CN117855168B - 一种高功率mcm芯片封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种高功率MCM芯片封装结构及其制备方法，其中一种高功率MCM芯片封装结构中包括壳体、晶粒、重布线层和支撑板，在重布线层的作用下，将多个晶粒上的第一触点传导至壳体外侧，便于对晶粒进行连接。晶粒在工作时发出的热量能够加热微孔格栅，微孔格栅内的冷却液能够蒸发并脱离微孔格栅，并逐渐在蒸发腔内扩散，在冷却液蒸发的过程中能够吸收热量，蒸发后的冷却液在蒸发腔扩散时出现冷凝现象，同时冷凝后的冷却液再次被微孔格栅吸附，冷凝是放热的过程，在冷却液的作用下，将晶粒发出的热量扩散至整个蒸发腔，更加便于晶粒进行散热，多个晶粒构成的芯片散热效果提升。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种高功率MCM芯片封装结构及其制备方法。
背景技术
芯片封装主要是在半导体制造的后道制程中完成的，即利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过塑性绝缘介质灌封固定，构成整体主体结构的工艺，芯片封装最基本的功能是保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响），制造完成的芯片如附图1所示。在芯片封装制造完成之后需要考虑芯片在工作过程中散热的问题，在常规的设置中，在芯片外侧加装独立的散热机构，由于芯片内部有好多层状结构，发热源将需要穿过多层结构后传递至散热机构上，由于任何材料都有热阻，因此导致发热源在散热过程中的散热效率降低，从而影响芯片正常工作。
发明内容
本发明提供一种高功率MCM芯片封装结构及其制备方法，以解决现有的芯片散热效率低的问题。
本发明的一种高功率MCM芯片封装结构及其制备方法采用如下技术方案：
一种高功率MCM芯片封装结构，包括壳体、晶粒、重布线层和支撑板。
壳体内部具有安装腔；晶粒设置有多个，多个晶粒均设置于安装腔内，且多个晶粒固定设置于同一平面内，每个晶粒均具有第一表面和第二表面；每个晶粒的第一表面上均设置有第一触点；重布线层用于将多个晶粒上的第一触点传导至壳体外侧；支撑板设置有多个，多个支撑板均连接于重布线层上，每个晶粒的第二表面上均设置有微孔格栅，微孔格栅上设置有冷却液；每个支撑板的厚度大于微孔格栅与重布线层之间的距离；壳体内侧壁与微孔格栅之间形成蒸发腔，冷却液在受热时能够蒸发并脱离微孔格栅，并在蒸发腔内扩散。
进一步地，蒸发腔内始终处于低压环境。
进一步地，每个晶粒除第二表面的所有表面上均涂覆有钝化层，钝化层上设置有多个第一缺口，每个第一缺口与第一触点连通。
进一步地，重布线层包括多个布线板和多个锡球；多个锡球在壳体外表面的一个侧壁上阵列排布；布线板为导电材质，每个布线板连接一个晶粒的第一触点与一个锡球。
进一步地，支撑板的材质与布线板的材质相同，壳体内部设置有挡板，挡板能够阻碍支撑板与钝化层接触。
进一步地，多个支撑板设置于壳体内部靠近壳体周向边缘的位置。
进一步地，壳体上设置多个接触焊垫，每个接触焊垫与一个布线板导通，锡球设置在接触焊垫上。
进一步地，支撑板与布线板均能够导热。
进一步地，壳体为绝缘材质。
一种高功率MCM芯片封装结构的制备方法，用于制备上述任意一项所述的高功率MCM芯片封装结构，包括以下步骤：
S100：清洗晶粒；
S200：在晶粒各个表面涂覆介电层，并固化介电层；
S300：在晶粒第一表面上的介电层外侧涂覆光刻胶；
S400：使用光刻技术在光刻胶上开孔，确定出晶粒的第一触点；
S500：在光刻胶的开孔处设置重布线层，并将重布线层与第一触点连接；
S600：将支撑板连接在重布线层，并设置出蒸发腔；
S700：将微孔格栅设置在晶粒的第二表面。
本发明的有益效果是：本发明的一种高功率MCM芯片封装结构及其制备方法，其中高功率MCM芯片封装结构中包括壳体、晶粒、重布线层和支撑板，将多个晶粒固定设置在同一平面内，且多个晶粒均设置在安装腔内，将每个晶粒的第一表面上设置一个第一触点，将晶粒的第二表面上设置微孔格栅，其中第一触点用于晶粒输入或输出信号，在重布线层的作用下，将多个晶粒上的第一触点传导至壳体外侧，便于对晶粒进行连接。晶粒在工作时发出的热量能够加热微孔格栅，微孔格栅内的冷却液能够蒸发并脱离微孔格栅，在支撑板的作用下，微孔格栅与壳体内侧壁之间形成蒸发腔，在微孔格栅内的冷却液蒸发后进入蒸发腔内，并逐渐在蒸发腔内扩散，在冷却液蒸发的过程中能够吸收热量，蒸发后的冷却液在蒸发腔扩散时出现冷凝现象，同时冷凝后的冷却液再次被微孔格栅吸附，冷凝是放热的过程，在冷却液的作用下，将晶粒发出的热量扩散至整个蒸发腔，更加便于晶粒进行散热，多个晶粒构成的芯片散热效果提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的芯片封装结构图；
图2为本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构的原理图；
图3为本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构的剖视图；
图4为本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构中微孔格栅、锡球、支撑板等结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构中隐去壳体后的仰视图；
图6为本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构中的仰视图；
图7为图6中A-A方向的剖视图；
图8为图7中B处的局部放大图；
图9为本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构中隐去部分壳体后的俯视图。
图中：110、壳体；120、封堵板；130、晶粒；131、第一触点；140、微孔格栅；150、支撑板；160、蒸发腔；170、钝化层；180、布线板；190、锡球；210、接触焊垫。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图2至图9所示，本发明实施例提供的一种高功率MCM芯片封装结构，包括壳体110、晶粒130、重布线层和支撑板150。
壳体110外形略呈方形板状，壳体110内部中空，壳体110内部中空的腔室为安装腔，壳体110具有面积相对较大的上表面和下表面，如图2所示，处于上方的为壳体110的上表面，处于下方的为壳体110的下表面，壳体110的上表面与下表面相对设置，壳体110的上表面上设置有开口朝上的安装口，壳体110上设置有封堵板120，封堵板120能够对壳体110的安装口进行封堵。在进一步的设置中，壳体110能够分为多个矩阵单元，多个矩阵单元固定连接，多个矩阵单元共同构成壳体110。
晶粒130设置有多个，多个晶粒130均设置于安装腔内，且多个晶粒130固定设置于同一平面内，多个晶粒130所在的同一平面与壳体110的上表面或下表面平行。在进一步的设置中，每个矩阵单元内设置一个晶粒130，附图2所示的结构为一个矩阵单元和一个晶粒130。每个晶粒130均具有第一表面和第二表面，其中第一表面与第二表面处于相对的两个面，第一表面与第二表面为晶粒130面积最大的两个外表面。在本实施例中，设置晶粒130的第一表面靠近壳体110的下表面，晶粒130的第二表面靠近壳体110的上表面。每个晶粒130的第一表面上均设置有第一触点131，第一触点131用于晶粒130输入或输出信号。每个晶粒130的第二表面上均设置有微孔格栅140，微孔格栅140上设置有微孔毛细结构，微孔格栅140能够吸附液体，微孔格栅140的微孔毛细结构内设置有冷却液，冷却液在受热时能够蒸发并脱离微孔格栅140，在晶粒130工作时，晶粒130会产生热量，不同晶粒130之间的发热量不同，即每个晶粒130的第二表面上设置的微孔格栅140中蒸发出的冷却液量不同。
重布线层用于将多个晶粒130上的第一触点131传导至壳体110外侧；若多个晶粒130之间需要进行连接时，在重布线层的作用下，将需要连接的晶粒130进行连接，在重布线层的作用下，将第一触点131引导至壳体110外侧，在实际使用时，直接将壳体110安装在相应位置即可，提高使用的便捷性。
支撑板150设置有多个，多个支撑板150均连接于重布线层上，每个支撑板150的厚度大于微孔格栅140与重布线层之间的距离，壳体110内侧壁与微孔格栅140之间形成蒸发腔160，在具体的设置中，微孔格栅140距离壳体110内侧壁具有一定间隙，在封堵板120对壳体110上的安装口进行封堵时，封堵板120侧壁抵接多个支撑板150，封堵板120与微孔格栅140之间具有一定距离，在封堵板120对壳体110的安装口封堵后，封堵板120与微孔格栅140之间构成蒸发腔160，晶粒130工作时产生的热量作用在微孔格栅140上，微孔格栅140内存留的冷却液发生蒸发，在蒸发的过程中吸收热量，同时蒸发的冷却液存留在蒸发腔160内，并在蒸发腔160内扩散，在蒸发腔160内扩散的过程中冷却液出现冷凝现象，冷凝是放热的过程，冷凝后的冷却液再次被微孔格栅140吸附，在冷却液的作用下，晶粒130发出的热量扩散至整个蒸发腔160。
本发明的一种高功率MCM芯片封装结构，将多个晶粒130固定设置在同一平面内，且多个晶粒130均设置在安装腔内，将每个晶粒130的第一表面上设置一个第一触点131，将晶粒130的第二表面上设置微孔格栅140，其中第一触点131用于晶粒130输入或输出信号，在重布线层的作用下，将多个晶粒130上的第一触点131传导至壳体110外侧，便于对晶粒130进行连接。晶粒130在工作时发出的热量能够加热微孔格栅140，微孔格栅140内的冷却液能够蒸发并脱离微孔格栅140，在支撑板150的作用下，微孔格栅140与壳体110内侧壁之间形成蒸发腔160，在微孔格栅140内的冷却液蒸发后进入蒸发腔160内，并逐渐在蒸发腔160内扩散，在冷却液蒸发的过程中能够吸收热量，蒸发后的冷却液在蒸发腔160扩散时出现冷凝现象，同时冷凝后的冷却液再次被微孔格栅140吸附，冷凝是放热的过程，在冷却液的作用下，将晶粒130发出的热量扩散至整个蒸发腔160，更加便于晶粒130进行散热，多个晶粒130构成的芯片散热效果提升。
在其中一个实施例中，蒸发腔160内始终处于低压环境。在具体的设置中，在封堵板120封堵安装口时，将壳体110放置在一个负压环境中，确保安装腔内处于低压环境。在安装腔内处于低压环境时，微孔格栅140上的冷却液蒸发温度降低，确保晶粒130发热的温度能够将冷却液蒸发，进而确保冷却液能够对晶粒130进行降温。
在其中一个实施例中，每个晶粒130除第二表面的所有表面上均涂覆有钝化层170，钝化层170上设置有多个第一缺口，每个第一缺口与第一触点131连通，晶粒130表面的钝化层170能够对晶粒130起到保护作用，防止相邻两个晶粒130之间相互导通，确保每个晶粒130均能够稳定且独立运行。
在其中一个实施例中，重布线层包括多个布线板180和多个锡球190；多个锡球190在壳体110外表面，多个锡球190均处于壳体110的下表面，多个锡球190在壳体110的下表面阵列排布。布线板180为导电材质，每个布线板180连接一个晶粒130的第一触点131与一个锡球190，在布线板180的作用下，每个晶粒130的第一触点131与一个锡球190导通，任意两个相邻锡球190之间的距离大于两个相邻晶粒130之间的距离，从而将晶粒130的第一触点131的位置进行调整，提高芯片连接其他电子元件的便捷性。
在其中一个实施例中，支撑板150的材质与布线板180的材质相同，支撑板150与布线板180均能够导热。在布线板180与晶粒130的第一触点131接触时，晶粒130产生的热量能够传递至布线板180上，此时设置支撑板150与布线板180的材质相同能够便于布线板180上的热量传递到支撑板150上，由于支撑板150具有一定的厚度，则支撑板150能够对布线板180上的热量进行有效散热，进一步提高对晶粒130的散热效率。壳体110内部设置有挡板，挡板能够阻碍支撑板150与钝化层170接触，挡板能够防止支撑板150上的热量再次作用在晶粒130上，从而防止降低对晶粒130的散热效果。
在其中一个实施例中，多个支撑板150设置于壳体110内部靠近壳体110周向边缘的位置。在具体的设置中，通过将多个支撑板150设置在安装腔靠近壳体110周向边缘的位置，能够确保蒸发腔160处于相互连通的环境，确保在蒸发腔160内流动的冷却液蒸汽不会受到支撑板150的阻碍。
在其中一个实施例中，壳体110上设置多个接触焊垫210，每个接触焊垫210均贯穿壳体110的下表面，每个接触焊垫210与一个布线板180导电连接，锡球190设置在接触焊垫210上。锡球190能够稳定的停留在接触焊垫210上，通过设置接触焊垫210能够提高锡球190在壳体110上分布的精准度。
在其中一个实施例中，壳体110为绝缘材质，壳体110设置为塑胶材质，在晶粒130设置在安装腔内后，壳体110的材质能够防止不应连通晶粒130发生连通，进而提高晶粒130运行过程中的安全性。
在其中一个实施例中，布线板180与支撑板150均为金属铜材质。
在其中一个实施例中，冷却液为纯净的水。
一种高功率MCM芯片封装结构的制备方法，用于制备上述任意一项所述的高功率MCM芯片封装结构，包括以下步骤：
S100：清洗晶粒130；通过清洗晶粒130能够防止在制造晶粒130时晶粒130表面残留有其他物质，其中清理晶粒130的主要方式为超声波清洗。
S200：在晶粒130各个表面涂覆介电层，并固化介电层；介电层的作用是为了隔绝上下层的导电，其中介电层的厚度一般设置为4-7微米之间。
S300：在晶粒130第一表面上的介电层外侧涂覆光刻胶，为后续光刻晶粒130的第一表面做准备。
S400：使用光刻技术在光刻胶上开孔，确定出晶粒130的第一触点131；其中光刻技术主要有对准、曝光、显影等步骤，在使用光刻技术在光刻胶上开孔时突破介电层，从而暴露出晶粒130的第一触点131。
S500：在光刻胶的开孔处设置重布线层，并将重布线层与第一触点131连接；
S600：将微孔格栅140设置在晶粒130的第二表面；
S700：将支撑板150连接在重布线层，并设置出蒸发腔160。
在步骤S500之中包括：
S510：剥离掉光刻胶；
S520：在晶粒130的第一表面上喷涂钛铜种子层，其中种子层的厚度一般不超过2微米。
S530：再次在钛铜种子层表面喷涂光刻胶；
S540：通过曝光显影等来定义金属层结构，并清洗掉第一触点131位置的光刻胶；
S550：在光刻胶的开口处进行电镀铜，从而形成布线板180；
S560：剥离掉所有光刻胶，并将多余的钛铜种子层蚀刻掉；
S570：重复执行步骤S200、S300、S400、S510、S520、S530、S540、S550和S560一次，制造出接触焊垫210；
S580：在接触焊垫210上焊接一个锡球190。
在步骤S600之中包括：
S610：将步骤S580后的晶粒130反转，在晶粒130的第二表面上安装一个微孔格栅140；
S620：向微孔格栅140内注入纯净的水。
在步骤S700之中包括：
S710：将步骤S610后，在布线板180上喷涂光刻胶；
S720：通过曝光显影等来定义金属层结构，并使用光刻技术在光刻胶上开孔；
S730：在光刻胶的开口处进行电镀铜，从而形成支撑板150；
S740：在支撑板150的各个表面涂覆介电层，并固化介电层；
S750：使用介电层材料制造一个封堵盖；
S750：将晶粒130整体放置在低压环境中，使用封堵盖对支撑板150围成的空腔进行封堵，并使用密封胶进行密封。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高功率MCM芯片封装结构，其特征在于，包括：
壳体，壳体内部具有安装腔；
晶粒，晶粒设置有多个，多个晶粒均设置于安装腔内，且多个晶粒固定设置于同一平面内，每个晶粒均具有第一表面和第二表面；每个晶粒的第一表面上均设置有第一触点；
重布线层，重布线层用于将多个晶粒上的第一触点传导至壳体外侧；
支撑板，支撑板设置有多个，多个支撑板均连接于重布线层上，每个晶粒的第二表面上均设置有微孔格栅，微孔格栅上设置有冷却液；每个支撑板的厚度大于微孔格栅与重布线层之间的距离；壳体内侧壁与微孔格栅之间形成蒸发腔，冷却液在受热时能够蒸发并脱离微孔格栅，并在蒸发腔内扩散；多个支撑板设置于壳体内部靠近壳体周向边缘的位置。
2.根据权利要求1所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：蒸发腔内始终处于低压环境。
3.根据权利要求1所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：每个晶粒除第二表面的所有表面上均涂覆有钝化层，钝化层上设置有多个第一缺口，每个第一缺口与第一触点连通。
4.根据权利要求3所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：重布线层包括多个布线板和多个锡球；多个锡球在壳体外表面的一个侧壁上阵列排布；布线板为导电材质，每个布线板连接一个晶粒的第一触点与一个锡球。
5.根据权利要求4所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：支撑板的材质与布线板的材质相同，壳体内部设置有挡板，挡板能够阻碍支撑板与钝化层接触。
6.根据权利要求5所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：壳体上设置多个接触焊垫，每个接触焊垫与一个布线板导通，锡球设置在接触焊垫上。
7.根据权利要求6所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：支撑板与布线板均能够导热。
8.根据权利要求1所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于：壳体为绝缘材质。
9.一种高功率MCM芯片封装结构的制备方法，用于制备权利要求1-8中任意一项所述的高功率MCM芯片封装结构，其特征在于，包括以下步骤：
S100：清洗晶粒；
S200：在晶粒各个表面涂覆介电层，并固化介电层；
S300：在晶粒第一表面上的介电层外侧涂覆光刻胶；
S400：使用光刻技术在光刻胶上开孔，确定出晶粒的第一触点；
S500：在光刻胶的开孔处设置重布线层，并将重布线层与第一触点连接；
S600：将支撑板连接在重布线层，并设置出蒸发腔；
S700：将微孔格栅设置在晶粒的第二表面。
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