一种基板和框架混合的三维系统级封装结构及其工艺方法与流程

本发明涉及一种基板和框架混合的三维系统级封装结构及其工艺方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术：

目前的堆叠产品主要有两种方式：

第一种是普通堆叠产品，其结构是在芯片上面直接堆叠芯片，然后进行打线，然后再进行包封(如图1所示)。这种结构对顶层芯片有限制，顶层的芯片只能通过焊线和基板电性连接；

第二种是使用pop技术在塑封体之上堆叠封装(如图2所示)，由于是两个包封完成的封装体的堆叠，因此整体尺寸会比较厚。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基板和框架混合的三维系统级封装结构及其工艺方法，其基板和框架上都可以贴装芯片，芯片种类可以是wirebond(焊线)芯片，也可以是fc(倒装)芯片，在设计上有很大的灵活性，且只需要一次包封，因此可以比传堆叠封装做的更薄；同时，由于金属框架有部分图形裸露在塑封体之外，因此更加易于封装结构的扩展，或者芯片的散热。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基板和框架混合的三维系统级封装结构，它包括基板，所述基板上贴装有第一芯片，所述第一芯片上方设置有框架，所述框架第一面的引脚和裸露图形与框架其余部分不在同一平面上，所述框架第二面贴装有第二芯片，所述第一芯片、框架和第二芯片外围包封有塑封料，所述框架第一面的引脚和裸露图形裸露于塑封料表面。

更进一步的，所述基板和框架表面贴装有fc芯片、wirebond芯片或smt元器件。

更进一步的，所述框架第二面贴装有有散热需求的芯片，框架第一面的裸露图形区域贴装散热器。

更进一步的，所述框架第一面的裸露图形区域贴装芯片或器件。

更进一步的，所述框架第一面的裸露图形用作大引脚，用于低电阻或大电流需求的信号。

更进一步的，所述封装结构插装于插座内，所述插座包括插座体，所述插座体背面设置有插座引脚，所述插座体正面开设有插座插槽，所述插座插槽的左右两侧壁上设置有多个金属接触点，所述封装结构插装于插座插槽内，所述封装结构左右两侧的引脚位置与插座插槽左右两侧金属接触点位置一一对应。

更进一步的，所述封装结构框架的裸露图形正面区域贴装芯片或器件，所述插座体上预先挖好避开芯片或器件的第一让位槽。

更进一步的，所述封装结构安装于柔性板上，所述柔性板弯折布置，封装结构安装于柔性板弯折部内侧，封装结构上下两侧引脚分别与柔性板内侧上下两表面电气连接。

更进一步的，所述封装结构框架的裸露图形正面区域贴装芯片或器件，所述柔性板上预先挖好避开芯片或器件的第二让位槽。

一种基板和框架混合的三维系统级封装结构的工艺方法，包括以下步骤：

步骤一、取一基板，在基板上贴装第一芯片；

步骤二、取一框架，在框架第二面上贴装第二芯片，框架第一面上的引脚和裸露图形和框架其余部分不在同一平面上；

步骤三、包封；

步骤四、切割，将包封完成的整条基板的产品切割成单颗产品。

更进一步的，步骤二中框架第一面的引脚和裸露图形采用蚀刻或半蚀刻或冲压工艺进行制作。

更进一步的，步骤三使用压模塑封的方式进行包封，具体步骤为：先将框架背面贴好膜，以防止包封时塑封料溢出沾污引脚及裸露图形；然后将基板和框架分别传送至模具的上模和下模，然后再加塑封料进行包封；包封完成后，将框架背面的贴膜撕掉。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用基板和框架的混合封装结构，芯片种类没有限制，贴装在基板和框架上的芯片既可以是fc芯片，也可以是wirebond芯片；

2、本发明采用基板和框架的混合封装结构，只需要一次包封，是整个封装体，可以降低产品总厚度，而且不用考虑常规堆叠封装体之间的电性连接问题；

3、本发明采用基板和框架的混合封装结构，由于基板可以进行布线，框架也可以按需求进行设计，框架的正反面都可以贴装芯片或元器件，因此具有很强的扩展性和灵活性。

附图说明

图1为现有普通堆叠产品的结构示意图。

图2为现有pop产品的结构示意图。

图3为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构的示意图。

图4～图6为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构工艺方法的各工序流程图。

图7为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构另一实施例的示意图。

图8为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构裸露图形应用例1的示意图。

图9为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构裸露图形应用例2的示意图。

图10为插座的结构示意图。

图11为插座上预先挖槽的结构示意图。

图12为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构与插座的配合关系示意图。

图13为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构与预先挖槽的插座的配合关系示意图。

图14为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构与柔性板的配合关系示意图。

图15为柔性板预先挖槽的结构示意图。

图16为本发明一种基板和框架混合的三维系统级封装结构与预先挖槽的柔性板的配合关系示意图。

其中：

焊线芯片1

倒装芯片2

顶层封装3

底层封装4

基板5

第一芯片6

框架7

引脚71

裸露图形72

第二芯片8

塑封料9

散热器10

插座11

插座体11.1

插座引脚11.2

插座插槽11.3

金属接触点11.4

第一让位槽11.5

柔性板12

第二让位槽12.1。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图3，本发明涉及的一种基板和框架混合的三维系统级封装结构，它包括基板5，所述基板5上贴装有第一芯片6，所述第一芯片6上方设置有框架7，所述框架7第一面的引脚71和裸露图形72与框架7其余部分不在同一平面上，所述框架7第二面贴装有第二芯片8，所述第一芯片6、框架7和第二芯片8外围包封有塑封料9，所述框架7的引脚71和裸露图形72裸露于塑封料9表面。

其工艺方法包括如下步骤：

步骤一、参见图4，取一基板，在基板上贴装第一芯片，其中基板已预先按照需求进行布线，并设置芯片贴装所需的焊盘；

步骤二、参见图5，取一框架，在框架第二面贴装第二芯片，其中框架已预先按照需求设计好引脚、焊盘及裸露图形，框架第一面的引脚和裸露图形可以采用蚀刻或半蚀刻或冲压等工艺进行制作，使它们和框架其余部分不在同一平面上；

步骤三、参见图6，包封；

该过程可以使用压模塑封的方式进行包封。先将框架的第一面贴好膜，以防止包封时塑封料溢出沾污引脚及裸露图形。然后将基板和框架分别传送至模具的上模和下模，然后在中间加塑封料进行包封。包封完成后，将框架第一面的贴膜撕掉。

步骤四、切割，将包封完成的整条基板的产品切割成单颗产品。

如图7所示，基板5和框架7表面既可以贴装fc芯片，也可以贴装wirebond芯片之后进行打线，或者也可以贴装smt元器件。

上述结构中的框架上的裸露图形，可以有很多应用：

应用例1：用于散热

如图8所示，所述框架7第二面贴装有有散热需求的芯片，框架7第一面的裸露图形72区域贴装散热器10；由于金属框架有很好的导热性能，因此能很好地将热量从芯片传导到散热器进行有效散热；

应用例2：用于贴装器件或芯片

如图9所示，可以按照需要，在裸露图形之上贴装芯片或者器件，以实现封装结构和产品功能的扩展；

应用例3：裸露图形可以用作大引脚，用于低电阻或大电流需求的信号。

整个产品封装完成后，该封装体上的基板和框架都有引脚裸露在外用于电气连接。该封装体可以有多种应用场合：

应用例1：用于特制插座中

插座11的结构图10所示，包括插座体11.1，所述插座体11.1背面设置有插座引脚11.2，插座引脚用于插座和外部pcb的电气连接用，所述插座体11.1正面开设有插座插槽11.3，插座插槽用于插入封装结构，所述插座插槽11.3的左右两侧壁上设置有多个金属接触点11.4，金属接触点用于插座和封装结构的电气连接；插座体内部已按需求进行布线，将金属接触点和底部的插座引脚进行互连。

同时，插座的插座体上还可以按需求进行挖槽，如图11所示，以使封装结构插入时避开封装体上贴装的器件或散热器。

以贴装散热器的封装结构为例，具体应用时，先将插座焊接在pcb板上，然后再将封装结构插入插槽内，如图12所示。其中，封装结构上两面的引脚位置和插槽上的金属触点位置一一对应，以使封装结构插入插座后，封装结构两面的引脚和插槽上的金属点形成良好的电气连接，并通过插座最终和pcb板进行电气连接。同时，插座的插座体上已预先挖好槽，因此插入封装体时能避开散热器，如图13所示。

应用例2：用于柔性板上

以贴装散热器的封装结构为例，先将封装结构的基板面的引脚焊接在柔性板上，然后将柔性板折弯180度，将柔性板焊接在封装体另一面框架的引脚上，从而实现封装结构两面的引脚和柔性板的电气连接，如图14。柔性板可以按需求预先进行挖孔，如图15，用于柔性板和封装体焊接时避开封装体上贴装的器件或散热器，如图16所示。

上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。