顶部金属堆叠封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种半导体芯片封装结构及其制造方法，特别是一种适用于顶部金属堆叠封装结构及其制造方法。

背景技术：

多芯片封装结构(Multi-chip package，MCP)是将多个半导体芯片整合在单一封装结构中，可提高电子元件的密度，缩短电子元件间的电性连接路径，此种封装体不仅可减少多个芯片使用上所占用的体积，还可提高整体的性能。

已知多芯片封装结构是将多个芯片垂直对齐堆叠、交叉错位堆叠或阶梯状堆叠，接着借助打线与基板练性连接。多个半导体芯片堆叠封装技术中，多个相同尺寸芯片的堆叠封装技术是常见的封装技术。

在已知技术中，请参阅图1，一种具高散热高电性的堆叠式半导体芯片封装件1，主要包括有一芯片承载件11，其用以提供该半导体封装件1与外部构件电性连接；至少一第一芯片12，其借助覆晶形式设置并电性连接于该芯片承载件11上；一散热件13，其跨置于该第一芯片12上，并与该芯片承载件11电性连接；一传导层14、至少一第二芯片15，其透过导线电性连接该芯片承载件11的作用表面并设置于非作用表面；多个条焊线16以及一封装胶体17，其形成于该芯片承载件11上并包覆住该第一芯片12、第二芯片15、散热件13及其他构件，并部分包覆住该芯片承载件11。

然而，如图1所示，此种堆叠式半导体芯片封装件的散热件设置于该第一芯片与该第二芯片中间，这样的结构达不到良好的散热效果及金属屏蔽效果，因此，芯片在运作时所产生的热能并不能有效地逸散至封装结构外，因而，降低了芯片的稳定性及使用寿命。因此，目前亟需要一种顶部金属堆叠封装结构及其制造方法，借助较佳的顶部金属设置可提供金属屏蔽及散热功效，进而提升芯片的电性质量及使用寿命。

技术实现要素：

本发明的主要目的是在于提供一种顶部金属堆叠封装结构，俾能利用顶部金属设置，可提供金属屏蔽及散热功效，因此能防止半导体芯片不正常工作及损坏。

为达成上述目的，本发明提供一种顶部金属堆叠封装结构，包括：一金属基底，包含一上表面以及一下表面，且一芯片接收腔室形成于该上表面；一第一芯片，借助一第一结合层以固定于该芯片接收腔室；一基板，具有一上表面；一第二芯片，借助一第二结合层以固定于该基板的该上表面；以及多个连接元件，形成于该基板的该上表面；其中，借助该些连接元件将该金属基底的该上表面与该基板连接。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，还包括多个电性连接导线，包括第一电性连接导线及第二电性连接导线。该些电性连接导线的设置可依据堆叠封装条件或使用者需求而任意变化，其中，该些第一电性连接导线可将该第一芯片与该金属基底耦合。此外，该些第二电性连接导线可将该第二芯片与该基板耦合。再者，在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，该些导线的打线顺序可依据堆叠封装条件或使用者需求而任意变化，可以先进行该第一芯片与该金属基底之间的打线，尔后再进行该第二芯片与该基板之间的打线，或者，可以先该第二芯片与该基板之间的打线，尔后再进行第一芯片与该金属基底之间的打线。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，该金属基底的该下表面可形成一散热组件，该散热件可为散热片(heat spreader)、热管或风扇，本发明并未局限于此；在本发明一实施方式中，该散热件可为散热片，该散热片的材质为铜材质。借助该散热件能将芯片操作时所产生的热能散发至其他的半导体芯片与金属基底。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，该基板的上表面上还包含一金属层，该金属层的材质可依据堆叠封装条件或使用者需求而任意变化，该金属层的材质可为镁合金、铝合金、铜合金、铁合金、镁铜合金或其组合，本发明并未局限于此。在本发明一实施方式中，该金属层的材质可为镁合金；在本发明另一实施方式中，该金属层的材质可为铜合金。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，还可包括一第一封装材料，该第一封装材料形成于该基板上，并包覆住该金属基底、该第一芯片、该第二芯片、该第一结合层、该第二结合层、该第一电性连接导线、该第二电性连接导线及该些连接元件；其中，可暴露该金属基底的下表面。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，还可包括一第二封装材料，该第二封装材料形成于该金属基底的该接收腔室，并包围住该第一芯片、该第一结合层及第一电性连接导线。在本发明的顶部金属堆叠封装结构中，该第一封装材料与该第二封装材料可为相同；该第一封装材料与该第二封装材料可为环氧树脂、陶瓷粉、碳黑等组成的复合材料，本发明并未局限于此。

除此之外，本发明另一目的是提供一种顶部金属堆叠封装结构的制造方法，包括：提供一金属基底，包含一上表面以及一下表面，且一芯片接收腔室形成于该上表面；形成一第一结合层于该上表面的该芯片接收腔室；借助该第一结合层将一第一芯片固定于该上表面的该芯片接收腔室；提供一具有一上表面的基板；借助一第二结合层将一第二芯片固定于该基板的该上表面；以及形成多个连接元件于该基板的该上表面上；其中，借助该些连接元件将该金属基底的该上表面与该基板连接。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，还包括设置多个第一电性连接导线，使该第一芯片与该金属基底耦合以输入与输出信号；以及设置多个第二电性连接导线，使该第二芯片与该基板耦合以输入与输出信号。此外，于本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，该些导线的打线顺序可依据堆叠封装条件或使用者需求而任意变化，可以先进行该第一芯片与该金属基底之间的打线，尔后再进行该第二芯片与该基板之间的打线，或者，可以先该第二芯片与该基板之间的打线，尔后再进行第一芯片与该金属基底之间的打线。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，还包括形成一散热组件该金属基底的该下表面上；该散热件可为散热片、热管或风扇，本发明并未局限于此；在本发明一实施方式中，该散热件可为散热片。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，还包含形成一金属层于该基板的该上表面上；该金属层的材质可依据堆叠封装条件或使用者需求而任意变化，该金属层的材质可为镁合金、铝合金、铜合金、铁合金、镁铜合金或其组合，本发明并未局限于此。在本发明一实施方式中，该金属层的材质可为镁合金；在本发明另一实施方式中，该金属层的材质可为铜合金。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，还包括形成一第一封装材料，且该第一封装材料可包覆住该金属基底、该第一芯片、该第二芯片、该第一结合层、该第二结合层、该些第一电性连接导线、该些第二电性连接导线及该些连接元件；其中，可暴露该金属基底的下表面。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，还包括形成一第二封装材料于该金属基底的该芯片接收腔室，且该第二封装材料包覆住该第一芯片、该第一结合层及该第一电性连接导线。在本发明的顶部金属堆叠封装结构的制造方法中，该第一封装材料与该第二封装材料可为相同；且第一封装材料与第二封装材料可为环氧树脂、陶瓷粉、碳黑等组成的复合材料，本发明并未局限于此。

是以，本发明的功效在于增进堆叠封装结构的散热效果及金属屏蔽，进而提高芯片的稳定性及使用寿命。综上所述，本发明的技术特征为借助将该金属基底设置于该第一芯片及第二芯片上，以提供较佳的金属屏蔽及散热功效，进而提高封装结构的稳定性。其次，本发明的散热组件可直接形成于该金属基底的下表面，以加强该封装结构散热效果；此外，本发明的基板上可设置形成金属层，使封装结构具有更好的金属屏蔽效果，而不易受到外界磁场的干扰以提高封装结构的稳定性。

附图说明

图1是现有的堆叠式多芯片封装结构的剖面示意图；

图2是本发明实施例1的顶部金属堆叠封装结构的剖面示意图；

图3是本发明实施例1的顶部金属堆叠封装结构的制程示意图；

图4是本发明实施例5的顶部金属堆叠封装结构的制造方法的流程图。

【附图标记说明】

1 半导体芯片封装件 11 芯片承载件

12 第一芯片 13 散热件

14 传导层 15 第二芯片

16 焊线 17 封装胶体

2 顶部金属堆叠封装结构 20 金属基底

201 上表面 202 芯片接收腔室

203 下表面 21 结合层

21’ 第二结合层 22 第一芯片

23 第一电性连接导线 23’ 第二电性连接导线

24 第一封装材料 24’ 第二封装材料

25 基板 251 上表面

26 第二芯片 27 连接元件

具体实施方式

以下借助具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。此外，本发明亦可借助其他不同具体实施例加以施行或应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

实施例1

请参照图3所示，其为本发明实施例1的顶部金属堆叠封装结构的制程示意图；以及请参照图2所示，其为本发明实施例1的顶部金属堆叠封装结构的剖面示意图。请参照图3A所示，首先，提供包含一上表面201及一下表面203的金属基底20，且多个芯片接收腔室202形成于该上表面201。其次，请参照图3B所示，借助多个第一结合层21将多个第一芯片22固定于该些接收腔室202。请参照图3C所示，借助多个第一电性连接导线23将该些第一芯片22电性连接于该金属基底20，使信号能输入与输出。再者，一第二封装材料24’形成于该金属基底20的该些接收腔室202并包覆住该些第一结合层21、该些第一芯片22以及该些第一电性连接导线23。接着，将该些芯片接收腔室202分割，如图3D所示。接着，请参照图3E所示，提供一包含一上表面251的一基板25，并借助多个第二结合层21’将多个第二芯片26固定于该基板25的该上表面251上，接着，请参照图3F所示，借助多个第二电性连接导线23’将该些第二芯片26电性连接于该基板25，以输入与输出信号；并形成多个连接元件27于该基板25的该上表面251上。随之，请参照图3G所示，借助该些连接元件27使该金属基底20的上表面201与该基板25接合。最后，请参照图3H所示，一第一封装材料24形成于该基板25上并包围住该金属基底20、该些第一结合层21、该些第二结合层21’、该些第一芯片22、该些第二芯片26、该些第一电性连接导线23、该些第二电性连接导线23’以及该些连接元件27，并暴露该金属基底的下表面。

实施例2

本发明实施例2的顶部金属堆叠封装结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，实施例1是该第二封装材料24’形成于该金属基底的该些接收腔室并包覆住该些第一些结合层、该些第一芯片以及该些第一电性连接导线，以及该第一封装材料形成于该基板上并包围住该金属基底、该些第一结合层、该些第二结合层、该些第一芯片、该些第二芯片、该些第一电性连接导线、该些第二电性连接导线以及该些连接元件，并暴露该金属基底的下表面。然而，实施例2是在该金属基底与该基板电性连接之后，该第一封装材料形成于该基板上并包围住该金属基底、该些第一结合层、该些第二结合层、该些第一芯片、该些第二芯片、该些第一电性连接导线、该些第二电性连接导线以及该些连接元件；其中，暴露该金属基底的下表面。即，实施例1包括第一封装材料24及第二封装材料24’，然而，实施例2仅包括第一封装材料24，可使制程简化以降低制造成本。

实施例3

本发明实施例3的顶部金属堆叠封装结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，实施例1的该金属基底的该下表面不具有任何元件，实施例3的该金属基底的该下表面具有散热组件。实施例3的该散热件直接形成于该金属基底的下表面以增进该封装结构的散热。此外，实施例3的散热组件为散热片，且该散热片的材质为铜材质。借助该散热组件将芯片操作时所产生的热发散至其他半导体芯片或金属基底。

实施例4

本发明实施例4的顶部金属堆叠封装结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，实施例1是在基板上形成该第二结合层，实施例4是在基板上形成金属层再形成第二结合层。实施例4的金属层的材质可依据堆叠封装条件或使用者需求而任意变化，该金属层的材质可为镁合金、铝合金、铜合金、铁合金、镁铜合金或其组合。由于金属层的设置使封装结构具有更好的金属屏蔽效果，而不易受到外界磁场的干扰可以提高封装结构的稳定性。

实施例5

请参照图4所示，其是本发明实施例5的顶部金属堆叠封装结构的制造方法的流程图。首先，如步骤401所示，提供包含一上表面及一下表面的金属基底，且多个芯片接收腔室形成于该上表面。其次，如步骤402所示，借助多个第一结合层将多个第一芯片固定于该些芯片接收腔室。再者，如步骤403所示，借助多个第一电性连接导线将第一芯片与该金属基底耦合；以及如步骤404所示，一第二封装材料形成于该金属基底的该些芯片接收腔室，并包覆住该些第一芯片、该些第一结合层及该些第一电性连接导线。此外，如步骤405所示，提供包含一上表面的基板；以及如步骤406所示，借助多个第二结合层将多个第二芯片固定于该基板的该上表面上。接着，如步骤407所示，借助多个第二电性连接导线将该些第二芯片与该基板耦合；如步骤408所示，在该基板的该上表面上形成多个连接元件，且该金属基底的上表面借助连接元件与该基板连接。最终，如步骤409所示，一第一封装材料形成于该基板并包围住该金属基底、该些第一结合层、该些第二结合层、该些第一芯片、该些第二芯片、该些第一电性连接导线、该些第二电性连接导线、该基板及该些连接元件，并暴露该金属基底的下表面。

在本发明的顶部金属堆叠封装结构及制造方法中，借助将该金属基底设置于该第一芯片及第二芯片上端，以提供较佳的金属屏蔽及散热功效，进而提高封装结构的稳定性。本发明的散热组件可直接形成于该金属基底的下表面以加强封装结构的散热效果；再者，可依实际产品特性，可在基板上形成金属层，以提供更好的金属屏蔽效果，而不易受到外界磁场的干扰。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。