一种半导体封装结构的制作方法

本技术属于半导体集成电路制造，特别是涉及一种半导体封装结构。

背景技术：

1、当前处理器产品因其微型化、高集成度和大算力等特点，导致其热设计功耗急剧增加，且芯片的功耗密度越来越高，给封装和系统散热带来极大挑战。fcbga(flip chipball grid array，倒装芯片球栅阵列)封装因其大尺寸、高信号密度、高机械强度、良好的散热性能成为处理器产品主流的封装形式。根据fcbga封装结构特点，约9成芯片发热是通过芯片上表面经第一热界面材料传递至散热盖，再通过封装外的第二热界面材料传递至鳍式散热器，采用自然对流或强制对流将热量带走。

2、理想的fcbga封装内部的第一热界面材料需要具备以下特点：a.高热导率和较低的装配厚度；b.与金属和非金属界面良好的浸润性以达到较低的界面热阻；c.具备一定压缩性以排出界面缝隙内的空气并弥补封装装配公差；d.良好的热稳定性和绝缘性；e.良好的可拆解性和可替换性等。

3、目前业界暂未出现这样一款材料能兼具以上全部特性，主流的处理器厂商采用的导热硅脂、低熔点金属焊料主要存在以下缺点：导热硅脂为传统散热材料，主要是在聚合物基体中添加铝、银等金属或氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、等陶瓷导热颗粒，热导率一般不高于4.0w/(m*k)，导热硅脂热导率不高，因此需要控制其装配厚度在0.04-0.10mm范围，同时制备涂抹时会沾污基底，其泵出效应明显，使用时易发生溢出及相分离，长期使用过程中导热硅脂也会由于溶剂的挥发而变干，大大降低了导热硅脂的可靠性；当前主流高端处理器产片多采用铟等低熔点金属焊料作为其第一热界面材料，纯铟热导率可达81.8w/(m*k)，熔点约157℃，常温下质地柔软且延展性好，可以吸收部分应力，但金属铟的储量和年产量有限且成本较高，耐腐蚀性较差且易被氧化，铟很难与硅和镍镀层(铜散热盖表面处理方式)浸润，因此需要在芯片和散热盖表面电镀金以提升其浸润性，而在芯片镀金之前，还需电镀钛、镍和钒的阻挡层以防止铟向硅扩散，若封装内有表贴器件，还要用绝缘胶将器件包裹起来以防铟焊料溢出造成短路，而铟在焊接后，经过较为剧烈的温度循环后，易产生孔洞和微裂纹，造成散热能力的下降甚至失效。

4、为保证芯片长久高性能工作，需保证芯片工作期间结温低于设定的规格值。而结温除了受芯片整体功耗和第一热界面材料热阻影响，也与功耗分布直接相关，当前第一热界面材料均为一定厚度装配，无法对功耗的热点区域做散热优化。因此，亟需一种能够降低fcbga封装内芯片结温、提高第一热界面材料导热性能的封装结构。

5、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种半导体封装结构，用于解决现有技术中fcbga封装结构内部热界面层导热性能不理想、芯片结温高的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供一种半导体封装结构，所述半导体封装结构包括：基板、热界面层、芯片和散热盖；

3、所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述芯片设置于所述第一表面上；所述散热盖架设于所述芯片上方并固定在所述基板上，所述热界面层设置于所述芯片与所述散热盖之间并与所述芯片、所述散热盖接触，所述散热盖与所述热界面层接触的预设部分设置凸台，所述凸台嵌入至所述热界面层内。

4、可选地，所述凸台位于所述芯片的功耗热点区域上方。

5、可选地，所述半导体封装结构包括多个所述芯片，当两个相邻的芯片之间的距离大于等于2毫米且小于等于15毫米时，该两个相邻的芯片上方的所述散热盖均设置所述凸台。

6、可选地，所述凸台平行于所述芯片的截面面积大于等于所述芯片的截面面积的15％，且所述凸台平行于所述芯片的截面面积小于等于所述芯片的截面面积的40％。

7、可选地，所述凸台平行于第一平面的截面为三角形，所述凸台平行于第二平面的截面为矩形，所述第一平面与所述热界面层所在的平面垂直，所述第二平面与所述热界面层所在的平面垂直，所述第一平面与所述第二平面垂直。

8、可选地，所述凸台下方对应位置的所述热界面层存在预设压缩量以使所述凸台嵌入所述热界面层内。

9、可选地，所述凸台下方对应位置的所述热界面层的预设压缩量小于等于所述热界面层高度的50％。

10、可选地，在所述凸台下方对应位置的所述热界面层存在凹槽以使所述凸台嵌入所述热界面层内，所述凸台与所述凹槽在所述热界面层所在的平面上的投影重合。

11、可选地，所述热界面层是基体为高分子材料、填充石墨烯或碳纳米管的复合材料层。

12、可选地，所述热界面层为高分子材料与石墨烯溶液混合或熔融共混得到的复合材料层。

13、如上，本实用新型的半导体封装结构，具有以下有益效果：

14、本实用新型通过设置倒装芯片球栅阵列封装内部的热界面层为石墨烯-高分子复合材料层，提高导热能力，保证热稳定性；

15、本实用新型配合在散热盖设置凸台，压缩芯片功耗热点区域对应的热界面层厚度，降低芯片结温；

16、本实用新型利用凸台对应位置的热界面层存在凹槽的结构，保证热界面层整体均无压缩量；

17、本实用新型利用凸台尺寸的设置避免凸台对热界面层机械强度的影响。

技术特征：

1.一种半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构包括：基板、热界面层、芯片和散热盖；

2.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构包括多个所述芯片，当两个相邻的芯片之间的距离大于等于2毫米且小于等于15毫米时，该两个相邻的芯片上方的所述散热盖均设置所述凸台。

3.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凸台平行于所述芯片的截面面积大于等于所述芯片的截面面积的15％，且所述凸台平行于所述芯片的截面面积小于等于所述芯片的截面面积的40％。

4.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凸台平行于第一平面的截面为三角形，所述凸台平行于第二平面的截面为矩形，所述第一平面与所述热界面层所在的平面垂直，所述第二平面与所述热界面层所在的平面垂直，所述第一平面与所述第二平面垂直。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凸台下方对应位置的所述热界面层存在预设压缩量以使所述凸台嵌入所述热界面层内。

6.根据权利要求5所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凸台下方对应位置的所述热界面层的预设压缩量小于等于所述热界面层高度的50％。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的半导体封装结构，其特征在于，在所述凸台下方对应位置的所述热界面层存在凹槽以使所述凸台嵌入所述热界面层内，所述凸台与所述凹槽在所述热界面层所在的平面上的投影重合。

技术总结本技术提供一种半导体封装结构，基板包括相对设置的第一表面和第二表面，芯片设置于第一表面上；散热盖架设于芯片上方并固定在基板上，热界面层设置于芯片与散热盖之间并与芯片、散热盖接触，散热盖与热界面层接触的预设部分设置凸台，凸台嵌入至热界面层内。本技术通过设置倒装芯片球栅阵列封装内部的热界面层为石墨烯‑高分子复合材料层，提高导热能力，保证热稳定性；同时配合在散热盖设置凸台，压缩芯片功耗热点区域对应的热界面层厚度，降低芯片结温；另外，利用凸台对应位置的热界面层存在凹槽的结构，保证热界面层整体均无压缩量；最后，利用凸台尺寸的设置避免凸台对热界面层机械强度的影响。技术研发人员：孙新受保护的技术使用者：上海合芯数字科技有限公司技术研发日：20230811技术公布日：2024/7/29