倒装式塑封的装配方法、屏蔽系统、散热系统及应用与流程

1.本发明属于器件封装技术领域，具体涉及一种倒装式塑封的装配方法、基于倒装式塑封封装的屏蔽系统、散热系统及塑封器件的应用。


背景技术：

2.flip chip又称倒装芯片，是在i/o pad上沉积锡球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡球与基板相结合。传统的芯片倒装方式，是芯片的工作面向下的倒扣形式与基板连接，然后在基板上进行电路布线并贴装无源器件，最后对芯片灌封，这种器件倒扣封装的形式就是最早的倒装焊互联技术的雏形。倒装封装同样是基于倒装芯片(flip chip)实现。
3.传统塑封器件，其封装内部芯片上方覆盖有塑封料，而塑封料对电磁信号的传导无屏蔽效果，这将导致塑封器件性能容易受到外界电磁环境的影响。
4.目前倒装芯片局限在芯片必须为flip chip工艺，无法基于正装芯片实现器件的倒装。同时目前的倒装工艺，由于封装后，在芯片的背部覆盖有封装材料如塑封料，其热导率较差，无法满足塑封器件中热耗散较高的器件如功率放大器的散热要求。同时，内部芯片与器件散热结构间需添加底部填充材料，其热导率比较低，一般小于10w/(m
·
k)。管芯热量传导路径为芯片热量——底部填充材料——介质基板——pcb通孔——系统散热结构，传导路径中pcb通孔是热量快速传输的主要限制瓶颈；热量传导路径中存在低热导率材料或结构(pcb通孔)，导致芯片的散热效果较差。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种倒装式塑封的装配方法、基于倒装式塑封封装的屏蔽系统、散热系统及塑封器件的应用，可以实现器件倒扣方式装配至系统电路中，改变热量传导的路径，提高器件的散热效果，提高器件的屏蔽效果，降低外部电磁环境对器件内部的影响。
6.为实现上述目的，第一方面，本发明采用的技术方案是：提供一种倒装式塑封的装配方法，所述装配方法包括：
7.在介质基板正面的中央焊盘区装配预设元器件；
8.在介质基板正面四周的基部引脚焊盘上设置预设高度的导体，且使所述导体的高度高于所述预设元器件的高度；
9.正面塑封所述预设元器件，并使所述导体露出塑封层的表面；
10.在所述正面塑封后的表面进行电镀，对应所述导体的端面电镀器件引脚焊盘，中央区域电镀正面接地焊盘，构成塑封器件；其中，所述塑封器件的正面为正面射频传输面，所述塑封器件的背面为散热面，所述介质基板的背面设有用于散热的背面接地焊盘；
11.将所述塑封器件倒扣配装至系统电路板上，以使所述塑封器件的正面与所述系统电路板正面直接电连接，所述塑封器件背面的背面接地焊盘与系统散热结构相连。
12.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述介质基板的材质为pcb板、陶瓷基
板、载板中的任一种；所述介质基板的板层为一层或多层。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述导体的连接方式包括smt表贴或导电胶粘；所述导体还可以为电镀出金属柱体或在所述基部引脚焊盘上键合预设高度的键合线形成。
14.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述塑封方式包括模具灌胶方式或喷涂设备喷涂方式，所述塑封的材料可以为有填料物质或是无填料物质的环氧树脂。
15.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述导体外露的方式可以直接塑封至所述导体外露，或者，塑封高度高于所述导体的高度，后通过减薄的方式露出导体。
16.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述减薄的方式可以为机械减薄、激光减薄或化学减薄中的任一种。
17.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述正面塑封后的表面电镀，镀层种类可以为铜镍金、铜镍银、镍钯金、钯金、金或铜中的任一种；电镀方法可以为化学电镀或者电解电镀。
18.第二方面，本发明实施例还提供了一种倒装式塑封封装的屏蔽系统，基于所述的倒装式塑封的装配方法，包括所述塑封器件的正面接地焊盘、所述塑封器件的背面接地焊盘及塑封于所述塑封器件内的导体，所述正面接地焊盘、所述背面接地焊盘及围设于四周的所述导体构成所述塑封器件内部预设元器件的屏蔽腔。
19.第三方面，本发明实施例还提供了一种倒装式塑封封装的散热系统，基于所述的倒装式塑封的装配方法，包括具有背面接地焊盘的介质基板及系统散热结构，所述预设元器件的热量经所述介质基板背面的背面接地焊盘直接传导至所述系统散热结构。
20.本发明实施例提供一种倒装式塑封的装配方法，相比现有技术，具有如下有益效果：本发明可以实现塑封器件倒扣装配至系统电路中，塑封器件的射频传输面与散热面相分离，即塑封器件的正面(塑封电镀面)焊接至系统电路板上，实现电连接，器件正面四周除提供电连接和射频连接功能外的引脚焊盘连接至系统电路板接地区域；介质基板背部地、四周接地导体与器件顶部电镀接地焊盘共同构成器件屏蔽腔，可明显降低外部电磁环境对器件内部的影响，提高器件信号传输的效果；器件背面(介质基板背面)可与系统散热结构相连接，传导器件产生的热量，实现的热量传导路径为：预设元器件产生的热量——介质基板——系统散热结构，增强了器件的散热效果，提高了器件的信号传输性能和器件的使用寿命。
21.同时该倒装方式对器件的封装形式要求较低，基于通用的介质基板均可实现，且对芯片的工艺要求较低，无需用到倒装芯片(flip chip)工艺。
22.第四方面，本发明实施例还提供了一种塑封器件的应用，基于所述的倒装式塑封的装配方法制备的塑封器件，所述塑封器件倒装于系统电路板上；所述塑封器件的背面接地焊盘连接系统散热结构。
23.本发明提供的塑封器件的应用，塑封器件倒扣装配至系统电路。器件背面(即介质基板背面)直接连接至系统散热结构，提高了系统的散热性能；器件正面(即塑封体正面电镀面)正面接地焊盘连接至系统电路板接地区域；器件正面四周除提供电连接和射频连接功能外的引脚连接至系统电路板接地区域，介质基板背部地、四周接地导体与器件顶部电镀接地焊盘共同构成器件屏蔽腔，可明显降低外部电磁环境对器件内部的影响，提高器件
信号传输的效果。
附图说明
24.图1为本发明实施例提供的介质基板的正面结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的介质基板的背面结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的介质基板的正面的基部引脚焊盘设置导体后的侧视结构示意图；
27.图4为本发明实施例提供的介质基板塑封后的断面结构示意图；
28.图5为本发明实施例提供的介质基板塑封减薄后的断面结构示意图；
29.图6为本发明实施例提供的正面塑封后在塑封层上设置局部电镀层的结构示意图；
30.图7为本发明实施例提供的塑封器件在系统中的结构示意图(箭头为散热方向)；
31.附图标记说明：
32.1、中央焊盘区；2、基部引脚焊盘；3、介质基板；4、背面接地焊盘；5、导体；6、正面接地焊盘；7、塑封层；8、器件引脚焊盘；9、系统散热结构；10、系统电路板。
具体实施方式
33.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.请一并参阅图1至图7，现对本发明提供的倒装式塑封的装配方法进行说明。所述倒装式塑封的装配方法，所述装配方法包括：
35.步骤一，如图1，在介质基板3正面的中央焊盘区1装配预设元器件。
36.其中，预设元器件包括主动元件和/或被动元件，主动元件(有源元件)包括：芯片(ic)、存储芯片(memory)、分立元件等。
37.被动元件(无源元件)包括：电容器、电阻器、继电器、振荡器、传感器、整流桥、光耦、连接器、晶片、保险丝、电感器、开关、二极管、三极管等。预设元器件构成具有一定功能的匹配电路。采用常规的引线键合或微带互连的方式，将预设元器件与基部引脚焊盘2连接。
38.步骤二，如图3所示，在介质基板3正面四周的基部引脚焊盘2上设置预设高度的导体5，且使导体5的高度高于预设元器件的高度，以便于实现对预设元器件的塑封。其中，导体5垂直于介质基板3。
39.步骤三，如图4及图5所示，正面塑封预设元器件，并使导体5露出塑封层7的表面，以便于将信号引出。可以采用多种方式使导体5外露，具体方式后面有记载。
40.步骤四，如图6所示，在正面塑封后的表面进行电镀，对应导体5的端面电镀器件引脚焊盘8，中央区域电镀正面接地焊盘6，构成塑封器件；其中，塑封器件的正面为正面射频传输面，塑封器件的背面为散热面，介质基板3的背面设有用于散热的背面接地焊盘4。正面的预设元器件的塑封及电镀将信号从正面引出，塑封器件的背面散热面，使得塑封器件的射频传输面与散热面平行分离，避免相互干涉，提高散热效果及屏蔽效果。
41.步骤五，如图7所示，将塑封器件倒扣配装至系统电路板上，以使塑封器件的正面与系统电路板正面直接电连接，塑封器件背面的背面接地焊盘4与系统散热结构相连。
42.本实施例中，正面接地焊盘6与器件引脚焊盘8中的部分接地引脚，连接系统电路的接地焊盘，提供良好的接地效果。塑封器件正面倒装焊接至系统pcb板上，实现电连接；塑封器件背面连接至系统散热结构，最终实现器件散热路径与射频传输、接地路径相分离，从而使射频信号从系统正面引出，背面散热面，避免相互干涉，提高散热效果及屏蔽效果。
43.本实施例提供的倒装式塑封的装配方法，与现有技术相比，本发明可以实现塑封器件倒扣装配至系统电路中，塑封器件的射频传输面与散热面相分离，即塑封器件的正面(塑封电镀面)焊接至系统电路板上，实现电连接，器件正面四周除提供电连接和射频连接功能外的引脚焊盘连接至系统电路板接地区域；介质基板3背部地、四周接地导体5与器件顶部电镀接地焊盘共同构成器件屏蔽腔，可明显降低外部电磁环境对器件内部的影响，提高器件信号传输的效果；器件背面(介质基板3背面)可与系统散热结构相连接，传导器件产生的热量，实现的热量传导路径为：预设元器件产生的热量——介质基板3——系统散热结构，其导热路径中均可使用高导热材料，比如铜(热导率390w/(m
·
k))，增强了器件的散热效果，尤其在封装功率器件中优势明显，从而能够提高器件的信号传输性能和器件的使用寿命。
44.同时该倒装方式对器件的封装形式要求较低，基于通用的介质基板3均可实现，且对芯片的工艺要求较低，无需用到倒装芯片(flip chip)工艺。
45.作为本实施例提供的倒装式塑封的装配方法的一种具体实施方式，介质基板3的材质为pcb板、陶瓷基板、载板中的任一种；介质基板3的板层为一层或多层。其中，载板为玻璃板、金属板或塑料板。
46.为了便于理解，普及的是，基板是制造pcb的基本材料，一般情况下，基板就是覆铜箔层压板，单、双面印制板在制造中是在基板材料-覆铜箔层压板(copper clad laminate，ccl)上，有选择地进行孔加工、化学镀铜、电镀铜、蚀刻等加工，得到所需电路图形。另一类多层印制板的制造，也是以内芯薄型覆铜箔板为底基，将导电图形层与半固化片(pregpreg)交替地经一次性层压黏合在一起，形成3层以上导电图形层间互连。它具有导电、绝缘和支撑三个方面的功能。印制板的性能、质量、制造中的加工性、制造成本、制造水平等，在很大程度上取决于基板材料。
47.作为本实施例提供的倒装式塑封的装配方法的一种具体实施方式，导体5的连接方式包括smt表贴或导电胶粘；导体5还可以为电镀出金属柱体或在基部引脚焊盘2上键合预设高度的键合线形成。其中，导体5与基部引脚焊盘2形成电连接。
48.为了便于理解，普及的是:smt贴片指的是在pcb基础上进行加工的系列工艺流程的简称，pcb(printed circuit board)为印刷电路板。smt是表面组装技术(表面贴装技术)(surface mounted technology的缩写)，是电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
49.smt是表面组装技术(表面贴装技术)(surface mounted technology的缩写)，是电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。电子电路表面组装技术(surface mount technology，smt)，称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件(简称smc/smd，中文称片状元器件)安装在印制电路板(printed circuit board，pcb)的表面或其它基板的表面上，通过再流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。
50.作为本实施例提供的倒装式塑封的装配方法的一种具体实施方式，塑封方式包括模具灌胶方式或喷涂设备喷涂方式，塑封的材料可以为有填料物质或是无填料物质的环氧树脂。
51.作为本实施例提供的倒装式塑封的装配方法的一种具体实施方式，导体5外露的方式可以直接塑封至导体5外露，或者，塑封层高度高于导体5的高度，后通过减薄的方式露出导体5。
52.作为本实施例提供的倒装式塑封的装配方法的一种具体实施方式，减薄的方式可以为机械减薄、激光减薄或化学减薄中的任一种。
53.作为本实施例提供的倒装式塑封的装配方法的一种具体实施方式，正面塑封后的表面电镀，镀层种类可以为铜镍金、铜镍银、镍钯金、钯金、金或铜中的任一种；电镀方法可以为化学电镀或者电解电镀。
54.为了便于理解，普及的是，电镀是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀)，提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。
55.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
56.基于同一发明构思，如图7所示，本发明实施例还提供了一种倒装式塑封封装的屏蔽系统，基于倒装式塑封的装配方法，包括塑封器件的正面接地焊盘6、塑封器件的背面接地焊盘4及塑封于塑封器件内的导体5，正面接地焊盘6、背面接地焊盘4及围设于四周的导体5构成塑封器件内部预设元器件的屏蔽腔，可明显降低外部电磁环境对器件内部的影响。
57.基于同一发明构思，如图7所示，本发明实施例还提供了一种倒装式塑封封装的散热系统，基于所述的倒装式塑封的装配方法，包括具有背面接地焊盘4的介质基板3及系统散热结构，预设元器件的热量经介质基板3背面的背面接地焊盘4直接传导至系统散热结构。本发明的装配方式可实现的热量传导路径为：芯片热量——介质基板3——系统散热结构，器件背面可直接与系统散热结构相连接，芯片散热路径中均为高导热材料，相对于传统塑封器件，导热效果更好，尤其在封装功率器件中优势明显。
58.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种塑封器件的应用，基于所述的倒装式塑封的装配方法制备，如图7所示，塑封器件倒装在系统电路板上；塑封器件包括介质基板3、设置于介质基板3正面的预设元器件、导体5、塑封层7、设置于介质基板3背面的背面接地焊盘4，导体5的端部设有器件引脚焊盘8，塑封层7的表面设有正面接地焊盘6，塑封器件的正面焊接于系统电路板上，背面接地焊盘4连接系统散热结构。其中，背面接地焊盘4设置于介质基板3的背面中央区域，与正面中央区域的中央焊盘区1正对。
59.其中，系统散热结构示例如下：示例1，直接焊接于背面接地焊盘4上的散热片；示例2，连接具有散热片的散热器，水冷、油冷或风冷等；其他公开的塑封器件散热结构。
60.塑封器件包括但不限于功率放大器、滤波器等各种有源或无源器件。
61.本发明提供的塑封器件，塑封器件倒扣装配至系统电路。器件背面(即介质基板3背面)直接连接至系统散热结构，提高了系统的散热性能；器件正面(即塑封体正面电镀面)正面接地焊盘6连接至系统电路板接地区域；器件正面四周除提供电连接和射频连接功能
外的引脚连接至系统电路板接地区域，介质基板3背部地、四周接地导体5与器件顶部电镀接地焊盘共同构成器件屏蔽腔，可明显降低外部电磁环境对器件内部的影响，提高器件信号传输的效果。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。