一种散热封装结构的制作方法

本实用新型涉及集成电路封装技术领域，尤其涉及一种散热封装结构。

背景技术：

数字化及网络资讯的发展，对微电子器件性能和速度的需求越来越高，使得对具有多功能轻便型及高性能电子器件的技术需求越来越迫切。随着摩尔定律极限挑战，目前IC设计也正朝着系统芯片(SOC，System On Chip)及系统级封装(SIP，System In Package)的方向发展。从IC封装技术的发展来看，也朝着精密级微型化发展。从传统的表面贴装、引线框架式发展为现在的倒装焊、BGA球阵列到现在WLCSP、Fan-In和Fan-Out等，IC封装也朝向系统级封装(SIP，System In Package)发展。

系统级封装(SIP，System In Package)的广义定义是将具有全部或大部分电子功能，可能是一系统或子系统也可能是组件，封装在同一封装体内。在本质上，系统级封装不仅是单芯片或多芯片的封装，同时可含有电容、电阻等无源器件，电子连接器、传感器、天线、电池灯各种元件，强调功能的完整性，具有更高的应用导向性。

然而，限制系统级封装发展的最大障碍之一来自于热，热主要是由IC中晶体管等有源器件运算时所产生的，随着芯片中晶体管的数目越来越多，发热量也越来越大，在芯片面积不随之大幅增加的情况下，器件发热密度越来越高，过热问题已经成为目前制约电子器件技术发展的瓶颈。除了运算器件如CPU、DSP、FPGA等有这个问题，存储器为了扩大其模块容量，大多数公司采用了3D堆叠封装，虽然这种封装提高了芯片的利用效率，但热的问题也越来越显著。

由系统级封装(SIP，System In Package)所产生的散热问题大致有以下几点：1)芯片堆叠后发热量增加，但散热面积并未相对增加，因此发热密度大幅提高；2)多芯片封装虽然仍保有原散热面积，但由于热源的相互连接，热耦合增强，从而造成更为严重的热问题；3)内置基板中的无源器件也有一定的发热问题，由于有机基板等材料的散热不良，也会产生严重的热问题；4)由于封装体积缩小，组块密度增加，使得散热不易解决，因此需要更高效率的散热设计。据统计，由热引起的失效约占电子器件失效的一半以上，温度过高除了会造成半导体器件的损毁，也会造成电子器件可靠性降低及性能下降。对于热问题的解决，必须寻求由封装级、PCB级到系统级的综合解决技术方案。从封装级进行散热设计，不但效果最显著而且成本也最少。因此，封装级的散热设计更显得非常重要。

目前系统级封装(SIP，System In Package)的散热方案主要有系统冷却、板卡冷却和芯片冷却三种。前两者主要采用散热片+水泵+冷头的解决方案，通常非半导体厂商会采用该种方式介入系统冷却和板卡冷却等环节。而芯片厂商则主要致力于发展集成性更好的片上冷却方案，比如采用MEMS技术实现芯片的冷却等。

系统冷却和板卡冷却是针对整机的冷却方式，伴随着电子产品对系统性、集成性和轻薄短小的强烈需求，冷却系统不仅要满足高可靠性和集成性，还要满足高性价比才能获得市场的认同。而集成化的要求则使得冷却器的制作工艺应尽可能采用(但不限于)IC工艺，以便于批量生产，既有利于提高产品品质，也可有效的控制价格。所以芯片冷却技术更能满足高性能的迫切要求并迎合了广阔的市场空间，特别是对一些极高热密度芯片结合为系统的散热冷却等。

芯片冷却分为液体冷却技术、固体冷却技术和气体冷却技术。其中，前两种芯片冷却技术方案的体积较小，是未来散热器发展的方向，该方案可以很好地控制芯片上的局部热点，但是需要在材料研究上取得突破。而后一种芯片冷却的发展水平尚不能适应高功率芯片散热的要求，有待进一步深入的研究，需要跟高性能的气源、制冷机和压缩机。

技术实现要素：

针对现有的系统级封装存在的散热需求问题，根据本实用新型的一个实施例，提供一种散热封装结构，包括：

芯片；

集成无源器件；

塑封层，所述塑封层包覆所述芯片和所述集成无源器件；

微流控芯片，所述微流控芯片设置在所述塑封层的上部；

第一重新布局布线层，所述第一重新布局布线层设置在所述塑封层的下部，且电连接所述芯片和所述集成无源器件；

第二重新布局布线层，所述第二重新布局布线层电连接至所述第一重新布局布线层；以及

外接焊球。

在本实用新型的一个实施例中，具有N个所述芯片，其中N≥2。

在本实用新型的一个实施例中，具有M个所述集成无源器件，其中M≥2。

在本实用新型的一个实施例中，所述集成无源器件为电感、电容、电阻、天线、滤波器、巴伦或其组合。

在本实用新型的一个实施例中，所述微流控芯片是微流道或微泵或微阀。

在本实用新型的一个实施例中，所述微流控芯片的顶部还包括铜柱，所述铜柱为所述微流控芯片的外部接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一重新布局布线层实现对所述芯片的扇出功能。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二重新布局布线层具有K层金属布线层，其中K≥2。

在本实用新型的一个实施例中，该散热封装结构还包括通过所述外接焊球连接和固定的基板。

本实用新型提供一种散热封装结构，采用基于MEMS技术的微流控器件(微流道、微泵和微阀等)为主要的散热部件，将微流控器件集成到系统级封装体中，通过水冷循环的方式进行冷却散热。基于本实用新型的该种散热封装结构具有更小、更薄的体积；易于实现系统集成式封装；设计灵活；微流控直接集成于主芯片的位置附近，散热效果更好；采用的地微流控的方式，散热的均匀性更好；制造成本更低等优点。

附图说明

为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本实用新型的一个实施例形成的一种散热封装结构100的剖面示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本实用新型的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本实用新型的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本实用新型的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本实用新型提供一种散热封装结构，采用基于MEMS技术的微流控器件(微流道、微泵和微阀等)为主要的散热部件，将微流控器件集成到系统级封装体中，通过水冷循环的方式进行冷却散热。基于本实用新型的该种散热封装结构具有更小、更薄的体积；易于实现系统集成式封装；设计灵活；微流控直接集成于主芯片的位置附近，散热效果更好；采用的地微流控的方式，散热的均匀性更好；制造成本更低等优点。

下面结合图1来详细介绍根据本实用新型的一个实施例的一种散热封装结构。图1示出根据本实用新型的一个实施例形成的一种散热封装结构100的剖面示意图。如图1所示，该种散热封装结构100进一步包括芯片110、集成无源器件120、塑封层130、微流控芯片140、铜柱150、第一重新布局布线层160、第二重新布局布线层170、外接焊球180以及基板190。

芯片110可以为CPU、GPU、DSP、FPGA等逻辑计算芯片，也可以为Flash、NAND、EPROM等存储芯片，还可以为IGBT等高功率芯片。在本实用新型的一个实施例中，可以具有多个芯片110，例如具有电源管理、逻辑计算以及存储等多个异质芯片。

集成无源器件120与芯片110一起被塑封层130包覆起来，集成无源器件120可以为电感、电容、电阻、天线、滤波器、巴伦等无源器件或器件组合。在本实用新型的一个实施例中，具有两个分列芯片110左右的第一集成无源器件120-1和第二集成无源器件120-2。

塑封层130塑封层包覆集成无源器件120与芯片110，实现对两者的重构。在本实用新型的一个实施例中，塑封层130的材料为树脂。

微流控芯片140设置在塑封层130的上方，接近集成无源器件120与芯片110，从而实现更好的散热效果。微流控芯片140可以是微流道、微泵和微阀等器件。

铜柱150设置在微流控芯片140的表面，是微流控芯片140的外部接口。

第一重新布局布线层160设置在塑封层130的底面，与集成无源器件120、芯片110形成电连接。在本实用新型的一个实施例中，第一重新布局布线层160通过图形化电镀形成，其材料为铜金属。

第二重新布局布线层170设置在第一重新布局布线层160的下方，并与第一重新布局布线层160电连接。此外，在第二重新布局布线层170与第一重新布局布线层160之间，以及各重新布局布线层的通常导线间还设置有绝缘层，绝缘层可以为氧化硅、氮化硅、玻璃等无机绝缘材料，也可以为树脂、PI、半固化胶等有价材料，实现对第一重新布局布线层160和第二重新布局布线层170的绝缘保护作用。在本实用新型的又一实施例中，第二重新布局布线层170可以具有多层互连线路，具体层数可根据设计确定，其中在最外层的互连线路上还设置有外接焊盘。

外接焊球180设置第二重新布局布线层170的最外层的互连线路的外接焊盘，可以通过植球、电镀等方法形成。

基板190可以为系统主板，用于承载封装体并实现和其他电路和或器件互连。

基于本实用新型提供的该种散热封装结构，采用基于MEMS技术的微流控器件(微流道、微泵和微阀等)为主要的散热部件，将微流控器件集成到系统级封装体中，通过水冷循环的方式进行冷却散热。基于本实用新型的该种散热封装结构具有更小、更薄的体积；易于实现系统集成式封装；设计灵活；微流控直接集成于主芯片的位置附近，散热效果更好；采用的地微流控的方式，散热的均匀性更好；制造成本更低等优点。

尽管上文描述了本实用新型的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本实用新型的精神和范围。因此，此处所公开的本实用新型的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。