[發(fā)明專利]半導體封裝模具、封裝結構及封裝方法

有效

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• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN105269758B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設計）人: 蔡堅;陳釧;譚琳;王謙
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B29C45/26
• 分類號: B29C45/26;B29C45/14;H01L21/56
• 代理公司: 北京英創(chuàng)嘉友知識產權代理事務所(普通合伙)11447
• 代理人: 南毅寧,桑傳標

技術領域

本發(fā)明涉及半導體封裝技術，具體地，涉及半導體封裝模具、封裝結構及封裝方法。

背景技術

半導體封裝技術具有為芯片提供電連接、保護、支撐、散熱等功能，可以實現多腳化，具有縮小封裝產品體積、改善電性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化的優(yōu)點。現有的半導體封裝大都需要將芯片鍵合或粘接到基板上，然后用模具進行封裝。

圖1a-圖1c是在傳統(tǒng)的半導體封裝技術中使用的封裝模具的示意圖(其中忽略了注塑孔和定位孔)。如圖1a-圖1c所示，傳統(tǒng)的封裝模具包括上模具101和下模具102，該上模具101的下表面101a和該下模具102的上表面102a均形成為平面形狀。在封裝的時候，先在基板上布置好芯片，并將芯片與基板電連接。之后，再將基板貼合在所述下模具102的上表面102a上，并將上模具101倒扣在下模具102上，與該下模具102接合。最后在上模具101與下模具102之間注塑封裝層，以對該芯片進行封裝。

由于封裝層材料(例如，環(huán)氧樹脂模塑料(EMC))與基板材料(例如，FR4或BT)在熱膨脹系數(CTE)上存在差別(例如，某種EMC的熱膨脹系數為45ppm，而用于基板的FR4的熱膨脹系數為18ppm)，導致在升降溫時封裝層與基板膨脹或收縮的體積不相等，這就容易造成翹曲。翹曲的產生，可造成芯片的斷裂，也會在后續(xù)的組裝過程(例如SMT)中造成開路(OPEN)或枕頭效應(HiP)等失效。這種現象非常普遍，并且使得生產成本增加，封裝結構的可靠性降低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供能夠有效地減小翹曲的半導體封裝模具、封裝結構及封裝方法。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種半導體封裝模具，該封裝模具包括下模具和倒扣在該下模具上的上模具，所述上模具的下表面和所述下模具的上表面形成為凹凸匹配的曲面。

優(yōu)選地，在所述下模具的上表面上貼合有帶有芯片的基板，以及在該上表面與所述上模具的下表面之間容納有用于對該芯片進行封裝的封裝層；以及在所述基板的熱膨脹系數小于所述封裝層的熱膨脹系數的情況下，所述下表面形成為向上凹進的曲面，以及所述上表面形成為向上凸起的曲面；在所述基板的熱膨脹系數大于所述封裝層的熱膨脹系數的情況下，所述下表面形成為向下凸起的曲面，以及所述上表面形成為向下凹進的曲面。

優(yōu)選地，所述基板與所述封裝層的熱膨脹系數的差異越大，所述下表面形成的曲面和所述上表面形成的曲面的曲率越大；以及所述基板與所述封裝層的熱膨脹系數的差異越小，所述下表面形成的曲面和所述上表面形成的曲面的曲率越小。

優(yōu)選地，所述下表面與所述上表面之間的間距相等。

優(yōu)選地，所述下表面和所述上表面分別沿所述封裝模具的長度方向和寬度方向對稱。

優(yōu)選地，所述上模具包括第一組塊和第一框架，所述第一框架上形成有第一凹槽，所述第一組塊被可拆卸地嵌入在該第一凹槽中，所述第一組塊被暴露的表面形成為所述上模具的所述下表面。

優(yōu)選地，所述下模具包括第二組塊和第二框架，所述第二框架上形成有第二凹槽，所述第二組塊被可拆卸地嵌入在該第二凹槽中，所述第二組塊被暴露的表面形成為所述下模具的所述上表面。

本發(fā)明還提供一種利用根據本發(fā)明提供的半導體封裝模具進行半導體封裝的方法，該方法包括：在基板上布置至少一個芯片，并將所述至少一個芯片與所述基板電連接；將所述基板貼合在所述封裝模具的下模具的上表面上；將所述封裝模具的上模具倒扣在所述下模具之上；以及在所述上模具的下表面與所述下模具的上表面之間注塑封裝層，以對所述至少一個芯片進行封裝。

優(yōu)選地，該方法還包括：在將所述基板貼合在所述封裝模具的下模具的上表面上之前，根據所述基板與所述封裝層的熱膨脹系數的差異，選擇合適的封裝模具。

本發(fā)明還提供一種由使用根據本發(fā)明提供的方法制成的半導體封裝結構。

上述技術方案中，將封裝模具的上模具的下表面和下模具的上表面配置為凹凸配合的曲面，使得當上、下模具接合時，中間部分可以形成為彎曲的空腔。封裝模具的這種結構使得封裝在其中的封裝結構能夠產生向上或向下彎曲的預形變。在降溫過程中，由于基板和封裝層的熱膨脹系數不同而使得封裝結構的預形變逐漸減小，最終趨于平整。這樣，可以在目前還沒有研究出熱膨脹系數基本匹配的封裝層與基板的情況下，有效減小由于熱膨脹系數上的差異引起的翹曲，從而防止芯片斷裂，提高封裝結構的可靠性。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明