一種用于混合封裝的bga芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于該封裝包括有機(jī)基板，在有機(jī)基板的上部中心設(shè)有與BGA芯片匹配的安裝腔體，安裝腔體為棱臺(tái)狀，至少一個(gè)側(cè)面為等腰梯形斜面，等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角為105-130°，BGA芯片放入安裝腔體后，至少一個(gè)側(cè)面留有塑封料流入口，安裝腔體的深度為有機(jī)基板厚度的1/6-1/2，安裝腔體底面設(shè)有半球形凹槽，半球形凹槽的尺寸規(guī)格及數(shù)量與BGA芯片的BGA焊球的尺寸規(guī)格及數(shù)量相匹配，且半球形凹槽的內(nèi)表面鍍有金屬層；所述有機(jī)基板的底面每平方厘米均布設(shè)有4-6個(gè)用于抽真空的通孔。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)，具體涉及一種用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊 接封裝。

【背景技術(shù)】
[0002] 系統(tǒng)級(jí)封裝（SystemlnaPackage，簡(jiǎn)稱(chēng)SiP)主要是通過(guò)3D封裝技術(shù)將具有完整系 統(tǒng)功能的多種芯片原片放入在一個(gè)芯片封裝之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的集成和體積、重量的降 低，是芯片設(shè)計(jì)技術(shù)、3D封裝技術(shù)、基板、管殼設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)等多種先進(jìn)設(shè)計(jì)及加工技 術(shù)高度交叉融合的產(chǎn)物。在SiP中可以利用芯片、裸芯片、無(wú)源器件等進(jìn)行混合封裝，實(shí)現(xiàn) 更多的系統(tǒng)功能、具有更加靈活、成本低等特點(diǎn)。
[0003] 混合封裝發(fā)展已經(jīng)有了多年的歷史，從最早的組件級(jí)產(chǎn)品到目前的系統(tǒng)芯片都可 以看到混合封裝技術(shù)的應(yīng)用。但是，早期混合封裝主要是利用厚薄膜集成電路制造工藝，在 陶瓷基板或PCB板上實(shí)現(xiàn)有源器件、無(wú)源器件等器件的集成。隨著技術(shù)的發(fā)展，采用裸芯片 的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP)技術(shù)目前成為主流。而采用芯片和裸芯片進(jìn)行混合封裝的嘗試也在不 斷進(jìn)行。但由于工藝水平的限制和相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套分工等問(wèn)題，采用芯片和裸芯片進(jìn)行混合 封裝的嘗試和成功的產(chǎn)品較少。
[0004] 目前，采用表貼封裝的芯片與裸芯片集成的方式較多，包括BGA、QFP等表貼形式。 對(duì)于采用傳統(tǒng)工藝混合封裝BGA芯片存在焊接虛焊，封裝存在空氣等問(wèn)題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品 質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，設(shè)計(jì)一種用于混合封裝的 BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝。該封裝利用有機(jī)基板進(jìn)行混合封裝BGA芯片，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模 BGA芯片在塑封SiP系統(tǒng)芯片中的無(wú)焊接集成，并提高產(chǎn)品封裝的可靠性和封裝質(zhì)量。
[0006] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)一種用于混合封裝的BGA芯 片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于該封裝包括有機(jī)基板，在有機(jī)基板的上部中心設(shè)有與BGA 芯片匹配的安裝腔體，安裝腔體為棱臺(tái)狀，至少一個(gè)側(cè)面為等腰梯形斜面，等腰梯形斜面與 腔體底面的夾角為105-130°，BGA芯片放入安裝腔體后，至少一個(gè)側(cè)面留有塑封料流入 口，安裝腔體的深度為有機(jī)基板厚度的1/6-1/2,安裝腔體底面設(shè)有半球形凹槽，半球形凹 槽的尺寸規(guī)格及數(shù)量與BGA芯片的BGA焊球的尺寸規(guī)格及數(shù)量相匹配，且半球形凹槽的內(nèi) 表面鍍有金屬層；所述有機(jī)基板的底面每平方厘米均布設(shè)有4-6個(gè)用于抽真空的通孔。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用有機(jī)基板進(jìn)行混合封裝BGA芯片，可以實(shí)現(xiàn)BGA芯片 的內(nèi)埋，減小SiP系統(tǒng)芯片產(chǎn)品的厚度和體積；通過(guò)真空吸力實(shí)現(xiàn)良好電氣連接后，利用塑 封材料將BGA芯片固定在腔體內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)BGA芯片的免焊接，同時(shí)利用真空吸力，可以將 塑封材料填充到BGA芯片下，提高產(chǎn)品的可靠性。此外，本發(fā)明與現(xiàn)有的SiP工藝兼容性較 好，有效解決了現(xiàn)有利用貼片工藝造成BGA焊球之間短路等問(wèn)題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本發(fā)明用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝一種實(shí)施例的有機(jī)基板 1的主視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0009] 圖2為本發(fā)明用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝一種實(shí)施例的有機(jī)基板 1的的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖3為本發(fā)明用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝一種實(shí)施例的工藝原理 示意圖；
[0011] 圖4為本發(fā)明用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝一種實(shí)施例的工藝流程 示意圖；
[0012] 在圖中，1.有機(jī)基板，2. BGA芯片，11.通孔，12.半球形凹槽，13.安裝腔體，14.塑 封料流入口，21. BGA焊球。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0014] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝（簡(jiǎn)稱(chēng)封裝，參見(jiàn)圖 1-3)，其特征在于該封裝包括有機(jī)基板1，在有機(jī)基板1的上部中心設(shè)有與BGA芯片2匹配 的安裝腔體13,安裝腔體13為棱臺(tái)狀，至少一個(gè)側(cè)面為等腰梯形斜面，等腰梯形斜面與安 裝腔體底面的夾角α為105-130°，BGA芯片2放入安裝腔體13后，至少一個(gè)側(cè)面留有塑 封料流入口 14,安裝腔體13的深度為有機(jī)基板1厚度的1/6-1/2,安裝腔體底面設(shè)有半球 形凹槽12,半球形凹槽12的尺寸規(guī)格及數(shù)量與BGA芯片的BGA焊球21的尺寸規(guī)格及數(shù)量 相匹配，且半球形凹槽12的內(nèi)表面鍍有金屬層；所述有機(jī)基板1的底面每平方厘米均布設(shè) 有4-6個(gè)用于抽真空的通孔11。
[0015] 本發(fā)明封裝的進(jìn)一步特征在于所述等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角α為 115。。
[0016] 本發(fā)明封裝的進(jìn)一步特征在于所述安裝腔體13對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)側(cè)面為等腰梯形斜 面，BGA芯片2放入安裝腔體13后，該兩個(gè)側(cè)面留有塑封料流入口 14。
[0017] 本發(fā)明封裝的進(jìn)一步特征在于所述安裝腔體13的四個(gè)側(cè)面均為等腰梯形斜面， BGA芯片2放入安裝腔體13后，該四個(gè)側(cè)面均留有塑封料流入口 14。
[0018] 本發(fā)明封裝的進(jìn)一步特征還在于所述BGA芯片2放入安裝腔體13后，兩者的上表 面水平一致。
[0019] 本發(fā)明封裝的有機(jī)基板1上部中心設(shè)有的棱臺(tái)狀腔體13,之所以其四個(gè)側(cè)面采 用等腰梯形斜面設(shè)計(jì)（參見(jiàn)圖2)，其因在于這種設(shè)計(jì)可以在灌封塑封料時(shí)便于塑封料流入 BGA芯片2的底部，不容易形成空洞，避免封裝后空氣的存在。
[0020] 本發(fā)明封裝的工藝原理（參見(jiàn)圖3)是，利用抽真空產(chǎn)生的空氣壓力將BGA芯片2 牢牢吸入有機(jī)基板1的安裝腔體13之內(nèi)，利用BGA焊球21與有機(jī)基板腔體內(nèi)半球形凹槽 12的接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接。之后在注塑過(guò)程中，利用真空的抽力將注塑材料吸到BGA芯片2 之下，利用塑封料實(shí)現(xiàn)BGA芯片的電氣連接固定。
[0021] 本發(fā)明封裝的工藝流程（參見(jiàn)圖4)包括：制造有機(jī)基板1，制造與BGA芯片2規(guī) 格相匹配的安裝腔體13、制造半球形凹槽12、開(kāi)用于真空吸附的通孔11、安裝BGA芯片2、 檢測(cè)BGA的連通性、抽真空和注塑封料等步驟。其中在完成有機(jī)基板1制造的整個(gè)過(guò)程后， 需要將BGA芯片2安裝在安裝腔體13內(nèi)，并在抽真空條件下，檢測(cè)BGA芯片的連通性。只有 通過(guò)檢測(cè)才可以進(jìn)行后續(xù)的工作，如果沒(méi)有通過(guò)檢測(cè)則需要重復(fù)制造有機(jī)基板1的上述步 驟，找出問(wèn)題的原因。通過(guò)BGA連通性測(cè)試的BGA芯片2可以進(jìn)行抽真空、注塑封料工序， 此時(shí)需要在有機(jī)基板1背面一直抽真空，利用真空的吸力將塑封料均勻引導(dǎo)到BGA焊球21 間隙內(nèi)部，直到所有的通孔11被塑封料塞滿為止，即完成封裝。
[0022] 本發(fā)明封裝在有機(jī)基板1上設(shè)有安裝腔體13可以降低整體SiP系統(tǒng)芯片成品的 厚度，同時(shí)安裝腔體13有利于通過(guò)抽真空對(duì)芯片進(jìn)行吸附。本發(fā)明封裝中設(shè)置一定數(shù)量均 勻?qū)ΨQ(chēng)分布用于抽真空的通孔11，可保證真空吸附BGA芯片2能夠?qū)崿F(xiàn)良好的電氣接觸。
[0023] 本發(fā)明封裝采用精密加工工藝，在安裝腔體底面加工出半球形凹槽12代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的BGA焊盤(pán)，同時(shí)在半球形凹槽12上鍍有金屬層，能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)基板1與BGA芯片2的無(wú) 焊接電氣連接。此外，利用半球形凹槽12可增大BGA芯片2與有機(jī)基板1的接觸面積，并 對(duì)BGA芯片2起到固定作用，可防止在注塑過(guò)程中BGA芯片2發(fā)生移動(dòng)。
[0024] 本發(fā)明封裝有機(jī)基板的安裝腔體13的底面尺寸與BGA芯片2的尺寸相匹配，且通 孔11的數(shù)量也與BGA芯片2的尺寸規(guī)格有關(guān)。半球形凹槽12的尺寸規(guī)格及數(shù)量與BGA芯 片的BGA焊球21的尺寸規(guī)格及數(shù)量相匹配。本發(fā)明封裝的BGA芯片2在安裝后，可以實(shí)現(xiàn) 與有機(jī)基板1的平面水平一致。
[0025] 本發(fā)明中的塑封料的種類(lèi)及注塑工藝、金屬層種類(lèi)及加工工藝均采用現(xiàn)有技術(shù)， 本發(fā)明未述及之處均適用于現(xiàn)有技術(shù)。
[0026] 下面給出本發(fā)明封裝的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例僅用于詳細(xì)描述本說(shuō)明，不構(gòu)成 對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 本實(shí)施例采用7 X 7mm的BGA芯片2, BGA芯片上的BGA焊球21的直徑為0. 25mm， 與此相匹配的有機(jī)基板安裝腔體13的尺寸為7X7mm，安裝腔體13的四個(gè)側(cè)面均為等腰梯 形斜面，等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角α為105°，安裝腔體13深度為有機(jī)基板1 厚度的1/6,有機(jī)基板底面設(shè)有2個(gè)通孔11，且通孔呈均勻?qū)ΨQ(chēng)分布，安裝腔體底面的半球 形凹槽12的直徑為0. 25mm，半球形凹槽12內(nèi)表面鍍有金屬錫層。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] 本實(shí)施例采用15 X 15mm的BGA芯片2, BGA芯片上的BGA焊球21的直徑為0. 5mm， 與此相匹配的有機(jī)基板安裝腔體13的尺寸為15 X15mm，安裝腔體13對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)側(cè)面均為 等腰梯形斜面，等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角α為115°，安裝腔體13深度為有機(jī) 基板1厚度的1/3,有機(jī)基板底面設(shè)有6個(gè)通孔11，且通孔呈均勻?qū)ΨQ(chēng)分布，安裝腔體底面 的半球形凹槽12的直徑為0. 5mm，半球形凹槽12內(nèi)表面鍍有金屬錫層。
[0031] 實(shí)施例3
[0032] 本實(shí)施例采用20X 20mm的BGA芯片2, BGA芯片上的BGA焊球21的直徑為1mm， 與此相匹配的有機(jī)基板安裝腔體13的尺寸為20 X 20mm，安裝腔體13四個(gè)側(cè)面均為等腰梯 形斜面，等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角α為130°，安裝腔體深度為有機(jī)基板厚度 的1/2,有機(jī)基板底面設(shè)有12個(gè)通孔11，且通孔呈均勻?qū)ΨQ(chēng)分布，安裝腔體底面的半球形凹 槽12的直徑為1mm，半球形凹槽12內(nèi)表面鍍有金屬錫層。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于該封裝包括有機(jī)基 板，在有機(jī)基板的上部中心設(shè)有與BGA芯片匹配的安裝腔體，安裝腔體為棱臺(tái)狀，至少一個(gè) 側(cè)面為等腰梯形斜面，等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角為105-130°，BGA芯片放入安 裝腔體后，至少一個(gè)側(cè)面留有塑封料流入口，安裝腔體的深度為有機(jī)基板厚度的1/6-1/2， 安裝腔體底面設(shè)有半球形凹槽，半球形凹槽的尺寸規(guī)格及數(shù)量與BGA芯片的BGA焊球的尺 寸規(guī)格及數(shù)量相匹配，且半球形凹槽的內(nèi)表面鍍有金屬層；所述有機(jī)基板的底面每平方厘 米均布設(shè)有4-6個(gè)用于抽真空的通孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于所 述等腰梯形斜面與安裝腔體底面的夾角為115°。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于所 述安裝腔體對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)側(cè)面為等腰梯形斜面，BGA芯片放入安裝腔體后，該兩個(gè)側(cè)面留有塑 封料流入口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于所 述安裝腔體的四個(gè)側(cè)面均為等腰梯形斜面，BGA芯片放入安裝腔體后，該四個(gè)側(cè)面均留有塑 封料流入口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于混合封裝的BGA芯片內(nèi)埋的無(wú)焊接封裝，其特征在于所 述BGA芯片放入安裝腔體后，兩者的上表面水平一致。
【文檔編號(hào)】H01L23/31GK104103607SQ201410274365
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】朱天成, 李鑫, 楊陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五七研究所