芯片封装结构及方法与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片封装结构及方法。


背景技术：

2.高频芯片是指一种微波电路芯片，可以将微波、毫米波的有源元件和无源元件制成在同一半导体衬底上，工作频率可以从1ghz到远超过100ghz。高频芯片大量应用在民用通讯器械、武器装备等场景。随着各类设备体积小型化、多功能，高集成度的发展趋势，高频芯片的集成度越来越高，将多个功能元件集成在同一个芯片上的单片集成成为一种发展趋势。随之而来的芯片功耗则越来越高。因此，在对芯片进行封装时，存在难以散热的问题。


技术实现要素：

3.根据本公开实施例的第一方面，提供了一种芯片封装结构，所述芯片封装结构包括：
4.层叠设置的封装载板、散热结构层、金属连接结构以及金属封盖，其中，所述封装载板相对接近所述金属封盖的表面具有凹槽；
5.所述散热结构层包括：依次层叠于所述凹槽底面上的散热膜层和芯片，其中，所述散热膜层在所述凹槽底面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积；
6.所述金属封盖固定在所述封装载板上，所述封装载板和所述金属封盖密封连接形成密封腔体；
7.所述金属连接结构固定在所述密封腔体内，所述金属连接结构的第一表面与所述金属封盖接触，所述金属连接结构的第二表面与所述散热膜层相对接近所述金属连接结构的表面接触，所述第一表面和所述第二表面互为相反面。
8.在一些实施例中，所述散热结构层还包括：导热膜层；其中，
9.所述导热膜层的第一表面与所述散热膜层相对接近所述金属连接结构的表面接触，所述导热膜层的第二表面与所述金属连接结构的第二表面接触；
10.其中，在所述散热膜层相对接近所述金属连接结构的表面上，所述导热膜层的位置与所述芯片的位置不同。
11.在一些实施例中，
12.所述芯片封装结构还包括：键合结构；
13.所述封装载板内部设置有导电介质；
14.其中，所述芯片与所述导电介质通过所述键合结构电连接。
15.在一些实施例中，所述芯片封装结构还包括：
16.导电结构，位于所述封装载板相对远离所述金属封盖的表面，通过所述导电介质、所述键合结构与所述芯片电连接，被配置为实现所述芯片封装结构的信号输入输出。
17.在一些实施例中，所述散热膜层包括：
18.石墨烯膜层；
19.和/或，
20.金属膜层。
21.在一些实施例中，所述芯片包括高频正装芯片。
22.在一些实施例中，所述金属连接结构和所述金属封盖为一体结构。
23.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种芯片封装方法，所述方法包括：
24.提供一封装载板，在所述封装载板表面形成凹槽；
25.形成覆盖所述凹槽底面的散热膜层；
26.将芯片粘接在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面；其中，所述散热膜层在所述凹槽底面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积；
27.在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面，形成与所述散热膜层接触的金属连接结构；其中，在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面上，所述金属连接结构的位置与所述芯片的位置不同；
28.固定连接金属封盖和所述封装载板，以使所述封装载板和所述金属封盖密封连接形成密封腔体；其中，所述金属连接结构相对远离所述散热膜层的表面与所述金属封盖接触。
29.在一些实施例中，所述方法还包括：
30.在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面形成导热膜层，其中，在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面上，所述导热膜层的位置与所述芯片的位置不同；
31.在形成所述导热膜层后，在所述导热膜层相对远离所述散热膜层的表面形成所述金属连接结构。
32.在一些实施例中，所述将芯片粘接在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面之后，所述方法还包括：
33.在所述芯片和所述封装载板之间形成键合结构，其中，所述封装载板内部设置有导电介质，所述芯片与所述导电介质通过所述键合结构电连接。
34.本公开实施例提供的芯片封装结构，通过与芯片底部接触的散热膜层将芯片产生的热量传导至金属连接结构，经金属连接结构和金属封盖将芯片的热量传输出去，实现芯片的高效散热。并且，由于芯片上表面不存在直接接触的额外的金属导体或其他物体，不会与芯片上表面的信号链路中的导体以及金丝焊线等直接接触或者距离很近，减少芯片信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题，从而不会影响芯片的信号传输性能，确保了芯片的正常运行。此外，相较于芯片放置于封装载板表面上，本公开实施例将芯片放置于封装载板凹槽内，可以有效的缩短芯片与封装载板的表面之间的连接长度，便于后续实现芯片与封装载板之间的电连接，降低芯片在信号传输过程中的性能损耗，从而提高芯片与封装载板之间的信号传输能力。
附图说明
35.图1为本公开一实施例提供的一种芯片封装结构的剖面示意图；
36.图2为本公开另一实施例提供的一种芯片封装结构的剖面示意图；
37.图3为本公开又一实施例提供的一种芯片封装结构的剖面示意图；
38.图4为本公开再一实施例提供的一种芯片封装结构的剖面示意图；
39.图5为本公开实施例提供的一种芯片封装方法的流程示意图。
40.附图标记说明
41.10-封装载板；20-散热结构层；30-金属连接结构；40-金属封盖；50-键合结构；60-导电结构；70-密封胶或者焊料；21-散热膜层；22-芯片；23-导热膜层。
具体实施方式
42.为使本公开实施例的技术方案和优点更加清楚，以下结合说明书附图及具体实施例对本公开的技术方案做进一步的详细阐述。
43.如本文所用的术语“外延”是指对衬底生长半导体层的步骤。
44.在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
45.在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，半导体结构中的两层之间的“上”或“下”关系可以是两层之间直接接触，或两层通过中间层间接接触。
46.在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶面和底面之间，或者层可在连续结构顶面和底面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。并且，层可以包括多个子层。
47.在对正装高频芯片进行封装时，存在难以散热的问题。对于正装高频芯片封装的散热问题，传统的解决方案是在芯片上方直接放置金属导体将热量散出。但是对于高频芯片来讲，尤其是砷化镓、氮化镓等芯片，其表层会设计高频信号互连链路。此种封装结构中用于散热的金属导体会与芯片上表面的信号链路中的导体以及金丝焊线直接接触或者距离很近，导致高频信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题，严重影响高频芯片的信号传输性能。
48.此外，还可以在封装载板中设计导热孔或者导热金属块。芯片产生的热量可以通过封装载板中的导热孔或者导热金属块散出。但是此种散热方式还需要将封装器件的底部与电路板直接接触才能起到更好的散热效果。而对于封装器件的底部可能存在输入输出管脚，底部大部分面积是用于信号传输，用于散热的面积被大大减小，从而会增加封装器件与电路板间的热阻，此种散热方式的散热能力有限。以下将结合附图，对本公开的芯片封装结构进行详细说明。
49.本公开实施例提供一种芯片封装结构，图1为本公开一实施例提供的芯片封装结构的剖面示意图。如图1所示，芯片封装结构包括：
50.层叠设置的封装载板10、散热结构层20、金属连接结构30以及金属封盖40，其中，封装载板10相对接近金属封盖40的表面具有凹槽；
51.散热结构层20包括：依次层叠于凹槽底面上的散热膜层21和芯片22，其中，散热膜层21在凹槽底面的覆盖面积大于芯片22底面的面积；
52.金属封盖40固定在封装载板10上，封装载板10和金属封盖40密封连接形成密封腔体；
53.金属连接结构30固定在密封腔体内，金属连接结构30的第一表面与金属封盖40接
触，金属连接结构30的第二表面与散热膜层21相对接近金属连接结构30的表面接触，第一表面和第二表面互为相反面。
54.在一些实施例中，封装载板10的材料可以选用陶瓷板或有机板等绝缘材料。
55.在封装载板10的表面凹槽中设置依次层叠于凹槽底面上的散热膜层21和芯片22。参照图1，封装载板10包括表面以及自表面凹陷的用以容纳芯片22的凹槽，凹槽内设有侧面，芯片22设有上表面a1及侧表面b1。相对于在封装载板10的平面表面上粘接芯片22底面的方式，本实施例可以在凹槽内固定芯片22，通过将芯片22的两个或者三个侧表面与凹槽侧面粘接的方式，使得芯片22在传输过程中不易滑出，满足芯片的组装装配需求，并且无需在芯片22上方设置用于固定芯片的塑封胶层，简化了封装工艺，节约成本。
56.在一些实施例中，封装载板10的表面a2与芯片22上表面a1之间可以存在高度差或者封装载板10的表面a2与芯片22上表面a1齐平。封装载板10与芯片22的高度差可以为封装载板10的表面a2高于或者低于芯片22上表面a1。
57.参照图1，本实施例优选将芯片22放置于封装载板10凹槽内，封装载板10的表面a2与芯片22上表面a1齐平，可以有效的缩短芯片22与封装载板10的表面a2之间的连接长度，便于后续实现芯片22与封装载板10之间的电连接，有效的降低芯片22在信号传输过程中的性能损耗，从而提高芯片22与封装载板10之间的信号传输能力。
58.此外，封装载板10凹槽侧面与芯片22侧表面b1的侧边距可以根据芯片22与封装载板10之间的连接长度进行设定。
59.这里，封装载板10表面上具有一个凹槽。但凹槽的数量不限于此，实际应用中可以根据需要封装芯片的具体数量以及具体尺寸情况进行设定。凹槽的深度可以根据封装载板10的载板厚度以及芯片22的厚度设计。
60.为了起到对芯片22的保护作用，芯片封装结构还包括金属封盖40，参照图1，金属封盖40固定在封装载板10上。若要达到更好的密封效果，在金属封盖40与封装载板10的衔接处通过密封胶或者焊料70的方式形成更好的密封性。采用密封胶或者焊料70进行密封的方式能够实现对芯片封装结构内部的气密或准气密封装，有效保护芯片22。
61.本实施例以芯片封装结构可以包括两个芯片22进行说明。但芯片22的数量及排布方式不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定，芯片22的数量可以是1，2或者多个。
62.参照图1，封装载板10的凹槽底面覆盖有散热膜层21。为了将芯片产生的热量更好地传导出去，散热膜层21在凹槽底面的覆盖面积需要大于芯片22底面的面积。即除了芯片22所在区域，芯片22周围也覆盖有散热膜层21。散热膜层21由于具有优异的热扩散、热辐射性能，可以将芯片22产生的高密度热量及时扩展到整个散热膜层21表面后输出，大大提高芯片封装结构的整体散热能力。
63.在散热膜层21相对远离凹槽底面的表面上，金属连接结构30的位置与芯片22的位置不同，也就是说，芯片22与散热膜层上表面的第一区域接触，金属连接结构与散热膜层21上表面的第二区域接触，第一区域不同于第二区域。可以通过与芯片22底部接触的散热膜层21将芯片产生的热量传导至散热膜层21另一端接触的金属连接结构30，经金属连接结构30和金属封盖40将芯片22的热量传输出去，实现芯片的高效散热。
64.由于芯片22上表面不存在额外的金属导体或塑封胶层等其他物体，不会与芯片22
上表面的信号链路中的导体以及金丝焊线等直接接触或者距离很近，减少芯片22信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题，从而不会影响芯片的信号传输性能，确保了芯片的正常运行。
65.本公开实施例提供的芯片封装结构，在不影响芯片的信号传输性能的前提下，实现了高效散热。
66.参照图2，所述散热结构层20还包括：导热膜层23；其中，
67.导热膜层23的第一表面与散热膜层21相对接近金属连接结构30的表面接触，导热膜层23的第二表面与金属连接结构30的第二表面接触；
68.其中，在散热膜层21相对接近金属连接结构30的表面上，导热膜层23的位置与芯片22的位置不同。
69.参照图2，在散热膜层21与金属连接结构30之间设置导热膜层23。散热膜层21将芯片产生的热量传导至导热膜层23后，经金属连接结构30和金属封盖40将芯片22的热量传输出去。
70.示例性地，位于散热膜层21和金属连接结构30之间的导热膜层23，用于在散热膜层21与金属连接结构30之间进行热传导。导热膜层23的导热系数相对较高。
71.在一些实施例中，导热膜层23在受到外力作用下可以产生形变。具体地，在制备芯片封装结构的过程中，可形成覆盖散热膜层21的导热膜层23，然后将金属连接结构30置于导热膜层23上。需要强调的是，金属连接结构30可能对该导热膜层23施加一定的压力，具有一定柔性的导热膜层23在该压力的作用下发生形变，使得导热膜层23不仅位于金属连接结构30和散热膜层21之间，还使得至少部分导热膜层23的组成材料延展至包裹住金属连接结构30的至少部分侧面，以增加导热膜层23和金属连接结构30的接触面积，有利于增加导热效果。
72.导热膜层23的材料可以包括导热硅胶、硫化橡胶或者金属(金、银、铜等)。但导热膜层23的材料不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
73.这里，导热膜层23的材料优选为导热界面材料(thermal interface material，tim)。tim可以为硅胶。tim具有一定的柔性和较高导热率。
74.由于tim具有一定的柔性，可以产生形变，对金属和非金属材料具有良好的粘接性。tim在与散热膜层21和金属连接结构30接触时，能够根据接触表面的形状调整tim自身的形状，能够实现散热膜层21与金属连接结构30的紧密接触，减少二者之间产生的接触热阻。芯片产生的热量经导热膜层23后的热传导率相对于不存在导热膜层23时的热传导率更高。
75.导热膜层的材料不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
76.本公开实施例增设导热膜层23，相对于散热膜层21与金属连接结构30直接接触，增加导热膜层23可以提升散热膜层21与金属连接结构30的接触稳定性，减少二者之间产生的接触热阻。并且，导热膜层23还具有高导热率，可以显著提升芯片产生的热量在散热路径上的热传导率。
77.在一些实施例中，参照图1或图2，芯片封装结构还包括：键合结构50；
78.封装载板10内部设置有导电介质；
79.其中，芯片22与导电介质通过键合结构50电连接。
80.实际应用中，键合结构50可以包括键合线，键合线的材料可为银、金、铝、铜、铬、镍中的一种、多种或其合金。制作键合线可以采用蒸发、电镀、金属线植球等工艺。
81.具体地，键合线可以包括金丝焊线，利用金丝焊线完成芯片22与封装载板10中导电介质的电连接。
82.这里，键合丝可以采用单根、双根或者多根的形式。键合丝能够实现较小的集成电感，提高封装性能。
83.在一些实施例中，将芯片22放置于封装载板10凹槽内，封装载板10的表面a2与芯片22上表面a1齐平，可以有效的缩短芯片22与封装载板10的表面a2之间的键合线的连接长度，降低键合线的寄生电感，提高芯片22与封装载板10之间的信号传输能力，从而保证芯片22的自身射频性能。
84.此外，实现芯片22与封装载板10中导电介质之间电连接，可选的实现方式还包括：在封装载板10的凹槽侧面与芯片22侧表面b1之间设置有互连焊点(未示出)，其中，互连焊点的一种实例可以为球栅阵列(ball grid array，bga)凸点。将芯片22侧表面b1与封装载板10的凹槽侧面上对应的球栅阵列凸点进行焊接，实现芯片22与封装载板10中导电介质的电连接。该方式集成度更高，但是对于封装载板10的凹槽侧面的面积有一定的要求，若封装载板10的凹槽侧面的面积相对较小，制作工艺复杂度较高。
85.实现芯片22与封装载板10中导电介质之间电连接的方式不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
86.本公开实施例，通过键合结构50实现芯片22与封装载板10中导电介质之间电连接，便于芯片22进行信号传输。并且采用设置键合线进行电连接的方式工艺简单，成本较低。
87.在一些实施例中，参照图3或图4，芯片封装结构还包括：
88.导电结构60，位于封装载板10相对远离金属封盖40的表面，通过导电介质、键合结构50与芯片22电连接，被配置为实现芯片封装结构的信号输入输出。
89.这里，封装载板10可以由多层陶瓷基板叠装而成。封装载板10内部各层陶瓷基板可以根据实际需要设置有导电介质。
90.具体实现过程中，由于电连接中转折或者衔接节点越少，电连接特性越好。因此，构成封装载板10的陶瓷基板的层数越少，电连接特性越好。
91.本公开实施例中导电结构60可以包括球栅阵列结构bga，通过球栅阵列结构、导电介质、键合结构50与芯片22电连接，实现芯片封装结构的信号输入输出。
92.在一些实施例中，散热膜层21包括：
93.石墨烯膜层；
94.和/或，
95.金属膜层。
96.实际应用中，散热膜层21可以为单层结构或多层结构。散热膜层21可为石墨烯膜层、金属膜层、碳纳米管层中的一种、多种或其组合。
97.在一些实施例中，散热材料厚度越薄热阻越低。考虑到封装载板10的厚度以及芯片22的厚度，优选散热膜层21为单层结构。
98.这里，金属膜层的材料可以为金、银或者铜等，金、银、铜的导热系数约在300至
420w/m
·
k之间。碳纳米管的导热系数约为1750w/m
·
k。石墨烯的导热系数大于4000w/m
·
k。导热系数越高导热效果越好，优选散热膜层21的材料为石墨烯。
99.在一些实施例中，由于石墨烯表面具有一定粘附性，在形成覆盖凹槽底面的散热膜层21时，无需在凹槽与散热膜层21之间设置粘接层，石墨烯材料制备的散热膜层21可以通过表面粘附性与凹槽底面粘接。并且，散热膜层21相对远离凹槽底面的表面可以通过石墨烯表面粘附性与芯片22粘接，也无需在散热膜层21与芯片22之间设置粘接层。相对于散热膜层21的材料为金属或者碳纳米管时需要设置导电银胶等粘接层，散热膜层21的材料为石墨烯可以简化封装工艺，节约成本。
100.这里，散热膜层21还可以选择其他表面具有粘性的导热材料，不限于石墨烯，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
101.石墨烯的硬度高，制成单层石墨烯膜层后不容易压断。石墨烯具有一定的延展性，能够伸展20％。石墨烯出色的延展性使得制成的单层石墨烯膜层十分轻薄。石墨烯具有高导电性：常温下电子迁移率超过15000cm2/v
·
s，而电阻率低。石墨烯还具有高导热性，而且具有良好的可加工性能。散热膜层21的材料不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
102.这里，为了实现高导热效果和降低热阻，综合考虑散热膜层21的散热材料的导热系数和材料厚度。散热膜层21优选为单层石墨烯膜层。单层石墨烯的导热系数高达5300w/m
·
k，具有优异的热辐射性能，并且单层石墨烯较薄，单层石墨烯的厚度可以介于0.001至50.0μm之间。
103.本公开实施例可以采用石墨烯形成散热膜层21。利用石墨烯膜层在x、y向的高导热率(4000至5300w/mk)的特性，将芯片22产生的热量传导至石墨烯膜层接近金属连接结构30的另一端，在石墨烯膜层相对接近金属连接结构30的表面与导热膜层23或者直接与金属连接结构30接触，经金属连接结构30和金属封盖40将芯片22的热量传输出去，实现芯片22的高效散热，确保芯片22的正常运行。
104.在一些实施例中，封装载板10内部可以根据实际需要设置有接地层。
105.这里，散热膜层21可以包括石墨烯膜层。由于石墨烯的高导电性能，芯片22通过导电的石墨烯膜层和封装载板10内导电介质电性连接于接地层。
106.本公开实施例提供的芯片封装结构还能满足芯片22在封装时的接地互连需求。
107.在一些实施例中，芯片22包括高频正装芯片。
108.对于高频芯片来讲，尤其是砷化镓、氮化镓等芯片，高频芯片表层会设计高频信号互连链路。传统封装结构中采用在高频芯片表层设置金属导体的方式进行散热。但是，用于散热的金属导体会与高频芯片表层的高频信号互连链路中的导体以及金丝焊线直接接触或者距离很近，导致高频信号互连链路的高频信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题，严重影响高频芯片的信号传输性能。
109.本公开实施例提供的芯片封装结构，芯片22包括高频正装芯片，由于高频正装芯片上表面不存在额外的金属导体或塑封胶层等其他物体，不会与高频正装芯片上表面的高频信号互连链路中的导体以及金丝焊线等直接接触或者距离很近，减少高频信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题。在不影响芯片的信号传输性能的前提下，实现了高效散热，确保了芯片的正常运行。
110.在一些实施例中，参照图4，金属连接结构30和金属封盖40为一体结构。
111.实际应用中，金属封盖40可以通过密封胶或焊料70粘接在封装载板10上，使得金属封盖40内部的凸块部分即金属连接结构30，可以与导热膜层23充分接触。
112.此外，金属连接结构30和金属封盖40可以为连体结构。此时，为了减少出现接触不良降低热传导效率的情况，还需要在金属连接结构30和金属封盖40之间设置tim层。金属连接结构30的第一表面经tim层与金属封盖40接触，金属连接结构30的第二表面与导热膜层23相对接近金属连接结构30的表面接触。在一些实施例中，封装载板10和金属封盖40密封连接形成密封腔体。带有密封腔体的芯片封装结构使芯片22的上方存在低介电损耗的空气层，由于空气的介电损耗因子远小于一般的塑封胶等塑封材料，从而可以降低传统芯片封装过程中芯片需要直接接触塑封胶造成的介电损耗，有效的降低了芯片22在信号传输过程中的性能损耗。
113.本公开实施例将金属连接结构30和金属封盖40设置为一体结构，相对于金属连接结构30和金属封盖40为连体结构的情况，不仅可以显著提升芯片产生的热量在散热路径上的热传导率，而且制作工艺简单成本较低。
114.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种芯片封装方法，参照图5，芯片封装方法包括：
115.s10，提供一封装载板，在所述封装载板表面形成凹槽；
116.s20，形成覆盖所述凹槽底面的散热膜层；
117.s30，将芯片粘接在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面；其中，所述散热膜层在所述凹槽底面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积；
118.s40，在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面，形成与所述散热膜层接触的金属连接结构；其中，在所述散热膜层相对远离所述凹槽底面的表面上，所述金属连接结构的位置与所述芯片的位置不同；
119.s50，固定连接金属封盖和所述封装载板，以使所述封装载板和所述金属封盖密封连接形成密封腔体；其中，所述金属连接结构相对远离所述散热膜层的表面与所述金属封盖接触。
120.在一些实施例中，封装载板的材料可以选用陶瓷板或有机板等绝缘材料。在封装载板表面进行刻蚀形成凹槽。刻蚀方式包括但不限于干法刻蚀。
121.具体地，可以在封装载板的表面凹槽上涂布/印刷/喷涂/浸涂散热材料，根据散热膜层的设计厚度在凹槽内填充散热材料，固化成型后形成散热膜层。或者，通过化学气相沉积法直接在封装载板的表面凹槽上生长得到散热膜层。或者，将事先形成的散热膜层粘接于封装载板的表面凹槽内。
122.形成覆盖凹槽底面的散热膜层的方式不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
123.在一些实施例中，通过粘结层将芯片底面粘接在散热膜层相对远离凹槽底面的表面。
124.这里，对于不同结构类型的芯片采用不同类型的粘接层材料。粘结层可采用导电材料，例如导电胶、共晶材料等，或者粘结层可采用绝缘材料，例如绝缘胶。该粘接层材料的导热系数可以为0.5w/m
·
k以上，粘接层材料的导热系数的上限没有限制。粘接层材料的导
热系数越高，能够更好地使芯片的热量传输至散热膜层。
125.封装载板的凹槽底面覆盖有散热膜层。为了将芯片产生的热量更好地传导出去，散热膜层在凹槽底面的覆盖面积需要大于芯片底面的面积。即除了芯片所在区域，芯片周围也覆盖有散热膜层。散热膜层由于具有优异的热扩散、热辐射性能，可以将芯片产生的高密度热量及时扩展到整个散热膜层表面后输出，大大提高芯片封装结构的整体散热能力。
126.封装载板包括表面以及自表面凹陷的用以容纳芯片的凹槽，凹槽内设有侧面，芯片设有上表面及侧表面。相对于在封装载板的平面表面上粘接芯片底面的方式，本实施例可以在凹槽内固定芯片，通过将芯片的两个或者三个侧表面与凹槽侧面粘接，使得芯片在传输过程中不易滑出，满足芯片的组装装配需求，并且无需在芯片上方设置用于固定芯片的塑封胶层，简化了封装工艺，节约成本。
127.在一些实施例中，封装载板的表面与芯片上表面之间可以存在高度差或者封装载板的表面与芯片上表面齐平。封装载板与芯片的高度差可以为封装载板的表面高于或者低于芯片上表面。
128.本实施例优选将芯片放置于封装载板凹槽内，封装载板的表面与芯片上表面齐平，可以有效的缩短芯片与封装载板的表面之间的连接长度，便于后续实现芯片与封装载板之间的电连接，有效的降低芯片在信号传输过程中的性能损耗，从而提高芯片与封装载板之间的信号传输能力。
129.此外，封装载板凹槽侧面与芯片侧表面的侧边距可以根据芯片与封装载板之间的连接长度进行设定。
130.这里，封装载板表面刻蚀一个凹槽。但凹槽的数量不限于此，实际应用中可以根据需要封装芯片的具体数量以及具体尺寸情况进行设定。凹槽的深度可以根据封装载板的载板厚度以及芯片的厚度设计。
131.本实施例以芯片封装结构可以包括两个芯片进行说明。但芯片的数量不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定，芯片的数量可以是1，2或者多个。
132.在一些实施例中，可以在散热膜层相对远离凹槽底面的表面上涂布/印刷/喷涂/浸涂金属材料，固化成型后形成金属连接结构。或者，通过化学气相沉积法直接在封装载板的表面凹槽上生长得到金属连接结构。或者，将事先形成的金属连接结构粘接于在散热膜层相对远离凹槽底面。
133.形成金属连接结构的方式不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
134.在一些实施例中，为了起到对芯片的保护作用，达到更好的密封效果，通过密封胶或者焊料的方式将金属封盖固定在封装载板上。采用密封胶或者焊料进行密封的方式能够实现对芯片封装结构内部的气密或准气密封装，有效保护芯片。
135.在一些实施例中，在散热膜层相对远离凹槽底面的表面上，金属连接结构的位置与芯片的位置不同，也就是说，芯片与散热膜层上表面的第一区域接触，金属连接结构与散热膜层上表面的第二区域接触，第一区域不同于第二区域。可以通过与芯片底部接触的散热膜层将芯片产生的热量传导至散热膜层另一端接触的金属连接结构，经金属连接结构和金属封盖将芯片的热量传输出去，实现芯片的高效散热。
136.由于芯片上表面不存在额外的金属导体或塑封胶层等其他物体，不会与芯片上表面的信号链路中的导体以及金丝焊线等直接接触或者距离很近，减少芯片信号在传输时出
现串扰，谐振以及天线效应等问题，从而不会影响芯片的信号传输性能，确保了芯片的正常运行。
137.本公开实施例提供的芯片封装方法，在不影响芯片的信号传输性能的前提下，实现了高效散热。
138.在一些实施例中，所述方法还包括：
139.在散热膜层相对远离凹槽底面的表面形成导热膜层，其中，在散热膜层相对远离凹槽底面的表面上，导热膜层的位置与芯片的位置不同；
140.在形成导热膜层后，在导热膜层相对远离散热膜层的表面形成金属连接结构。
141.实际应用中，在散热膜层与金属连接结构之间设置导热膜层。散热膜层将芯片产生的热量传导至导热膜层后，经金属连接结构和金属封盖将芯片的热量传输出去。
142.示例性地，位于散热膜层和金属连接结构之间的导热膜层，用于在散热膜层与金属连接结构之间进行热传导。导热膜层的导热系数相对较高。
143.在一些实施例中，导热膜层在受到外力作用下可以产生形变。具体地，在制备芯片封装结构的过程中，可形成覆盖散热膜层的导热膜层，然后将金属连接结构置于导热膜层上。需要强调的是，金属连接结构可能对该导热膜层施加一定的压力，具有一定柔性的导热膜层在该压力的作用下发生形变，使得导热膜层不仅位于金属连接结构和散热膜层之间，还使得至少部分导热膜层的组成材料延展至包裹住金属连接结构的至少部分侧面，以增加导热膜层和金属连接结构的接触面积，有利于增加导热效果。
144.导热膜层的材料可以包括导热硅胶、硫化橡胶或者金属(金、银、铜等)。但导热膜层23的材料不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
145.这里，导热膜层的材料优选为导热界面材料(thermal interface material，tim)。tim可以为硅胶。tim具有一定的柔性和较高导热率。
146.由于tim具有一定的柔性，可以产生形变，对金属和非金属材料具有良好的粘接性。tim在与散热膜层和金属连接结构接触时，能够根据接触表面的形状调整tim自身的形状，能够实现散热膜层与金属连接结构的紧密接触，减少二者之间产生的接触热阻。芯片产生的热量经导热膜层后的热传导率相对于不存在导热膜层时的热传导率更高。
147.导热膜层的材料不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
148.本公开实施例增设导热膜层，相对于散热膜层与金属连接结构直接接触，增加导热膜层可以提升散热膜层与金属连接结构的接触稳定性，减少二者之间产生的接触热阻。并且，导热膜层还具有高导热率，可以显著提升芯片产生的热量在散热路径上的热传导率。
149.在一些实施例中，将芯片粘接在散热膜层相对远离凹槽底面的表面之后，所述方法还包括：
150.在芯片和封装载板之间形成键合结构，其中，封装载板内部设置有导电介质，芯片与导电介质通过键合结构电连接。
151.实际应用中，键合结构可以包括键合线，键合线的材料可为银、金、铝、铜、铬、镍中的一种、多种或其合金。制作键合线可以采用蒸发、电镀、金属线植球等工艺。
152.具体地，键合线可以包括金丝焊线，利用金丝焊线完成芯片与封装载板中导电介质的电连接。
153.这里，键合丝可以采用单根、双根或者多根的形式。键合丝能够实现较小的集成电
感，提高封装性能。
154.在一些实施例中，将芯片放置于封装载板凹槽内，封装载板的表面与芯片上表面齐平，可以有效的缩短芯片与封装载板的表面之间的键合线的连接长度，降低键合线的寄生电感，提高芯片与封装载板之间的信号传输能力，从而保证芯片的自身射频性能。
155.此外，实现芯片与封装载板中导电介质之间电连接，可选的实现方式还包括：在封装载板的凹槽侧面与芯片侧表面之间设置有互连焊点(未显出)，其中，互连焊点的一种实例可以为球栅阵列(ball grid array，bga)凸点。将芯片侧表面与封装载板的凹槽侧面上对应的球栅阵列凸点进行焊接，完成芯片与封装载板中导电介质的电连接。该方式集成度更高，但是对于封装载板的凹槽侧面的面积有一定的要求，若封装载板的凹槽侧面的面积相对较小，制作工艺复杂度较高。
156.实现芯片与封装载板中导电介质之间电连接的方式不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
157.本公开实施例，通过键合结构实现芯片与封装载板中导电介质之间电连接，便于芯片进行信号传输。
158.在一些实施例中，所述方法还包括：
159.在封装载板相对远离金属封盖的表面形成导电结构；其中，导电介质、键合结构与芯片电连接，被配置为实现芯片封装结构的信号输入输出。
160.这里，封装载板可以由多层陶瓷基板叠装而成。封装载板内部各层陶瓷基板可以根据实际需要设置有导电介质。
161.具体实现过程中，由于电连接中转折或者衔接节点越少，电连接特性越好。因此，构成封装载板的陶瓷基板的层数越少，电连接特性越好。
162.本公开实施例中导电结构可以包括球栅阵列结构bga，通过球栅阵列结构、导电介质、键合结构与芯片电连接，实现芯片封装结构的信号输入输出。
163.在一些实施例中，散热膜层可以包括：
164.石墨烯膜层；
165.和/或，
166.金属膜层。
167.实际应用中，散热膜层可以为单层结构或多层结构。散热膜层可为石墨烯膜层、金属膜层、碳纳米管层中的一种、多种或其组合。
168.在一些实施例中，材料厚度越薄热阻越低。考虑到封装载板的厚度以及芯片的厚度，优选散热膜层为单层结构。
169.这里，金属膜层的材料可以为金、银或者铜等，金、银、铜的导热系数约在300至420w/m
·
k之间。碳纳米管的导热系数约为1750w/m
·
k。石墨烯的导热系数大于4000w/m
·
k。导热系数越高导热效果越好，优选散热膜层的材料为石墨烯。
170.在一些实施例中，由于石墨烯表面具有一定粘附性，在形成覆盖凹槽底面的散热膜层时，无需在凹槽与散热膜层之间设置粘接层，石墨烯材料制备的散热膜层可以通过表面粘附性与凹槽底面粘接。并且，散热膜层相对远离凹槽底面的表面可以通过石墨烯表面粘附性与芯片粘接，也无需在散热膜层与芯片之间设置粘接层。相对于散热膜层的材料为金属或者碳纳米管时需要设置导电银胶等粘接层，散热膜层的材料为石墨烯可以简化封装
工艺，节约成本。
171.这里，散热膜层还可以选择其他表面具有粘性的导热材料，不限于石墨烯，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
172.石墨烯的硬度高，制成单层石墨烯膜层后不容易压断。石墨烯具有一定的延展性，能够伸展20％。石墨烯出色的延展性使得制成的单层石墨烯膜层十分轻薄。石墨烯具有高导电性：常温下电子迁移率超过15000cm2/v
·
s，而电阻率低。石墨烯还具有高导热性，而且具有良好的可加工性能。散热膜层的材料不限于此，实际应用中可以根据具体情况进行设定。
173.这里，为了实现高导热效果和降低热阻，综合考虑散热膜层的散热材料的导热系数和材料厚度。散热膜层优选为单层石墨烯膜层。单层石墨烯的导热系数高达5300w/m
·
k，具有优异的热辐射性能，并且单层石墨烯较薄，单层石墨烯的厚度可以介于0.001至50.0μm之间。
174.本公开实施例可以采用石墨烯形成散热膜层。利用石墨烯膜层在x、y向的高导热率(4000至5300w/mk)的特性，将芯片产生的热量传导至石墨烯膜层接近金属连接结构的另一端，在石墨烯膜层相对接近金属连接结构的表面与导热膜层或者直接与金属连接结构接触，经金属连接结构和金属封盖将芯片的热量传输出去，实现芯片的高效散热，确保芯片的正常运行。
175.在一些实施例中，封装载板内部可以根据实际需要设置有接地层。
176.这里，散热膜层可以包括石墨烯膜层。由于石墨烯的高导电性能，芯片通过导电的石墨烯膜层和封装载板内导电介质电性连接于接地层。
177.本公开实施例提供的芯片封装结构还能满足芯片在封装时的接地互连需求。
178.在一些实施例中，芯片可以包括高频正装芯片。
179.对于高频芯片来讲，尤其是砷化镓、氮化镓等芯片，高频芯片表层会设计高频信号互连链路。传统封装结构中采用在高频芯片表层设置金属导体的方式进行散热。但是，用于散热的金属导体会与高频芯片表层的高频信号互连链路中的导体以及金丝焊线直接接触或者距离很近，导致高频信号互连链路的高频信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题，严重影响高频芯片的信号传输性能。
180.本公开实施例提供的芯片封装结构，芯片可以包括高频正装芯片，由于高频正装芯片上表面不存在额外的金属导体或塑封胶层等其他物体，不会与高频正装芯片上表面的高频信号互连链路中的导体以及金丝焊线等直接接触或者距离很近，减少高频信号在传输时出现串扰，谐振以及天线效应等问题。在不影响芯片的信号传输性能的前提下，实现了高效散热，确保了芯片的正常运行。
181.在一些实施例中，金属连接结构和金属封盖为一体结构。
182.实际应用中，金属封盖可以通过密封胶或焊料粘接在封装载板上，使得金属封盖内部的凸块部分即金属连接结构，可以与散热膜层或者导热膜层充分接触。
183.此外，金属连接结构和金属封盖可以为连体结构。此时，为了减少出现接触不良降低热传导效率的情况，还需要在金属连接结构和金属封盖之间设置tim层。金属连接结构的第一表面经tim层与金属封盖接触，金属连接结构的第二表面与导热膜层相对接近金属连接结构的表面接触。在一些实施例中，封装载板和金属封盖密封连接形成密封腔体。带有密
封腔体的芯片封装结构使芯片的上方存在低介电损耗的空气层，由于空气的介电损耗因子远小于一般的塑封胶等塑封材料，从而可以降低传统芯片封装过程中芯片需要直接接触塑封胶造成的介电损耗，有效的降低了芯片在信号传输过程中的性能损耗。
184.本公开实施例将金属连接结构和金属封盖设置为一体结构，相对于金属连接结构和金属封盖为连体结构的情况，不仅可以显著提升芯片产生的热量在散热路径上的热传导率，而且制作工艺简单成本较低。
185.在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
186.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
187.另外，在本公开各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
188.本公开所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
189.本公开所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
190.本公开所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
191.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。