封装结构及其成型方法与流程

文档序号:17653643发布日期:2019-05-15 21:44阅读:160来源:国知局

本发明涉及封装技术领域,尤其涉及一种封装结构及其成型方法。



背景技术:

手机、穿戴设备等消费电子产品一直有着轻薄化、小巧化的需求,而随着5g的商用展开及物联网的高速发展,终端整机产品设计过程中关于emc的设计压力越来越大,传统金属屏蔽罩结构的尺寸一直是阻碍结构优化的最大障碍,且屏蔽罩仅能防护基板表面器件,对于基板侧面及基板底面的泄露无能为力,而现有的溅射产品由于接地效能不良亦会导致屏蔽效果不佳等问题,实际商用推广并不理想。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种封装结构及其成型方法。

为实现上述发明目的之一,本发明一实施方式提供一种封装结构,其包括基板,所述基板包括相对设置的基板正面、基板底面及设置于所述基板正面及所述基板底面之间的基板侧面,所述基板侧面设有沿所述基板的厚度方向延伸的金属容纳部,所述基板设有沿垂直于厚度方向的方向延伸的铺地层,所述铺地层连通所述金属容纳部并接地。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述金属容纳部包括沿所述基板的厚度方向贯穿所述基板正面及所述基板底面的通孔,以及填充于所述通孔内的金属部。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述通孔远离所述基板的一侧为开口,所述开口暴露出所述金属部。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述基板侧面设有连续分布的若干通孔。

作为本发明一实施方式的进一步改进,相邻的两通孔交错分布。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述基板由若干子基板叠置而成,所述铺地层设置于至少部分子基板的边缘区域。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述铺地层包括位于基板底面的边缘处的底面铺地层,所述封装结构还包括连接所述底面铺地层的接地植球。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述封装结构还包括接地焊盘,所述接地焊盘位于基板底面的边缘处,且所述接地焊盘连接所述金属容纳部和/或所述铺地层。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述封装结构还包括屏蔽层,所述屏蔽层至少覆盖所述基板正面及所述基板侧面,且所述屏蔽层连接所述金属容纳部及所述铺地层。

为实现上述发明目的之一,本发明一实施方式提供一种封装结构的成型方法,包括步骤:

提供一基材,所述基材包括若干切割部,每一切割部由交错分布的若干开孔拼接而成,所述开孔沿所述基材的厚度方向贯穿基材正面及基材底面,且所述开孔内填充有金属柱,所述基材还包括沿垂直于厚度方向的方向延伸的铺地层,所述铺地层连通所述金属柱;

沿所述切割部的切割线切割所述基材而形成若干子基材,所述切割线经过全部开孔;

至少于所述子基材的子基材正面、子基材侧面溅镀屏蔽层而形成封装结构,所述子基材侧面对应切割线。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明一实施方式通过铺地层及金属容纳部的结合接地,可以有效提高封装结构的整体屏蔽效果,大大提高封装结构的emc性能。

附图说明

图1是本发明一实施方式的封装结构(不包含屏蔽层)的结构图;

图2是图1中基板侧面部分区域的放大图;

图3是本发明一实施方式的第一子基板示意图;

图4是本发明一实施方式的第二子基板示意图;

图5是本发明一实施方式的第三子基板示意图;

图6是本发明第一示例的lga类封装结构的第四子基板示意图;

图7是本发明第二示例的bga类封装结构的第四子基板示意图;

图8是本发明一实施方式的封装结构(包含屏蔽层)的结构图;

图9是本发明第一示例的lga类封装结构示意图;

图10是本发明第二示例的lga类封装结构示意图;

图11是本发明一实施方式的封装结构成型方法步骤图;

图12是本发明一实施方式的基材示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明的各个图示中,为了便于图示,结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大,因此,仅用于图示本发明的主题的基本结构。

另外,本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。

空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位,例如,如果将图中的设备翻转,则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”,因此,示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位,设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向),并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

结合图1及图2,为本发明一实施方式的封装结构100的示意图。

封装结构100包括基板10。

基板10包括相对设置的基板正面11、基板底面12及设置于基板正面11及基板底面12之间的基板侧面13。

这里,基板正面11可用于承载元器件,例如芯片、电阻、电容等等。

基板侧面13设有沿基板10的厚度方向x延伸的金属容纳部14,基板10设有沿垂直于厚度方向的方向y延伸的铺地层15,铺地层15连通金属容纳部14并接地。

这里,厚度方向x实质为基板正面11朝向基板底面12的方向,垂直于厚度方向x的方向y实质为基板正面11(或基板底面12)所在的平面所形成的方向,也就是说,铺地层15的延伸方向平行于基板正面11,铺地层15的延伸方向垂直于金属容纳部14的延伸方向,铺地层15为金属层。

本实施方式通过铺地层15及金属容纳部14的结合接地,可以有效提高封装结构100的整体屏蔽效果,大大提高封装结构100的emc性能。

在本实施方式中,金属容纳部14包括沿基板10的厚度方向x贯穿基板正面11及基板底面12的通孔141,以及填充于通孔141内的金属部142。

通孔141远离基板10的一侧为开口,开口暴露出金属部142。

也就是说,通孔141的上方贯穿基板正面11,通孔141的下方贯穿基板底面12,且通孔141远离基板10的一侧未封闭,通孔141的内表面为弧面。

金属部142填充于通孔141内,金属部142由基板正面11延伸至基板底面12,金属部142远离基板10的一侧为平面,该平面连接通孔141边缘,金属部142可以看做形成了基板侧面13的一部分,金属部142可为铜材料。

在本实施方式中,基板侧面13设有连续分布的若干通孔141。

需要说明的是,“连续分布”是指相邻通孔141之间是相互连接的,当金属部142填充至通孔141内时,对应若干通孔141的若干金属部142相互拼接而形成了整个基板侧面13,即整个基板侧面13为金属平面,当然,相邻金属部142之间也可有间隙。

这里,封装结构100包括四个基板侧面13,四个基板侧面13均设有连续分布的若干通孔141及填充通孔141的金属部142,四个基板侧面13均为金属平面,且四个金属平面可相互连接。

在本实施方式中,相邻的两通孔141交错分布。

需要说明的是,若干通孔141为直径相同的半圆孔,“交错分布”是指相邻通孔141于基板正面11内的圆心的连线与基板侧面13之间具有不为零的夹角,亦即,于一个基板侧面13朝向相对的另一个基板侧面13的方向上,相邻通孔141具有不同的最大深度。

这里,以两个交错分布的通孔141作为一个二联交错单元,或者以三个交错分布的通孔141作为一个三联交错单元,二联交错单元或三联交错单元周期性分布于基板侧面13,如此,可避免因为通孔141的设置而影响基板10其他区域的收缩、变形等。

通孔141的具体交错方案可根据基板10设计做调整,二联交错、三联交错均可,以尽量不增加基板10面积或挤占线路层为宜。

在本实施方式中,基板10由若干子基板叠置而成,铺地层15设置于至少部分子基板的边缘区域。

这里,结合图3至图7,以基板10由第一子基板101、第二子基板102、第三子基板103及第四子基板104四层子基板依次叠加而成为例,第一子基板101用于承载元器件,第四子基板104用于外接其他元件。

这里,第一子基板101、第二子基板102、第三子基板103及第四子基板104的子基板侧面都可设置有通孔141及位于通孔141内的金属部142。

至少部分子基板的边缘区域设置有铺地层15,例如,结合图4,第二子基板102的第二子基板正面1021设有第二铺地层152,第二子基板正面1021的中间区域设置有线路结构,第二铺地层152位于线路结构的周缘,且第二铺地层152延伸至第二子基板侧面1023,此时,第二铺地层152与该处的金属部142相互连接,又例如,结合图5,第三子基板103的第三子基板正面1031设有第三铺地层153,同样的,第三铺地层153延伸至第三子基板侧面1033而与该处的金属部142相互连接。

结合图6,在第一示例中,封装结构100为lga类封装结构,封装结构100还包括接地焊盘161,接地焊盘161位于基板底面12的边缘处,且接地焊盘161连接金属容纳部14和/或铺地层15。

具体的,第四子基板104的第四子基板底面1042设有接地焊盘161及信号焊盘162,信号焊盘162设置于第四子基板底面1042的中间区域,接地焊盘161环绕信号焊盘162设置,接地焊盘161延伸至第四子基板侧面1043,接地焊盘161连接金属部142,且接地焊盘161、金属部14及铺地层15共同接地,从而实现整个封装结构200的可靠接地及屏蔽。

在其他实施方式中,也可在第四子基板底面1042的边缘处设置铺地层15,铺地层15避开信号焊盘162区域,接地焊盘161连接铺地层15,或者,接地焊盘161同时连接铺地层15及金属容纳部14。

结合图7,在第二示例中,封装结构100为bga类封装结构,铺地层15包括位于基板底面12的边缘处的底面铺地层154a,封装结构100a还包括连接底面铺地层154a的接地植球171a。

具体的,第四子基板104a的第四子基板底面1042a设有底面铺地层154a,底面铺地层154a位于第四子基板底面1042a的边缘区域,且底面铺地层154a延伸至第四子基板侧面1043a处而与该处的金属部142相互连接。

第四子基板底面1042a设有接地植球171a及信号植球172a,信号植球172a设置于第四子基板底面1042a的中间区域,接地植球171a环绕信号植球172a设置,接地植球171a靠近第四子基板底面1042a的边缘设置,且接地植球171a连接底面铺地层154a,接地植球171a、铺地层15(包括底面铺地层154a)及金属部14共同接地,从而实现整个封装结构200a的可靠接地及屏蔽。

需要说明的是,本实施方式的铺地层15可选择性设置在对应子基板的正面和/或底面,且铺地层15会暴露于基板侧面13而使得铺地层15与其上方的金属部142和/或下方的金属部142相互连接,也就是说,此时的基板侧面13由金属部142及铺地层15的侧缘相互叠加形成,基板侧面13整面布满金属。

另外,铺地层15也可与对应的子基板上需要接地的线路直接连接,从而简化接地布局,在基板10布线设计时,可以在各个子基板的边缘预留条状接地铺铜区域而形成铺地层15,在后续切割过程中可在基板侧面13暴露出铺地层15。

本实施方式的通孔141采用金属化塞铜(即填充金属部142),至少部分子基板的边缘设置铺地层15(当有空间时,子基板可整面设置铺地层),通过通孔141及金属部142的串接,可以实现多个铺地层15与金属部142的完全连接,基板侧面13整面布满金属,保证了基板侧面13的金属接地特征,再配合基板底面12的接地焊盘161或接地植球171a,可以实现由点带线、由线带面,提供具有可靠接地及屏蔽效果的封装结构100。

在本实施方式中,结合图8至图10,封装结构100还包括屏蔽层18,屏蔽层18至少覆盖基板正面11及基板侧面13,且屏蔽层18连接金属容纳部14及铺地层15。

当然,屏蔽层18也可延伸至基板底面12,以实现封装结构100的整体屏蔽。

需要说明的是,“覆盖”是指设置于基板正面11及基板侧面13的外侧,屏蔽层18可以直接接触基板正面11及基板侧面13,或者屏蔽层18与基板正面11及基板侧面13之间具有其他结构。

这里,基板正面11可设有封装元器件的封装层,屏蔽层18实质位于封装层的外侧。

屏蔽层18为金属层,屏蔽层18可以通过三维立体溅射工艺成型,从而可实现各个面的屏蔽层18无缝连接。

具体的,结合图9,在第一示例的lga类封装结构100中,屏蔽层18覆盖基板正面11及基板侧面13,且屏蔽层18一直延伸至接地焊盘161的侧边并连接接地焊盘161,实现由屏蔽层18、金属部142、铺地层15及接地焊盘161构成的高可靠性的一体化屏蔽包层。

结合图10,在第二示例的bga类封装结构100a中,屏蔽层18a覆盖基板正面11a及基板侧面13a,且屏蔽层18a一直延伸至底面铺地层154a的侧边并连接底面铺地层154a。

这里,可以先不设置底面铺地层154a,而是在屏蔽层18a的成型过程中将屏蔽层18a延伸至基板底面12a,具体的,在三维立体溅射工序中,通过特定治具设计实现镀层金属沿着基板底面12a的边缘渗透,渗透距离一般控制在400um左右,即可以接触到接地植球171a,同时防止镀层金属溅射信号植球172a,实现由屏蔽层18a、金属部142、铺地层15及接地植球171a构成的高可靠性的整体屏蔽包层。

本实施方式的基板侧面13整面布满金属,为三维立体溅射提供可靠性接地附着点,即屏蔽层18直接成型在金属层上方,金属与金属之间的附着性更好,提高屏蔽层18的附着效果,同时提供可靠的高通路接地点。

另外,屏蔽层18、金属部14、铺地层15及接地焊盘161或接地植球171a共同接地,实现封装结构100整体的屏蔽层18覆盖及高性能的接地屏蔽层18,达到高可靠的emc性能。

本发明一实施方式还提供一种封装结构100的成型方法,结合前述封装结构100的说明及图11及图12,封装结构100的成型方法包括步骤:

步骤一:提供一基材200,基材200包括若干切割部201,每一切割部201由交错分布的若干开孔2011拼接而成,开孔2011沿基材200的厚度方向贯穿基材正面及基材底面,且开孔2011内填充有金属柱2012,基材200还包括沿垂直于厚度方向的方向延伸的铺地层,铺地层连通金属柱2012;

这里,可以通过绝缘层、金属层等各个结构的叠加而形成基材200,开孔2011为圆柱形开孔,且类似前述通孔141的说明,开孔2011形成二联交错单元或三联交错单元并呈周期性布局。

步骤二:沿切割部201的切割线2013切割基材200而形成若干子基材2014,切割线2013经过全部开孔2011;

这里,基材200实质包括对应若干封装结构100的若干子基材2014,且若干子基材2014呈阵列分布,若干子基材2014之间通过切割部201区分。

另外,切割线2013经过全部开孔2011,如此,获取的子基材2014的四周侧便可形成如前述的半封闭式的通孔141及位于通孔141内的金属部142,并暴露出铺地层15,也就是说,前述封装结构100中的通孔141及金属部142是通过切割整个圆柱状开孔2011而得到的,且切割线2013两侧的两部分开孔2011分别作为后续两个封装结构100的通孔141。

可以理解的,切割工序要求在切割公差范围内准确切割切割部201处交错排布的开孔2011,以漏出开孔2011内部填充的金属柱2012和基材200各层的铺地层15,为后续溅射工序提供点线的接地点和附着点。

步骤三:至少于子基材2014的子基材正面、子基材侧面溅镀屏蔽层而形成封装结构100,子基材侧面对应切割线2013。

这里,结合前述说明,可通过三维立体溅射工艺形成屏蔽层18,此时,便完成了封装结构100的成型工艺。

另外,可以在形成各个子基材2014之后再在子基材的底面形成焊盘或植球,也可以在整个基材200的背面直接先形成焊盘或植球,而后再进行三维立体溅射工序。

三维立体溅射工艺要求将镀层金属(例如铜、不锈钢等)均匀溅镀在子基材正面、子基材侧面及接地焊盘或接地植球的侧边而形成连续的屏蔽层18,屏蔽层18与子基材侧面的金属层紧密结合而实现高可靠接地。

综上所述,本发明采用封装设计及封装工艺,在基材200中设置交错联结的开孔2011,并在切割过程中产生金属破孔(即通孔141和金属部142),结合铺地层15及接地焊盘161或焊接植球171a,并通过三维立体溅射工序,在sip/ic封装结构100表面形成屏蔽层18,具体包括基板正面11、基板侧面13、基板底面12(除去信号焊盘162或信号植球172a区域),实现高度整体的高可靠接地及高联结性能的屏蔽层18,实现产品的整体屏蔽设计,提升产品的emc性能。

本发明在sip/ic封装结构100整体仅增加5~9um左右的情况下,屏蔽效果接近甚至超过现有屏蔽金属盖产品,对于屏蔽封装的应用和整机结构和emc设计具有巨大的效益。

本发明解决了目前溅射产品只覆盖封装结构的上表面和侧面部分,且接地不良、屏蔽效果不良等问题,克服了传统屏蔽罩尺寸大,加工复杂且仅屏蔽上表面的缺点,破解了电子产品在结构特性和屏蔽效能方面的技术矛盾,尤其随着目前5g和物联网技术的推广发展,本发明可以有效解决电子产品对emc日益复杂严苛的设计问题,且可广泛应用于sip/芯片封装领域和电子产品设计应用领域。

应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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