一种芯片封装结构及其封装方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种芯片封装结构及其封装方法。


背景技术：

2.随着现代电子芯片的集成度的增加、功耗的上升和尺寸的减小，快速增加的芯片系统发热已经成为先进电子芯片系统研发和应用中的一项重大挑战，芯片产生的热量较难散发导致芯片性能受到影响。
3.常规的散热方式主要有热传导、对流、微喷冷却、辐射和相变制冷等，但是这些散热方式的散热效果都不尽人意，尤其在2.5d/3d大功率芯片领域，采用塑封料塑封，具有加工困难的问题，同时芯片的散热效率也不高。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中2.5d/3d大功率芯片散热效率有待提高的问题，从而提供一种芯片封装结构及其封装方法。
5.本发明提供一种芯片封装结构，包括：芯片；微喷模组，所述微喷模组包括：微喷腔，所述微喷腔具有腔底板，所述腔底板中具有开口，所述开口周围的腔底板通过密封件与所述芯片的背面贴合，所述微喷腔中适于容纳冷却液介质，所述冷却液介质适于与所述开口底部的芯片的背面接触。
6.可选的，所述微喷模组还包括：位于所述微喷腔中的内隔板，所述内隔板包括底隔板和与所述底隔板的一侧边缘连接的侧隔板，所述侧隔板的顶面与所述微喷腔的顶面接触，所述内隔板将所述微喷腔分为第一微喷子腔和第二微喷子腔，所述第二微喷子腔包括连通的第一区和第二区，第一区位于所述第一微喷子腔和所述芯片之间，第二区位于所述第一微喷子腔的侧部，所述底隔板中具有贯穿所述底隔板的若干通道，所述第一微喷子腔通过所述通道与所述第二微喷子腔的第一区连通。
7.可选的，所述微喷模组还包括：与所述第一微喷子腔连通的进液口；与所述第二微喷子腔的第二区连通的出液口；所述微喷腔具有与所述腔底板相对的腔顶板；所述进液口和出液口均设置在所述腔顶板上。
8.可选的，所述进液口和出液口的口径均大于所述微喷腔的厚度。
9.可选的，所述进液口和所述出液口均与所述开口周围的腔底板相对。
10.可选的，若干所述通道呈阵列分布的孔；各所述通道呈条状结构，若干所述通道的排布方向垂直于所述条状结构的延伸方向。
11.可选的，还包括：转接板；基板；所述转接板位于所述基板和所述芯片之间，所述芯片的正面与所述转接板的一侧表面电学连接，所述基板与所述转接板的另一侧表面电学连接；位于所述基板背向所述转接板一侧且与所述基板电学连接的印制电路板。
12.可选的，还包括：导热盖，所述导热盖包括侧盖和与侧盖连接的顶盖，所述侧盖设置在所述基板的边缘区域上或者设置在所述印制电路板的边缘区域上，所述顶盖与所述微
喷模组的外侧壁连接。
13.可选的，所述导热盖的材料包括铜、铝、钨铜或钼铜。
14.本发明还提供一种芯片封装结构的封装方法，包括：提供芯片；提供微喷模组，所述微喷模组包括：微喷腔，所述微喷腔具有腔底板，所述腔底板中具有开口，所述微喷腔中适于容纳冷却液介质，将所述开口周围的腔底板通过密封件与所述芯片的背面贴合，所述冷却液介质适于与所述开口底部的芯片的背面接触。
15.可选的，包括：提供转接板、基板和印制电路板；
16.将所述基板设置于所述印制电路板上，所述基板与所述印制电路板电学连接；将所述转接板设置在所述基板背向所述印制电路板的一侧，所述转接板与所述基板电学连接；将所述芯片设置在所述转接板背向所述基板的一侧，所述芯片的正面与所述转接板的表面电学连接。
17.可选的，还包括：提供导热盖，所述导热盖包括侧盖和与侧盖连接的顶盖，所述顶盖与所述微喷模组的外侧壁连接；在将所述开口周围的腔底板通过密封件与所述芯片的背面贴合的过程中，将所述侧盖设置在所述基板的边缘区域上或者设置在所述印制电路板的边缘区域上。
18.本发明的技术方案具有以下有益效果：
19.1.本发明提供一种芯片封装结构，包括：芯片；微喷模组，所述微喷模组包括：微喷腔，所述微喷腔具有腔底板，所述腔底板中具有开口，所述开口周围的腔底板通过密封件与所述芯片的背面贴合，所述微喷腔中适于容纳冷却液介质，所述冷却液介质适于与所述开口底部的芯片的背面接触。因为腔底板中具有开口，所以微喷腔中流动的冷却液介质可以直接接触芯片的背面，芯片产生的热量被冷却液介质带走，提高了芯片的散热效率；开口周围的腔底板通过密封件与芯片的背面贴合，避免了冷却液介质直接从腔底板流出，提高了封装结构的稳定性。
20.2.进一步，内隔板将微喷腔分为第一微喷子腔和第二微喷子腔，第一微喷子腔通过贯穿底隔板的若干通道与第二微喷子腔的第一区连通。因此，冷却液介质可以在充满第一微喷子腔的情况下，通过底隔板的若干通道以微喷状态进入第二微喷子腔的第一区，冷却液介质可以在第二微喷子腔的第一区中充分均匀的流动，提高了冷却液介质带走热量的能力，从而提高了芯片的散热效率。
21.3.进一步，进液口与第一微喷子腔连通，出液口与第二微喷子腔的第二区连通，进液口和出液口均设置在腔顶板上。冷却液介质从设置在腔顶板的进液口进入第一微喷子腔，然后通过底隔板的若干通道微喷进入第二微喷子腔的第一区，在第一区中充分均匀的流动后流入第二区，再通过设置在腔顶板上的出液口流出微喷模组，在此过程中，冷却液介质与芯片有充分的接触面和接触时间，提高了芯片的散热效果。
22.4.进一步，进液口和出液口的口径均大于微喷腔的厚度。把进液口和出液口均设置在腔顶板上，可以使进液口和出液口的口径不会受到微喷腔的厚度的限制，进液口和出液口的口径能够做的较大，这样使得冷却液介质的流通速率提高；其次，有利于控制微喷模组的厚度，微喷腔的厚度可以做的较小，从而有利于芯片封装结构的减薄。
23.5.进一步，进液口和出液口均与开口周围的腔底板相对，有利于延长冷却液介质流通的路径，使冷却液介质与芯片的背面接触的时间增加，提高了芯片的散热效果。
24.6.进一步，芯片封装结构还包括：导热盖，导热盖包括侧盖和与侧盖连接的顶盖，侧盖设置在基板的边缘区域上或者设置在印制电路板的边缘区域上，顶盖与微喷模组的外侧壁连接。通过采用导热盖，使芯片位于导热盖的侧盖和顶盖之内，一方面导热盖成型加工容易，可以保护芯片封装结构；另一方面，导热盖本身具有导热效果，使微喷模组的外侧的热量可以通过导热盖传导至基板或印制电路板，达到散热的效果，提高了芯片的散热效率。
25.7.进一步，导热盖的材料包括铜、铝、钨铜或钼铜。采用金属材质的导热盖，具有导热效果良好、成型加工容易和容易获取的优点。
26.8.本发明提供的芯片封装结构的封装方法，包括：提供芯片；提供微喷模组，所述微喷模组包括：微喷腔，所述微喷腔具有腔底板，所述腔底板中具有开口，所述微喷腔中适于容纳冷却液介质，将所述开口周围的腔底板通过密封件与所述芯片的背面贴合，所述冷却液介质适于与所述开口底部的芯片的背面接触。因为腔底板中具有开口，所以微喷腔中流动的冷却液介质可以直接接触芯片的背面，芯片产生的热量被冷却液介质带走，提高了芯片的散热效率；开口周围的腔底板通过密封件与芯片的背面贴合，避免了冷却液介质直接从腔底板流出，提高了封装结构的稳定性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1至图3为本发明一实施例提供的芯片封装结构形成过程的结构示意图；
29.图3为本发明一实施例提供的芯片封装结构的结构示意图；
30.图4为本发明一实施例提供的内隔板示意图；
31.图5为本发明另一实施例提供的内隔板示意图。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通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。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。
35.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
36.本发明提供一种芯片封装结构的封装方法，包括：提供芯片；提供微喷模组，所述微喷模组包括：微喷腔，所述微喷腔具有腔底板，所述腔底板中具有开口，所述微喷腔中适于容纳冷却液介质，将所述开口周围的腔底板通过密封件与所述芯片的背面贴合，所述冷却液介质适于与所述开口底部的芯片的背面接触。
37.图1至图3为本发明一实施例提供的芯片封装结构形成过程的结构示意图。
38.请参考图1，提供芯片1。
39.芯片1可以是高功率或高密度芯片。
40.请参考图2，提供转接板2、基板7和印制电路板9。
41.转接板2包括第一重布线层201、导电插塞202、转接板本体203和第二重布线层204。第一重布线层201设于转接板本体203的一侧，第二重布线层204设于转接板本体203的另一侧；导电插塞202贯穿设于硅衬底203中。
42.所述转接板本体203的材料包括硅。导电插塞202为导电材料制成，例如，cu。第一重布线层201通过导电插塞202与第二重布线层204电学连接。基板7可以是硅基板或有机基板。印制电路板9可以是双层线路板。
43.请继续参考图2，将基板7设置于印制电路板9上，基板7与印制电路板9电学连接。
44.具体的，基板7通过焊球8与印制电路板9电学连接。
45.请继续参考图2，将转接板2设置在基板7背向印制电路板9的一侧，转接板2与基板7电学连接。
46.具体的，转接板2通过第一导电体5与基板7电学连接，其中，第一导电体5与第二重布线层204电学连接；第一导电体5可以是导电凸点或导电柱。
47.在一个实施例中，转接板2和基板7之间的间隙还填充有第一底填胶6。第一底填胶6有利于芯片封装结构的稳定性。第一底填胶6将所述第一导电体5包裹。
48.请继续参考图2，将芯片1设置在转接板2背向基板7的一侧，芯片1的正面与转接板2的表面电学连接。
49.具体的，芯片1的正面通过第二导电体4与转接板2的表面电学连接，其中，第二导电体4与第一重布线层201电学连接；第二导电体4可以是导电微凸点或导电柱。
50.在一个实施例中，芯片1的正面与转接板2的表面之间的间隙还填充有第二底填胶6a。第二底填胶6a有利于芯片封装结构的稳定性。第二底填胶6a将所述第二导电体4包裹。
51.请参考图3，提供微喷模组3。
52.微喷模组3包括微喷腔31，微喷腔31具有腔底板311，腔底板311中具有开口312，微喷腔31中适于容纳冷却液介质(图3中箭头所示)。
53.微喷模组3的材料包括塑料、金属合金或陶瓷，微喷模组3可以通过3d打印工艺或者机加工工艺形成。
54.微喷模组3还包括：位于所述微喷腔31中的内隔板32，所述内隔板32包括底隔板321和与所述底隔板321的一侧边缘连接的侧隔板322，所述侧隔板322的顶面与所述微喷腔31的顶面接触，所述内隔板32将所述微喷腔31分为第一微喷子腔313和第二微喷子腔314，所述第二微喷子腔314包括连通的第一区3141和第二区3142，第一区3141位于所述第一微
喷子腔313和所述芯片1之间，第二区3142位于所述第一微喷子腔313的侧部，所述底隔板321中具有贯穿所述底隔板321的若干通道13，所述第一微喷子腔313通过所述通道13与所述第二微喷子腔314的第一区3141连通。在一个实施例中，侧隔板322垂直于底隔板321。
55.请继续参考图3，提供导热盖11。
56.导热盖11的材料包括铜、铝、钨铜或钼铜，或者导热塑料。
57.导热盖11包括侧盖112和与侧盖112连接的顶盖111，顶盖111与微喷模组3的外侧壁连接。在一个实施例中，顶盖111垂直于所述侧盖112。
58.请继续参考图3，将开口312周围的腔底板311通过密封件10与芯片1的背面贴合，冷却液介质适于与开口312底部的芯片1的背面接触。
59.密封件10可以是焊料、密封胶或者密封圈。所述密封件10为环状结构，所述密封件10环绕所述开口312。
60.本实施例中，在将开口312周围的腔底板311通过密封件10与芯片1的背面贴合的过程中，将侧盖112设置在印制电路板9的边缘区域上。
61.侧盖112与印制电路板9的边缘区域可以通过粘接件12连接，粘接件12可以是焊料或者密封胶。
62.在其他实施方式中，还可以是将侧盖112设置在基板7的边缘区域上。
63.本实施例提供的芯片封装结构的封装方法，因为腔底板中具有开口312，所以微喷腔31中流动的冷却液介质可以直接接触芯片1的背面，芯片1产生的热量被冷却液介质带走，提高了芯片1的散热效率；开口312周围的腔底板311通过密封件10与芯片1的背面贴合，避免了冷却液介质直接从腔底板311流出，提高了封装结构的稳定性。
64.本实施例提供一种芯片封装结构，请参考图3，包括：芯片1；微喷模组3，所述微喷模组3包括：微喷腔31，所述微喷腔31具有腔底板311，所述腔底板311中具有开口312，所述开口312周围的腔底板311通过密封件10与所述芯片1的背面贴合，所述微喷腔31中适于容纳冷却液介质(图3中箭头所示)，所述冷却液介质适于与所述开口312底部的芯片1的背面接触。
65.芯片1可以是高功率或高密度芯片。
66.微喷模组3的材料包括塑料、金属合金或陶瓷。
67.本实施例中，因为腔底板311中具有开口312，所以微喷腔31中流动的冷却液介质可以直接接触芯片1的背面，芯片1产生的热量被冷却液介质带走，提高了芯片1的散热效率；开口312周围的腔底板311通过密封件10与芯片1的背面贴合，避免了冷却液介质直接从腔底板311流出，提高了封装结构的稳定性。
68.微喷模组3还包括：位于所述微喷腔31中的内隔板32，所述内隔板32包括底隔板321和与所述底隔板321的一侧边缘连接的侧隔板322，所述侧隔板322的顶面与所述微喷腔31的顶面接触，所述内隔板32将所述微喷腔31分为第一微喷子腔313和第二微喷子腔314，所述第二微喷子腔314包括连通的第一区3141和第二区3142，第一区3141位于所述第一微喷子腔313和所述芯片1之间，第二区3142位于所述第一微喷子腔313的侧部，所述底隔板321中具有贯穿所述底隔板321的若干通道13，所述第一微喷子腔313通过所述通道13与所述第二微喷子腔314的第一区3141连通。在一个实施例中，侧隔板322垂直于底隔板321。
69.所述内隔板32的材料包括塑料、金属合金或者陶瓷。
70.在一个实施例中，请参考图4，通道13呈阵列分布的孔。
71.在另一个实施例中，请参考图5，通道13a呈条状结构，通道13a的排布方向(图5中x轴方向)垂直于条状结构的延伸方向(图5中y轴方向)。
72.所述通道13均匀分布，或者非均匀分布。
73.在其他实施方式中，通道13的形状还可以是长方体形或者锥形，阵列分布包括普通阵列式或者交错阵列式。
74.本实施例中，内隔板32将微喷腔31分为第一微喷子腔313和第二微喷子腔314，第一微喷子腔313通过贯穿底隔板321的若干通道13与第二微喷子腔314的第一区3141连通。因此，冷却液介质可以在充满第一微喷子腔313的情况下，通过底隔板321的若干通道13以微喷状态进入第二微喷子腔314的第一区3141，冷却液介质可以在第二微喷子腔314的第一区3141中充分均匀的流动，提高了冷却液介质带走热量的能力，从而提高了芯片的散热效率。
75.请继续参考图3，所述微喷模组3还包括：与所述第一微喷子腔313连通的进液口33；与所述第二微喷子腔314的第二区3142连通的出液口34；所述微喷腔31具有与所述腔底板311相对的腔顶板；所述进液口33和出液口34均设置在所述腔顶板上。
76.所述内隔板32位于腔顶板和腔底板之间。
77.其中，进液口33和出液口34还通过连接管道与冷却泵和热交换器连接，实现冷却液介质的循环流动。
78.本实施例中，进液口33与第一微喷子腔313连通，出液口34与第二微喷子腔314的第二区3142连通，进液口33和出液口34均设置在腔顶板上。冷却液介质从设置在腔顶板的进液口33进入第一微喷子腔313，然后通过底隔板321的若干通道13微喷进入第二微喷子腔314的第一区3141，在第一区3141中充分均匀的流动后流入第二区3142，再通过设置在腔顶板上的出液口34流出微喷模组3，在此过程中，冷却液介质与芯片1有充分的接触面和接触时间，提高了芯片的散热效果。
79.本实施例中，所述进液口33和出液口34的口径均大于所述微喷腔31的厚度。需要说明的是，微喷腔31的厚度指的是自腔底板至腔顶板方向上的尺寸。
80.需要说明的是，如果把进液口或出液口设置在微喷腔31的侧部，进液口或出液口的口径需小于微喷腔的厚度。
81.而本实施例中，把进液口33和出液口34均设置在腔顶板上，可以使进液口33和出液口34的口径不会受到微喷腔的厚度的限制。进液口和出液口的口径能够做的较大，这样使得冷却液介质的流通速率提高；其次，有利于控制微喷模组的厚度，微喷腔的厚度可以做的较小，从而有利于芯片封装结构的减薄。
82.本实施例中，所述进液口33和所述出液口34均与所述开口312周围的腔底板相对，有利于延长冷却液介质流通的路径，使冷却液介质与芯片的背面接触的时间增加，提高了芯片的散热效果。
83.本实施例提供的芯片封装结构，还包括：转接板2；基板7；所述转接板2位于所述基板7和所述芯片1之间，所述芯片1的正面与所述转接板2的一侧表面电学连接，所述基板7与所述转接板2的另一侧表面电学连接；位于所述基板7背向所述转接板2一侧且与所述基板7电学连接的印制电路板9。
84.转接板2包括第一重布线层201、导电插塞202、转接板本体203和第二重布线层204。第一重布线层201设于转接板本体203的一侧，第二重布线层204设于转接板本体203的另一侧；导电插塞202贯穿设于硅衬底203中。
85.所述转接板本体203的材料包括硅。
86.导电插塞202为导电材料制成，例如，cu。第一重布线层201通过导电插塞202与第二重布线层204电学连接。
87.基板7可以是硅基板或有机基板。
88.印制电路板9可以是双层线路板。
89.基板7通过焊球8与印制电路板9电学连接。
90.转接板2通过第一导电体5与基板7电学连接，其中，第一导电体5与第二重布线层204电学连接；第一导电体5可以是导电凸点或者导电柱。
91.在一个实施例中，转接板2和基板7之间的间隙还填充有第一底填胶6。第一底填胶6有利于芯片封装结构的稳定性。第一底填胶6将所述第一导电体5包裹。
92.芯片1的正面通过第二导电体4与转接板2的表面电学连接，其中，第二导电体4与第一重布线层201电学连接；第二导电体4可以是导电微凸点或者导电柱。
93.在一个实施例中，芯片1的正面与转接板2的表面之间的间隙还填充有第二底填胶6a。第二底填胶6a有利于芯片封装结构的稳定性。第二底填胶6a将所述第二导电体4包裹。
94.本实施例提供的芯片封装结构，还包括：导热盖11，所述导热盖11包括侧盖112和与侧盖112连接的顶盖111，所述侧盖112设置在所述印制电路板9的边缘区域上，所述顶盖111与所述微喷模组3的外侧壁连接。在一个实施例中，顶盖111垂直于所述侧盖112。
95.本实施例中，侧盖112与印制电路板9的边缘区域通过粘接件12连接，粘接件12可以是焊料或者密封胶。
96.在其他实施方式中，侧盖112设置在基板7的边缘区域上。
97.导热盖11的材料包括铜、铝、钨铜或钼铜，或者导热塑料。采用金属材质的导热盖，具有导热效果良好、成型加工容易和容易获取的优点。
98.现有技术中通常使用塑封体塑封芯片封装结构，达到保护芯片封装结构的目的，但是塑封体具有难以成型加工的缺点，并且不利于芯片的散热。本方案通过采用导热盖11，使芯片1位于导热盖11的侧盖112和顶盖111之内，一方面导热盖111成型加工容易，可以保护芯片封装结构；另一方面，导热盖11本身具有导热效果，使芯片1产生的热量以及微喷模组3的外侧的热量可以通过导热盖11传导至基板7或印制电路板9，达到散热的效果，提高了芯片1的散热效率。
99.需要说明的是，芯片1和导热盖11之间具有非填充区域，以及，本实施例中，基板7和导热盖11之间具有非填充区域。
100.本实施例提供的技术方案同样适应于其它诸如倒装焊、三维堆叠、扇出/扇入型等封装的顶部散热。本实施例提供的技术方案可通过分布式微喷阵列设计，用于多芯片封装顶部的散热。
101.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。