具有散热盖板的芯片封装结构的制作方法

1.本发明涉及电子封装技术领域，具体地涉及一种具有散热盖板的芯片封装结构。


背景技术：

2.散热盖板在封装结构中的作用主要为保护芯片和传导热量，芯片与散热盖板之间通过热界面材料连接，其导热性能由自身的材料特性与覆盖率决定，一般情况下，热界面材料导热率越高，覆盖率越好，封装结构的散热性能越优异。在封装结构的制程与可靠性实验中，由于芯片与散热盖板之间的热膨胀系数差异，两者的翘曲度不同，容易导致芯片或者散热盖分层的现象，从而使热界面材料被剥离其原来区域，而对其覆盖率造成影响。尤其是当一颗封装体中有多颗芯片，即mcm(multichip module)时，多颗芯片的应力叠加易出现翘曲突变点，更使上述问题变得更为突出，严重地影响了芯片封装结构的散热性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有散热盖板的芯片封装结构。
4.本发明提供一种一种具有散热盖板的芯片封装结构，包括：基板、多个芯片和散热盖板，多个所述芯片间隔分布设置于所述基板上，所述芯片具有设置有电性连接结构的功能面和与其相对的非功能面，所述芯片功能面朝向所述基板倒装设于其上，通过电性连结构与基板电性连接，其特征在于，
5.所述散热盖板通过热界面材料粘结设置于多个所述芯片非功能面上，覆盖所述芯片；
6.至少在相邻两所述芯片之间的区域，所述散热盖板表面设置有至少一条芯片间应力缓冲槽。
7.作为本发明的进一步改进，所述散热盖板包括顶盖板和侧盖板，所述侧盖板位于所述顶盖板周侧，沿所述顶盖板向下延伸，所述侧盖板通过所述热界面材料粘结设置于所述基板。
8.作为本发明的进一步改进，每条所述芯片间应力缓冲槽至少延伸至所述散热盖板一条侧边缘处。
9.作为本发明的进一步改进，所述散热盖板上还设置有多个与所述应力缓冲槽相连的应力释放孔，所述应力释放孔贯通所述散热盖板，每条所述芯片间应力缓冲槽至少与一个所述应力释放孔相连。
10.作为本发明的进一步改进，所述应力释放孔位于所述顶盖板，并位于所述顶盖板和所述侧盖板相接处。
11.作为本发明的进一步改进，每条所述芯片间应力缓冲槽包括位于所述顶盖板上的缓冲槽顶盖板段和缓冲槽侧盖板段，所述缓冲槽侧盖板段宽度大于所述缓冲槽顶盖板段宽度。
12.作为本发明的进一步改进，所述应力释放孔的宽度大于所述缓冲槽顶盖板段宽
度。
13.作为本发明的进一步改进，当所述芯片之间间距a大于2mm时，所述缓冲槽顶盖板段宽度为1mm；当所述芯片之间间距a小于等于2mm时，所述缓冲槽顶盖板段宽度为a/2。
14.作为本发明的进一步改进，当所述缓冲槽顶盖板段宽度为b时，所述应力释放孔内径为2b。
15.作为本发明的进一步改进，所述散热盖板上下表面分别设置有位置对应的所述芯片间应力缓冲槽。
16.作为本发明的进一步改进，当至少存在三个所述芯片的边缘顶点朝向所述散热盖板同一区域时，于所述散热盖板此区域设置有应力释放孔。
17.作为本发明的进一步改进，所述散热盖板还设置有芯片侧应力缓冲槽，芯片侧应力缓冲槽一端连接芯片间应力缓冲槽、另一端延伸至散热盖板边缘，或者，芯片侧应力缓冲槽连接两条芯片间应力缓冲槽。
18.作为本发明的进一步改进，当存在一所述芯片被其他所述芯片环绕分布时，该被环绕所述芯片周侧均设置有所述芯片间应力缓冲槽和/或所述芯片侧应力缓冲槽。
19.本发明的有益效果是：本发明通过在散热盖板上位于相邻两芯片之间的区域设置芯片间应力缓冲槽，并配合与芯片间应力缓冲槽相连的应力释放孔，能够有效缓解芯片封装结构中的热应力集中的问题，从而减少芯片、热界面材料和散热盖板之间的脱离分层问题。
附图说明
20.图1是本发明实施例1中的芯片封装结构俯视图(为便于说明，将芯片示出)。
21.图2是图1中c-c处的剖面图。
22.图3是本发明实施例2中的芯片封装结构俯视图(为便于说明，将芯片示出)。
23.图4是图3中d-d处的剖面图。
24.图5是本发明实施例3中的芯片封装结构俯视图(为便于说明，将芯片示出)。
25.图6是本发明实施例4中的芯片封装结构俯视图(为便于说明，将芯片示出)。
26.图7是本发明实施例5中的芯片封装结构俯视图(为便于说明，将芯片示出)。
具体实施方式
27.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施方式及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
28.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例
如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
30.实施例1
31.如图1和图2所示，本发明实施例1提供一种具有散热盖板的芯片封装结构，包括：基板1、多个芯片2和散热盖板3。
32.基板1内设置有线路层，基板1表面设置有焊盘，焊盘与线路层之间电性连接。
33.多个芯片2间隔分布设置于基板1上，芯片2具有设置有电性连接结构的功能面2a和与其相对的非功能面2b，芯片2功能面2a朝向基板1倒装设于其上，通过电性连接结构如焊球等电性连接于基板1焊盘，从而与线路层电性连接。芯片2和基板1之间的间隙填充有底填料。
34.示例性的，在实施例1中，基板1表面设置有两个芯片2，两个芯片2并排设置，分别位于基板1左右两部分。
35.散热盖板3通过热界面材料4粘结设置于多个芯片2非功能面2b上，覆盖芯片2。散热盖板3材料可以是铜、导热陶瓷，或者陶瓷金属复合材料等具有优良导热性能的材料，其覆盖于芯片2非功能面2b，能够起到传导热量和帮助芯片2与外界形成热互连的作用，从而辅助芯片2散热。
36.热界面材料4为涂敷在散热盖板3与芯片2之间的材料，其能够降低芯片2与散热盖板3之间接触热阻，在芯片封装结构中，可以使用含有银、铜等添加剂的环氧树脂基底导热胶作为热界面材料4，其除了能够起到降低接触热阻的功能之外，还能够在结构上起到将芯片2和散热盖板3粘合固定的作用。
37.散热盖板3包括顶盖板31和侧盖板32，侧盖板32位于顶盖板31周侧，沿顶盖板31向下延伸，散热盖板3整体形成开口朝下的盒状结构，将多个芯片2囊括在其内部空间，具有一定结构强度且呈盒状结构的散热盖板3除了能够起到帮助芯片2散热的作用之外，还能够起到对芯片2的保护作用，如能够减轻芯片2所受机械拉伸、剪切、扭曲、振动等有害的操作环境的影响、防止芯片2受到水汽、灰尘等杂质异物的侵蚀影响等。侧盖板32通过热界面材料4粘结设置于基板1。
38.当芯片封装结构在回流焊和温度测试循环过程中，由于热界面材料4和芯片2以及散热盖板3之间的热膨胀系数存在差异，会使三者间的膨胀或收缩度存在差异，从而导致热应力集中的情况出现，使得芯片2和散热盖板3之间的翘曲度出现变化，严重时，会使芯片2、热界面材料4和散热盖板3之间出现脱离分层或萌生裂纹的情况从而导致芯片封装结构失效。
39.至少在相邻两芯片2之间的区域，散热盖板3表面设置有至少一条芯片间应力缓冲槽33。芯片间应力缓冲槽33为沿散热盖板3表面向内凹陷的长条形槽体，在截面上，芯片间应力缓冲槽33形成突变式结构，应力流线在芯片间应力缓冲槽33处集中，能够有效引导封装结构内部产生的热应力沿芯片间应力缓冲槽33传递，从而有效缓解热应力集中的情况出现。并且，芯片间应力缓冲槽33设置在相邻芯片2之间，通过设置一条芯片间应力缓冲槽33能够同时对其两侧的芯片2起到热应力缓冲的作用，利用少量的芯片间应力缓冲槽33有效缓解了热应力集中的同时，还将其对散热盖板3结构强度的影响降到最低。
40.进一步的，每条芯片间应力缓冲槽33至少延伸至散热盖板3一条侧边缘处。通过将芯片间应力缓冲槽33延伸至侧板边缘处，可以进一步优化热应力在散热盖板3上的传递路径，将集中的热应力分散至散热盖板3边缘处，并且，由于散热盖板3于其边缘处设置有与基板1相接的侧盖板32，侧盖板32结构强度远高于只设有顶盖板31的中间区域，因此能够显著改善散热盖板3和芯片2脱离分层的问题。
41.优选的，当所述芯片2之间间距a大于2mm时，所述缓冲槽顶盖板段331宽度为1mm；当所述芯片2之间间距a小于等于2mm时，所述缓冲槽顶盖板段331宽度为a/2。这里，基于芯片2之间的间距对芯片间应力缓冲槽33宽度进行限定，可以依据不同芯片2分布情况而对芯片间应力缓冲槽33的宽度进行优化，使其能够较好起到缓解应力集中作用的同时，不会对散热盖板3结构强度造成明显影响。
42.芯片间应力缓冲槽33的深度可依据散热基板1的材质和厚度等因素，进行具体调整，本发明对此不做具体限制，在不破坏散热盖板3结构强度和可靠性的基础上，芯片间应力缓冲槽33的深度越深，则其所起到的效果越好。
43.在本发明的一些其他实施方式中，也可于散热盖板3上下表面处分别设置位置对应的芯片间应力缓冲槽33，从而通过双面的沟槽结构进一步优化散热盖板3内热应力传递路径，避免热应力于散热盖板3一面堆积。
44.进一步的，散热盖板3上还设置有多个与芯片间应力缓冲槽33相连的应力释放孔34，应力释放孔34贯通散热盖板3，每条芯片间应力缓冲槽33至少与一个应力释放孔34相连。当应力沿芯片间应力缓冲槽33传递时，利用设置在其传递路径上的应力释放孔34能够起到释放部分热应力的作用，从而进一步缓解热应力集中，显著增加封装结构的可靠性。
45.优选的，应力释放孔34位于顶盖板31，并位于顶盖板31和侧盖板32相接处。将应力释放孔34设置在顶盖板31处，而非侧盖板32处以减小在散热盖板3上形成通孔对其结构强度所造成的影响。将应力释放孔34设置在顶盖板31和侧盖板32相接处，使其与芯片2所在位置间隔最大距离，一方面，可以防止应力释放孔34和芯片2处高应力集中位置重合而相互影响，反而导致应力集中系数增高的情况出现，另一方面，远离芯片2的通孔可以降低异物等杂质进入散热盖板3内对芯片2造成影响的可能性。
46.进一步的，每条芯片间应力缓冲槽33包括位于顶盖板31上的缓冲槽顶盖板段331和缓冲槽侧盖板段332，缓冲槽侧盖板段332宽度大于缓冲槽顶盖板段331宽度。由于散热盖板侧盖板32处的结构强度要大于顶盖板31处的结构强度，因此在不影响散热盖板3结构强度的前提下，设置在侧盖板32上的缓冲槽侧盖板段332的宽度可以较大。为了简化生产工艺步骤，可以将缓冲槽侧盖板段332的宽度设置为与应力释放孔34的内径一致。
47.优选的，应力释放孔34横截面形状为正方形或圆形，当缓冲槽顶盖板段331宽度为b时，应力释放孔34内径为2b。
48.在本发明的其他实施方式中，根据散热盖板3的尺寸和芯片2的分布排列情况，也可在芯片间应力缓冲槽33其他位置设置应力释放孔34或者调整应力释放孔34的形状及其尺寸，只要使芯片间应力缓冲槽33至少与一个应力释放孔34相连即可。
49.示例性的，在实施例1中，在两芯片2之间设置有一条分别延伸至散热盖板3两侧边边缘的芯片间应力缓冲槽33，在应力缓冲槽顶盖板段331两端分别设置有应力释放孔34。
50.实施例2
51.如图3和图4所示，本发明实施例2提供一种具有散热盖板的芯片封装结构，其大体结构与实施例1类似，区别在于：
52.当至少存在三个芯片2的边缘顶点朝向散热盖板3同一区域时，于散热盖板3此区域设置有应力释放孔34。由于芯片2顶点处呈尖锐棱角形状，因此通常在芯片2的边缘顶点处为热应力集中最为严重的区域，当基板1上设置有超过3个芯片2，且多个芯片2一边缘顶点朝向散热盖板3同一区域时，此处通常为发生失效的高风险区域，在此处设置应力释放孔34能够有效缓解热应力集中问题。
53.示例性的，在实施例2中，基板1上设置有四个芯片2，芯片2呈“田”字形均匀排布在基板1上。在四个芯片2之间设置有两条呈“十”字交叉的芯片间应力缓冲槽33，两条芯片间应力缓冲槽33分别延伸至散热盖板3两侧边边缘处。在四个芯片2中间位置即芯片间应力缓冲槽33交叉位置设置有应力释放孔34，另外在两条应力缓冲槽顶盖板段331两端分别设置有应力释放孔34。
54.实施例3
55.如图5所示，本发明实施例3提供一种具有散热盖板的芯片封装结构，其大体结构与实施例1类似，区别在于：
56.散热盖板3还设置有芯片侧应力缓冲槽35，芯片侧应力缓冲槽35一端连接芯片间应力缓冲槽33、另一端延伸至散热盖板3边缘。为了进一步强化应力缓冲槽的作用，除了设置芯片间应力缓冲槽33之外，还可在芯片2其他侧边设置芯片侧应力缓冲槽35，并且，将芯片侧应力缓冲槽35和芯片间应力缓冲槽33相连，形成连续的热应力传递路径。
57.示例性的，在实施例3中，基板1上设置有均匀分布在基板1两侧的两个芯片2，在两芯片2之间设置有一条分别延伸至散热盖板3两侧边边缘的芯片间应力缓冲槽33，在应力缓冲槽顶盖板段331两端分别设置有应力释放孔34。另外，在每个芯片2两侧还分别设有一端连接于芯片间应力缓冲槽33，另一端延伸至散热盖板3边缘的芯片侧应力缓冲槽35。
58.实施例4
59.如图6所示，本发明实施例4提供一种具有散热盖板的芯片封装结构，其大体结构与实施例3类似，区别在于：
60.示例性的，在实施例4中，在两个芯片一侧还设有一个芯片2，三个芯片2呈“品”字型排列，此时，在三个芯片2之间设置两条芯片间应力缓冲槽33，其中，在图上沿横向延伸的芯片间应力缓冲槽33两端分别延伸至散热盖板3两侧边边缘，沿纵向延伸的芯片间应力缓冲槽33由于一端朝向芯片2，因此其一端与横向延伸的芯片间应力缓冲槽33相连，另一端延伸至散热盖板3侧边边缘。另外，在芯片2侧边还设置有一端连接于芯片间应力缓冲槽33，另一端延伸至散热盖板3边缘的芯片侧应力缓冲槽35。此时，每个芯片2的三条边处均设置有应力缓冲槽，从而能够沿多方向有效分散热应力，从而缓解热应力集中的问题。
61.实施例5
62.如图7所示，本发明实施例5提供一种具有散热盖板的芯片封装结构，其大体结构与实施例2类似，区别在于：
63.当存在一芯片2被其他芯片2环绕分布时，该被环绕芯片2周侧均设置有芯片间应力缓冲槽33和/或芯片侧应力缓冲槽35。当一芯片2被其他芯片2环绕分布时，其他芯片2侧边缘朝向该芯片2，与该芯片2形成的应力集中区域重合，其周侧存在较为严重的热应力集
中现象，此时需要在其周侧分别设置芯片间应力缓冲槽33，从而来有效缓解该芯片2周侧的热应力集中。
64.示例性的，在实施例5中，在四个芯片2中间还设置有一个芯片2，该芯片2被其他芯片2环绕分布，该芯片2两长边侧分别设置有芯片间应力缓冲槽33，短边侧分别设置有芯片侧应力缓冲槽35，芯片侧应力缓冲槽35两端分别连接于芯片间应力缓冲槽33。
65.上述5个实施例本发明基础的五种方案，本领域技术人员可基于上述构思，根据芯片不同分布形式对应力缓冲槽的分布方式进行具体调整，本发明对此不作具体限制。
66.综上所述，本发明通过在散热盖板上位于相邻两芯片之间的区域设置芯片间应力缓冲槽，并进一步通过对应力缓冲槽的形状、分布、尺寸等参数进行设置，配合与芯片间应力缓冲槽相连的应力释放孔，能够有效缓解芯片封装结构中的热应力集中的问题，从而减少芯片、热界面材料和散热盖板之间的脱离分层问题。
67.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
68.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。