一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構的製作方法

2023-09-14 03:46:40

一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構，包括：一個柔性基板；壓合在柔性基板上的一個底部基板和兩個剛性基板，兩個剛性基板對稱分布在底部基板的兩側，兩個剛性基板中挖有空腔；粘接固定在兩個剛性基板背面的兩個銅基；焊接在底部基板上的一個底部晶片；形成於底部晶片與底部基板之間的晶片下凸點；填充於底部晶片與底部基板之間晶片下凸點周圍的底部填充膠；分別焊到或粘到兩個銅基上的兩個頂部晶片；將兩個頂部晶片鍵合到剛性基板上的鍵合引線；塑封材料；形成於底部基板背面的BGA球；通過BGA球來固定底部基板的PCB板；以及安裝於頂部的兩個銅基之上的散熱器。利用本發明，增加了封裝體的散熱路徑，能夠更為有效的散出熱量。
【專利說明】一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電子三維系統級封裝【技術領域】，尤其是一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構。
【背景技術】
[0002]圖1是現有技術中通過彎曲柔性基板實現晶片三維堆疊結構的示意圖。其中202為下層晶片；204為上層晶片；206為柔性基板；208為柔性基板內表面；212為下層晶片引腳；214為上層晶片引腳；216為填充膠；222為BGA球陣列；224為單個BGA球；226為柔性基板外表面；232為下層晶片正面；234為上層晶片背面；236為貼片膠；238為PCB板。
[0003]該三維堆疊結構首先進行平面安裝，將兩顆晶片202和204焊接在柔性基板206的兩端，並於晶片與柔性基板之間填充底部填充膠216 ;然後在晶片202和204朝上部分塗上導熱的貼片膠236 ;最後將柔性基板206彎曲，使兩晶片202和204上下對齊堆疊，通過導熱的貼片膠236固接，兩晶片202和204的電互連通過柔性基板206上的電路實現。
[0004]該三維堆疊結構的缺點是上層晶片204在散熱方面存在較大的問題，上層晶片204產生的大部分熱量需依次經導熱的貼片膠236、下層晶片202、底部填充膠216、柔性基板206、BGA球224以及PCB238散出，熱量不容易散出，最終導致上層晶片204結溫升高，影響壽命。

【發明內容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構，以更為有效的散出熱量。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為達到上述目的，本發明提供了一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構，該三維封裝散熱結構包括:
[0009]一個柔性基板100 ；
[0010]壓合在柔性基板100上的一個底部基板102和兩個剛性基板101，其中，兩個剛性基板101對稱分布在底部基板102的兩側，且兩個剛性基板101中挖有空腔；
[0011]粘接固定在兩個剛性基板101背面的兩個銅基103 ；
[0012]焊接在底部基板102上的一個底部晶片201 ；
[0013]形成於底部晶片201與底部基板102之間的晶片下凸點301 ；
[0014]填充於底部晶片201與底部基板102之間晶片下凸點301周圍的底部填充膠400 ；
[0015]分別焊到或粘到剛性基板101由於挖空腔而露出的兩個銅基103上的兩個頂部晶片 203 ；
[0016]將兩個頂部晶片203鍵合到剛性基板101上的鍵合引線302 ；
[0017]塑封材料600，灌入於由於彎曲柔性基板100使柔性基板100兩側的兩個剛性基板101置於底部基板102上的底部晶片201上方而形成的空間；
[0018]形成於底部基板102背面的BGA球700 ；
[0019]通過BGA球700來固定底部基板102的PCB板1000 ；以及
[0020]通過導熱膏800安裝於頂部的兩個銅基103之上的散熱器900。
[0021]上述方案中，所述底部基板102採用剛性基板或柔性基板。
[0022]上述方案中，所述兩個銅基103是使用導電銀漿分別粘接固定在兩個剛性基板101的背面，銅基103的長寬尺寸與剛性基板101的長寬尺寸相同，左右結構對稱的分布在底部基板102背面的兩側。
[0023]上述方案中，所述底部晶片201為小功率晶片，其功率為20?500mW。
[0024]上述方案中，所述頂部晶片203為大功率晶片，其功率至少為I瓦。
[0025]上述方案中，所述塑封材料600用於保護鍵合引線302和支撐頂部剛性基板101。
[0026]上述方案中，所述BGA球700是通過在底部基板102背面的焊盤上刷焊錫膏，鋼網植BGA球而形成。
[0027]上述方案中，該剛柔結合板的三維封裝散熱結構是左右對稱結構。
[0028](三)有益效果
[0029]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0030]1、本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，通過使用剛性基板和柔性基板相結合，並在剛性基板上附加銅基結構，對大小功率晶片分別進行散熱處理，增加了封裝體的散熱路徑，能夠更為有效的散出熱量。
[0031]2、本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，通過在剛柔結合板上進行平面工藝安裝晶片，再通過彎折柔性基板實現三維堆疊，成本低，工藝簡單成熟。
[0032]3、本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，通過在上層晶片的剛性基板上，附加高熱導率的銅基模塊，增加了堆疊晶片的散熱路徑，使上層晶片的熱量通過頂部銅基，迅速傳導至封裝體外部散出，有效散出熱量。
[0033]4、本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，，可在剛性基板上同時安裝多顆小晶片，使堆疊晶片的數量增加，便於高密度晶片集成；並且產生的熱量可通過銅基迅速散出封裝體。
[0034]5、本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，裸露在封裝體外的銅基，可在其上方便的安裝散熱裝置，如熱沉，可對大功率晶片進行更為有效的散熱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是現有技術中通過彎曲柔性基板實現晶片三維堆疊結構的示意圖；
[0036]圖2為本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構的示意圖；
[0037]圖3至圖8為依照本發明實施例的製作剛柔結合板的三維封裝散熱結構的工藝流程圖；其中:
[0038]圖3為柔性基板的結構示意圖；
[0039]圖4為剛柔結合板的結構示意圖；
[0040]圖5為剛柔結合板挖腔後的結構示意圖；
[0041]圖6為剛柔結合板粘貼在銅基上的結構示意圖；[0042]圖7剛柔結合板平面封裝的結構示意圖；
[0043]圖8剛柔結合板彎折後的三維封裝的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0045]圖2為本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構的示意圖，該三維封裝散熱結構包括:
[0046]一個柔性基板100 ；
[0047]壓合在柔性基板100上的一個底部基板102和兩個剛性基板101，其中，兩個剛性基板101對稱分布在底部基板102的兩側，且兩個剛性基板101中挖有空腔，底部基板102採用剛性基板和柔性基板均可，本實施例中採用的是剛性基板；
[0048]粘接固定在兩個剛性基板101背面的兩個銅基103 ;兩個銅基103是使用導電銀漿分別粘接固定在兩個剛性基板101的背面，銅基103長寬尺寸與剛性基板101長寬尺寸相同，左右結構對稱的分布在底部基板102背面的兩側；
[0049]焊接在底部基板102上的一個底部晶片201 ;底部晶片201 —般為小功率晶片，其功率為20?500mW ；
[0050]形成於底部晶片201與底部基板102之間的晶片下凸點301 ；
[0051]填充於底部晶片201與底部基板102之間晶片下凸點301周圍的底部填充膠400 ；
[0052]分別焊到或粘到剛性基板101由於挖空腔而露出的兩個銅基103上的兩個頂部晶片203 ;頂部晶片203 —般為大功率晶片，其功率至少為I瓦；
[0053]將兩個頂部晶片203鍵合到剛性基板101上的鍵合引線302 ；
[0054]塑封材料600，灌入於由於彎曲柔性基板100使柔性基板100兩側的兩個剛性基板101置於底部基板102上的底部晶片201上方而形成的空間，用於保護鍵合引線302和支撐頂部剛性基板101 ；
[0055]形成於底部基板102背面的BGA球700，BGA球700是通過在底部基板102背面的焊盤上刷焊錫膏，鋼網植BGA球而形成；
[0056]通過BGA球700來固定底部基板102的PCB板1000，底部基板102的背面通過BGA球700固定於PCB板1000之上；以及
[0057]通過導熱膏800安裝於頂部的兩個銅基103之上的散熱器900。
[0058]本發明提供的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，通過對散熱器900實施風冷等方式，將銅基103導出的熱量更迅速有效的散出。該剛柔結合板的三維封裝散熱結構是左右對稱結構。
[0059]基於圖2所示的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，圖3至圖8為依照本發明實施例的製作剛柔結合板的三維封裝散熱結構的工藝流程圖，具體包括以下步驟:
[0060]步驟101:製作柔性基板100，如圖3所示；
[0061]步驟102:將底部基板102和兩個剛性基板101壓合在柔性基板100上，其中兩個剛性基板101對稱分布在底部基板102的兩側，如圖4所示，底部基板102採用剛性基板和柔性基板均可，本實施例中採用的是剛性基板；[0062]步驟103:在兩個剛性基板101中挖空腔，如圖5所示；
[0063]步驟104:使用導電銀漿將兩個銅基103分別粘接固定在兩個剛性基板101的背面，銅基103長寬尺寸與剛性基板101長寬尺寸相同，左右結構對稱的分布在底部基板102背面的兩側，如圖6所示；
[0064]步驟105:如圖7所示,通過倒裝焊(flip-chip)的方式將底部晶片201焊接到底部基板102上，在底部晶片201與底部基板102之間形成晶片下凸點301並填充底部填充膠400 ;然後，通過共晶焊料或導電銀漿500將兩個頂部晶片203分別焊到或粘到剛性基板101由於挖空腔而露出的兩個銅基103上，然後通過鍵合引線302將兩個頂部晶片203鍵合到剛性基板101上。
[0065]步驟106:如圖8所示，通過彎曲柔性基板100，使柔性基板100兩側的兩個剛性基板101置於底部基板102上的底部晶片201上方，並通過灌入塑封材料600使之固定成型，塑封材料600起到保護鍵合引線302和支撐頂部剛性基板101的作用；然後在底部基板102背面的焊盤上刷焊錫膏，鋼網植BGA球700，回流，形成封裝體。
[0066]步驟107:將底部基板102的背面通過BGA球700固定於PCB板1000之上，並通過導熱膏800在封裝體頂部的兩個銅基103之上安裝散熱器900，形成剛柔結合板彎折後的三維封裝散熱結構。最終形成的剛柔結合板彎折後的三維封裝散熱結構如圖2所示，通過對散熱器900實施風冷等方式，將銅基103導出的熱量更迅速有效的散出。
[0067]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，該三維封裝散熱結構包括: 一個柔性基板(100)； 壓合在柔性基板(100)上的一個底部基板(102)和兩個剛性基板(101)，其中，兩個剛性基板(101)對稱分布在底部基板(102)的兩側，且兩個剛性基板(101)中挖有空腔；粘接固定在兩個剛性基板(101)背面的兩個銅基(103)； 焊接在底部基板(102)上的一個底部晶片(201)； 形成於底部晶片(201)與底部基板(102)之間的晶片下凸點(301)； 填充於底部晶片(201)與底部基板(102)之間晶片下凸點(301)周圍的底部填充膠(400)； 分別焊到或粘到剛性基板(101)由於挖空腔而露出的兩個銅基(103)上的兩個頂部晶片(203)； 將兩個頂部晶片(203)鍵合到剛性基板(101)上的鍵合引線(302)； 塑封材料(600)，灌入於由於彎曲柔性基板(100)使柔性基板(100)兩側的兩個剛性基板(101)置於底部基板(102)上的底部晶片(201)上方而形成的空間； 形成於底部基板(102)背面的BGA球(700)； 通過BGA球(700)來固定底部基板(102)的PCB板(1000);以及 通過導熱膏(800)安裝於頂部的兩個銅基(103)之上的散熱器(900)。
2.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，所述底部基板(102)採用剛性基板或柔性基板。
3.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，所述兩個銅基(103)是使用導電銀漿分別粘接固定在兩個剛性基板(101)的背面，銅基(103)的長寬尺寸與剛性基板(101)的長寬尺寸相同，左右結構對稱的分布在底部基板(102)背面的兩側。
4.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，所述底部晶片(201)為小功率晶片，其功率為20~500mW。
5.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，所述頂部晶片(203)為大功率晶片,其功率至少為I瓦。
6.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，所述塑封材料(600)用於保護鍵合引線(302)和支撐頂部剛性基板(101)。
7.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，所述BGA球(700)是通過在底部基板(102)背面的焊盤上刷焊錫膏，鋼網植BGA球而形成。
8.根據權利要求1所述的剛柔結合板的三維封裝散熱結構，其特徵在於，該剛柔結合板的三維封裝散熱結構是左右對稱結構。
【文檔編號】H01L23/373GK103594432SQ201310533073
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】侯峰澤, 邱德龍 申請人:中國科學院微電子研究所, 華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司