导热件，且所述凹槽显露所述导热件。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述液态导热金属的导热系数为20W/m·K~100W/m·K；所述液态导热金属包括镓、铟或锡中的一种或组合。

8.一种芯片封装结构，其特征在于，所述芯片封装结构包括：

基板；

重新布线层，所述重新布线层包括第一面及相对的第二面，且所述重新布线层包括介质层及层叠的金属布线层；

焊料凸点，所述焊料凸点位于所述重新布线层的第二面与所述基板之间，且所述焊料凸点与所述重新布线层及所述基板电连接；

芯片，所述芯片位于所述重新布线层的第一面上，且与所述重新布线层电连接；

塑封层，所述塑封层位于所述重新布线层的第一面上，且覆盖所述重新布线层及所述芯片；

凹槽，所述凹槽位于所述塑封层中，且显露所述芯片；

液态导热金属，所述液态导热金属填充于所述凹槽中；

散热盖板，所述散热盖板与所述基板固定连接且密封所述凹槽。

9.根据权利要求8所述的芯片封装结构，其特征在于：还包括位于所述重新布线层的第一面上的导热件，且所述凹槽显露所述导热件。

10.根据权利要求8所述的芯片封装结构，其特征在于：所述散热盖板包括顶面为平面的平面式散热盖板或带有翅片的翅片式散热盖板中的一种；所述散热盖板中具有与所述凹槽对应设置的空腔。

Images