一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术：

随着集成电路的高速发展，芯片的集成度越来越高，但芯片的体积越来越小，同时芯片的功率却越来越大，需要从芯片中散出的热量也越来越大。所以如果不能进行有效的散热设计和热管理，就有可能导致芯片或系统由于高温不能正常工作。电子产品发热问题是电子产品设计的重大问题，所以芯片封装的散热尤为重要。

采用传统的散热手段，芯片运行时所产生的热并无法有效地逸散至外界而不断地累积，使得芯片可能会因为过热而导致效能衰减或使用寿命缩短，甚至是损毁，进而影响芯片封装结构的可靠度。因此，如何提升芯片封装结构的散热效率，已成目前亟待解决的课题。

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带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法，芯片封装结构中加入了散热功能极好的石墨烯层，使得芯片工作过程中能及时将热量散出，特别是部分芯片热量过高的区域，可以有效的降低芯片的热点值，从而让芯片更稳定的工作。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种带石墨烯层散热的封装结构，它包括芯片，所述芯片除焊盘区域以外的上表面和侧面均设置有钝化层，所述钝化层表面设置有石墨烯层，所述石墨烯层沿着芯片下表面向外延伸至芯片外围区域，所述芯片焊盘位置设置有第一铜柱,所述芯片上表面的石墨烯层上设置若干个第二通柱,所述石墨烯层延伸区域设置若干个第三铜柱,所述石墨烯层外围区域设置多干个第四铜柱,所述铜柱周围填充塑封料，所述塑封料正面和背面分别设置有正面金属线路和背面金属线路，所述正面金属线路外包覆有正面绿油涂层，所述正面绿油涂层表面设置有散热片，所述石墨烯层通过部分正面金属线路、第二铜柱和第三铜柱与散热片相连接，所述背面金属线路外包覆有背面绿油涂层，所述背面绿油涂层在背面金属线路部分区域开设有第六开孔。

所述正面金属线路包括第一正面线路与第二正面线路，所述第一正面线路与第二正面线路之间不连接，所述第一正面线路实现第一铜柱和第四铜柱之间的电性连接，所述第一正面线路与部分背面金属线路通过第四铜柱电性连接，所述第二正面线路设置在第二铜柱、第三铜柱上方并与散热片连接。

优选的，所述石墨烯层下表面部分区域设置背面金属线路，石墨烯层下表面的背面金属线路不与第四铜柱连接。

优选的，所述石墨烯层至少有两层，相邻两层石墨烯层的开口区和边界呈圆弧形石墨烯连接。

一种带石墨烯层散热的封装结构的制造方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、取一载板；

步骤二、将芯片下表面贴装到载板上；

步骤三、在芯片上表面和侧面覆盖一层钝化层，露出芯片表面的焊盘；

步骤四、在钝化层表面覆盖至少两层石墨烯层，石墨烯层延伸至芯片周围载板上表面的部分位置；

步骤五、对载板的上表面进行包封，将石墨烯层和芯片用塑封料保护起来；

步骤六、将包封后的塑封料的上表面进行减薄；

步骤七、去除载板；

步骤八、制备背面金属线路；

步骤九、在背面金属线路上方涂覆背面绿油涂层，将需要开窗的位置暴露部分背面金属线路；

步骤十、在塑封料部分位置进行开孔；

步骤十一、在开孔位置填充形成铜柱以及在塑封料上方制备正面金属线路；

步骤十二、在正面金属线路上涂覆一层绿油涂层，并在需要的位置开孔以暴露部分正面金属线路；

步骤十三、在绿油涂层和暴露的正面金属线路上方电镀形成正面散热片；

步骤十四、对暴露在外的金属表面进行处理保护，最后切割形成单颗产品。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法，芯片封装结构中加入了散热功能极好的石墨烯层，使得芯片工作过程中能及时将热量散出，特别是部分芯片热量过高的区域，可以有效的降低芯片的热点值，从而让芯片更稳定的工作。

附图说明

图1～图14为本发明一种带石墨烯层散热的封装结构制造方法的各工序流程示意图。

其中：

载板1

胶层2

芯片3

钝化层4

石墨烯层5

塑封料6

第一开孔7

第二开孔8

第三开孔9

第四开孔10

第一铜柱11

第二铜柱12

第三铜柱13

第四铜柱14

正面金属线路15

第一正面线路151

第二正面线路152

背面金属线路16

正面绿油涂层17

第五开孔18

散热片19

背面绿油涂层20

第六开孔21

金属保护层22。

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。

如图14所示，本实施例中的一种带石墨烯层散热的封装结构，它包括芯片3，所述芯片3除焊盘区域以外的上表面和侧面均设置有钝化层4，所述钝化层4表面设置有石墨烯层5，所述石墨烯层5沿着芯片3下表面向外延伸至芯片3外围区域，所述芯片3焊盘位置设置有第一铜柱11,所述芯片3上表面的石墨烯层5上设置若干个第二铜柱12,所述石墨烯层5延伸区域设置若干个第三铜柱13,所述石墨烯层5外围区域设置多干个第四铜柱14,所述铜柱周围填充塑封料6，所述塑封料6正面和背面分别设置有正面金属线路15和背面金属线路16，所述正面金属线路15外包覆有正面绿油涂层17，所述正面绿油涂层17表面设置有散热片19，所述石墨烯层5通过部分正面金属线路15、第二铜柱12和第三铜柱13与散热片19相连接，所述背面金属线路16外包覆有背面绿油涂层20，所述背面绿油涂层20在背面金属线路16部分区域开设有第六开孔21；

所述正面金属线路15包括第一正面线路151与第二正面线路152，所述第一正面线路151与第二正面线路152之间不连接，所述第一正面线路151实现第一铜柱11和第四铜柱14之间的电性连接，所述第一正面线路151与部分背面金属线路16通过第四铜柱14电性连接，所述第二正面线路152设置在第二铜柱12、第三铜柱13上方并与散热片19连接；

所述石墨烯层5下表面部分区域设置背面金属线路16，石墨烯层5下表面的背面金属线路16不与第四铜柱14电性连接；

所述石墨烯层5至少有两层，相邻两层石墨烯层的开口区和边界呈圆弧形石墨烯连接；

所述散热片9和背面金属线路16外露的金属表面设置有金属保护层22。

其制造方法包括以下步骤：

步骤一、参见图1，准备一带有一层胶层2的载板1，胶层可为热敏胶；

步骤二、芯片贴装

参见图2，将芯片3下表面贴装到载板1预定设计的位置上；

步骤三、在芯片3的上表面和侧面覆盖一层钝化层，露出芯片表面的焊盘；

参见图3，用化学气象沉积的方法在载板1和芯片3的表面和侧面先都覆盖一层钝化层4，然后在其表面涂一层光刻胶，对其进行曝光显影，需要钝化层的位置保留光刻胶层，用等离子清洗工艺将芯片表面光刻胶层以外区域的钝化层去除，再用去胶液去除剩余的光刻胶；

步骤四、石墨烯层图形制造

参见图4，在芯片3表面和芯片侧面覆盖钝化层4的区域使用化学沉积的方式覆盖两层或两层以上石墨烯层5，石墨烯层5延伸至芯片3周围载板上表面的部分位置，芯片3表面的焊盘区域露出；

步骤五、包封

参见图5，使用压膜工艺或包封工艺对载板1的上表面进行包封，将石墨烯层5和芯片3用塑封料6保护起来；

步骤六、减薄

参见图6，将包封后的塑封料6的上表面通过机械研磨或者化学蚀刻的方式减薄到目标厚度；

步骤七、去除载板

参见图7，将载板1去除；

步骤八、制备背面金属线路

参见图8，在去除载板1露出的芯片3背面、石墨烯层5以及塑封料6下表面制作形成背面金属线路16；

步骤九、涂覆背面绿油涂层

参见图9，在背面金属线路16上方涂覆背面绿油涂层20，将需要开窗的位置暴露部分背面金属线路16；

步骤十、开孔

参见图10，用激光工艺、等离子清洗工艺在芯片3焊垫所在塑封料6位置进行开孔形成第一开孔7暴露芯片3焊垫，在芯片3上表面石墨稀层5所在塑封料位置进行部分开孔形成第二开孔8、在芯片3外围石墨稀层5所在塑封料位置进行部分开孔形成第三开孔9以暴露部分石墨烯层5，在开窗暴露的背面金属线路16所在塑封料位置形成第四开孔10以正面暴露部分背面金属线路16；

步骤十一、制备铜柱和正面金属线路

参见图11，在第一开孔7、第二开孔8、第三开孔9、第四开孔10位置填充形成第一铜柱11、第二铜柱12、第三铜柱13、第四铜柱14，然后在铜柱和部分塑封料6上方形成正面金属线路15，正面金属线路15包括第一正面线路151与第二正面线路152，第一正面线路151与第二正面线路152之间不连接，第一正面线路151实现第一铜柱11和第四铜柱14之间的电性连接，第一正面线路151与部分背面金属线路16通过第四铜柱14电性连接，第二正面线路152设置在第二铜柱12、第三铜柱13上方；

步骤十二、参见图12，在正面金属线路15上涂覆一层正面绿油涂层17，并在需要的位置开设第五开孔18以暴露石墨烯层5上方的第二正面线路152；

步骤十三、制备散热片

参见图13，在正面绿油涂层17上方和第五开孔18内电镀金属以形成散热片19，散热片19通过第二正面线路152、第二铜柱12和第三铜柱13与石墨烯层5连接；

步骤十四、表面处理

参见图14，在暴露的散热片19的表面以及背面金属线路16暴露的表面进行表面镍钯金处理，形成金属保护层22，最后切割成单颗产品。除上述实施例外，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。