芯片封装结构的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路领域，更具体地说，涉及一种芯片封装结构。


背景技术：

2.随着集成电路不断的改进、发展，在结构上其体积不断减小；在功能上则不断的提高。而在功能提升的同时，集成电路所需要的晶体管数量越来越多、单个芯片内封装的半导体(即裸晶)也越来越多。对于芯片内半导体热量的处理、散热的工作便成为集成电路与半导体封装制程中十分重要的设计重点。
3.微流道腔为内部设置有一个两端开口的沟道的板层，在现有的散热方式中，微流道腔是一种效率较高的散热技术。通过将微流道腔贴装在芯片表面，并使冷却液从一端开口流入，吸收器件附近的热量之后从另一端开口流出，从而达到器件散热的目的。微流道散热因具有高表面积/体积比、低热阻、低流量等优点，因此是一种有效的散热方式。通常，将用于输送散热冷却液的微流通道设置在电子芯片主要工作区的上方，以适应电子设备体积小的需求。
4.但目前应用于芯片内部的微流道散热结构制备工艺复杂，需使用tsv(through-silicon vias,硅穿孔)工艺制备出通孔，以形成遍布于多个裸晶之间的微流道，该方式不仅增大工艺成本、且工艺制备极为繁琐复杂，不利于封装结构小型化，工业化发展。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述芯片使用微流道散热结构因使用tsv制备通孔而导致工艺复杂、成本较高的问题，提供一种新的芯片封装结构。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种芯片封装结构，包括：
7.微流道模组，所述微流道模组上设有第一凹槽、微流道腔以及多根导电柱；所述第一凹槽位于所述微流道模组的下表面；每一所述导电柱避开所述第一凹槽并贯穿所述微流道模组的上表面和下表面；
8.基板，所述基板上具有第一芯片、多个第一焊盘和多个第二焊盘；所述第一芯片下表面覆盖所述第一焊盘，且所述第一芯片的多个第一焊垫分别与多个所述第一焊盘电连接；所述微流道模组的下表面贴于基板的上表面，所述第一芯片嵌入到所述第一凹槽内，多根所述导电柱的下端分别与多个所述第二焊盘电连接，所述微流道模组的上表面固定有第二芯片，且所述第二芯片的多个第二焊垫分别与多根所述导电柱的上端电连接。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述微流道模组还包括入液口和出液口，且所述微流道腔分别与所述入液口和出液口相连通。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述微流道模组包括呈回字形的散热垫片和呈平板状的散热板，且所述微流道腔位于所述散热板内；
11.所述散热垫片固定在所述基板的上表面并环绕所述第一芯片，所述散热板固定在所述散热垫片及第一芯片的上方，且每一所述导电柱由位于散热垫片内的第一部分和位于
散热板内的第二部分构成。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述芯片封装结构还包括封装体，所述基板、第一芯片、第二芯片、微流道模组通过所述封装体一体封装形成芯片主体，所述入液口和出液口分别突伸到所述封装体外，且所述入液口和出液口上突伸到所述封装体外的部分形成有接头。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述入液口和出液口分别位于所述微流道模组的两个相对的侧表面，所述微流道腔包括至少一条位于所述第一凹槽上方的冷却液通道。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述微流道腔包括一条呈蛇形并位于一平行于所述基板的表面的平面内的冷却液通道。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述入液口与所述微流道模组的下表面相邻设置，所述出液口与所述微流道模组的上表面相邻设置；
16.所述微流道腔包括与入液口相连通的第一缓冲区、与出液口相连通的第二缓冲区以及多条分别垂直于所述基板的上表面的冷却液通道，所述第一缓冲区和第二缓冲区所在的平面分别平行于所述基板的表面，每一冷却液通道的下端与所述第一缓冲区相连通，且每一冷却液通道的上端与第二缓冲区相连通。
17.作为本实用新型的进一步改进，所述第一芯片的上表面具有电磁屏蔽层。
18.作为本实用新型的进一步改进，在所述第一凹槽的底壁与所述电磁屏蔽层之间填充有导热胶。
19.作为本实用新型的进一步改进，所述微流道模组的上表面和下表面上与导电柱相接的位置具有倒角。
20.本实用新型具有以下有益效果：通过设置于微流道模组上的微流道腔对封装在第一凹槽内的第一芯片进行散热，同时微流道腔除了能带走第一芯片的热量，还能通过微流道模组本身的热传导带走一部分导电柱的热量，并且由于微流道模组相对独立，从而在加工微流道腔时无需通过tsv工艺，在简化微流道腔的加工工艺的同时，实现芯片的高效散热。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例提供的芯片封装结构的剖面示意图；
22.图2是本实用新型实施例提供的芯片封装结构中微流道模组的沿平行于上表面方向的剖视图；
23.图3是本实用新型另一实施例提供的芯片封装结构的剖面结构示意图；
24.图4是本实用新型另一实施例提供的芯片封装结构中微流道腔的示意图；
25.图5是本实用新型实施例提供的芯片封装结构中采用垂向的冷却液通道的微流道模组沿垂直于上表面方向的剖面图；
26.图6是本实用新型实施例提供的芯片封装结构中的微流道模组的上表面的局部剖面结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施
例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.如图1所示，是本实用新型实施例提供的芯片封装结构的剖面示意图，该芯片封装结构可应用包括多个裸晶的芯片堆叠封装结构。在本实用新型中，芯片封装结构包括基板11、第一芯片12、第二芯片13、封装体以及微流道模组15，上述基板11、第一芯片12、第二芯片13以及微流道模组15通过封装体一体封装形成芯片主体10。上述第一芯片12和第二芯片13均为可实现特定功能且未经封装的裸晶(die)，其中第一芯片12与基板11键合处设有粘合剂，用于粘合第一芯片，且第一芯片12的长/宽尺寸小于第二芯片13的长/宽尺寸，例如，当芯片封装结构应用于存储装置时，第一芯片12可以为主控芯片，第二芯片13则为存储介质。此外，上述封装体内还可封装有多个被动元件，例如电阻、电容等，这些被动元件可与第一芯片12、第二芯片13共同组成电路，以实现相应功能。当然，在实际应用中，芯片封装结构也可不包括封装体。
29.在本实施例中，微流道模组15的主体可由耐高温的导热绝缘材料构成，例如玻璃、陶瓷、硅基板、导热灌封胶、氧化铝等，这些材料的熔点远大于锡的熔点，从而在第一芯片12和第二芯片13焊接及高频运行时不会影响其内部结构。具体地，微流道模组15的主体可为长方体形，且改长方体形的横截面的尺寸小于基板11的上表面的尺寸并大于第一芯片12的上表面的尺寸。
30.该微流道模组15上设有第一凹槽1501、微流道腔以及多根导电柱154，第一凹槽1501位于微流道模组15的下表面。在微流道模组15内，每一导电柱154避开第一凹槽1501并贯穿微流道模组15的上表面和下表面。例如，结合图2所示，第一凹槽1501可位于微流道模组15的下表面的中央区域，相应地，微流道腔位于第一凹槽1501的正投影区域内，而导电柱154则分散在第一凹槽1501及微流道腔的外围。特别地，导电柱154可垂直于微流道模组15的上、下表面。
31.基板11即为转接基板，用于承载第一芯片12、第二芯片13及被动元件，其主要由基体(具体可以为硬质基体、柔性薄膜基体和共烧陶瓷基体等)和位于基体上的铜箔(其厚度可以在1.5μm-18μm之间)构成，且该基板11上具有多个基板焊盘，至少部分基板焊盘之间通过铜箔电连接。基板11不仅可实现第一芯片12、第二芯片13及被动元件等的固定和热传导，而且可实现第一芯片12、第二芯片13及被动元件之间的电连接。此外，基板11的下表面可设置由第一焊球171，并通过第一焊球171将芯片主体10焊接到电路板，或者组装到连接器后通过第一焊球171与连接器中的弹片电连接。上述基板11、第一芯片12、第二芯片13、被动元件各自的结构属于本领域的习知技术，在此不再赘述。
32.具体地，第一芯片12的表面具有多个第一焊垫(即pad，图中未示出)，第二芯片13的表面具有多个第二焊垫(即pad，图中未示出)，相应地，基板11的上表面具有多个第一焊盘和多个第二焊盘。第一芯片12以下表面覆盖所有第一焊盘且多个第一焊垫分别与多个第一焊盘电连接的方式固定在基板11上，即第一芯片12的第一焊垫与基板11的第一焊盘一一对应电连接，且第一焊垫与第一焊盘之间可通过第二焊球172焊接在一起，或者第一焊垫与第一焊盘通过导电胶粘接在一起。微流道模组15以下表面贴于基板11的上表面的方式固定在基板11上，且第一芯片12嵌入第一凹槽1501，多根导电柱154的下端分别与多个第二焊盘电连接，即导电柱154的下端与基板11的第二焊盘一一对应电连接，且导电柱154的下端与
第二焊盘之间可通过焊球焊接方式固定在一起，或者导电柱154的下端与第二焊盘通过导电胶粘接在一起。第二芯片13固定在微流道模组15的上表面，且该第二芯片13的多个第二焊垫分别与多根导电柱154的上端电连接，即导电柱154的上端与第二芯片13的第二焊垫一一对应电连接，且导电柱154的上端与第二焊垫之间可通过第三焊球173焊接固定在一起，或者导电柱154的上端与第二焊垫通过导电胶粘接在一起。
33.这样，微流道腔可吸收第一凹槽1501内的第一芯片12工作时产生的热量，使得第一芯片12可始终处于适宜的工作温度。同时微流道腔除了能带走第一芯片12的热量，还能通过微流道模组本体的热传导带走一部分导电柱154的热量，并且由于微流道模组15相对独立，在简化微流道腔的加工工艺的同时，实现芯片的高效散热。
34.在本实用新型的一个实施例中，微流道模组15还包括入液口151和出液口152，且由入液口151流入的冷却液可经由微流道腔后从出液口152流出。入液口151和出液口152可分别设于微流道模组15的侧表面，且微流道腔包括至少一条连接在入液口151和出液口152之间的冷却液通道153。
35.当基板11、第一芯片12、第二芯片13以及微流道模组15通过封装体封装一体时，入液口151和出液口152突伸到封装体外，且入液口和出液口上突伸到所述封装体外的部分形成有接头，并通过接头接入到冷却液循环管路内。
36.当芯片主体10通过入液口151和出液口152连接到冷却液循环管路(该冷却液循环管路中设有水泵等提供压力的装置)后，由入液口151流入的冷却液可流入到由冷却液通道153构成的微流道腔，并吸收由第一芯片12及第二芯片13工作时产生的热量后，从出液口152流出，从而实现第一芯片12及第二芯片13的散热。
37.结合图3所示，在本实用新型的另一实施例中，微流道模组15可包括横截面呈回字形的散热垫片1502和呈平板状的散热板1503，其中散热垫片1502的高度与第一芯片12的高度相适配，且入液口151、出液口152、微流道腔均位于散热板1503。在封装体内，散热垫片1502固定在基板11的上表面并环绕第一芯片12，散热板1503则固定在散热垫片1502及第一芯片12的上方，且每一导电柱154由位于散热垫片1502内的第一部分和位于散热板1503内的第二部分构成。该微流道模组15减少了第一凹槽1501在工艺上的制备难度，另一方面可更替多种不同尺寸或类型的芯片封装，即可根据不同裸晶尺寸更换不同尺寸的散热垫片1502，而散热垫片1502上方的散热板1503则只需较少的尺寸型号。并且在该结构中，散热垫片1502也可在一定程度上吸收热量，再由散热板1503内的微流道腔带走通过热传导传递至散热垫片1502的热量，从而进一步提高散热性能。
38.在本实用新型的一个实施例中，上述入液口151和出液口152分别位于微流道模组15的两个相对的侧表面。即冷却液从其中一个侧表面流入，再从另一个侧表面流出，一方面可以简化微流道腔，另一方面可以使得冷却液通道较短，利于冷却液快速流经微流道模组15，提高散热效率。优选地，上述微流道模组15中的微流道腔包括多条分别平行于基板11的表面的冷却液通道153，每一冷却液通道153的两端分别与入液口151和出液口152相连通。具体地，微流道模组15的微流道腔部分可由至少两个层板构成，相邻的层板中至少一个层板的表面具有通槽，在多个层板叠合后，由层板表面的通槽形成冷却液通道153。上述两个层板及层板表面的通槽可通过注塑方式形成，从而可大大简化微流道腔的加工。
39.结合图4所示，上述微流道模组15中的微流道腔还可包括一条呈蛇形并位于一平
行于基板11的平面内的冷却液通道153。此时，微流道模组15的微流道腔部分可由两个分别平行于基板11的上表面的层板构成，且至少一个层板的表面具有蛇形槽，在两个层板相叠后即形成冷却液通道153。特别地，为提高第一芯片12的散热效率，冷却液通道153可与第一凹槽1501的底部相邻设置。
40.由于从入液口151在流经冷却液通道153时不断吸收热量，因此导致冷却液到达冷却液通道153后端时温度相对较高，从而影响后端的吸热效率，并使得第一芯片12、第二芯片13散热不均。为此，可使得入液口151与微流道模组15的下表面相邻设置，出液口152则与微流道模组15的上表面相邻设置，即入液口151和出液口152位于微流道模组15的不同高度位置。相应地，微流道腔包括与入液口151相连通的第一缓冲区156、与出液口152相连通的第二缓冲区155以及多条分别垂直于基板11的表面的冷却液通道153，上述第一缓冲区156和第二缓冲区155所在的平面分别平行于基板11，且第一缓冲区156与第一凹槽1501的底壁相邻，第二缓冲区155则与微流道模组15的上表面相邻，这样，当封装完成后，第一缓冲区156与第一芯片12的上表面相邻，第二缓冲区155则与第二芯片13的下表面相邻。每一冷却液通道153的下端与第一缓冲区156相连通，且每一冷却液通道153的上端与第二缓冲区155相连通。这样，由入液口151流入的冷却液首先进入到第一缓冲区156，并吸收由第一芯片12发出的热量后经冷却液通道153进入到第二缓冲区155，冷却液在第二缓冲区155吸收第二芯片13发出的热量后从出液口152流出。由于第一缓冲区156和第二缓冲区155内冷却液的流动阻力相对较小，因此可使得第一缓冲区156和第二缓冲区155内的冷却液的温度相对均匀，可在一定程度上解决第一芯片12、第二芯片13散热不均的问题。
41.相应地，当微通道结构包括垂直于基板11的表面的冷却液通道153时，微流道模组15包括底部构件1504、中间构件1505和顶部构件1506，其中底部构件1504的上表面具有第二凹槽，顶部构件1506的下表面具有第三凹槽，中间构件1505上具有多个贯穿上表面和下表面的通孔；并且，中间构件1505的下表面与底部构件1504的上表面密封连接、中间构件1505的上表面与和顶部构件1506的下表面密封连接，并由第二凹槽与中间构件1505的下表面围合形成第一缓冲区156，由第三凹槽与中间构件的上表面围合形成第二缓冲区155，以及由通孔构成冷却液通道153，即微流道模组15由底部构件1504、中间构件1505和顶部构件1506三个部分相叠而成。相应地，多根导电柱154分别贯穿底部构件1504、中间构件1505和顶部构件1506。通过上述结构，可简化微流道模组15的加工工艺，例如底部构件1504、中间构件1505和顶部构件1506可分别加工成型，导电柱154则可在三个部分相叠后再植入。
42.优选地，为避免第一芯片12与第二芯片13同时高频率运行时存在频射干扰的情况，可在第一芯片12的上表面设置电磁屏蔽层16。该电磁屏蔽层16可采用喷涂、贴附或沉积等方式形成于第一芯片12的上表面。
43.此外，为提高微流道模组对第一芯片12的散热效率，可在第一凹槽1501的底壁与电磁屏蔽层16之间填充导热胶。类似地，可在微流道模组15的上表面与第二芯片13的下表面之间填充导热胶，以提高微流道模组15对第二芯片13的散热效率。
44.在本实用新型的一个实施例中，结合图6所示，在微流道模组15的上表面上与导电柱154的上端相接的位置具有倒角，该倒角可增大第三焊球173与导电柱154的接触面积，从而增加焊接稳定性。类似地，在微流道模组15的上表面上与导电柱154的底端相接的位置同样可设置倒角。
45.上述芯片封装结构中，微流道腔工艺制备简单，可以有效带走芯片高频运作产生的热量，同时微流道腔既能带走第一芯片12和第二芯片13的热量，还能同时带走导电柱154产生的热量，大幅度提高散热效率。
46.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。