一种芯片封装结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体封装领域，具体涉及一种芯片封装结构。


背景技术：

2.芯片是一种把电路小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。一种芯片例如为mems(micro－electro－mechanica lsystem)传感器芯片，mems(micro－electro－mechanica lsystem)的全称是微型电子机械系统，利用传统的半导体工艺材料，集微传感器、微执行器、微机械结构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统，具有小体积、低成本、集成化等特点。mems器件可广泛应用于智能驾驶、智能家居、环境监测、智慧医疗和可穿戴等消费电子等领域。
3.芯片在制备完成之后，通常需要贴合在封装基板上，例如陶瓷基板，封装基板上还设置有其他的电学模块，用于和芯片进行电学连接，构成芯片封装结构。
4.然而，现有技术中的芯片封装结构中存在芯片的形变较大的不足。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于如何有效的克服现有技术中芯片封装结构中芯片的形变较大的问题。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种芯片封装结构，包括：封装基板；与所述封装基板的表面贴合的芯片，所述芯片与所述封装基板之间的贴合面积小于所述芯片中基底的背面面积。
7.可选的，所述芯片的部分背面与所述封装基板的表面贴合，且所述芯片的部分背面延伸至所述封装基板之外。
8.可选的，所述芯片包括芯片本体和与芯片本体的背面连接的连接基板；所述连接基板的热膨胀系数小于所述封装基板的热膨胀系数且大于所述芯片本体的热膨胀系数；所述连接基板背向所述芯片本体一侧的部分表面与所述封装基板的表面贴合，所述连接基板背向所述芯片本体一侧的部分表面延伸至所述封装基板之外。
9.可选的，所述芯片包括芯片本体，所述芯片本体的部分背面与所述封装基板的表面贴合，所述芯片本体的部分背面延伸至所述封装基板之外。
10.可选的，所述芯片延伸至所述封装基板之外的背面面积与所述芯片和所述封装基板的贴合面积之比为1：4至4：1。
11.可选的，所述芯片的至少部分侧壁与所述封装基板的表面贴合。
12.可选的，所述芯片包括芯片本体和与芯片本体的背面连接的连接基板；所述连接基板的热膨胀系数小于所述封装基板的热膨胀系数且大于所述芯片本体的热膨胀系数；所述连接基板的侧壁与所述封装基板的表面贴合，所述芯片本体的侧壁延伸至所述封装基板之外。
13.可选的，所述芯片仅包括芯片本体，所述芯片本体的至少部分侧壁与所述封装基
板的表面贴合。
14.可选的，所述芯片和所述封装基板之间的贴合面积与所述芯片朝向所述封装基板一侧的侧壁面积之比为0.2～0.7。
15.可选的，所述芯片本体包括：半导体基层和功能层，所述功能层位于半导体基层的表面；所述半导体基层中设置有背腔，所述功能层横跨在所述背腔上；或者，所述半导体基层为实体结构。
16.可选的，所述连接基板的热膨胀系数小于等于所述封装基板的热膨胀系数的55％且大于等于所述芯片本体的热膨胀系数的112％。
17.可选的，所述封装基板包括陶瓷基板，所述连接基板包括玻璃基板，所述芯片本体包括硅基芯片本体。
18.可选的，所述芯片包括碳化硅基芯片，所述封装基板包括陶瓷基板。
19.可选的，所述芯片包括mems压力传感芯片。
20.本实用新型技术方案，具有如下优点：
21.1.本实用新型技术方案提供的芯片封装结构，芯片与封装基板之间的贴合面积小于所述芯片中基底的背面面积，这样使得芯片与所述封装基板之间的贴合面积减小，所述封装基板给芯片的热应力减小，降低了芯片的形变。
22.2.进一步，芯片包括芯片本体和与芯片本体的背面连接的连接基板，所述连接基板的热膨胀系数小于所述封装基板的热膨胀系数且大于所述芯片本体的热膨胀系数，使得芯片的基底的热膨胀系数更接近封装基板，因此芯片内产生的封装残余应力进一步减小，芯片的形变进一步减小。
23.连接基板还起到支撑所述芯片本体的作用。当所述芯片本体的半导体基层中设置有背腔时，所述连接基板与所述背腔相对设置，连接基板对具有背腔的芯片本体具有很好的支撑作用，通过连接基板背向所述芯片本体的一侧的部分表面与所述封装基板的表面贴合，所述连接基板背向所述芯片本体的一侧的部分表面延伸至所述封装基板之外，使得芯片延伸至所述封装基板之外的背面面积的设计空间增加，利于减小所述芯片与所述封装基板之间的贴合面积，因此芯片内产生的封装残余应力进一步减小，芯片的形变进一步减小。
24.3.进一步，芯片的至少部分侧壁与封装基板的表面贴合，芯片的正面和背面与封装基板未贴合，这样使得芯片与封装基板的贴合面积减小，芯片内的封装残余应力降低，芯片的形变降低。
25.进一步，所述芯片包括芯片本体和与芯片本体的背面连接的连接基板，所述连接基板作为所述芯片的基底；所述连接基板的热膨胀系数小于所述封装基板的热膨胀系数且大于所述芯片本体的热膨胀系数。所述连接基板的侧壁与所述封装基板的表面贴合，所述芯片本体的侧壁延伸至所述封装基板之外。所述连接基板对芯片本体具有固定作用，通过连接基板与封装基板贴合使得芯片与封装基板相互固定，在此基础上，芯片本体的侧壁延伸至所述封装基板之外的面积的设计空间增加。芯片本体至少部分侧壁位于封装基板之外，即使封装基板给芯片产生热应力，热应力也主要集中在连接基板中，由于连接基板的热膨胀系数大于所述封装基板的热膨胀系数且小于所述芯片本体的热膨胀系数，因此连接基板内的热应力较小。且由于芯片本体的侧壁悬空，因此即使连接基板形变，连接基板形变时芯片本体自身的形变非常小。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型一实施例中芯片封装结构的示意图；
28.图2为本实用新型另一实施例中芯片封装结构的示意图；
29.图3为本实用新型又一实施例中芯片封装结构的示意图；
30.图4为本实用新型又一实施例中芯片封装结构的示意图；
31.图5为本实用新型又一实施例中芯片封装结构的示意图；
32.图6为本实用新型又一实施例中芯片封装结构的示意图；
33.图7为本实用新型又一实施例中芯片封装结构的示意图。
具体实施方式
34.一种芯片封装结构，包括：陶瓷基板；硅基芯片，所述硅基芯片的背面贴合在所述陶瓷基板的表面，硅基芯片如mems(micro electro mechanical system)压力传感芯片。
35.上述芯片封装结构在封装过程中，将所述硅基芯片的背面贴合在所述陶瓷基板的表面的步骤需要依次经过施胶、贴片和固化。其中固化指的是对施胶过程中采用的粘接胶在60℃－80℃下进行固化，固化之后，温度恢复至常温，约20℃。在进行固化的过程中，由于硅基芯片与陶瓷基板之间的热膨胀系数的差异较大，导致硅基芯片与陶瓷基板之间产生较大的热失配而产生残余应力，容易使得硅基芯片产生较大的形变。
36.当硅基芯片产生较大的形变时，会对硅基芯片正面的功能层的性能产生影响，尤其是，当硅基芯片为mems压力传感芯片时，残余应力导致mems压力传感芯片正面的敏感膜发生额外的形变，敏感膜自身的形变不仅包含了外界压力的大小信息还包含了残余应力作用至敏感膜的信息，这样导致mems压力传感芯片的测试压力的精度降低。
37.综上，降低芯片封装结构中芯片的形变是急需解决的技术问题。
38.在此基础上，本实用新型一实施例提供一种芯片封装结构，请参考图1，包括：
39.封装基板100；
40.与所述封装基板100的表面贴合的芯片200，所述芯片200与所述封装基板100之间的贴合面积小于所述芯片200中基底的背面面积。
41.本实施例中，所述芯片200以mems压力传感芯片作为示例进行说明。在其他实施例中，所述芯片还可以为其他类型的半导体芯片。所述芯片200的正面具有功能层，当所述芯片200为mems压力传感芯片时，所述芯片200正面的功能层包括敏感膜(未图示)和位于敏感膜上的压敏电阻(未图示)。所述mems压力传感芯片包括压阻式压力芯片或者电容式压力芯片。
42.本实施例中，所述芯片200包括：芯片本体202和与芯片本体202的背面连接的连接基板201，所述连接基板201的热膨胀系数小于所述封装基板100的热膨胀系数且大于所述芯片本体202的热膨胀系数。
43.本实施例中，所述连接基板201作为所述芯片200的基底，相应的，所述芯片200中
基底的背面面积指的是：所述连接基板201背向所述芯片本体202的表面。
44.本实施例中，所述连接基板201的热膨胀系数小于所述封装基板100的热膨胀系数且大于所述芯片本体202的热膨胀系数，使得芯片200的基底的热膨胀系数更接近封装基板100，因此芯片200内产生的封装残余应力减小，芯片200的形变减小。
45.在一个具体的实施例中，所述连接基板201的热膨胀系数小于等于所述封装基板100的热膨胀系数的55％且大于等于所述芯片本体202的热膨胀系数的112％。
46.在一个实施例中，所述芯片本体202包括硅基芯片本体，连接基板201包括玻璃基板，所述封装基板100包括陶瓷基板。所述玻璃基板的热膨胀系数小于所述陶瓷基板的热膨胀系数且大于所述硅基芯片本体的热膨胀系数。玻璃基板的热膨胀系数为3.25ppm/℃左右。
47.所述封装基板100包括陶瓷基板。所述陶瓷基板的材料可以为aln、si3n4、alsic或者al2o3。所述封装基板100选择陶瓷基板，增加了封装基板100的散热能力。
48.氧化铝的陶瓷基板的热膨胀系数为5.9ppm/℃左右。
49.所述陶瓷基板的厚度为2mm～3mm，好处在于：所述陶瓷基板的厚度较厚，这样能够提高述陶瓷主基板的绝缘能力，提高耐压能力。
50.本实施例中，所述芯片本体202包括：半导体基层，所述半导体基层中设置有背腔203；位于半导体基层的表面且横跨在所述背腔上的功能层。所述半导体基层背向功能层的一侧表面与所述连接基板201连接。所述半导体基层的材料包括硅。
51.当芯片本体202为硅基芯片本体时，半导体基层的材料为硅，半导体基层的热膨胀系数为2.9ppm/℃左右。
52.本实施例中，所述芯片200的部分背面与所述封装基板100的表面贴合，且所述芯片200的部分背面延伸至所述封装基板100之外。这样使得芯片200与所述封装基板100之间的贴合面积减小，所述封装基板100给芯片200的热应力减小，降低了芯片200的形变。
53.具体的，所述连接基板201背向所述芯片本体202一侧的部分表面与所述封装基板100的表面贴合，所述连接基板201背向所述芯片本体202一侧的部分表面延伸至所述封装基板100之外。
54.本实施例中，连接基板201还起到支撑所述芯片本体202的作用。本实施例中，所述芯片本体202的半导体基层中设置有背腔203，所述连接基板201与所述背腔203相对设置，连接基板201对具有背腔203的芯片本体202具有很好的支撑作用，通过连接基板201背向所述芯片本体202的一侧的部分表面与所述封装基板100的表面贴合，所述连接基板201背向所述芯片本体202的一侧的部分表面延伸至所述封装基板之外，使得芯片200延伸至所述封装基板100之外的背面面积的设计空间增加，利于减小所述芯片200与所述封装基板100之间的贴合面积。
55.本实施例中，所述芯片200延伸至所述封装基板之外的背面面积与所述芯片200和所述封装基板100的贴合面积之比为1：4至4：1，如0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、或0.8、1、2、3或4。当所述芯片200包括：连接基板201和芯片本体202时，所述连接基板201延伸至所述封装基板100之外的背面面积与所述连接基板201和所述封装基板100的贴合面积之比为1：4至4：1，优选的，所述连接基板201延伸至所述封装基板100之外的背面面积与所述连接基板201和所述封装基板100的贴合面积之比为51：49～4：1，如51：49、1：1、2：1、3：1、或4：1。
56.当所述连接基板201和所述封装基板100之间的贴合面积与所述连接基板201背向芯片本体202一侧的表面面积之比为51：49～4：1时，连接基板201和所述封装基板100之间的贴合面积较小；其次，连接基板201也能较好的与封装基板100固定，连接基板201与封装基板100之间的结合力较强，连接基板201和封装基板100在具有较小的贴合面积和较强的结合力之间取得优化。
57.当所述连接基板201和所述封装基板100之间的贴合面积与所述连接基板201背向芯片本体202一侧的表面面积之比为51：49～4：1时，相比具有背腔的芯片本体直接与封装基板贴合时能达到的最小贴合面积还要小，加上连接基板201的热膨胀系数的作用，极大的降低了芯片内的封装残余应力，极大的减小了芯片的形变。
58.本实施例中，所述连接基板201的厚度为300微米～700微米，如300微米、400微米、500微米、600微米或700微米。
59.本实用新型另一实施例还提供一种芯片封装结构，请参考图2，本实施例与前一实施例的区别在于：芯片200a包括芯片本体202a和与芯片本体202a的背面连接的连接基板201，芯片本体202a与连接基板201的接触面积等于所述芯片本体202a的背面面积。本实施例中，所述芯片本体202a包括：半导体基层，位于半导体基层的表面的功能层；所述半导体基层为实体结构，半导体基板中未设置背腔，芯片本体202a的背面完全与连接基板201接触。
60.本实施例中，芯片200a可以为电容式压力芯片。
61.所述连接基板201的热膨胀系数小于所述封装基板100的热膨胀系数且大于所述芯片本体202a的热膨胀系数。在一个具体的实施例中，所述连接基板201的热膨胀系数小于等于所述封装基板100的热膨胀系数的55％且小于等于所述芯片本体202a的热膨胀系数的112％。在一个实施例中，所述芯片本体202a包括硅基芯片本体，连接基板201包括玻璃基板，所述封装基板100包括陶瓷基板。
62.所述芯片200a延伸至所述封装基板100之外的背面面积与所述芯片200a和所述封装基板100的贴合面积之比为1：4至4：1，如0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、或0.8、1、2、3或4。具体的，连接基板201延伸至所述封装基板100之外的背面面积与连接基板201和所述封装基板100之间的贴合面积之比为1：4至4：1。优选的，连接基板201延伸至所述封装基板100之外的背面面积与连接基板201和所述封装基板100之间的贴合面积之比为1：4至4：1，如0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、或0.8、1、2、3或4。
63.本实施例中与前一实施例其他相同的内容，不再详述。
64.本实用新型又一实施例还提供一种芯片封装结构，请参考图3，本实施例与图1中实施例的区别在于：芯片包括芯片本体202c，所述芯片本体202c的部分背面与封装基板100的表面贴合，所述芯片本体202c的部分背面延伸至所述封装基板100之外。
65.本实施例中，所述芯片仅包括芯片本体202c。所述芯片本体202c包括半导体基层，所述半导体基层中设置有背腔203c；位于半导体基层的表面且横跨在所述背腔203c上的功能层。芯片中基底的背面面积指的是：半导体基层的背面面积，也就是半导体基层背向功能层一侧的表面面积。
66.本实施例中，部分半导体基层延伸至所述封装基板100之外，部分半导体基层与封装基板100的表面贴合，背腔203c位于封装基板100和功能层之间。
67.本实施例中，芯片延伸至所述封装基板100之外的背面面积与所述芯片和所述封装基板100的贴合面积之比1：4～1：1，如1：4、1：3、1：2或1：1。具体的，芯片本体202c与所述封装基板100之间的贴合面积与所述半导体基层的背面面积之比为1：4～1：1，这样的好处在于：封装基板100能较好的支撑固定芯片的基础上，最大限度的减小芯片和所述封装基板100之间的贴合面积。
68.所述芯片本体202c包括硅基芯片本体，所述封装基板100包括陶瓷基板。
69.所述芯片包括mems压力传感芯片，如压阻式压力芯片。
70.本实施例中与图1中实施例其他相同的内容，不再详述。
71.本实用新型又一实施例还提供一种芯片封装结构，请参考图4，本实施例与图2中实施例的区别在于：芯片包括芯片本体202d，所述芯片本体202d包括：半导体基层，位于半导体基层的表面的功能层；所述半导体基层为实体结构，半导体基板中未设置背腔。
72.本实施例中，所述芯片仅包括芯片本体202d。
73.本实施例中，芯片本体202d的半导体基层中未设置背腔，本实施例中，芯片可以为电容式压力芯片。
74.所述芯片本体202d的部分背面与封装基板100的表面贴合，所述芯片本体202d的部分背面延伸至所述封装基板100之外。
75.所述芯片延伸至所述封装基板100之外的背面面积与所述芯片和所述封装基板100的贴合面积之比为1：4至4：1，如0.25、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、或0.8、1、2、3或4。具体的，芯片本体202d延伸至所述封装基板100之外的背面面积与芯片本体202d和所述封装基板100的贴合面积之比为1：4至4：1。
76.本实用新型又一实施例还提供一种芯片封装结构，请参考图5，本实施例与图1的实施例的区别在于：芯片200e的至少部分侧壁与封装基板100的表面贴合。
77.本实施例中，由于采用芯片200e的侧壁与所述封装基板100的表面贴合，芯片200e的正面和背面与封装基板100未贴合，这样使得芯片200e与封装基板100的贴合面积减小，芯片内的封装残余应力降低，芯片的形变降低。
78.本实施例中，芯片200e的部分侧壁与所述封装基板100的表面贴合，芯片200e的部分侧壁延伸至所述封装基板100之外。需要说明的是，在其他实施例中，芯片与封装基板100相对一侧的侧壁全部与所述封装基板的表面贴合，芯片在封装基板100表面的正投影全部在封装基板100内。
79.本实施例中，所述芯片200e包括芯片本体202e和与芯片本体202e的背面连接的连接基板201e，所述连接基板201e作为所述芯片200e的基底；所述连接基板201e的热膨胀系数小于所述封装基板100的热膨胀系数且大于所述芯片本体202e的热膨胀系数。在一个具体的实施例中，所述连接基板201e的热膨胀系数小于等于所述封装基板100的热膨胀系数的55％且大于等于所述芯片本体202e的热膨胀系数的112％。在一个实施例中，所述芯片本体202e包括硅基芯片本体，连接基板201e包括玻璃基板，所述封装基板100包括陶瓷基板。
80.本实施例中，所述连接基板201e的侧壁与所述封装基板100的表面贴合，所述芯片本体202e的侧壁延伸至所述封装基板100之外。本实施例中，连接基板201e与封装基板100相对一侧的侧壁全部与所述封装基板100的表面贴合，芯片本体202e全部位于封装基板100之外。
81.在其他实施例中，还可以是：连接基板的部分侧壁与所述封装基板的表面贴合，连接基板的部分侧壁和芯片本体的侧壁延伸至所述封装基板之外。在其他实施例中，还可以是：连接基板的侧壁和芯片本体的部分侧壁与所述封装基板的表面贴合，芯片本体的部分侧壁延伸至所述封装基板100之外。
82.所述连接基板201e对芯片本体202e具有固定作用，通过连接基板201e与封装基板100贴合使得芯片200e与封装基板100相互固定，在此基础上，芯片本体202e的侧壁延伸至所述封装基板100之外的面积的设计空间增加。当选择芯片本体202e全部延伸至封装基板100之外时，芯片本体202e与封装基板100不接触，即使封装基板100给芯片产生热应力，热应力也主要集中在连接基板201e中，且由于芯片本体202e的侧壁悬空，因此即使连接基板201e形变，连接基板201e形变时芯片本体202e自身的形变非常小。
83.本实施例中，所述芯片本体202e包括：半导体基层，所述半导体基层中设置有背腔203e；位于半导体基层的表面且横跨在所述背腔203e上的功能层，所述芯片包括mems压力传感芯片。所述半导体基层背向功能层的一侧表面与所述连接基板201e连接，所述连接基板201e与所述背腔203e相对设置。
84.所述芯片200e和所述封装基板100之间的贴合面积与所述芯片200e朝向所述封装基板100一侧的侧壁面积之比为0.2～0.7，如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6或0.7。
85.优选的，所述芯片200e和所述封装基板100之间的贴合面积与所述芯片200e朝向所述封装基板100一侧的侧壁面积之比为0.2～0.5。封装基板100能较好的支撑固定芯片200e的基础上，最大限度的减小芯片200e和所述封装基板100之间的贴合面积。
86.本实施例中，所述连接基板201e的厚度为300微米～700微米，如300微米、400微米、500微米、600微米或700微米。若所述连接基板201e的厚度过小，则导致芯片本体202e延伸至封装基板100之外的最大选择面积过小。若连接基板201e的厚度过大，则芯片200e的集成度降低。
87.本实用新型又一实施例还提供一种芯片封装结构，请参考图6，本实施例与图5的实施例的区别在于：芯片200f包括芯片本体202f和与芯片本体202f的背面连接的连接基板201f；芯片本体202f与连接基板201f的接触面积等于所述芯片本体202f的背面面积。本实施例中，芯片本体202f的半导体基层中未设置背腔，半导体基板为实体结构，芯片本体202f的背面完全与连接基板201f接触。
88.连接基板201f作为所述芯片200f的基底。连接基板201f与封装基板100贴合。
89.本实施例中，芯片200f可以为电容式压力芯片。
90.所述封装基板100包括陶瓷基板，所述芯片本体202f包括硅基芯片本体。
91.所述连接基板201f的厚度为300微米～700微米。
92.本实施例中与前一实施例中相同的内容，不再详述。
93.本实用新型又一实施例还提供一种芯片封装结构，请参考图7，本实施例与图5的实施例的区别在于：芯片仅包括芯片本体202g，所述芯片本体202g的至少部分侧壁与封装基板100的表面贴合。
94.本实施例中，芯片本体202g在所述封装基板100的表面上的正投影全部位于所述封装基板100的表面内。在其他实施例中，芯片本体的部分侧壁与封装基板100贴合，芯片本体的部分侧壁延伸至封装基板100之外。
95.图7中示出的芯片本体202g的半导体基层中的设置有背腔203g，所述芯片包括mems压力传感芯片，如压阻式压力芯片。需要说明的是，在其他实施例中，芯片本体的半导体基层中不设置背腔，半导体基层为实体结构。
96.当芯片仅包括芯片本体202g，所述芯片本体202g的部分侧壁与封装基板100的表面贴合时，芯片和所述封装基板100之间的贴合面积与所述芯片朝向所述封装基板100一侧的侧壁面积之比为0.4～0.7，如0.4、0.5、0.6或0.7，封装基板100能较好的支撑固定芯片的基础上，最大限度的减小芯片和所述封装基板100之间的贴合面积。
97.所述封装基板100包括陶瓷基板，所述芯片本体202g包括硅基芯片本体。
98.本实用新型又一实施例还提供一种芯片封装结构，芯片包括碳化硅基芯片，封装基板包括陶瓷基板。碳化硅基芯片与陶瓷基板直接贴合，由于碳化硅基芯片的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数接近，因此碳化硅基芯片与陶瓷基板之间的热失配降低，而碳化硅基芯片内部的残余应力降低，碳化硅基芯片的形变降低。
99.所述芯片包括mems压力传感芯片。
100.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。