一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术：

随着集成电路的高速发展，芯片的集成度越来越高，但芯片的体积越来越小，同时芯片的功率却越来越大，需要从芯片中散出的热量也越来越大。所以如果不能进行有效的散热设计和热管理，就有可能导致芯片或系统由于高温不能正常工作。电子产品发热问题是电子产品设计的重大问题，所以芯片封装的散热尤为重要。

采用传统的散热手段，芯片运行时所产生的热并无法有效地逸散至外界而不断地累积，使得芯片可能会因为过热而导致效能衰减或使用寿命缩短，甚至是损毁，进而影响芯片封装结构的可靠度。因此，如何提升芯片封装结构的散热效率，已成目前亟待解决的课题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法，芯片封装结构中加入了散热功能极好的石墨烯层，使得芯片工作过程中能及时将热量散出，特别是部分芯片热量过高的区域，可以有效的降低芯片的热点值，从而让芯片更稳定的工作。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种带石墨烯层散热的封装结构，它包括焊盘朝下的第一芯片，所述第一塑封料内部设置有复数个第一铜柱和第二铜柱，，所述第一芯片和第一塑封料背面设置有背面第一绿油涂层，所述第一绿油涂层表面设置有背面线路，所述背面线路外围包覆有第二绿油涂层，所述第一芯片正面和第一塑封料正面设置有第一石墨烯层，所述第一铜柱与第一石墨烯层相连接，所述第一石墨烯层上设置有焊盘朝上的第二芯片，所述第二芯片除焊盘区域的表面和侧面均设置有钝化层，所述钝化层表面设置有第二石墨烯层，所述第二石墨烯层向外延伸至第二芯片外围区域，所述第二芯片、钝化层、第二石墨烯层外围以及第一塑封料上表面包封有第二塑封料，所述第二塑封料内部第二芯片焊盘所在位置设置第三铜柱，所述第二塑封料内部第二石墨烯层所在位置设置复数个第四铜柱和第五铜柱，所述第二塑封料内部第二石墨烯层外围区域设置复数个第六铜柱，，所述第二塑封料内部铜柱顶部和第二塑封料部分正面设置有正面线路，所述正面线路外包覆有正面绿油涂层，所述正面绿油涂层表面设置有散热片，所述第二石墨烯层通过正面线路、第四铜柱和第五铜柱与散热片相连接，所述第二绿油涂层在背面线路区域设置有第八开孔，所述第二绿油涂层在第一铜柱所在位置设有散热孔。

优选的，所述正面线路包括第一正面线路与第二正面线路，所述第一正面线路与第二正面线路之间不连接，所述第二石墨烯层通过第一正面线路与散热片相连接。

优选的，所述第二石墨烯层向外延伸部分与第一石墨烯层相连接。

优选的，所述第二铜柱底部与第一芯片焊盘之间通过背面线路电性连接。

优选的，所述第三铜柱和第六铜柱顶部之间通过第二正面线路电性连接。

优选的，所述第二正面线路和背面线路通过第二铜柱、第六铜柱进行电性连接。

优选的，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层至少有两层，相邻两层石墨烯层的开口区和边界呈圆弧形连接。

优选的，所述散热片、背面线路、第一金属铜柱外露的表面设置有金属保护层。

优选的，所述第四铜柱设置于第二芯片上方，所述第五铜柱设置于第二芯片外围。

一种带石墨烯层散热的封装结构的制造方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、取一载板；

步骤二、将第一芯片焊盘朝下贴装到载板上；

步骤三、对载板的上表面进行一次包封，将第一芯片用第一塑封料保护起来；

步骤四、去除载板；

步骤五、在第一芯片的下表面与第一塑封料背面形成第一绿油涂层，第一芯片的焊盘区域不覆盖第一绿油涂层；

步骤六、在在第一芯片外围的第一塑封料部分位置开孔；

步骤七、在开孔位置、第一芯片的焊盘上方和部分第一绿油涂层表面形成背面线路；

步骤八、在背面线路表面涂覆第二绿油涂层，在第二绿油涂层上开孔以暴露部分背面线路和部分铜柱底部；

步骤九、对第一塑封料的上表面进行减薄直至露出第一芯片的上表面；

步骤十、在第一芯片的上表面、部分铜柱上表面以及第一塑封料的部分表面覆盖两层或两层以上第一石墨烯层；

步骤十一、将第二芯片焊盘朝上贴装到第一石墨烯层的上方；

步骤十二、在第二芯片上表面和侧面覆盖钝化层，将第二芯片上表面的焊盘区域露出；

步骤十三、在钝化层的区域覆盖两层或两层以上第二石墨烯层，第二石墨烯层延伸至第二芯片的外围区域，至少部分覆盖在第一石墨烯层上方；

步骤十四、将第二石墨烯层和第二芯片用第二塑封料进行包封；

步骤十五、对第二塑封料的上表面进行减薄；

步骤十六、在第二塑封料的部分位置进行开孔；

步骤十七、在开孔位置和第二塑封料的上方形成正面线路；

步骤十八、在正面线路上方涂覆正面绿油涂层，并开孔暴露部分正面线路；

步骤十九、在暴露的正面线路和正面绿油涂层上方形成散热片；

步骤二十、在散热片表面、暴露的部分铜柱底部以及暴露的部分背面线路进行表面处理，最后切割成单颗产品。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明一种带石墨烯层散热的封装结构及其制造方法，芯片封装结构中加入了散热功能极好的石墨烯层，使得芯片工作过程中能及时将热量散出，特别是部分芯片热量过高的区域，可以有效的降低芯片的热点值，从而让芯片更稳定的工作，提高芯片的封装良率和可靠性。

附图说明

图1～图20为本发明一种带石墨烯层散热的封装结构制造方法的各工序流程示意图。

其中：

载板1

胶层2

第一芯片3

第一塑封料4

第一开孔5

第二开孔6

第一铜柱7

第二铜柱8

第一绿油涂层9

背面线路10

第二绿油涂层11

第一石墨烯层12

第二芯片13

钝化层14

第二石墨烯层15

第二塑封料16

第三开孔17

第四开孔18

第五开孔19

第六开孔20

第三铜柱21

第四铜柱22

第五铜柱23

第六铜柱24

正面线路25

第一正面线路251

第二正面线路252

正面绿油涂层26

第七开孔27

散热片28

第八开孔29

金属保护层30

散热孔31。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图20所示，本实施例中的一种带石墨烯层散热的封装结构，它包括焊盘朝下的第一芯片3，所述第一芯片3外围包封有第一塑封料4，所述第一塑封料4内部设置有复数个第一铜柱7和第二铜柱8，所述第一芯片3和第一塑封料4背面设置有背面第一绿油涂层9，所述第一绿油涂层9表面设置有背面线路10，所述背面线路10外围包覆有第二绿油涂层11，所述第一芯片3正面和第一塑封料4部分正面设置有第一石墨烯层12，所述第一铜柱7与第一石墨烯层12相连接，所述第一石墨烯层12上设置有焊盘朝上的第二芯片13，所述第二芯片13除焊盘区域的表面和侧面均设置有钝化层14，所述钝化层14表面设置有第二石墨烯层15，所述第二石墨烯层15向外延伸至第二芯片13外围区域，所述第二芯片13、钝化层14、第二石墨烯层15外围及第一塑封料4上表面包封有第二塑封料16，所述第二塑封料16内部第二芯片13焊盘所在位置设置第三铜柱21，所述第二塑封料16内部第二石墨烯层15所在位置设置复数个第四铜柱22和第五铜柱23，所述第二塑封料16内部石墨烯层外围区域设置复数个第六铜柱24，所述第二塑封料16内部铜柱顶部和第二塑封料16部分正面设置有正面线路25，所述正面线路25外包覆有正面绿油涂层26，所述正面绿油涂层26表面设置有散热片28，所述第二石墨烯层15通过正面线路25、第四铜柱22和第五铜柱23与散热片28相连接，所述第二绿油涂层11在背面线路10区域设置有第八开孔29，所述第二绿油涂层11在第一铜柱7所在位置设有散热孔31；

所述正面线路25包括第一正面线路251与第二正面线路252，所述第一正面线路251与第二正面线路252之间不连接，所述第二石墨烯层15通过第一正面线路251与散热片28相连接；

所述第二石墨烯层15向外延伸部分与第一石墨烯层12相连接；

所述第二铜柱8底部与第一芯片3焊盘之间通过背面线路10电性连接；

所述第三铜柱21和第六铜柱24顶部之间通过第二正面线路252电性连接；

所述第二正面线路252和背面线路10通过第二铜柱8与第六铜柱24进行电性连接；

所述第一石墨烯层12和第二石墨烯层15至少有两层，相邻两层石墨烯层的开口区和边界呈圆弧形连接；

所述散热片28、背面线路10、第一金属铜柱7外露的表面设置有金属保护层30；

所述第四铜柱22设置于第二芯片16上方，所述第五铜柱23设置于第二芯片13外围。

其制造方法包括以下步骤：

步骤一、参见图1，准备带有一层胶层2的载板1，胶层可为热敏胶；

步骤二、第一芯片贴装

参见图2，将第一芯片3焊盘朝下贴装到载板1预定设计的位置上；

步骤三、一次包封

参见图3，对载板的上表面进行包封，将第一芯片3用第一塑封料4保护起来；

步骤四、去除载板

参见图4，将载板和胶层剥离；

步骤五、背面第一绿油涂层制备

参见图5，在背面涂布一层绿油层，再通过曝光显影方法在第一芯片3的下表面与第一塑封料4背面形成第一绿油涂层9，第一芯片3的焊盘区域不覆盖第一绿油涂层9；

步骤六、一次开孔

参见图6，使用激光工艺在第一芯片3外围第一塑封料4部分位置开孔，形成第一开孔5和第二开孔6；

步骤七、电镀铜柱和背面线路

参见图7，在第一开孔5和第二开孔6的位置通过填充形成第一铜柱7、第二铜柱8，然后在第一芯片3的焊盘上方以及部分第一绿油涂层9表面形成金属性背面线路10,背面线路10实现第一芯片3与第二铜柱8的电性连接；

步骤八、背面涂覆第二绿油涂层

参见图8，在背面线路10表面涂覆第二绿油涂层11，并在第二绿油涂层11内开设第八开孔29以暴露部分背面线路10,在第二绿油涂层11上第一铜柱7所在位置开设散热孔31；

步骤九、一次减薄

参见图9，对第一塑封料4的上表面进行减薄直至露出第一芯片3的上表面；

步骤十、第一石墨烯层图形制造

参见图10，用化学气相沉积的方法在第一芯片3的上表面和第一塑封料4的部分表面覆盖两层或两层以上第一石墨烯层12,第一石墨烯层12连接芯片上表面与第一铜柱7；

步骤十一、第二芯片贴装

参见图11，将第二芯片13焊盘朝上贴装到第一石墨烯层12的上方；

步骤十二、在第二芯片上表面和侧面覆盖钝化层，将第二芯片上表面的焊盘区域露出

参见图12，用化学气相沉积的方法在第二芯片13的上表面和侧面都覆盖一层钝化层14，然后在第二芯片上表面涂一层光刻胶，对其进行曝光显影，需要钝化层的位置保留光刻胶层，用等离子清洗工艺将芯片表面光刻胶层以外区域的钝化层去除，最后去胶液去除剩余的光刻胶；

步骤十三、制备第二石墨烯层

参见图13，用化学气相沉积的方法在第二芯片上表面和侧面覆盖钝化层的区域覆盖两层或两层以上第二石墨烯层15，第二石墨烯层15延伸至第二芯片13的外围区域，至少部分覆盖在第一石墨烯层12上方，第二石墨烯层15不延伸至第二铜柱8上方；

步骤十四、二次包封

参见图14，在第一塑封料4上方进行包封，将第二石墨烯层15和第二芯片13用第二塑封料16保护起来；

步骤十五、二次减薄

参见图15，对第二塑封料16的上表面通过研磨或者化学蚀刻的方式进行减薄；

步骤十六、二次开孔

参见图16，使用激光工艺、等离子清洗工艺在第二塑封料16的部分位置进行打孔，在第二芯片13焊盘对应位置形成第三开孔17,在第二芯片13上方第二石墨烯层15所在位置形成若干个第四开孔18,在第二芯片13外围的第二石墨烯层15上形成若干个第五开孔19，在第二石墨烯层15外围第二铜柱8对应位置形成第六开孔20；

步骤十七、电镀铜柱和正面线路

参见图17，在第三开孔17、第四开孔18、第五开孔19、第六开孔20内进行盲孔电镀形成第三铜柱21、第四铜柱22、第五铜柱23、第六铜柱24，并在形成的铜柱顶面与第二塑封料16的部分表面形成正面线路25，正面线路25包括正面线路251与正面线路252，其中正面线路251与第四铜柱22、第五铜柱23连接，正面线路252实现第三铜柱21与第六铜柱24的电性连接；

步骤十八、在正面线路上方涂覆正面绿油涂层

参见图18，在正面线路25上涂覆、曝光显影、光刻形成一层正面绿油涂层26，并在需要的位置形成第七开孔27以暴露部分正面线路251，与第三铜柱21与第六铜柱24导通的正面线路252上方覆盖正面绿油图层；

步骤十九、制备散热片

参见图19，在第七开孔27内、正面绿油涂层26上方电镀金属形成散热片28，第二石墨烯层15通过第四铜柱22、第五铜柱23与正面线路251连接到散热片28；

步骤二十、表面处理

在散热片28表面、暴露的第一铜柱7表面以及暴露的部分背面线路10进行表面镍钯金处理，最后切割成单颗产品。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。