一种芯片封装结构及芯片封装方法

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种芯片封装结构及芯片封装方法。

背景技术

倒装芯片式技术(Flip Chip，FC)是一种经常应用于芯片封装(Chip ScalePackage，CSP)的封装技术。在倒装芯片式技术中，芯片的正面通常设置有凸点(bump)，芯片先通过凸点与基板进行焊接，之后再在基板相背于芯片的端面上植焊球(ball)，最后通过焊球将其焊接到PCB板上。但上述封装结构的设置，一方面，基板较厚，电流的传数据流较大，导致电流的损耗大，影响信号传输的速度；另一方面，芯片仅通过背面散热，散热面积较小，易影响芯片性能。

基于此，亟需一种芯片封装结构及芯片封装方法用来解决如上提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片封装结构及芯片封装方法，以实现缩小芯片封装结构的厚度尺寸，降低电流的损耗，也减小芯片封装结构的体积，又扩大用于散热的面积，保证芯片的性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种芯片封装结构，包括：

芯片，正面阵列设置有多个凸点；

基体，开设有容纳槽，所述芯片置于所述容纳槽内，至少部分所述凸点位于所述容纳槽的外侧；

导热粘接层，粘接于所述芯片的背面与所述容纳槽的槽底面之间；

导电结构，置于多个所述凸点远离所述芯片的一侧，所述导电结构与所述芯片以及所述基体之间均填充有塑封层，所述导电结构包括PI层和RDL层，所述PI层设置有至少两层，所述RDL层设置在相邻两层所述PI层之间，所述PI层上开设有过孔，所述过孔孔壁的金属层与所述RDL层或所述凸点电连接；

焊球，设置于所述导电结构相背于所述芯片的一侧，所述焊球与所述凸点通过所述过孔孔壁的金属层电连接。

作为芯片封装结构的可选技术方案，所述芯片的高度与所述导热粘接层的高度之和大于所述容纳槽的深度。

作为芯片封装结构的可选技术方案，所述导热粘接层为导热石墨片。

作为芯片封装结构的可选技术方案，所述导热粘接层的形状和尺寸与所述容纳槽槽底面的形状和尺寸相同。

作为芯片封装结构的可选技术方案，所述容纳槽位于所述基体的中部，且所述容纳槽的槽侧壁与所述基体的侧壁之间形成围挡，所述芯片与所述围挡之间间隔设置，所述芯片与所述槽侧壁之间填充有所述塑封层。

作为芯片封装结构的可选技术方案，所述塑封层相背于所述容纳槽槽底的一侧开设有盲孔，所述凸点相背于所述芯片的一端穿出所述盲孔的孔底壁，且所述凸点相背于芯片的一端凸出于所述塑封层相背于所述容纳槽槽底的端面并与所述过孔孔壁的金属层电连接。

一种芯片封装方法，用于制作如上所述的芯片封装结构，包括：

S1、提供芯片和基体，将所述芯片置于所述容纳槽内，且所述芯片的背面与所述导热粘接层粘接；

S2、将填充料布满所述芯片的正面、所述容纳槽内以及所述基体开设有所述容纳槽的一侧，形成塑封层；

S3、减薄所述塑封层，直至所述凸点相背于所述芯片的一端穿出所述塑封层；

S4、在所述塑封层相背于所述芯片的一侧制作PI层和RDL层，形成所述导电结构；

S5、将所述焊球焊接在所述导电结构相背于所述塑封层的端面上。

作为芯片封装方法的可选技术方案，步骤S2包括：

S21、提供模具，所述模具上开设有成型槽；

S22、将所述基体置于所述成型槽内，且所述成型槽的开口方向与所述容纳槽的开口方向朝向同一方向；

S23、向所述成型槽内填充所述填充料，直至所述填充料布满所述芯片的正面、所述容纳槽内以及所述基体开设有所述容纳槽的一侧，形成所述塑封层；

S24、待所述塑封层固化后进行脱模。

作为芯片封装方法的可选技术方案，步骤S3之后，还包括：

S31、在所述塑封层相背于所述容纳槽槽底的一侧且正对所述凸点的位置上开设盲孔，使得所述凸点外露。

作为芯片封装方法的可选技术方案，步骤S4包括：

S411、在所述塑封层相背于所述芯片的一侧沉积一层PI层，加热所述PI层至半固化；

S412、在半固化的所述PI层上涂覆光刻胶；

S413、对所述光刻胶进行曝光和显影，形成光刻胶层图形；

S414、在所述光刻胶层图形中形成的孔结构内沉积金属层，形成所述RDL层；

S415、加热所述PI层至完全固化，若所述RDL层为至少两层，则重复步骤S411～S415，否则进行步骤S416；

S416、在与所述芯片之间的距离最远的所述RDL层上沉积所述PI层，并加热固化所述PI层，形成所述导电结构。

本发明的有益效果：

本发明提供的芯片封装结构，其包括芯片、基体、导热粘接层、导电结构和焊球。由于PI层与RDL层的厚度较小，故利用PI层与RDL层组成的导电结构代替基板，能够缩小芯片封装结构的厚度尺寸，缩短电流传输的距离，降低电流的损耗，保证芯片的性能，也能够减小芯片封装结构的体积，扩大了芯片封装结构能够适用的安装空间的适用范围；封装层能够保护芯片，导电结构相背于芯片一侧的PI层能够保护内部的RDL层，保证芯片封装结构的耐用性以及使用可靠程度；同时，在基体上开设容纳槽，将芯片放置在容纳槽内，也能够进一步缩小芯片封装结构的厚度尺寸，进一步扩大了适用范围；此外，利用导热粘接层将芯片上的热量传导至基体上，扩大了用于散热的面积，保证了芯片使用的稳定性，进一步保证了芯片的性能。

本发明提供的芯片封装方法，利用PI层与RDL层组成的导电结构代替基板，能够缩小芯片封装结构的厚度尺寸，缩短电流传输的距离，降低电流的损耗，保证芯片的性能，也能够减小芯片封装结构的体积，扩大了芯片封装结构能够适用的安装空间的适用范围；利用导热粘接层将芯片固定粘接在基体上，也避免了芯片相对于基体移动，也能够将芯片上的热量传导至基体上，保证了芯片封装结构的合格率，扩大了用于散热的面积，保证了芯片使用的稳定性，进一步保证了芯片的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的芯片封装结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的芯片封装方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的芯片与导热粘接层粘接后的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的塑封层成型后的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的将塑封层减薄后的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的形成导电结构后的结构示意图；

图7是图6中A处的局部放大图。

图中：

1、芯片；11、凸点；2、基体；21、容纳槽；22、围挡；3、导热粘接层；

4、导电结构；41、PI层；42、RDL层；5、塑封层；6、焊球；

7、模具；71、成型槽。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种芯片封装结构。具体地，如图1-图7所示，芯片封装结构包括芯片1、基体2、导热粘接层3、导电结构4和焊球6。芯片1的正面阵列设置有多个凸点11；基体2开设有容纳槽21，芯片1置于容纳槽21内，至少部分凸点11位于容纳槽21的外侧；导热粘接层3粘接于芯片1的背面与容纳槽21的槽底面之间；导电结构4置于多个凸点11远离芯片1的一侧，导电结构4与芯片1以及基体2之间均填充有塑封层5，导电结构4包括PI层41和RDL层42(Re-Distribution Layer，重布线层)，PI层41设置有至少两层，RDL层42设置在相邻两层PI层41之间，PI层41上开设有过孔，过孔孔壁的金属层与RDL层42或凸点11电连接；焊球6设置于导电结构4相背于芯片1的一侧，焊球6与凸点11通过过孔孔壁的金属层电连接。在本实施例中，PI层41为聚酰亚胺(Polyimide，PI)材质制成，在芯片封装领域较为常用，在此不再赘述。

本实施例提供的芯片封装结构，其包括芯片1、基体2、导热粘接层3、导电结构4和焊球6。由于PI层41与RDL层42的厚度较小，故利用PI层41与RDL层42组成的导电结构4代替基板，能够缩小芯片封装结构的厚度尺寸，缩短电流传输的距离，降低电流的损耗，保证芯片的性能，也能够减小芯片封装结构的体积，扩大了芯片封装结构能够适用的安装空间的适用范围；封装层5能够保护芯片1，导电结构4相背于芯片1一侧的PI层41能够保护内部的RDL层42，保证芯片封装结构的耐用性以及使用可靠程度；同时，在基体2上开设容纳槽21，将芯片1放置在容纳槽21内，也能够进一步缩小芯片封装结构的厚度尺寸，进一步扩大了适用范围；此外，利用导热粘接层3将芯片1上的热量传导至基体2上，扩大了用于散热的面积，保证了芯片1使用的稳定性，进一步保证了芯片1的性能。

具体地，PI层41的层数为5层～25层。其中，PI层41的数量可根据实际电流损耗、导电结构4的平面度以及电流压降适应性选取，在此不作限定。

在本实施例中，容纳槽21位于基体2的中部，且容纳槽21的槽侧壁与基体2的侧壁之间形成环形的围挡22，围挡22的形成便于封装层5的成型，也进一步起到了保护芯片1的作用，保证芯片封装结构的耐用性以及使用可靠程度。

优选地，芯片1与围挡22之间间隔设置，芯片1与槽侧壁之间填充有塑封层5，进一步保证了塑封层5对于芯片1的保护作用，保证了芯片封装结构的性能以及使用可靠程度。

在本实施例中，塑封层5的材质为环氧树脂，环氧树脂固化后形成塑封层5。

作为优选方案，塑封层5相背于容纳槽21槽底的一侧开设有盲孔，凸点11相背于芯片1的一端穿出盲孔的孔底壁，且凸点11相背于芯片1的一端凸出于塑封层5相背于容纳槽21槽底的端面并与过孔孔壁的金属层电连接。上述设置，使得凸点11能够通过盲孔暴露，便于凸点11与过孔孔壁的金属层焊接，从而实现凸点11与过孔孔壁的金属层电连接，增大了凸点11用于焊接的面积，保证了凸点11与过孔孔壁的金属层焊接的可靠程度，从而保证了电流能够通过凸点11以及导电结构4传导至焊球6处，保证了芯片1的性能。

在本实施例中，凸点11为球状，采用锡材质。具体地，盲孔与凸点11同轴设置，利于增大凸点11露出的面积。优选地，盲孔的孔径大于凸点11的半径，且小于凸点11的直径。

作为优选方案，芯片1的高度大于容纳槽21的深度，保证了凸点11能够置于基体2的外侧，便于实现凸点11通过导电结构4与焊球6电连接，降低了加工难度。

进一步地，芯片1的高度与导热粘接层3的高度之和大于容纳槽21的深度，能够缩小芯片1的高度，降低芯片1的成本。

在本实施例中，导热粘接层3为导热石墨片。导热石墨片的两侧均具有粘性，既能够实现导热效果，又能够实现粘接作用。其中，导热石墨片的结构及材质均为现有技术，在此不再赘述。

在其他实施例中，导热粘接层3还可为导热硅胶层，在此不作限定。

优选地，导热粘接层3的形状和尺寸与容纳槽21槽底面的形状和尺寸相同。可以理解的是，为了保证芯片1与基体2之间的可靠连接，以及如前文中描述的“芯片1与围挡22之间间隔设置”，容纳槽21的槽底面的面积大于或等于芯片1的正面面积，故导热粘接层3的面积也大于或等于芯片1的正面面积，便于芯片1与容纳槽21的槽底面固定粘接。

优选地，基体2的材料为热沉材料，具有较好的散热效果。基体2可采用铜、氮化铝或碳化硅。进一步地，基体2的材料为热沉金属材料，在具有散热效果的同时，又能够起到电磁屏蔽的功能，降低了电磁信号对于芯片1的干扰，进一步保证了芯片1的性能。

本实施例还提供了一种芯片封装方法，用于制作如前文中描述的芯片封装结构。如图2-图7所示，芯片封装方法包括：

S1、提供芯片1和基体2，将芯片1置于容纳槽21内，且芯片1的背面与导热粘接层3粘接；

S2、将填充料布满芯片1的正面、容纳槽21内以及基体2开设有容纳槽21的一侧，形成塑封层5；

S3、减薄塑封层5，直至凸点11相背于芯片1的一端穿出塑封层5；

S4、在塑封层5相背于芯片1的一侧制作PI层41和RDL层42，形成导电结构4；

S5、将焊球6焊接在导电结构4相背于塑封层5的端面上。

本实施例提供的芯片封装方法，利用PI层41与RDL层42组成的导电结构4代替基板，能够缩小芯片封装结构的厚度尺寸，缩短电流传输的距离，降低电流的损耗，保证芯片的性能，也能够减小芯片封装结构的体积，扩大了芯片封装结构能够适用的安装空间的适用范围；利用导热粘接层3将芯片1固定粘接在基体2上，也避免了芯片1相对于基体2移动，也能够将芯片1上的热量传导至基体2上，保证了芯片封装结构的合格率，扩大了用于散热的面积，保证了芯片1使用的稳定性，进一步保证了芯片1的性能。

下面详细介绍本实施例提供的芯片封装方法。

S1、提供芯片1和基体2，将芯片1置于容纳槽21内，且芯片1的背面与导热粘接层3粘接。

在本实施例中，如图3所示，容纳槽21内设置有至少两个芯片1，可为相同功能的芯片1，也可为不同功能的芯片1，在此不作限定。

S2、将填充料布满芯片1的正面、容纳槽21内以及基体2开设有容纳槽21的一侧，形成塑封层5。

具体地，如图4所示，塑封层5完全覆盖芯片1，使塑封层5能够保护芯片1，并将芯片1与基体2之间固定连接。

优选地，步骤S2包括：

S21、提供模具7，模具7上开设有成型槽71。

具体地，成型槽71的形状、长度尺寸和宽度尺寸与基体2的形状、长度尺寸和宽度尺寸对应相同，成型槽71的深度大于基体2、芯片1以及凸点11构成的整体结构的高度，保证塑封层5能够完全覆盖凸点11、芯片1和基体2。

在本实施例中，模具7的材质以及结构均可参考现有技术，非本实施例的保护重点，在此不再赘述。

S22、将基体2置于成型槽71内，且成型槽71的开口方向与容纳槽21的开口方向朝向同一方向。

S23、向成型槽71内填充填充料，直至填充料布满芯片1的正面、容纳槽21内以及基体2开设有容纳槽21的一侧，形成塑封层5。

其中，填充料的材质为环氧树脂。

S24、待塑封层5固化后进行脱模。

S3、减薄塑封层5，直至凸点11相背于芯片1的一端穿出塑封层5。

上述设置，利于凸点11与PI层41上的过孔孔壁的金属层焊接，实现凸点11与导电结构4电连接。具体地，可通过研磨的方式减薄塑封层5，也可通过其他工艺实现减薄塑封层5，在此不作限定。

优选地，步骤S3之后，还包括：

S31、在塑封层5相背于容纳槽21槽底的一侧且正对凸点11的位置上开设盲孔，使得凸点11外露。

上述设置，进一步便于凸点11与PI层41上的过孔孔壁的金属层焊接，实现凸点11与导电结构4电连接，利于增大凸点11露出的面积，提高了焊接的便利性。

步骤S31中，可利用激光或其他机械方式打孔，在此不作限定。

S4、在塑封层5相背于芯片1的一侧制作PI层41和RDL层42，形成导电结构4。

具体地，步骤S4包括：

S411、在塑封层5相背于芯片1的一侧沉积一层PI层41，加热PI层41至半固化。

具体地，利用烘箱加热PI层41，加热温度以及加热时间不作限定，能够实现PI层41被加热至半固化状态即可。

S412、在半固化的PI层41上涂覆光刻胶。

具体地，在PI层41相背于芯片1的一侧涂覆光刻胶。其中，光刻胶的材质可参考现有技术，在此不再赘述。

S413、对光刻胶进行曝光和显影，形成光刻胶层图形。

具体地，利用光刻设备实现对光刻胶的曝光和显影。其中，光刻的工艺可参考现有技术，在此不再赘述。

S414、在光刻胶层图形中形成的孔结构内沉积金属层，形成RDL层42。

在本实施例中，在光刻胶层图案上沉积金属铜。

S415、加热PI层41至完全固化，若RDL层42为至少两层，则重复步骤S411～S415，否则进行步骤S416。

具体地，利用烘箱加热PI层41，加热温度以及加热时间不作限定，能够实现PI层41被加热至固化状态即可。

S416、在与芯片1之间的距离最远的所述RDL层42上沉积PI层41，并加热固化PI层41，形成导电结构4。

S5、将焊球6焊接在导电结构4相背于塑封层5的端面上。

具体地，焊球6焊接于导电结构4相背于芯片1一侧的PI层41上的过孔孔壁的金属层，实现凸点11与焊球6之间通过导电结构4电连接。

在本实施例中，焊球6为锡材质。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。