[发明专利]一种用于重分布封装芯片的散热结构

说明书

技术领域

本发明属于芯片封装技术领域，涉及芯片重分布封装技术。

背景技术

当前芯片封装正朝着精密和微型化方向发展。近年来经过不断的研究，飞思卡尔公司推出的重分布封装技术(redistributed chip packaging,RCP)已经进入试产阶段，它以重分布层代替了传统封装方法的PCB基板，与传统的球栅阵列封装技术(Ball Grid Array Package,BGA)相比，其封装面积和厚度都减少了30％左右。然而，随着集成密度的大幅提高，芯片的散热问题已经成为制约RCP封装技术发展的瓶颈，温度过高不但会造成半导体器件的损毁，也会导致元器件的工作性能及可靠性降低。相关数据显示，50％以上的电子元器件失效是由其本身的热问题造成的。面对日益严峻的散热问题，找到从芯片封装级和基板级再到系统级的综合解决方案是非常重要的。如果在芯片的封装级就开始考虑散热设计，不但效果显著而且成本也较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种散热结构，以提高重分布封装芯片的散热性能。本发明的技术方案如下：

一种用于重分布封装芯片的散热结构，其所适用的重分布封装芯片从上部至底部依次包括塑封层(1)、裸片(2)、重分布层(3)，在芯片底部的重分布层(3)的表面排布有多圈焊球(4)，焊球(4)用于将重分布封装芯片与电路板(5)相连，其特征在于，所述的散热结构包括导热层、连接柱和连接盘，在芯片底部靠中部未植入焊球(4)的位置覆盖有导热层，在导热层下方固定有连接柱，在电路板(5)上预留有允许连接柱穿过的孔洞，所述的连接盘扣在电路板(5)的下方并与连接柱相连。

作为优选实施方式，所述的导热层为铜膜(6)，所述的连接柱为铜柱(7)，所述的连接盘为铜盘(8)。

本发明提供的重分布封装芯片散热结构，保证芯片在工作中产生的热量可以有效的向下方传导，增加系统的热传导通道，增强芯片封装体向下的热传输系数，从而显著地降低芯片工作时的峰值温度，提高芯片工作的温度特性，减少由于热力耦合所导致的芯片变形，从而提高电子器件工作的可靠性。

附图说明

图1本发明中涉及到的一种新型的芯片封装技术——RCP芯片结构示意图。

图2本发明的提出的一种针对重分布封装的散热设计结构示意图。

图3加装本发明散热结构后的重分布封装芯片示意图。

图4(a)风速1m/s时，RCP模型中心处温度剖面图(未添加散热结构)；(b)风速1m/s时，芯片中心处温度剖面图(添加散热结构)。

图5不同风速条件下，加散热结构前后封装体系统热阻变化。

附图标记说明如下：1RCP封装塑封材料，2裸片，3重分布层，4焊球，5PCB基板，6连接芯片底部的铜膜，7铜柱，8用于扣住PCB的铜盖，9RCP芯片，10散热结构。 

具体实施方式

飞思卡尔公司的RCP芯片结构如附图1所示，其结构从上到下包括塑封材料1、裸片2(硅片)、重分布层3(金属化的介质层)和在芯片底部排布5圈的焊球4(锡银铜无铅焊料)。其中，塑封材料1将裸片2包裹在内，而其下方的重分布层3与裸片2直接接触并完成电源及信号线的重分布功能，焊球4通过焊点焊接于重分布层3的下方，并连接PCB基板5。

参见图2，本发明提出的针对RCP封装的散热结构10包括一个溅镀在芯片底部的正方形铜薄膜6、连接底部铜盖的铜柱7和用于扣在PCB板背部的铜盖8。正方形铜膜6的尺寸为1.95×1.95×0.2mm³，其大小保证其“镶嵌”在RCP封装圈状排布的焊球中心部位；在铜膜6的下方，是一根半径0.3mm，高0.56mm的铜柱7；最后是一片半径2mm，厚0.2mm并且中心镂空的的铜盖8。当芯片9焊接在PCB板上后，铜柱7穿过PCB板上预留的孔洞伸出大约0.2mm的长度，使用铜盖8扣住伸出的铜柱7，使用粘性硅胶实现有效的键合和粘结。整个结构使用的铜材具有便于加工，成本较低的特点。

在RCP封装结构中，将该散热结构10置于芯片9底部未植入焊球的空白部分，以铜盖8扣住PCB基板，以铜柱7实现铜盖8和芯片底部铜膜6的互连，如图3所示。