[发明专利]带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法

说明书

一种带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法，该结构包括：陶瓷基板，其正面和背面均覆有金属层，在金属层中制作有布线，并在金属层中开设有对应埋入芯片的金属键合区；大尺寸芯片和若干小尺寸芯片，共同形成埋入芯片，其键合于陶瓷基板的对应金属键合区中；塑封结构，封装于埋入芯片的周围；散热结构，键合于陶瓷基板的背面；多层再布线层，位于塑封结构上表面，与埋入芯片以及陶瓷基板中的布线电气连接，其上表面具有多个表面焊盘，非焊盘区域覆有绝缘材料；以及多个元器件，贴装于多层再布线层的表面焊盘上，形成系统级封装。在避免虚焊问题的同时还具有良好的散热性，并具有高密度集成、能够降低信号传输路径、以及减小传输损耗等优点。

技术领域

本公开属于芯片封装技术领域，涉及一种带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法，特别是一种多芯片埋入的带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法，该带有散热结构的系统封装板卡结构形成一系统封装板卡，能够直接插在主板上使用。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，片上系统(SOC，System on a chip)技术得到空前发展，SOC芯片上集成了越来越多的晶体管，功能越来越强大，由于晶体管数量的增加，SOC芯片尺寸越来越大，常规1厘米×1厘米～2厘米×2厘米的SOC芯片已经无法满足要求了，目前已经发展到3-4厘米见方的芯片，未来将达到并突破5厘米×5厘米。对于大尺寸芯片的封装，在封装技术上存在非常大的困难。

首先，为满足芯片性能要求，减少芯片信号传输的损耗，大尺寸芯片封装无法采用引线键合方式进行封装，芯片只有可能采用倒装焊接的方法。大尺寸的倒装焊具和芯片倒装键合加工制造非常困难。贴片吸头安装好后必须控制芯片键合面与基板平行；如果芯片在焊接过程中存在微小倾斜，即使很小的倾角也会使得在芯片一边与基板接触后另一边与基板之间产生较大的距离，这个距离会导致虚焊，甚至部分焊球完全无法焊接到基板上。比如，芯片大小为30mm×30mm，如果芯片与键合的基板间有1°的倾角，在芯片中，先与基板键合的一边会比另一边低0.52mm，如果芯片植球尺寸＜500微米，那么会有大量的焊球无法键合，形成虚焊漏焊。基板在贴片过程中，不能有翘曲，翘曲也会导致虚焊甚至部分焊球无法焊接。常规的贴片+回流工艺，在回流过程中，基板从低温向高温区传送过程中，由于基板的震动和受热不均匀，大尺寸的基板微小的翘曲变形，都会导致大尺寸芯片对角线上一端产生毫米级的翘起，焊球通常只有几百微米直径，因此，会产生大量焊球虚焊甚至大量焊球无焊接。同样，如果采用原位贴片回流焊接，由于加热是通过吸头和基板平台加热，基板上下表面温度分布非常不均匀，导致基板仍然翘曲，同样虚焊无法避免。因此，大尺寸芯片封装极其困难。

其次，大尺寸芯片的散热是个重要的课题，大尺寸芯片工作过程中散热是大尺寸芯片封装的一个重要问题，常规封装在芯片背面贴散热片，对于大尺寸封装，具有更高的散热要求，仅靠单面的散热片无法满足散热要求。

因此，还有如下技术问题亟待解决：大尺寸芯片利用现有的倒装焊接技术进行封装，会产生虚焊，无法达到封装要求；常规在芯片背面贴散热片的散热方式无法满足大尺寸芯片的散热要求；独立的大尺寸芯片封装占据太大的空间，导致带有大尺寸芯片封装的系统体积过大，不利于信号的传输和数据的处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种带有散热结构的系统封装板卡结构及其制作方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种带有散热结构的系统封装板卡结构，包括：陶瓷基板1，其正面和背面均覆有金属层14，17，在金属层中制作有布线15，16，并在金属层中开设有对应埋入芯片6的金属键合区；大尺寸芯片5和若干小尺寸芯片，共同形成该埋入芯片6，其键合于陶瓷基板1的对应金属键合区中；塑封结构2，封装于该大尺寸芯片5和若干小尺寸芯片的周围；散热结构9，键合于陶瓷基板1的背面。