一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构及其制作方法。

背景技术

随着电子产品逐步往小型化、高性能化的方向发展，对半导体的封装技术的要求也日益增高。目前产品小型化有两种途径：SoC与SiP。其中SiP是将不同功能芯片封装后进行堆叠，其主要优势为高密度集成，封装产品尺寸小，产品性能优越，信号传输频率快等。但是在一个半导体模块上集成多个芯片，各个芯片之间的电磁信号可能会互相干扰。

为了避免芯片间的电磁干扰，通常需要在封装结构中设置电磁屏蔽结构。常规的金属屏蔽结构是通过溅射工艺将金属溅射到芯片或者塑封料表面达到金属屏蔽效果，但是此结构不具备高散热能力，制作工艺复杂，且生产成本和设备投入成本较高。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明第一方面提供一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构，包括：

基板；

芯片，其贴装至所述基板的第一表面；

屏蔽模块，其贴装至所述基板上，且围绕所述芯片设置；

塑封层，其包覆所述芯片及屏蔽模块；以及

散热模块，其设置于所述塑封层的表面。

进一步地，所述芯片为倒装芯片(Flip Chip，FC)。

进一步地，所述屏蔽模块包括金属屏蔽环，所述金属屏蔽环的高度不低于所述芯片。

进一步地，所述散热模块包括金属散热盖，所述金属散热盖设置于所述塑封层的表面，且与所述屏蔽模块的上表面接触。

进一步地，所述散热模块还包括散热胶，所述散热胶设置于所述芯片的背面。

进一步地，所述基板包括重布线结构，所述重布线结构与所述芯片电连接。

进一步地，所述芯片封装结构还包括焊球，其设置于所述基板的第二表面，且通过所述重布线结构与所述芯片电连接。

本发明第二方面提供一种如前所述的芯片封装结构的制作方法，包括：

将芯片以倒装方式贴装至基板的第一表面；

在所述基板上贴装金属屏蔽环；

在所述基板上形成塑封层，所述塑封层包覆在所述芯片及金属屏蔽环外；

减薄所述塑封层，以露出所述金属屏蔽环的上表面和/或芯片的背面；以及

在所述塑封层的表面贴装金属散热盖，所述金属散热盖与所述金属屏蔽环的上表面接触，形成金属密闭。

进一步地，所述制作方法还包括：

在所述芯片的背面填装散热胶。

进一步地，所述制作方法还包括：

在所述基板的第二表面进行焊球，所述焊球与所述芯片电连接。

本发明提供的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构，将芯片及金属屏蔽环贴装在基板上，再进行塑封料塑封，塑封后通过研磨工艺将表面多余的塑封料磨掉，直到漏出芯片背面和金属屏蔽环，然后在芯片背面涂抹一定厚度的高导热散热胶，最后再将金属散热盖贴装到散热胶上面，由于散热胶的粘合作用，将金属散热盖贴和芯片粘连在一起，形成具有电磁屏蔽和高散热的一种封装结构。所述芯片封装结构的制作不需要高成本的金属溅射设备，使用金属散热盖进行电磁屏蔽并兼顾高散热能力，常规的FCBGA生产设备就可以完成产品制作，制作工艺简单，生产成本和设备投入成本较低。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的结构示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的屏蔽环的示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的制作方法的流程示意图；以及

图4a至4f示出本发明一个实施例的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的制作方法的过程示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

现有的芯片封装结构中的金属屏蔽结构通常通过溅射工艺将金属溅射到芯片或者塑封料表面形成，但是这类结构不具备高散热能力，制作工艺复杂且生产成本和设备投入成本较高。为了简化工艺，同时降低生产成本和设备投入成本，本发明提供一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构及其制作方法，将芯片和金属屏蔽环贴装在基板上，再进行塑封料塑封，塑封后通过研磨工艺将表面多余的塑封料磨掉，直到漏出芯片背面和金属屏蔽环，然后在芯片背面涂抹一定厚度的高导热散热胶，最后再将金属散热盖贴装到散热胶上面，由于散热胶的粘合作用，将金属散热盖贴和芯片粘连在一起，形成具有电磁屏蔽和高散热的封装结构。所述封装结构不需要使用金属溅射设备，仅采用常规的FCBGA生产设备即可以完成产品制作，制作工艺简单。

下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的结构示意图。如图1所示，一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构，包括基板101、芯片102、屏蔽模块103、塑封层104以及散热模块105。其中所述芯片102贴装于所述基板101的第一表面，所述屏蔽模块103同样贴装于所述基板101上，且围绕所述芯片101设置，所述塑封层104包覆所述芯片102及屏蔽模块103，以及所述散热模块105则设置于所述塑封层104的表面。

为了实现所述封装结构与外部器件的电连接，在本发明的一个实施例中，所述基板101的第二表面还设置有焊球106，所述焊球106通过注入重布线层、硅通孔TSV等结构实现与所述芯片102的电连接。

在本发明的一个实施例中，所述基板101采用可进行高密度互联的结构。在本发明的一个实施例中，所述基板101可采用硅、玻璃以及有机材料或其它具有一定强度的非导电材质的材料。在本发明的一个实施例中，所述基板101包括由上向下依次层叠设置的顶部布线层、绝缘层及底部布线层，顶部布线层可以具有一层或多层导电线路及设置在导电线路之间的绝缘介质，顶部布线层的上表面设有多个用于安装芯片且具有导电性的焊盘和/或凸起。底部布线层可以具有一层或多层导电线路及设置在导电线路之间的绝缘介质。其中所述绝缘层的材料为硅、玻璃或有机物等。所述绝缘层中具有多个通孔，可在通孔内填充有导电材料或导热材料，从而在顶部布线层与底部布线层之间形成电或热连通。如前所述，在本发明的一个实施例中，所述芯片101与所述顶部布线层的焊盘和/或凸起电连接，以及所述焊球106则设置于所述底部布线层的焊盘和/或凸起上。应当理解的是，在本发明的其他实施例中，所述基板101也可采用其他本领域常见的互连结构，例如所述基板可以仅包括顶部布线层以及硅通孔，又例如所述基板仅包括重布线层，再例如所述靽可以仅包含硅通孔等。

如图所示，在本发明的一个实施例中，所述芯片102采用倒装方式贴装于所述基板101的第一表面。具体而言，是将所述芯片102的焊盘和/或凸起与所述基板第一表面的布线层的焊盘和/或凸点连接。

图2示出本发明一个实施例的一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的屏蔽环的示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，所述屏蔽模块103包括金属屏蔽环。在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述金属屏蔽环的高度不低于所述芯片，即所述金属屏蔽环的上表面与所述芯片102的背面平齐或略高于所述芯片102的背面。

所述塑封层104包覆所述芯片102及屏蔽模块103，但露出所述芯片102的背面，以及所述屏蔽模块103的上表面。在本发明的一个实施例中，所述塑封层104为树脂材料。然而本发明范围不限于此，也可根据实际需求，采用其他材料进行塑封。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，所述散热模块105包括金属散热盖，所述金属散热盖设置于所述塑封层104的表面，且与所述屏蔽模块的上表面接触，进而形成金属密闭。可以理解的是，在本发明的一个实施例中，所述金属屏蔽环与所述金属散热盖一起实现芯片电磁屏蔽功能。

为了更好地实现散热，在本发明的一个实施例中，所述芯片102的背面与所述散热模块105之间还填装有散热胶。

以具有金属屏蔽环及金属散热盖的芯片封装结构为例，图3示出如前所述的芯片封装结构的制作方法的流程示意图，以及图4a至4f示出所述芯片封装结构的制作方法的过程示意图。在本发明其他实施例中的不同屏蔽模块及散热模块可基于所述制作方法，根据其实际结构对具体封装方法进行调整。如图所示，一种具电磁屏蔽及散热功能的芯片封装结构的制造方法，包括：

首先，在步骤301，如图4a所示，芯片贴装。将芯片102贴装至基板101上，如图所示，在本发明的一个实施例中，所述芯片102以倒装方式贴装在所述基板101的第一表面。具体而言，是使得所述芯片102的焊盘与基板101的重布线层或硅通孔等电连接结构电连接。在本发明的一个实施例中，贴片完成后，可在所述芯片102与基板101的间歇内填充底部填充料；在本发明的一个实施例中，所述芯片可以为为CPU、DSP、GPU、FPGA等逻辑芯片，也可以为DRAM、Flash等存储芯片，还可以为SOC等其他类型芯片或传感器(如MEMS传感器等)。如前所述，所述基板101上设置有相应的电连接结构，以具有硅通孔及重布线结构的为例，在本发明的一个实施例中，所述基板101的形成包括：

首先，在硅片的第一表面形成硅通孔，所述硅通孔不穿透所述硅片，与所述硅片的第二表面保持一定的距离，所述硅通孔可通过光刻和刻蚀工艺形成；

接下来，在所述硅通孔的表面沉积钝化层或直接热氧化，所述钝化层的材料例如可为氧化硅或氮化硅等；

接下来，通过物理溅射、磁控溅射或蒸镀工艺，在所述钝化层上方制作种子层，种子层可采用钛、铜、铝、银、金、钯、铊、锡、镍等金属制作；

接下来，在所述硅通孔内电镀填充金属，所述金属可以为铜金属；

接下来，采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，去除硅片表面绝缘层，使得填充的金属露头；

接下来，在所述硅片的第一表面形成第一重布线层，使其电连接至所述硅通孔；以及

最后，减薄所述硅片的第二表面，使得所述硅通孔露头，然后在所述硅片的第二表面形成电镀种子层，具体形成方法可以通过化学镀、PVD等工艺形成，在本发明的一个具体实施例中，可以通过PVD沉积一层200-1000埃的铬和一层500-3000埃的铜形成该电镀种子层，然后在电镀种子层上图形化电镀形成第二重布线层，使得其与所述硅通孔电连接，具体的图形化电镀方法进一步包括，涂胶、烘干、光刻、显影、电镀、去胶等步骤。根据需求，所述基板形成过程中，还可采用临时键合、塑封等工艺以减小翘曲；

接下来，在步骤302，如图4b所示，贴装金属屏蔽环。在所述基板101的第一表面上贴装金属屏蔽环131，如图2所示，所述金属屏蔽环131围绕所述芯片102设置。同时，所述金属屏蔽环131的高度不低于所述芯片102的背面。在本发明的一个实施例中，所述金属屏蔽环131的材质为铜金属。在本发明的一个实施例中，所述金属屏蔽环131的厚度为0.5至1毫米。应当理解的是，在本发明的其他实施例中也可采用其他材质和/或厚度；

接下来，在步骤303，如图4c所示，形成塑封层。所述塑封层104包覆所述芯片102及金属屏蔽环131。在本发明的一个实施例中，所述塑封层104的材料可以为树脂材料等；

接下来，在步骤304，如图4d所示，减薄塑封层。通过研磨减薄所述塑封层104，以露出所述金属屏蔽环131的上表面和/或芯片102的背面；以及

最后，在步骤305，如图4e所示，贴装金属散热盖。在所述塑封层104的表面贴装金属散热盖151，所述金属散热盖151与所述金属屏蔽环131的上表面接触，进而形成金属密闭。同时，在本发明的一个实施例中，在贴装所述金属散热盖151前，先在所述芯片102的背面填装散热胶，进而可以有效地提高芯片的散热能力。在本发明的一个实施例中，所述金属散热盖151的材质为铜金属。在本发明的一个实施例中，所述金属散热盖151的厚度为0.5至1毫米，应当理解的是，在本发明的其他实施例中也可采用其他材质和/或厚度。

在本发明的一个实施例中，所述制作方法还包括：

在步骤306，如图4f所述，形成外接焊球。在所述基板101的第二表面的外接焊盘上，通过植球、电镀等工艺形成外接焊球106。

将芯片及金属屏蔽环贴装在基板上，再进行塑封料塑封，塑封后通过研磨工艺将表面多余的塑封料磨掉，直到漏出芯片背面和金属屏蔽环，然后在芯片背面涂抹一定厚度的高导热散热胶，最后再将金属散热盖贴装到散热胶上面，由于散热胶的粘合作用，将金属散热盖贴和芯片粘连在一起，形成具有电磁屏蔽和高散热的一种封装结构。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。