双面倒装芯片封装结构的制作方法

1.本发明涉及半导体集成电路的封装与集成技术领域，尤其是一种双面倒装芯片封装结构。


背景技术：

2.集成电路(integrated circuit，ic，又称芯片)在现代电子系统、计算机系统、通信系统中被广泛的应用。按照应用领域不同，业界一般将ic分为数字芯片、模拟芯片、存储芯片、射频芯片、电源芯片、光芯片、无源芯片等。其中由数字芯片和存储芯片构成的逻辑系统、计算系统、通信系统一直引领着ic制造及其集成技术的发展。
3.通常一款ic产品从构想到量产被分为三个大的阶段，即芯片设计、晶圆加工制造和芯片封装与测试。当前数字芯片的晶圆加工制造已经发展到3nm阶段，即将达到物理极限。同时，存储芯片也面临着发展速度变缓的问题，例如容量提升、单比特能耗与成本降低、存取速度提升等指标均发展变缓。早在多年前，业界已经开始投入大量资源进行先进封装集成技术的研究，以期延续摩尔定律。
4.进一步而言，数字芯片和存储芯片各自经过多年的高速发展，其性能得到了极大的提升，但是二者之间的通信速率却受限于封装集成技术发展缓慢等因素而无法发挥最佳性能，即所谓的“内存墙”问题。近二三十年来，通过昂贵但高性能的静态随机存取存储器(static random access memory，sram)缓存一直是重要解决方案之一。但是随着数字芯片和存储芯片的发展，该方案日益捉襟见肘。
5.为了延续摩尔定律、提高数字芯片与存储芯片之间通信效率、进一步释放系统整体性能，业界发展出了多种先进封装解决方案。例如用于手机应用处理器(application processor，ap)的封装堆叠技术(package on package，pop)、用于高性能计算处理器、高性能图形处理器、高带宽通信处理器等的2.5d封装技术。又如正在研发中的扇出封装技术(fan-out package，fop)和3d封装技术。
6.pop技术是伴随着智能手机而发展起来的封装技术，其尺寸一般不超过15
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15mm、功耗一般不超过10w，特别适用于采用电池供电场合。
7.2.5d封装技术是基于晶圆加工工艺的先进封装技术，分为两大流派，其一是嵌入到树脂基板中的硅桥技术，例如英特尔公司的embedded multi-die interconnect bridge(emib)。其二是采用tsv的转接板技术，例如台积电公司的chip onwafer on substrate(cowos)、三星公司的i-cube等。
8.fop技术是近年来兴起的一种先进封装技术，与之相对应的是扇入封装技术(fan-in package),例如圆片级芯片尺寸封装(wafer level chip scale package，wlcsp)。目前业界可以提供fop技术的厂商有很多。fop技术以其高互连密度、支持多芯片封装、小外形尺寸、厚度薄等优势受到了物联网芯片、手机应用处理器、高性能计算等产品的青睐，但在高性能计算方面尚处于研发阶段。
9.用于大规模集成电路(large scale integrated circuit，lsic)芯片和存储芯片
集成的3d封装技术以台积电公司的system on integrated circuit最为成熟，其技术路径为结合异构键合(hybrid bonding，hb)技术、tsv技术。
10.当前技术条件下所形成的封装结构要么受限于封装堆叠技术无法进一步提高集成度、系统性能，要么受限于先进的晶圆加工技术成本较高、集成难度大、良率低的问题。针对上述出现的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

11.发明目的：提供一种双面倒装芯片封装结构，以解决现有技术存在的上述问题。
12.技术方案：一种双面倒装芯片封装结构，包括：基板，以及位于所述基板正面的第一电连接面和位于所述基板背面的第二电连接面；第一倒装芯片，设置于所述第一电连接面；及第二倒装芯片，设置于所述第二电连接面；通过在所述基板的正面设置有第一倒装芯片，以及在所述基板的背面设置有第二倒装芯片，以使基板双面集成封装两倒装芯片。
13.作为优选，所述第一电连接面通过散热盖粘结材料与散热盖连接，所述散热盖与所述基板围合形成容置腔。
14.作为优选，所述散热盖与所述第一倒装芯片之间设置有热界面材料。
15.作为优选，所述第一倒装芯片通过第一凸点与所述第一电连接面形成电气连接。
16.作为优选，所述第一倒装芯片与所述基板之间填充有第一芯片底部填充材料。
17.作为优选，所述第二倒装芯片通过第二凸点与所述第二电连接面形成电气连接。
18.作为优选，所述第二倒装芯片与所述基板之间填充有第二芯片底部填充材料。
19.作为优选，所述第一倒装芯片至少包含一个。
20.作为优选，所述第二倒装芯片至少包含一个。
21.作为优选，所述第二电连接面上均匀设置有多个焊球。
22.有益效果：在本技术实施例中，采用双面倒装芯片封装的方式，通过在所述基板的正面设置有第一倒装芯片，以及在所述基板的背面设置有第二倒装芯片，以使基板双面集成封装两倒装芯片，达到了双面封装芯片的目的，从而实现了进一步提高集成度和系统性能的技术效果，进而解决了当前技术条件下所形成的封装结构要么受限于封装堆叠技术无法进一步提高集成度、系统性能，要么受限于先进的晶圆加工技术成本较高、集成难度大、良率低的技术问题。
附图说明
23.图1是本发明实施例1双面倒装芯片封装结构侧面示意图；
24.图2是本发明实施例1双面倒装芯片封装结构底面示意图；
25.图3是本发明实施例2双面倒装芯片封装结构侧面示意图；
26.图4是本发明实施例2双面倒装芯片封装结构底面示意图。
27.附图标记为：101、基板；102、第一倒装芯片；103、第一芯片底部填充材料；104、散热盖；105、散热盖粘接材料；106、热界面材料；107、第一凸点；108、第二倒装芯片；109、第二凸点；110、第二芯片底部填充材料；111、焊球；112、分立器件；1011、第一电连接面；1012、第二电连接面。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
29.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
30.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
32.如图1所示，本技术涉及一种双面倒装芯片封装结构。该一种双面倒装芯片封装结构包括：基板101，以及位于所述基板101正面的第一电连接面1011和位于所述基板101背面的第二电连接面1012；基板101是指制造pcb板的基础材料，能够实现固定安装其他元器件的效果。进一步的，基板101可以采用树脂基板101后者陶瓷基板101，树脂材料可以采用环氧玻璃布材料、abf(ajinomoto build-up film，味之素堆积膜)材料、铜金属布线层的组合。陶瓷基板101可以采用氧化铝陶瓷材料、钨金属布线层的组合，基板101可以采用多达八层或者更多的金属布线层。
33.位于基板101正面的第一电连接面1011；能够实现良好的电性连接效果，从而确保芯片与基板101良好的电性传输效果。进一步的，所述第一电连接面1011通过散热盖粘结材料105与散热盖104连接，所述散热盖104与所述基板101围合形成容置腔。能够实现良好的固定连接效果；同时还能实现良好的散热和容置效果。更进一步的，所述散热盖104与所述第一倒装芯片102之间设置有热界面材料106。优选的，热界面材料106可以采用导热硅脂、导热硅橡胶、导热胶水、相变导热材料、导热粘性膜等。能够实现良好耐高低温、耐水、耐臭和耐气候老化的效果。
34.第一倒装芯片102，设置于所述第一电连接面1011；能够实现良好的连接效果。进一步的，第一倒装芯片102可以采用现场可编程门阵列芯片(fpga)，为系统提供数据处理、数据计算功能。在当前技术条件下，其功耗通常大于5瓦，需要封装提供低热阻的散热路径。优选的，所述第一倒装芯片102至少包含一个。能够实现根据实际的使用情况进行灵活的数量调节效果，从而实现提高使用的灵活性。
35.位于基板101背面的第二电连接面1012；能够实现良好的电性连接效果，从而确保芯片与基板101良好的电性传输效果。第二倒装芯片108，设置于所述第二电连接面1012；能
够实现良好的连接效果。进一步的，所述第二倒装芯片108至少包含一个。能够实现根据实际的使用情况进行灵活的数量调节效果，从而实现提高使用的灵活性。
36.通过在所述基板101的正面设置有第一倒装芯片102，以及在所述基板101的背面设置有第二倒装芯片108，以使基板101双面集成封装两倒装芯片。本发明利用高密度基板101封装技术形成，利用了系统级封装管脚数量较少的特点，在封装基板101背面设置了第二倒装芯片108，同时基板101正面保留了散热盖104结构，兼顾了存储芯片、电源芯片等小芯片的布局空间需求，和高功耗的数据处理、数据计算芯片的散热需求，相较于pop封装技术可以进一步提高系统性能，降低封装厚度；相较于2.5d硅桥技术、2.5d转接板技术、fop技术、3d技术可以显著降低加工难度和加工成本；本发明所采用结构在性能、加工难度、加工成本之间做出很好的平衡，具有广阔的应用前景。
37.从以上的描述中，可以看出，本技术实现了如下技术效果：
38.在本技术实施例中，采用双面倒装芯片封装的方式，通过在所述基板101的正面设置有第一倒装芯片102，以及在所述基板101的背面设置有第二倒装芯片108，以使基板101双面集成封装两倒装芯片，达到了双面封装芯片的目的，从而实现了进一步提高集成度和系统性能的技术效果，进而解决了当前技术条件下所形成的封装结构要么受限于封装堆叠技术无法进一步提高集成度、系统性能，要么受限于先进的晶圆加工技术成本较高、集成难度大、良率低的技术问题。
39.进一步的，所述第一倒装芯片102通过第一凸点107与所述第一电连接面1011形成电气连接。能够实现良好的电气连接效果，从而确保电信号稳定传输的效果。优选的，第一凸点107的形式包括但不限于共晶焊料凸点、铜柱凸点、微凸点、铟凸点等。
40.进一步的，所述第一倒装芯片102与所述基板101之间填充有第一芯片底部填充材料103。能够实现良好的填充效果，从而实现进一步固定第一倒装芯片102的效果，进而确保第一倒装芯片102稳固安装的效果。
41.进一步的，所述第二倒装芯片108通过第二凸点109与所述第二电连接面1012形成电气连接。能够实现良好的电气连接效果，从而确保电信号稳定传输的效果。优选的，第二凸点109其形式包括但不限于共晶焊料凸点、铜柱凸点、微凸点、铟凸点等。
42.进一步的，所述第二倒装芯片108与所述基板101之间填充有第二芯片底部填充材料110。能够实现良好的填充效果，从而实现进一步固定第一倒装芯片102的效果，进而确保第一倒装芯片102稳固安装的效果。
43.进一步的，所述第二电连接面1012上均匀设置有多个焊球111。能够实现便于与芯片固定连接的效果，从而实现固定和安装芯片的同时，还能确保良好的电性效果。优选的，焊球111可以采用锡基无铅焊料或者锡铅共晶焊料，一端与基板101的第二电连接面1012实现电气互连，另外一端作为封装对外的电气互连结构。
44.进一步的，散热盖104包括但不限于hat型散热盖、stamp型散热盖、蒸汽腔散热盖。更进一步的，散热盖粘接材料105可以采用粘性环氧树脂、金属焊料等。
45.进一步的，所述第一倒装芯片102的材质为硅、砷化镓、铟镓砷、碳化硅、氮化镓其中之一或几种的组合。能够实现多种材料选择的效果，从而易于实现。
46.进一步的，所述第二倒装芯片108的材质为硅、砷化镓、铟镓砷、碳化硅、氮化镓其中之一或几种的组合。能够实现多种材料选择的效果，从而易于实现。
47.实施例一，如图1-2所示，在本实施例中包含一个第一倒装芯片102，相应的通过一组第一凸点107与基板101的第一电连接面1011形成电气互连。相应的一个第一倒装芯片102与基板101之间填充有一组第一芯片底部填充材料103。
48.进一步的，在本实施例中包含两个相同的第二倒装芯片108，相应的通过两组相同的第二凸点109与基板101的第二电连接面1012形成电气互连。相应的两个第二倒装芯片108与基板101之间填充有两组第二芯片底部填充材料110。
49.进一步的，两个第二倒装芯片108可以采用两颗双倍速率同步动态随机存储器(ddr)芯片，为系统提供数据缓存、数据存储功能。
50.进一步的，参见图2所示，第二倒装芯片108设置在所述第二电连接面1012一侧，并在焊球111阵列中心位置，形成对称分布布局。
51.实施例二，如图3-4所示，在本实施例中包含两个不同的第一倒装芯片102，相应的通过两组不同的第一凸点107与基板101的第一电连接面1011形成电气互连。相应的两个不同的第一倒装芯片102与基板101之间填充有两组第一芯片底部填充材料103。
52.进一步的，在本实施例中包含两个不同的第二倒装芯片108，相应的通过两组不同的第二凸点109与基板101的第二电连接面1012形成电气互连。相应的两个不同的第二倒装芯片108与基板101之间填充有两组第二芯片底部填充材料110。
53.进一步的，在本实施例中包含分立器件112，分离器件固定设置于第一电连接面1011，且位于容置腔内。分立器件112可以采用电阻、电容、电感、已经封装好的flash芯片等。
54.进一步的，两个不同的第二倒装芯片108可以分别采用一颗双倍速率同步动态随机存储器(ddr)芯片和一颗电源芯片的组合，为系统提供数据缓存、数据存储功能和电压变换功能。
55.进一步的，参见图4所示，第二倒装芯片108设置在所述第二电连接面1012一侧，并在焊球111阵列之间位置，形成不对称分布布局。
56.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。