电子芯片封装结构的制作方法

本实用新型涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种电子芯片封装结构。

背景技术：

目前电子芯片一般采用模塑封装工艺来作封装。模塑封装可以确保成品后电子器件的机械强度、气密性和电连接性能。一颗或者多颗电子芯片通过模塑封装形成电子器件。

模塑封装工艺的不断发展，产生了众多技术工艺的分支。其中包括bga封装工艺和lga封装工艺。这2种封装工艺都是将芯片的引脚通过基板电路引到模塑封装后形成电子器件的底部接触点上。bga封装工艺的目的是为了焊接这些接触点，所以在接触点上增加了锡球；而lga封装工艺的目的是为了将这些接触点与接插件的触点接触导通。为了获得优良的机械强度和电连接性能，越来越多的电子产品也采用了类似bga和lga的封装工艺来制造。只是在外观尺寸和接触点的位置布局上跟传统的bga和lga有些差别，工艺本质几乎完全一致。

这类模塑封装工艺的具体工艺步骤如下：

1.选用一种具有高的玻璃转化温度(一般要求约为175～230℃)、高的尺寸稳定性和低的吸潮性，具有较好的电气性能和高可靠性的基板材料。在此基板上形成导电线路。

2.将一颗或者多颗芯片绑定或者倒装封或者smt工艺贴片到前述基板上。多个基板共用一个大尺寸基板拼板，以提高生产效率。如图1所示。

3.将此基板拼板放入注塑磨具内，注入塑封料。一般选用环氧树脂混合物作塑封料。如图2所示。

4.等附着在基板拼板上的塑封料固化了后，按照设计尺寸规格来切割形成最终的电子器件或电子产品。

为了满足上述工艺的要求，造成生产成本比较昂贵。原因如下：

1.为了使得各部件都能达到适合的性能指标，选用的材料就比较昂贵。为了得到较高的玻璃转化温度、高的尺寸稳定性和低的吸潮性的基板，就得选用bt树脂料或者陶瓷来生产基板。使得基板成本非常昂贵。

2.而注入塑封料的工艺要求使得基板整面都要作为注入塑封料的底层面。加大了基板的消耗。以tf卡和物联网卡为例，它们的最小必要基板面积分别只是接触点区域的面积。但是因为模塑封装工艺，整个底面都用了基板。

3.电子芯片模塑封装工艺的注塑封装耗时很长。如果电子产品或者器件的面积较大，会导致基板拼板形成的效率基本被抵消。

4.对于非矩形外观成品的切割，目前需要将激光切割与水刀切割等工序都用上才能完成，效率非常低。

上述原因中，尤其是基板的成本占了整个生产成本的一大半。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种电子芯片封装结构，有效降低整个工序的生产成本。

本实用新型采用的技术方案是：一种电子芯片封装结构，其特征在于包括成品载体、基板和芯片；成品载体上设置有槽，芯片固定于基板上；基板设置于槽内；基板带有芯片的一面面向于槽内；基板和成品载体通过粘胶实现固定连接和封装。

所述成品载体包括用三片结构尺寸大小相同的片状的绝缘耐高温材料，在第一片绝缘耐高温材料上开设第一通孔，其中，第一通孔的形状和尺寸与基板相配合；在第二片绝缘耐高温材料上开设第二通孔，其中第二通孔的形状和尺寸与芯片相配合；第二片绝缘耐高温材料上下表面涂覆有热固化胶/膜，第一、二、三片绝缘耐高温材料由上至下同轴叠加放置，其中第一通孔和第二通孔同轴设置配合形成槽；第一、二、三片绝缘耐高温材料通过加温度和压力压合成整体以形成成品载体。

所述芯片包括一颗或多颗粒，通过绑定或者倒装封或者smt工艺贴片到基板上。

所述基板可采用玻纤板、bt树脂料、高tg料。以上材料是常用电路板材料，其中玻纤板最为普遍，成本最低；高tg料在温度变化时尺寸稳定性要好于玻纤板；bt树脂料在温度变化时尺寸稳定性最优良，成本最高。

所述粘胶采用热固化胶、ab胶或厌氧胶。采用在高温下不失去粘性的粘胶将带有芯片的基板粘接到所述成品载体的槽里

所述成品载体上槽的平面尺寸大于基板平面尺寸；所述槽为台阶槽，台阶槽包括依次向成品载体内部延伸的一级槽和二级槽；第一通孔和第二片绝缘耐高温材料的上表面配合形成一级槽，其中基板设置于台阶槽的一级槽内，第一通孔和第二片绝缘耐高温材料的上表面配合形成二级槽，芯片设置于台阶槽的二级槽内。由于芯片凸起于基板的平面，故设置台阶槽，提供芯片在成品载体上的安装空间。

所述粘胶涂覆在基板上带有芯片的一面以及基板四周边缘，有效保证基板和载体的安装稳定性。

所述成品载体选用金属或者陶瓷、塑封料；所述金属材料选用熔点高于300℃，热膨胀系数较低的金属；采用切削或者蚀刻方法得到所需尺寸规格的成品载体和槽；金属材料对其做导电绝缘处理；所述成品载体采用陶瓷、塑封料，则通过注塑工艺开设槽。

本实用新型采用一种电子芯片封装方法，包括以下步骤：

a.获得成品载体，并在成品载体上开设槽；

b.将芯片安装至基板上；

c.将带有芯片的基板安装至槽内。

所述步骤a中选用金属或者陶瓷、塑封料作为电子器件或者电子产品的成品载体；如果选用金属材料作为成品载体，所述金属材料选用熔点高于300℃，热膨胀系数较低的金属；采用切削或者蚀刻方法得到所需尺寸规格的成品载体和槽；金属材料对其做导电绝缘处理；如果选用陶瓷、塑封料作为成品载体，则通过注塑工艺开设槽；

所述步骤a中成品载体上槽的平面尺寸大于基板平面尺寸；所述槽为台阶槽，其中基板设置于台阶槽的一级槽内，芯片设置于台阶槽的二级槽内。

所述步骤a中包括以下步骤：

选用三片结构尺寸大小相同的片状的绝缘耐高温材料，在第一片绝缘耐高温材料上开设第一通孔，其中，第一通孔的形状和尺寸与基板相配合；在第二片绝缘耐高温材料上开设第二通孔，其中第二通孔的形状和尺寸与芯片相配合；在第二片绝缘耐高温材料上下表面涂覆热固化胶/膜，将第一、二、三片绝缘耐高温材料由上至下同轴叠加放置，其中第一通孔和第二通孔同轴设置配合形成槽；通过加温度和压力将第一、二、三片绝缘耐高温材料压合成整体以形成成品载体。

上述技术方案中，还包括步骤d：使用镂、铣或冲压方式分割加热后的成品载体，使其形成生成所需的形状，以形成单个的最终产品，即一个成品载体只设置有一个带芯片的基板。

所述步骤b中将一颗或多芯片颗粒绑定或者倒装封或者smt工艺贴片到基板上。

所述步骤b中基板可采用玻纤板、bt树脂料、高tg料。以上材料是常用电路板材料，其中玻纤板最为普遍，成本最低；高tg料在温度变化时尺寸稳定性要好于玻纤板；bt树脂料在温度变化时尺寸稳定性最优良，成本最高。

所述步骤c中采用在高温下不失去粘性的粘胶将带有芯片的基板粘接到所述成品载体的槽里，如热固化胶、ab胶、厌氧胶，采用粘胶的优势在于易于实施。

所述步骤a中载体上槽的平面尺寸大于基板平面尺寸。槽与基板的平面尺寸差异取决于各部件之间热膨胀系数差别，以及生产形成的公差。所述槽为台阶槽。由于芯片凸起于基板的平面，故设置台阶槽，提供芯片在成品载体上的安装空间。台阶槽的一级槽，即第一通孔为长方形结构，用于放置基板；二级槽，即第二通孔为圆形结构，为芯片在载体上提供安装空间。芯片设置于二级槽内。

所述步骤c中将粘胶涂覆在基板上带有芯片的一面以及基板四周边缘，有效保证基板和载体的安装稳定性。将涂覆过粘胶的基板放到载体的槽里施加压力，经过至少10秒后，基板与载体实现固定粘接；其中基板带有芯片的一面面向载体槽内放置

所述步骤c包括将涂覆有粘胶的基板放置于槽内后，用层压机对三片绝缘耐高温材料进行加热、加压，层压完成后将三片绝缘耐高温材料放到加热炉中持续加热。其中基板带有芯片的一面面向载体槽内放置。

所述步骤a中成品载体上开设多个均匀分布的槽；每个槽内均放置带有芯片的基板；

所述步骤d中使用镂、铣或冲压方式分割加热后的成品载体，以形成若干个单个的最终产品，即一个成品载体只设置有一个带芯片的基板。

本实用新型采用的材料都是耐高温、温度变化下尺寸稳定性好的材料；采用了密闭措施防止湿气直接接触到芯片晶粒，有效起到防水作用，并且不会导致产品的尺寸被迫扩大。本发明基板材料的选型不需非常苛刻，一般可过回流焊的基板材料均可满足。本发明基板的面积可根据实际触点的位置所需面积来调整，不需要整个成品的底部都需要是基板。以tf卡和物联网卡为例，它们的最小必要基板面积分别接触点区域的面积。本发明产生载体的工序、载体与基板的粘接工序可以实现大规模化批量生产，生产方法非常简单。所以本发明可以有效降低封装的成本。成品载体采用绝缘耐高温材料生产的产品机械强度好，又有一定的韧性，而且和基板的材料成分接近，两者之间的粘合力强，两者的热膨胀系数基本一致，高低温变化后不宜变形，成本低。

附图说明

图1是现有技术结构示意图

图2是现有技术封装示意图

图3是本发明结构示意图

图4是本发明成品载体示意图

图5是本发明芯片和基板连接示意图

图6是本发明基板封装示意图

图7/8是本发明的过程示意图

其中，1-基板，2-芯片，3-注塑模具，4-成品载体，5-槽，6-管脚，7-金属导线，8-热固化胶膜，9-绝缘耐高温材料，91-第一片绝缘耐高温材料，92-第二片绝缘耐高温材料，93-第三片绝缘耐高温材料，10-第一通孔，11-第二通孔，12-最终产品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。

如图1所示，本实用新型提供了一种封装物联网卡的2个具体实施例。但不限于物联网卡，同样的产品也可用于生产tf卡等其他原本使用模塑封装工艺的产品。

本实施例1选用0.2mm厚的片状绝缘耐高温材料91，在其上面冲好槽5的第一通孔10(长方形)和定位孔、排气孔。

选用0.35mm厚的片状绝缘耐高温材料92，在正反面都贴上0.025mm后的热固化胶/膜，再用钻床或模具在上面开设好槽5的第二通孔11(圆型)和定位孔、排气孔。

将第一片绝缘耐高温材料91置于最上面，第二片绝缘耐高温材料92置于中间，下面再在放置一张0.2mm厚的片状材料即第三片绝缘耐高温材料93，将上述三片材料按设定为位置对齐、叠加在一起并稍加温度和压力，使这三片材料初步成为一片整体(热固化胶/膜未完全固化)。第一通孔、第二通孔同轴设置与第三片绝缘耐高温材料93的上表面配合形成槽5；所述槽5的尺寸与基板1没有明确尺寸的差距限定，取决于各部件之间热膨胀系数差别，以及生产形成的公差。所述槽5为台阶槽。由于芯片2凸起于基板1的平面，故设置台阶槽，提供芯片2在成品载体4上的安装空间。台阶槽的一级槽即第一通孔为长方形结构，用于放置基板1；二级槽即第二通孔为圆形结构，为芯片2在载体上提供安装空间。芯片2设置于二级槽内。

选用一种电路板作基板1，上面带有印制电路。基板1的一个平面上带有至少5个金属触点，用于与应用设备的卡座触点连接；基板1的一个平面上则带有至少5个管脚6，用于跟物联网卡芯片2连接。基板1双面各个金属触点分别与各个管脚6通过金属导线的导电线路对应一一连通。基板1的材料没有特别要求，只要能够过回流焊就可以了。基板1的平面尺寸略小于载体的槽5平面尺寸。图5所示基板1的金属触点所在平面的另一面。

将物联网卡所需芯片2颗粒绑定或者倒装封或者smt工艺贴片到基板1上带有至少5个管脚6的那一面。这样芯片2通过连接基板1上的管脚6，最终与另一面的金属触点连通。如图5所示即为其中芯片2绑定的示意图。

将基板1放到槽5里，用层压机对放置好基板1的叠加后的三片绝缘耐高温材料9进行加热、加压一段时间(180℃，预热排气10s，然后30kg/cm³，持续300s)，层压完成后将绝缘耐高温材料9放到加热炉中持续180℃加热超过60min。

将加热后的绝缘耐高温材料9使用镂、铣或冲压等方式最终将多个产品拼在一起的拼版产品分割成一个个最终的产品12。

发明效果：

1.采用上述方法制造的物联网卡，降低了基板1尺寸，扩大了基板1材料的选择范围，工序可规模化生产，极大的降低了生产成本。本实施例中，基板1的尺寸不到模塑工艺的四分之一。

2.采用三层材料层压工艺制作的成品载体(图6、图7)的工艺和pcb板厂的生产多层电路板的工艺类似，所以一般的pcb板厂无需增加特定设备就能实现大批量生产；采用拼版模式，而且基板1放到槽5后才做正式层压，可以很大提高生产效率。

本实施例2选用一种厚度为0.8mm左右，热膨胀系数较低、硬度较高的铝合金板材---航空铝片作为成品载体4。

制作时首先对航空铝片作cnc加工。在航空铝片的其中一个平面上铣槽5，并在平面四周作切割。得到如图所示的物联网卡载体半成品，所述槽5的尺寸与基板1没有明确尺寸的差距限定，取决于各部件之间热膨胀系数差别，以及生产形成的公差。所述槽5为台阶槽。由于芯片2凸起于基板1的平面，故设置台阶槽，提供芯片2在成品载体4上的安装空间。台阶槽的一级槽为长方形结构，用于放置基板1；二级槽为圆形结构，便于开设，为芯片2在载体上提供安装空间。芯片2设置于二级槽内。

然后物联网卡载体半成品外表面作阳极氧化处理，得到载体成品。经过阳极氧化处理后，载体表面就绝缘不再能导电了。而且经过阳极氧化处理后，载体表面的颜色可根据需要变成金色、银色、黑色等任意颜色。

基板1上面带有印制电路。基板1的一个平面上带有至少5个金属触点，用于与应用设备的卡座触点连接；基板1的一个平面上则带有至少5个管脚6，用于跟物联网卡芯片2连接。基板1双面各个金属触点分别与各个管脚6通过金属导线的导电线路对应一一连通。基板1的材料没有特别要求，只要能够过回流焊就可以了。基板1的平面尺寸略小于载体的槽5平面尺寸。基板1的一面设置有金属触点。

物联网卡所需芯片2颗粒听过绑定或者倒装封或者smt工艺贴片到基板1上带有至少5个管脚6的那一面。这样芯片2通过连接基板1上的管脚6，最终与另一面的金属触点连通。如图5所示即为其中芯片2绑定的示意图。

在大约70℃温度下，将热固化胶膜8贴到带有芯片2的基板1上。热固化胶膜8贴到基板1上带有芯片2的那一面，基板1的四周边缘都贴上热固化胶膜8。如图6所示。

在大约180℃温度下将处理过的基板1放到载体的槽5里施加一定压力，经过几十秒后，基板1与载体彻底粘接到了一起。以后在300℃以下温度环境下，二者不会再分离了。其中基板1带有芯片2的一面面向载体槽5内放置。

发明效果：

1.采用上述方法制造的物联网卡，降低了基板1尺寸，扩大了基板1材料的选择范围，工序可规模化生产，极大的降低了生产成本。本实施例中，基板1的尺寸不到模塑工艺的四分之一。

2.因为采用了铝合金作为载体，增强了产品机械强度，特别体现在产品的韧度增强了，也增加了散热能力。

3.金属的阳极氧化处理色彩可以丰富多彩，这样产品的颜色不再局限于模塑封装的黑色了。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。