一种无芯基板封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及半导体集成电路封装领域，特别是涉及一种无芯基板封装结构及其制造方法。

背景技术：

随着电子产品向高密度、多功能、小型化、高性能的方向发展，相应地，半导体集成电路的封装也要朝着轻薄短小高性能的方向发展。而半导体集成电路封装的主要部件是封装基板，起着电气连接和机械连接保护的作用。

为了适应封装产品的轻薄要求，出现了无芯基板产品。由于无芯基板产品没有较厚封装基板的支撑，机械强度比较差，在生产过程中容易出现翘曲；而且为了增加机械强度，在封装过程中通常使用塑封材料对芯片进行包裹，但由于塑封材料一般都是热的不良导体，从而导致芯片的散热性能较差。鉴于此，有必要设计一种新的无芯基板封装结构及其制造方法用以解决上述技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无芯基板封装结构及其制造方法，用于解决现有无芯基板封装结构机械性能差、容易出现翘曲及散热性能差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无芯基板封装结构的制造方法，所述制造方法包括：

制备一封装基板，其中所述封装基板包括导热基材及形成于所述导热基材下表面的布线金属层；

于所述导热基材中形成暴露出所述布线金属层的芯片放置孔，并将封装芯片置于所述芯片放置孔中，且所述封装芯片与所述布线金属层电连接；

于所述芯片放置孔中形成至少包覆所述封装芯片底部的塑封层，并于所述布线金属层远离所述导热基材的表面形成引出焊盘，其中所述引出焊盘与所述布线金属层电连接。

可选地，制备所述封装基板的方法包括：提供所述导热基材，并于所述导热基材下表面形成所述布线金属层。

可选地，制备所述封装基板的方法包括：

制备一复合基材，其中所述复合基材包括：粘接层及分别形成于所述粘接层上表面和下表面的所述导热基材；

于所述导热基材远离所述粘接层的表面形成所述布线金属层，之后将表面形成有所述布线金属层的所述导热基材从所述粘接层上剥离，以完成所述封装基板的制备。

可选地，制备所述复合基材的方法包括：采用压合工艺于所述粘接层的上表面和下表面压合所述导热基材，之后采用高温高压烘烤工艺对表面压合有所述导热基材的所述粘接层进行高温高压烘烤处理，以完成所述复合基材的制备。

可选地，所述导热基材包括导热系数大于10W/mK的金属。

可选地，形成所述芯片放置孔后，所述制造方法还包括：于所述导热基材表面形成保护层的步骤，其中所述保护层包括防氧化涂层及/或阻焊层。

可选地，所述制造方法还包括：至少于所述封装芯片上表面形成散热片的步骤。

可选地，于所述导热基材上表面及所述封装芯片上表面形成所述散热片，方法包括：于所述导热基材上表面形成高导热粘接层，并于所述封装芯片上表面形成热界面材料层；之后于所述高导热粘接层上表面及所述热界面材料层上表面形成所述散热片。

本发明还提供了一种无芯基板封装结构，所述封装结构包括：

封装基板，包括导热基材及形成于所述导热基材下表面的布线金属层，其中所述导热基材中形成有暴露出所述布线金属层的芯片放置孔；

封装芯片，置于所述芯片放置孔中，且与所述布线金属层电连接；

塑封层，形成于所述芯片放置孔中，且至少包覆于所述封装芯片的底部；

引出焊盘，设于所述布线金属层远离所述导热基材的表面，且与所述布线金属层电连接。

可选地，所述导热基材包括导热系数大于10W/mK的金属。

可选地，所述封装结构还包括：形成于所述导热基材表面的保护层，其中所述保护层包括防氧化涂层及/或阻焊层。

可选地，所述封装结构还包括：至少形成于所述封装芯片上表面的散热层。

可选地，所述散热层形成于所述导热基材及所述封装芯片上表面，此时所述封装结构还包括：

高导热粘接层，形成于所述导热基材的上表面；

热界面材料层，形成于所述封装芯片的上表面；

散热片，形成于所述高导热粘接层及所述热界面材料层的上表面。

如上所述，本发明的一种无芯基板封装结构及其制造方法，在实现芯片的无芯基板封装时，利用具有高导热系数的导热基材作为封装芯片的散热结构，以提高所述封装芯片的散热性能；同时为整个封装结构提供机械支撑，以增加其机械强度、避免其发生翘曲。

附图说明

图1显示为本发明所述无芯基板封装结构制造方法的流程图。

图2至图7显示为本发明所述无芯基板封装结构制造方法中各步骤的结构示意图。

元件标号说明

10 封装基板

100 粘接层

101 导热基材

102 布线金属层

103 金属连线层

104 介质层

20 芯片放置孔

30 封装芯片

40 塑封层

50 引出焊盘

60 高导热粘接层

70 热界面材料层

80 散热片

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种无芯基板封装结构的制造方法，所述制造方法包括：

制备一封装基板10，其中所述封装基板10包括导热基材101及形成于所述导热基材101下表面的布线金属层102；

于所述导热基材101中形成暴露出所述布线金属层102的芯片放置孔20，并将封装芯片30置于所述芯片放置孔20中，且所述封装芯片30与所述布线金属层102电连接；

于所述芯片放置孔20中形成至少包覆所述封装芯片30底部的塑封层40，并于所述布线金属层102远离所述导热基材101的表面形成引出焊盘50，其中所述引出焊盘50与所述布线金属层102电连接。

下面请结合图1，参阅图2至图7对本实施例所述无芯基板封装结构的制造方法进行详细说明。

结合图1，参阅2至图4，制备一封装基板10，其中所述封装基板10包括导热基材101及形成于所述导热基材101下表面的布线金属层102。

作为一示例，如图2至图4所示，制备所述封装基板10的方法包括：

制备一复合基材，其中所述复合基材包括：粘接层100及分别形成于所述粘接层100上表面和下表面的所述导热基材101；

于所述导热基材101远离所述粘接层100的表面形成所述布线金属层102，之后将表面形成有所述布线金属层102的所述导热基材101从所述粘接层100上剥离，以完成所述封装基板10的制备。

具体的，如图2所示，制备所述复合基材的方法包括：采用压合工艺于所述粘接层100的上表面和下表面压合所述导热基材101，之后采用高温高压烘烤工艺对表面压合有所述导热基材101的所述粘接层100进行高温高压烘烤处理，以完成所述复合基材的制备。其中所述粘结层100可以为传统工艺中通用的半固化片；所述导热基材101包括导热系数大于10W/mK的金属，本实施例优选为导热系数约为400W/mK的铜，其厚度介于0.05mm～5mm之间。本实施例所述导热基材101在后续形成所述布线金属层102时，作为基板为所述布线金属层102提供机械支撑，并在封装过程中为整个无芯基板封装结构提供机械支撑，从而增加所述无芯基板封装结构的机械强度、避免其发生翘曲；同时所述导热基材101还作为所述封装芯片30的散热结构，以提高整个无芯基板封装结构的散热性能。需要注意的是，此处所述导热基材101的厚度介于0.05mm～5mm之间所要求的数值范围包括端点值0.05mm和5mm。

具体的，如图3所示，所述布线金属层102包括金属连线层103及形成于所述金属连线层103周围的介电层104，所述金属连线层包括金属连接线、金属连接焊点及金属引出焊点，其中所述金属引出焊点位于所述介电层104远离所述导热基材101的表面，所述金属连接焊点位于所述介电层104的相对另一表面，所述金属连接线位于所述介电层104中且用以电连接所述金属连接焊点和所述金属引出焊点。其中采用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀或化学镀等方法形成所述金属连线层103，且所述金属连线层103的材质包括Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag中的一种或多种；采用旋涂、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积等方法形成所述介电层104，且所述介电层104的材质包括聚苯并噁唑、磷硅玻璃、自旋玻璃、自旋聚合物、氧化硅、SiOxCy、硅碳复合材料中的一种或多种。需要注意的是，所述金属连接线可以为一层也可以为多层，本实施例并不对所述金属连接线的层数进行限制。

具体的，如图4所示，采用机械剥离工艺将表面形成有所述布线金属层102的所述导热基材101从所述粘接层100上剥离，以完成所述封装基板10的制备；当然，其它能够实现剥离的方法也同样适用于本实施例。

作为另一示例，如图4所示，制备所述封装基板10的方法包括：提供所述导热基材101，并于所述导热基材101下表面形成所述布线金属层102。

具体的，所述导热基材101包括导热系数大于10W/mK的金属，本实施例优选为导热系数约为400W/mK的铜，其厚度介于0.05mm～5mm之间。本实施例所述导热基材101在形成所述布线金属层102时，作为基板为所述布线金属层102提供机械支撑，并在封装过程中为整个无芯基板封装结构提供机械支撑，从而增加所述无芯基板封装结构的机械强度、避免其发生翘曲；同时所述导热基材101还作为所述封装芯片30的散热结构，以提高整个无芯基板封装结构的散热性能。需要注意的是，此处所述导热基材101的厚度介于0.05mm～5mm之间所要求的数值范围包括端点值0.05mm和5mm。

具体的，所述布线金属层102包括金属连线层103及形成于所述金属连线层103周围的介电层104，所述金属连线层包括金属连接线、金属连接焊点及金属引出焊点，其中所述金属引出焊点位于所述介电层104远离所述导热基材101的表面，所述金属连接焊点位于所述介电层104的相对另一表面，所述金属连接线位于所述介电层104中且用以电连接所述金属连接焊点和所述金属引出焊点。其中采用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀或化学镀等方法形成所述金属连线层103，且所述金属连线层103的材质包括Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag中的一种或多种；采用旋涂、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积等方法形成所述介电层104，且所述介电层104的材质包括聚苯并噁唑、磷硅玻璃、自旋玻璃、自旋聚合物、氧化硅、SiOxCy、硅碳复合材料中的一种或多种。需要注意的是，所述金属连接线可以为一层也可以为多层，本实施例并不对所述金属连接线的层数进行限制。

结合图1，参阅图5和图6，于所述导热基材101中形成暴露出所述布线金属层102的芯片放置孔20，并将封装芯片30置于所述芯片放置孔20中，且所述封装芯片30与所述布线金属层102电连接。

作为示例，如图5所示，采用机械或化学方法于所述导热基材101中形成所述芯片放置孔20；其中所述芯片放置孔20的长度和宽度均大于所述封装芯片30的长度和宽度，以便于后续放置所述封装芯片30并对所述封装芯片30的底部进行塑封，更重要的是利用所述封装芯片30置于所述芯片放置孔20中时形成的空气间隙对所述封装芯片30进行散热，以提高所述封装芯片30的散热性能。

作为示例，如图6所示，实现所述封装芯片30与所述布线金属层102电连接的方法包括：先将所述封装芯片30置于所述芯片放置孔20中，并使所述封装芯片30上的芯片焊点与所述布线金属层102中的金属连接焊点一一对应；之后加热上述结构以使所述芯片焊点和所述金属连接焊点焊接，实现所述封装芯片30与所述布线金属层102之间的电连接。

作为示例，形成所述芯片放置孔20后，所述制造方法还包括：于所述导热基材101表面形成保护层(图中未示出)的步骤，其中所述保护层包括防氧化涂层及/或阻焊层，以避免环境中的空气对其氧化或焊接所述芯片焊点和所述金属连接焊点时造成与导热基材101短接的情况。具体的，所述防氧化涂层包括厚度小于1μm的金属涂层或有机涂层，其中所述金属涂层的材质包括Sn、Ni、Au、Ag中的一种，一般采用电镀方法形成；所述有机涂层的材质一般选自唑类，如苯并三唑、咪唑或苯并咪唑等，一般通过与所述导热基材101中的金属原子形成配位键以形成较厚的薄膜而吸附在所述导热基材101表面。

结合图1，参阅图6和图7，于所述芯片放置孔20中形成至少包覆所述封装芯片30底部的塑封层40，并于所述布线金属层102远离所述导热基材101的表面形成引出焊盘50，其中所述引出焊盘50与所述布线金属层102电连接。需要注意的是，此处所述塑封层40包覆所述封装芯片30的底部是指所述塑封层40完全包覆所述封装芯片30中的芯片焊点，以实现对所述芯片焊点进行密封保护。

作为示例，采用液体密封成型工艺形成所述塑封层40，其中所述塑封层40的材质包括聚酰亚胺层、硅胶层或环氧树脂层中的一种；采用植球回流工艺于所述金属引出焊点处形成所述引出焊盘50，其中所述引出焊盘50的材质包括Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag中的一种或多种。作为示例，形成所述引出焊盘50后，若此时所述封装结构为多芯片同时封装，所述制造方法还包括切割划片的步骤，以得到单芯片的无芯基板封装结构。

如图7所示，所述制造方法还包括：至少于所述封装芯片30上表面形成散热片80的步骤；本实施例优选为同时在所述导热基材101及所述封装芯片30上表面形成所述散热片80，以使所述无芯基板封装结构具有最佳的结构强度和散热性能。具体方法包括：于所述导热基材101上表面形成高导热粘接层60，并于所述封装芯片30上表面形成热界面材料层70；之后于所述高导热粘接层60上表面及所述热界面材料层70上表面形成所述散热片80。需要注意的是，如前所述，为了使所述无芯基板封装结构具有最佳的结构强度，此处所述高导热粘接层60的上表面与所述热界面材料层70的上表面在同一水平面上；当然，此处所述在同一水平面可通过调节所述高导热粘接层60的厚度及所述热界面材料层70的厚度实现，也可以在前面步骤中通过调节所述导热基材101的厚度实现。

作为示例，采用旋涂工艺于所述导热基材101上表面形成所述高导热粘接层60，其中所述高导热粘接层60的材质包括添加有高导热材料的硅胶或环氧树脂，所述高导热材料包括氧化硅、氧化铝或氮化铝等；采用旋涂工艺于所述封装芯片30上表面形成所述热界面材料层70，其中所述热界面材料层70的材质包括具有粘性的硅脂类材料。当然，所述高导热粘接层60和所述热界面材料层70的材质也可以相同，同为添加有高导热材料的硅胶或环氧树脂、具有粘性的硅脂类材料中的一种；所述散热片80包括传统金属散热片。

如图6所示，本实施例还提供了一种无芯基板封装结构，所述封装结构包括：

封装基板10，包括导热基材101及形成于所述导热基材101下表面的布线金属层102，其中所述导热基材101中形成有暴露出所述布线金属层102的芯片放置孔20；

封装芯片30，置于所述芯片放置孔20中，且与所述布线金属层102电连接；

塑封层40，形成于所述芯片放置孔20中，且至少包覆于所述封装芯片30的底部；

引出焊盘50，设于所述布线金属层102远离所述导热基材101的表面，且与所述布线金属层102电连接。

作为示例，如图6所示，所述导热基材101包括导热系数大于10W/mK的金属，本实施例优选为导热系数约为400W/mK的铜，其厚度介于0.05mm～5mm之间。本实施例所述导热基材101在形成所述布线金属层102时，作为基板为所述布线金属层102提供机械支撑，并在封装过程中为整个无芯基板封装结构提供机械支撑，从而增加所述无芯基板封装结构的机械强度、避免其发生翘曲；同时所述导热基材101还作为所述封装芯片30的散热结构，以提高整个无芯基板封装结构的散热性能。需要注意的是，此处所述导热基材101的厚度介于0.05mm～5mm之间所要求的数值范围包括端点值0.05mm和5mm。

作为示例，如图6所示，所述布线金属层102包括金属连线层103及形成于所述金属连线层103周围的介电层104，所述金属连线层包括金属连接线、金属连接焊点及金属引出焊点，其中所述金属引出焊点位于所述介电层104远离所述导热基材101的表面，所述金属连接焊点位于所述介电层104的相对另一表面，所述金属连接线位于所述介电层104中且用以电连接所述金属连接焊点和所述金属引出焊点。其中所述金属连线层103的材质包括Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag中的一种或多种，所述介电层104的材质包括聚苯并噁唑、磷硅玻璃、自旋玻璃、自旋聚合物、氧化硅、SiOxCy、硅碳复合材料中的一种或多种。需要注意的是，所述金属连接线可以为一层也可以为多层，本实施例并不对所述金属连接线的层数进行限制。

作为示例，如图6所示，所述芯片放置孔20的长度和宽度均大于所述封装芯片30的长度和宽度，以便于后续放置所述封装芯片30并对所述封装芯片30的底部进行塑封，更重要的是利用所述封装芯片30置于所述芯片放置孔20中时形成的空气间隙对所述封装芯片30进行散热，以提高所述封装芯片30的散热性能。

作为示例，所述封装结构还包括：形成于所述导热基材101表面的保护层(图中未示出)，其中所述保护层包括防氧化涂层及/或阻焊层，以避免环境中的空气对其氧化或焊接所述芯片焊点和所述金属连接焊点时造成与导热基材101短接的情况。具体的，所述防氧化涂层包括厚度小于1μm的金属涂层或有机涂层，其中所述金属涂层的材质包括Sn、Ni、Au、Ag中的一种，所述有机涂层的材质一般选自唑类，如苯并三唑、咪唑或苯并咪唑等。

作为示例，所述塑封层40的材质包括聚酰亚胺层、硅胶层或环氧树脂层中的一种，所述引出焊盘50的材质包括Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag中的一种或多种。需要注意的是，本实施例所述塑封层40包覆所述封装芯片30的底部是指所述塑封层40完全包覆所述封装芯片30中的芯片焊点，以实现对所述芯片焊点进行密封保护。

如图7所示，所述封装结构还包括至少形成于所述封装芯片30上表面的散热层80。本实施例中，所述散热层80同时形成于所述导热基材101及所述封装芯片30上表面，此时所述封装结构还包括：高导热粘接层60，形成于所述导热基材101的上表面；热界面材料层70，形成于所述封装芯片30的上表面；散热片80，形成于所述高导热粘接层60及所述热界面材料层70的上表面。需要注意的是，为了使所述无芯基板封装结构具有最佳的结构强度，此处所述高导热粘接层60的上表面与所述热界面材料层70的上表面在同一水平面上；当然，此处所述在同一水平面可通过调节所述高导热粘接层60的厚度及所述热界面材料层70的厚度实现，也可以在前面步骤中通过调节所述导热基材101的厚度实现。

作为示例，所述高导热粘接层60的材质包括添加有高导热材料的硅胶或环氧树脂，所述高导热材料包括氧化硅、氧化铝或氮化铝等；所述热界面材料层70的材质包括具有粘性的硅脂类材料。当然，所述高导热粘接层60和所述热界面材料层70的材质也可以相同，同为添加有高导热材料的硅胶或环氧树脂、具有粘性的硅脂类材料中的一种；所述散热片80包括传统金属散热片。

综上所述，本发明的一种无芯基板封装结构及其制造方法，在实现芯片的无芯基板封装时，利用具有高导热系数的导热基材作为封装芯片的散热结构，以提高所述封装芯片的散热性能；同时为整个封装结构提供机械支撑，以增加其机械强度、避免其发生翘曲。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。