芯片封装结构及其制备方法、电子设备与流程

本技术涉及半导体，尤其涉及一种芯片封装结构及其制备方法、电子设备。

背景技术：

1、封装(package，pkg)，通常指的是将芯片组装到封装基板上，然后将封装基板焊接到印刷电路板(printed circuit board，pcb)上，以使得芯片能够通过封装基板与印刷电路板形成电连接。

2、重新布线层中的金属走线的线宽及线间距较小。目前，在封装的过程中，会在芯片和封装基板之间设置重新布线层，也即，芯片通过重新布线层与封装基板形成电连接，以便于满足对器件性能日益提高的需求。

3、在组装芯片、重新布线层及封装基板时，通常是先将芯片和重新布线层组装到一起，并在芯片周围设置封装层，以构成一封装体，然后再将封装体焊接在封装基板上，使得重新布线层与封装基板形成连接。但是，重新布线层和芯片之间的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，cte)具有差异，这也就使得上述两者在环境温度变化时会发生不同的形变，进而导致封装体出现翘曲(warpage)。而较大程度的翘曲，又会影响重新布线层与封装基板之间的焊接质量。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种芯片封装结构及其制备方法、电子设备，用于改善封装体的翘曲，提高封装体与封装基板之间的焊接质量。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种芯片封装结构，该芯片封装结构包括：封装体和翘曲抑制结构。封装体包括重新布线层、至少一个芯片和封装层。重新布线层具有第一表面。至少一个芯片和封装层连接于第一表面上，封装层包裹芯片的侧壁。翘曲抑制结构位于封装层上，翘曲抑制结构在第一表面上的正投影，和芯片在第一表面上的正投影，至少部分无交叠。其中，所述翘曲抑制结构和所述重新布线层的热膨胀系数，均大于所述芯片的热膨胀系数。

4、本技术的一些实施例所提供的芯片封装结构，通过在封装层远离重新布线层的一侧设置翘曲抑制结构，并设置在单位温度变化量下，翘曲抑制结构的体积变化量和重新布线层的体积变化量，均大于封装层和芯片的体积变化量之和，可以在环境温度产生变化时，在封装层和芯片的上下两侧产生同向的应力(例如拉应力或压应力)，避免封装层和芯片向一侧变形，从而改善封装层和芯片的翘曲。而降低甚至消除封装层和芯片的翘曲的过程中，封装层和芯片能够对重新布线层产生相应的应力，同步降低甚至消除重新布线层的翘曲。这样便能够降低重新布线层与封装基板之间的焊接难度，提高重新布线层与封装基板之间的焊接质量，提高芯片封装结构的良率。

5、本技术的一些实施例所提供的芯片封装结构，通过在封装体中封装层远离重新布线层的一侧设置翘曲抑制结构，并设置翘曲抑制结构和重新布线层的热膨胀系数，均大于芯片的热膨胀系数，可以在环境温度产生变化时，在封装层和芯片的上下两侧产生同向的应力(例如拉应力或压应力)，避免封装层和芯片向一侧变形，从而改善封装层和芯片的翘曲。而降低甚至消除封装层和芯片的翘曲的过程中，封装层和芯片能够对重新布线层产生相应的应力，同步降低甚至消除重新布线层的翘曲，改善封装体的翘曲。这样便能够降低封装体与封装基板之间的焊接难度，提高重封装体与封装基板之间的焊接质量。相应的，便能够降低重新布线层与封装基板之间的焊接难度，提高重新布线层与封装基板之间的焊接质量，提高芯片封装结构的良率。

6、在第一方面可能的实现方式中，翘曲抑制结构包括翘曲抑制圈，翘曲抑制圈呈环形。在向第一表面的正投影中，翘曲抑制圈环绕至少一个芯片。在环境温度发生变化时，封装层和重新布线层中，与翘曲抑制圈相对的部分会受到翘曲抑制圈给予的应力，改变翘曲方向，降低翘曲程度，进而降低重新布线层的翘曲值，提高重新布线层与封装基板的焊接质量及良率。

7、在第一方面可能的实现方式中，芯片的数量为多个。翘曲抑制结构还包括：位于翘曲抑制圈内的至少一个翘曲抑制条。在向第一表面的正投影中，翘曲抑制条位于相邻两个芯片之间。封装层和重新布线层中，与翘曲抑制圈相对的部分及与翘曲抑制条相对的部分的翘曲程度均会得以改善，这样能够进一步降低重新布线层的翘曲值，进一步提高重新布线层与封装基板的焊接质量及良率。

8、在第一方面可能的实现方式中，翘曲抑制条与翘曲抑制圈的内壁相连接，在翘曲抑制圈内划分出至少两个开口。在向第一表面的正投影中，各开口内设置有至少一个芯片。这样可以避免对芯片形成遮挡，避免影响芯片的散热。而且，通过将翘曲抑制条与翘曲抑制圈的内壁相连接，可以使得翘曲抑制条与翘曲抑制圈之间形成“手拉手”的效果，在环境温度发生变化时，翘曲抑制条能够拉住翘曲抑制圈，增强翘曲抑制圈对封装体中重新布线层的翘曲的改善效果。

9、在第一方面可能的实现方式中，翘曲抑制圈，及与翘曲抑制圈相连接的翘曲抑制条，呈一体结构。这样有利于简化翘曲抑制结构的结构，降低补翘曲抑制结构的制备难度，降低翘曲抑制结构与重新布线层之间的连接难度。

10、在第一方面可能的实现方式中，芯片封装结构还包括：覆盖芯片的热界面材料层，翘曲抑制圈环绕热界面材料层。翘曲抑制圈圈定了热界面材料层的设置范围。在热界面材料层出现熔融现象时，翘曲抑制圈可以有效控制热界面材料层的外溢，阻止热界面材料的飞溅。这样本技术实施例便可以有效改善热界面材料飞溅的问题，减少甚至消除飞溅至封装基板上的热界面材料的量，降低潜在风险。

11、在第一方面可能的实现方式中，在翘曲抑制结构还包括至少一个翘曲抑制条，且翘曲抑制条与翘曲抑制圈的内壁相连接的情况下，热界面材料层包括至少两个热界面图案，一个热界面图案位于一个开口内。通过将热界面材料层划分为多个热界面图案，在每个开口内设置一个热界面图案，进一步圈定各热界面图案的设置范围，可以实现对热界面材料层的分区控制，降低热界面材料的流动范围，有利于提高各个开口内的热界面图案的紧密压接程度，进一步提高散热水平。另外，将热界面材料层划分为多个热界面图案后，还可以有效降低成本。

12、在第一方面可能的实现方式中，所述翘曲抑制圈的厚度，小于或等于所述热界面材料层的厚度。这样可以确保对芯片的良好散热，确保芯片封装结构具有良好的散热性能。而且，可以提高热界面材料层的紧密压接程度，提高散热水平。

13、在第一方面可能的实现方式中，所述翘曲抑制圈的厚度与所述热界面材料层的厚度之比的范围为1：1～1：2。这样可以确保翘曲抑制圈对热界面材料层的控制效果，防止热界面材料层溢出翘曲抑制圈所圈定的区域。

14、在第一方面可能的实现方式中，重新布线层还具有第二表面，第二表面与第一表面相背。芯片封装结构还包括：封装基板、散热部件。封装基板连接于第二表面。散热部件扣合粘接于封装基板上。重新布线层、封装层、芯片、翘曲抑制结构及热界面材料层，均位于封装基板和散热部件围成的空腔内，散热部件与热界面材料层相接触。这样芯片散发的热量可以通过热界面材料层传导至散热部件，并通过具有较大热传导面积的散热部件将热量扩散出去，实现对芯片的降温，保证芯片的正常运行。其中，热界面材料层可以有效降低芯片和散热部件之间的接触热阻，从而进一步提高芯片封装结构的散热性能，满足日益增大的散热需求。

15、在第一方面可能的实现方式中，芯片封装结构还包括：背金属层。背金属层位于封装层和翘曲抑制结构之间，且覆盖芯片。通过设置背金属层，有利于改善芯片和热界面材料层之间的焊接。另外，背金属层还可以实现粘附、防氧化等功能。

16、在第一方面可能的实现方式中，背金属层的热膨胀系数，大于芯片的热膨胀系数。这样背金属层可以辅助翘曲抑制结构，进一步平衡重新布线层给予芯片和封装层的应力，背金属层和翘曲抑制结构相配合，可以进一步改善芯片和封装层的翘曲，进而能够通过芯片和封装层进一步改善重新布线层的翘曲。

17、在第一方面可能的实现方式中，背金属层的材料包括铜、不锈钢、金和钛中的至少一种。

18、在第一方面可能的实现方式中，背金属层的厚度大于或等于10μm。这样在环境温度发生变化时，可以确保背金属层能够产生足够的体积变化量，来平衡重新布线层给予芯片和封装层的应力，改善重新布线层的翘曲。

19、在第一方面可能的实现方式中，翘曲抑制结构的材料包括塑封材料。

20、第二方面，提供了一种芯片封装结构，该芯片封装结构包括：封装体、防飞溅结构和热界面材料层。封装体包括重新布线层、至少一个芯片和封装层。重新布线层具有第一表面。至少一个芯片和封装层连接于第一表面上，封装层包裹芯片的侧壁。热界面材料层覆盖芯片，防飞溅结构位于封装层上，且环绕热界面材料层。

21、上述防飞溅结构相当于防溢栅栏，圈定了热界面材料层的设置范围。在热界面材料层出现熔融现象时，防飞溅结构可以有效控制热界面材料层的外溢，阻止热界面材料的飞溅。这样本技术实施例便可以有效改善热界面材料飞溅的问题，减少甚至消除飞溅至封装基板上的热界面材料的量，降低潜在风险。

22、在第二方面可能的实现方式中，芯片的数量为多个。防飞溅结构包括：第一子部和至少一个第二子部。在向第一表面的正投影中，第一子部环绕至少一个芯片。第二子部位于第一子部内，且与第一子部的内壁相连接，在第一子部内划分出至少两个开口。在向第一表面的正投影中，各开口内设置有至少一个芯片。其中，热界面材料层包括至少两个热界面图案，一个热界面图案位于一个开口内。通过将热界面材料层划分为多个热界面图案，在每个开口内设置一个热界面图案，可以实现对热界面材料层的分区控制，提高各个开口内的热界面图案的紧密压接程度，进一步提高散热水平。另外，还可以有效降低成本。

23、在第二方面可能的实现方式中，防飞溅结构和重新布线层的热膨胀系数，均大于芯片的热膨胀系数。在环境温度产生变化时，封装层7和芯片3的上下两侧能够产生同向的应力，改善封装层7和芯片3的翘曲，进而改善封装体p的翘曲。

24、第三方面，提供了一种芯片封装结构制备方法，该制备方法包括：提供封装体，封装体包括重新布线层、至少一个芯片和封装层，重新布线层具有第一表面，至少一个芯片和封装层连接于第一表面上，封装层包裹芯片的侧壁；形成覆盖至少一个芯片及封装层的翘曲抑制层，翘曲抑制层在第一表面上的正投影，和芯片在所述第一表面上的正投影，至少部分无交叠；翘曲抑制层和重新布线层的热膨胀系数，均大于芯片的热膨胀系数。

25、本技术的一些实施例所提供的芯片封装结构的制备方法，通过在封装体与封装基板进行焊接之前，在封装体中封装层远离重新布线层的一侧形成翘曲抑制层，并设置翘曲抑制层和重新布线层的热膨胀系数，均大于芯片的热膨胀系数，可以在环境温度产生变化时，在封装层和芯片的上下两侧产生同向的应力(例如拉应力或压应力)，避免封装层和芯片向一侧变形，从而改善封装层和芯片的翘曲。而降低甚至消除封装层和芯片的翘曲的过程中，封装层和芯片能够对重新布线层产生相应的应力，同步降低甚至消除重新布线层的翘曲，改善封装体的翘曲。这样在后续将封装体与封装基板进行焊接的过程中，便能够降低封装体与封装基板之间的焊接难度，提高重封装体与封装基板之间的焊接质量。相应的，便能够降低重新布线层与封装基板之间的焊接难度，提高重新布线层与封装基板之间的焊接质量，提高芯片封装结构的良率。

26、在第三方面可能的实现方式中，翘曲抑制层的材料包括塑封材料；重新布线层还具有第二表面，第二表面与第一表面相背。形成覆盖至少一个芯片及封装层的翘曲抑制层之前，制备方法还包括：形成覆盖至少一个芯片及封装层的背金属层。形成覆盖至少一个芯片及封装层的翘曲抑制层之后，制备方法还包括：提供封装基板；将封装体焊接于封装基板上，封装基板与第二表面相连接；去除翘曲抑制层的至少一部分。例如，仅去除翘曲抑制层的一部分，保留下来的一部分可以呈环形或田字型等，为后续形成的热界面材料层提供限制范围，防止热界面材料层的飞溅；又如，可以完全烧蚀掉翘曲抑制层，暴露出背金属层，这样无需设置掩膜层等结构，有利于降低制备芯片封装结构的工艺难度、复杂程度。

27、第四方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括印刷电路板，及如第一方面或第二方面中任一实施方式中所述的芯片封装结构。芯片封装结构与印刷电路板相连接。

28、第四方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见第一方面或第二方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。