一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法与流程

1.本发明涉及半导体封装技术领域，具体的说，涉及一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的不断发展，sip是目前ic封装发展的必然趋势，随着元器件的不断增多，封装形式不断变小、变薄，芯片堆叠厚发热量增加，散热面积却未增加，发热密度大幅度提高，热源相互靠近，热耦合增强，集中在内部的热量如何更有效的散出去成为我们关注的一个重点，百分之五十以上的问题都是由于功耗过大造成的，因此需要更高效率的散热设计。
3.从散热路径上来看，封装中芯片产生的热主要分成向上和向下两部分，向上部分的热会透过封装上表面传递到环境空间，向下的热则是通过pcb传递到环境空间，对于双面塑封的封装产品而言，热量的累积堆叠更多，发热密度大幅度增加，对于热设计的要求更高，更容易产生散热问题，而引发产品的失效，可靠性等一系列的问题。
4.目前现有的技术方案包括：(1) 更换高导热的塑封材料，但会导致成本昂贵，塑封工艺的管控要求也会增加，同时高散热的改善效果一般；(2) 一般方案是使芯片更多地裸露在外面，或者通过加大载片台尺寸，更多地与外界接触裸露，但这样会导致封装尺寸大幅增加，不利于微型化封装的实现；(3) 通过外加设备散热，比如液冷、风冷等，增加环境对流，但同样存在成本昂贵，设备庞大的问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法。本发明提出了一种新型简单的双面塑封结构，底面常规塑封，而在基板上表面加装金属铜柱，并使芯片裸露，同时在芯片上表面增加翅片散热器结构，加快散热，使得基板底面的热量尽量都从上表面散走。本发明能够应用于智能手机、人工智能、自动驾驶、5g网络、物联网、可穿戴电子设备等新兴领域，符合当今电子产品微型化的发展需求，在微电子领域具有广阔的应用市场，提高产品的散热性能，大大提高产品的可靠性，具有更广阔的发展前景。本发明的技术解决方案具体如下。
6.本发明提供一种新型双面塑封的散热结构的封装设计的制备方法，具体工艺步骤如下：（1）先按照常规塑封：在基板底面贴装芯片，然后进行塑封；（2）在基板的上表面进行倒装芯片fc；（3）在基板上表面安装预先准备好的金属铜柱；（4）进行敞模加工open
‑
molding，使得基板上表面的芯片和金属铜柱都有裸露部
分；（5）在基板上表面上的芯片和金属铜柱上贴装一个高导热的热界面材料tim层；（6）在热界面材料tim层上安装翅片散热器。
7.上述步骤（1）中，不限基板底面芯片的贴装形式，在基板底面按照wb（wire bonding，打线）或者fc（flip chip，倒装芯片）的形式进行贴装芯片；上述步骤（1）中，不限基板底面芯片的排布形式，可以是平铺或者叠装。
8.上述步骤（3）中，金属铜柱的高度与待封装的基板上表面的芯片的高度一致。
9.本发明还提供一种根据上述制备方法制得的双面塑封的散热结构的封装设计。
10.和现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明提出的双面封装方案，其中一面（如底面）为芯片的主要排布面，而另一面（如上表面）则选择为主要散热面，这样整个封装器件的热量能够有效地从上表面导走，在不增加芯片封装面积的情况下有效解决了芯片封装的散热问题，有利于实现器件的微型化；2、本发明的主要散热结构采用翅片散热器，在不增加芯片封装面积的情况下有效增加了散热面积，有利于器件散热效率的进一步提升；3、本发明中采用的高导热tim层材料有助于降低封装热阻及电子器件与外界冷却装置间的热阻，有利于器件散热效率的进一步提升。
附图说明
11.图1为本发明一实施例提供的基板底面常规平铺塑封的结构示意图。
12.图2为本发明一实施例提供的基板上表面倒装芯片的结构示意图。
13.图3为本发明一实施例提供的基板上表面安装铜柱的结构示意图。
14.图4为本发明一实施例提供的基板上表面进行open
‑
molding的结构示意图。
15.图5为本发明一实施例提供的基板上表面open
‑
molding基础上贴装tim层的结构示意图。
16.图6为本发明一实施例提供的基板上表面tim层上安装翅片散热器的结构示意图。
17.图中标号：1
‑
基板，2
‑
芯片，3
‑
金属铜柱，4
‑
tim层，5
‑
翅片散热器。
具体实施方式
18.以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
19.实施例1（1）先按照常规塑封，在基板1的底面按照wb或者fc的形式贴装芯片，然后进行平铺塑封，如图1所示；（2）在基板1的上表面进行倒装芯片2，如图2所示；（3）在基板1正面安装预先准备好的金属铜柱3，高度与芯片2一致，如图3所示；（4）进行敞模加工open
‑
molding，使得芯片2和金属铜柱3都上表面裸露，如图4所示；（5）贴装一个高导热的热界面材料tim层4，如图5所示；热界面材料tim可以是导热硅脂或者热垫等；
（6）安装翅片散热器5，如图6所示。
20.实施例2（1）先按照常规塑封，在基板1的 底面按照wb或者fc的形式进行贴装芯片，然后进行叠装塑封；（2）在基板1的上表面进行倒装芯片2；（3）在基板1正面安装预先准备好的金属铜柱3，高度与芯片2一致；（4）进行open
‑
molding，使得芯片2和金属铜柱3都裸露；（5）贴装一个高导热的tim层4；（6）安装翅片散热器5。
21.以上实施例详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种双面塑封的散热结构的封装设计的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）先按照常规塑封：在基板底面进行贴装芯片，然后进行塑封；（2）在基板的上表面进行倒装芯片fc；（3）在基板上表面安装预先准备好的金属铜柱；（4）进行敞模加工open
‑
molding，使得基板上表面上的芯片和金属铜柱都有裸露部分；（5）在基板上表面上的芯片和金属铜柱上贴装一个高导热的热界面材料tim层；（6）在热界面材料tim层上安装翅片散热器。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，基板底面芯片的贴装形式是打线wb或者倒装芯片fc。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，基板底面芯片的排布形式是平铺或者叠装。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，金属铜柱的高度与待封装的基板上表面的芯片的高度一致。5.一种如权利要求1所述的制备方法制得的双面塑封的散热结构的封装器件。

技术总结
本发明公开了一种双面塑封的散热结构的封装设计及制备方法。本发明的双面塑封封装结构简单，底面常规塑封，而在基板上表面加装金属铜柱，并使芯片裸露，同时在芯片上表面增加翅片散热器结构，加快散热，使得基板底面的热量尽量都从上表面散走。相比于现有技术，本发明的双面封装方案采用翅片散热结构，在不增加芯片封装面积的情况下有效增加了散热面积，解决了芯片封装的散热问题，有利于实现器件的微型化。本发明能够应用于智能手机、人工智能、自动驾驶、5G网络、物联网、可穿戴电子设备等新兴领域，符合当今电子产品微型化的发展需求，在微电子领域具有广阔的应用市场，提高产品的散热性能，大大提高产品的可靠性，具有更广阔的发展前景。发展前景。发展前景。


技术研发人员：卢红亮 缪小勇 朱立远
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2021.07.14
技术公布日：2021/11/21