[發(fā)明專利]帶有軟硬結(jié)合板的大尺寸芯片系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910178960.X
• 申請(qǐng)日: 2019-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN109887900B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于中堯;方志丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L23/498
• 分類號(hào): H01L23/498;H01L23/367;H01L21/48;H01L21/60
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種帶有軟硬結(jié)合板的大尺寸芯片系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法，該結(jié)構(gòu)包括：軟硬結(jié)合板，包含固定連接的硬基板和軟板，硬基板底部由軟板支撐，在硬基板中設(shè)有開窗，在軟板中設(shè)有開口，形成一容置空腔；第一芯片，其正面和背面均具有散熱結(jié)構(gòu)，倒裝于該軟硬結(jié)合板的容置空腔中，與軟硬結(jié)合板電氣互連；元器件，固定于該軟硬結(jié)合板的硬基板的表面焊盤上，與硬基板中的線路電氣互連；以及第二散熱結(jié)構(gòu)，鍵合于軟硬結(jié)合板的上下兩側(cè)，位于硬基板一側(cè)的第二散熱結(jié)構(gòu)與第一芯片和元器件同時(shí)鍵合，位于軟板一側(cè)的第二散熱結(jié)構(gòu)與軟板鍵合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)封裝。在避免虛焊的同時(shí)保證了散熱和封裝的可靠性，還大幅度減小封裝體積、減小信號(hào)傳輸路徑、以及減小損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶有軟硬結(jié)合板的大尺寸芯片系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，片上系統(tǒng)(SOC，System on a chip)技術(shù)得到空前發(fā)展，SOC芯片上集成了越來越多的晶體管，功能越來越強(qiáng)大，由于晶體管數(shù)量的增加，SOC芯片尺寸越來越大，常規(guī)1厘米×1厘米～2厘米×2厘米的SOC芯片已經(jīng)無法滿足要求了，目前已經(jīng)發(fā)展到3-4厘米見方的芯片，未來將達(dá)到并突破5厘米×5厘米。對(duì)于大尺寸芯片的封裝，在封裝技術(shù)上存在非常大的困難。

首先，為滿足芯片性能要求，減少芯片信號(hào)傳輸?shù)膿p耗，芯片常采用倒裝焊接的方法，在芯片表面植球的過程中，如何保證貼片過程中芯片表面的平整度以及焊接時(shí)避免虛焊成為一大技術(shù)難題。加工要求貼片吸頭安裝好后必須控制芯片鍵合面與基板平行，一方面大尺寸芯片對(duì)應(yīng)的是大尺寸的倒裝焊具，其加工制造非常困難，另一方面大尺寸芯片如果有微小傾斜，即使很小的傾角也會(huì)導(dǎo)致芯片一邊與基板接觸后另一邊與基板有較大的距離，這個(gè)距離會(huì)導(dǎo)致虛焊，比如超過1mm的距離都會(huì)導(dǎo)致虛焊，甚至部分焊球完全無法焊接到基板上。此外，基板在貼片過程中，不能有任何的翹曲，翹曲也會(huì)導(dǎo)致虛焊甚至部分焊球無法焊接。常規(guī)的貼片+回流工藝，在回流過程中，基板從低溫向高溫區(qū)傳送過程中，由于基板的震動(dòng)和受熱不均勻，大尺寸的基板微小的翹曲變形，都會(huì)導(dǎo)致大尺寸芯片對(duì)角線上一端產(chǎn)生毫米級(jí)的翹起，焊球通常只有幾百微米直徑，因此，會(huì)產(chǎn)生大量焊球虛焊甚至大量焊球無法焊接。同樣，如果采用原位貼片回流焊接，由于加熱是通過吸頭和基板平臺(tái)加熱，基板上下表面溫度分布非常不均勻，導(dǎo)致基板仍然翹曲，同樣虛焊無法避免。

其次，大尺寸芯片的散熱是個(gè)重要的課題，大尺寸芯片工作過程中散熱是大尺寸芯片封裝的一個(gè)重要問題，常規(guī)封裝在芯片背面貼散熱片，對(duì)于大尺寸封裝，具有更高的散熱要求，僅靠單面的散熱片無法滿足散熱要求。

因此，還有如下技術(shù)問題亟待解決：大尺寸芯片利用現(xiàn)有的倒裝焊接技術(shù)進(jìn)行封裝，會(huì)產(chǎn)生虛焊，無法達(dá)到封裝要求；常規(guī)在芯片背面貼散熱片的散熱方式無法滿足大尺寸芯片的散熱要求；獨(dú)立的大尺寸芯片封裝占據(jù)太大的空間，導(dǎo)致帶有大尺寸芯片封裝的系統(tǒng)體積過大，不利于信號(hào)的傳輸和數(shù)據(jù)的處理。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本公開提供了一種帶有軟硬結(jié)合板的大尺寸芯片系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種帶有軟硬結(jié)合板的大尺寸芯片系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)，該帶有軟硬結(jié)合板的大尺寸芯片系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)包括：軟硬結(jié)合板2，包含固定連接的硬基板和軟板，硬基板底部由軟板支撐，在硬基板中設(shè)有開窗，在軟板中設(shè)有開口，設(shè)有開窗的硬基板與設(shè)有開口的軟板形成一容置空腔；第一芯片1，其正面和背面均具有散熱結(jié)構(gòu)，倒裝于該軟硬結(jié)合板2的容置空腔中，與軟硬結(jié)合板2電氣互連，該第一芯片1與該容置空腔的周圍存在間隙，且該間隙中填充有樹脂材料17。