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1、(10)申请公布号 CN 104103607 A (43)申请公布日 2014.10.15 CN 104103607 A (21)申请号 201410274365.3 (22)申请日 2014.06.19 H01L 23/31(2006.01) H01L 23/13(2006.01) H01L 21/56(2006.01) (71)申请人 中国航天科工集团第三研究院第 八三五七研究所 地址 300308 天津市东丽区空港经济区保税 路 357 号 (72)发明人 朱天成 李鑫 杨阳 (74)专利代理机构 天津翰林知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 12210 代理人 李济群 (54) 发明。
2、名称 一种用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接 封装 (57) 摘要 本发明涉及一种用于混合封装的 BGA 芯片内 埋的无焊接封装， 其特征在于该封装包括有机基 板， 在有机基板的上部中心设有与 BGA 芯片匹配 的安装腔体， 安装腔体为棱台状， 至少一个侧面 为等腰梯形斜面， 等腰梯形斜面与安装腔体底面 的夹角为 105-130， BGA 芯片放入安装腔体后， 至少一个侧面留有塑封料流入口， 安装腔体的深 度为有机基板厚度的 1/6-1/2， 安装腔体底面设 有半球形凹槽， 半球形凹槽的尺寸规格及数量与 BGA芯片的BGA焊球的尺寸规格及数量相匹配， 且 半球形凹槽的内表面镀有金属层 ；。
3、 所述有机基板 的底面每平方厘米均布设有 4-6 个用于抽真空的 通孔。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104103607 A CN 104103607 A 1/1 页 2 1. 一种用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装， 其特征在于该封装包括有机基 板， 在有机基板的上部中心设有与 BGA 芯片匹配的安装腔体， 安装腔体为棱台状， 至少一个 侧面为等腰梯形斜面， 等腰梯形斜面与安装腔体底面的夹角为 105-130， B。
4、GA 芯片放入安 装腔体后， 至少一个侧面留有塑封料流入口， 安装腔体的深度为有机基板厚度的 1/6-1/2， 安装腔体底面设有半球形凹槽， 半球形凹槽的尺寸规格及数量与 BGA 芯片的 BGA 焊球的尺 寸规格及数量相匹配， 且半球形凹槽的内表面镀有金属层 ； 所述有机基板的底面每平方厘 米均布设有 4-6 个用于抽真空的通孔。 2. 根据权利要求 1 所述的用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装， 其特征在于所 述等腰梯形斜面与安装腔体底面的夹角为 115。 3. 根据权利要求 1 所述的用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装， 其特征在于所 述安装腔体对称的两个侧面为等腰梯形。
5、斜面， BGA 芯片放入安装腔体后， 该两个侧面留有塑 封料流入口。 4. 根据权利要求 1 所述的用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装， 其特征在于所 述安装腔体的四个侧面均为等腰梯形斜面， BGA 芯片放入安装腔体后， 该四个侧面均留有塑 封料流入口。 5. 根据权利要求 1 所述的用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装， 其特征在于所 述 BGA 芯片放入安装腔体后， 两者的上表面水平一致。 权 利 要 求 书 CN 104103607 A 2 1/4 页 3 一种用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装 技术领域 0001 本发明涉及半导体封装技术， 具体涉及一种用于。
6、混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊 接封装。 背景技术 0002 系统级封装(SystemInaPackage， 简称SiP)主要是通过3D封装技术将具有完整系 统功能的多种芯片原片放入在一个芯片封装之内， 实现系统功能的集成和体积、 重量的降 低， 是芯片设计技术、 3D 封装技术、 基板、 管壳设计加工制造技术等多种先进设计及加工技 术高度交叉融合的产物。在 SiP 中可以利用芯片、 裸芯片、 无源器件等进行混合封装， 实现 更多的系统功能、 具有更加灵活、 成本低等特点。 0003 混合封装发展已经有了多年的历史， 从最早的组件级产品到目前的系统芯片都可 以看到混合封装技术的应用。 但是。
7、， 早期混合封装主要是利用厚薄膜集成电路制造工艺， 在 陶瓷基板或 PCB 板上实现有源器件、 无源器件等器件的集成。随着技术的发展， 采用裸芯片 的系统级封装 (SiP) 技术目前成为主流。而采用芯片和裸芯片进行混合封装的尝试也在不 断进行。但由于工艺水平的限制和相关产业配套分工等问题， 采用芯片和裸芯片进行混合 封装的尝试和成功的产品较少。 0004 目前， 采用表贴封装的芯片与裸芯片集成的方式较多， 包括 BGA、 QFP 等表贴形式。 对于采用传统工艺混合封装 BGA 芯片存在焊接虚焊， 封装存在空气等问题， 严重影响产品 质量。 发明内容 0005 针对现有技术的不足， 本发明拟解决。
8、的技术问题是 , 设计一种用于混合封装的 BGA芯片内埋的无焊接封装。 该封装利用有机基板进行混合封装BGA芯片， 可以实现大规模 BGA 芯片在塑封 SiP 系统芯片中的无焊接集成， 并提高产品封装的可靠性和封装质量。 0006 本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是 ： 设计一种用于混合封装的 BGA 芯 片内埋的无焊接封装， 其特征在于该封装包括有机基板， 在有机基板的上部中心设有与 BGA 芯片匹配的安装腔体， 安装腔体为棱台状， 至少一个侧面为等腰梯形斜面， 等腰梯形斜面与 腔体底面的夹角为 105-130， BGA 芯片放入安装腔体后， 至少一个侧面留有塑封料流入 口， 安装腔体。
9、的深度为有机基板厚度的 1/6-1/2， 安装腔体底面设有半球形凹槽， 半球形凹 槽的尺寸规格及数量与 BGA 芯片的 BGA 焊球的尺寸规格及数量相匹配， 且半球形凹槽的内 表面镀有金属层 ； 所述有机基板的底面每平方厘米均布设有 4-6 个用于抽真空的通孔。 0007 与现有技术相比， 本发明采用有机基板进行混合封装BGA芯片， 可以实现BGA芯片 的内埋， 减小 SiP 系统芯片产品的厚度和体积 ； 通过真空吸力实现良好电气连接后， 利用塑 封材料将 BGA 芯片固定在腔体内， 可以实现 BGA 芯片的免焊接， 同时利用真空吸力， 可以将 塑封材料填充到 BGA 芯片下， 提高产品的可靠。
10、性。此外， 本发明与现有的 SiP 工艺兼容性较 好， 有效解决了现有利用贴片工艺造成 BGA 焊球之间短路等问题。 说 明 书 CN 104103607 A 3 2/4 页 4 附图说明 0008 图1为本发明用于混合封装的BGA芯片内埋的无焊接封装一种实施例的有机基板 1 的主视结构示意图 ； 0009 图2为本发明用于混合封装的BGA芯片内埋的无焊接封装一种实施例的有机基板 1 的的立体结构示意图 ； 0010 图3为本发明用于混合封装的BGA芯片内埋的无焊接封装一种实施例的工艺原理 示意图 ； 0011 图4为本发明用于混合封装的BGA芯片内埋的无焊接封装一种实施例的工艺流程 示意图 。
11、； 0012 在图中， 1. 有机基板， 2.BGA 芯片， 11. 通孔， 12. 半球形凹槽， 13. 安装腔体， 14. 塑 封料流入口， 21.BGA 焊球。 具体实施方式 0013 下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明。 0014 本发明设计的用于混合封装的 BGA 芯片内埋的无焊接封装 ( 简称封装， 参见图 1-3)， 其特征在于该封装包括有机基板 1， 在有机基板 1 的上部中心设有与 BGA 芯片 2 匹配 的安装腔体 13， 安装腔体 13 为棱台状， 至少一个侧面为等腰梯形斜面， 等腰梯形斜面与安 装腔体底面的夹角 为 105-130， BGA 芯片 2 放入安。
12、装腔体 13 后， 至少一个侧面留有塑 封料流入口 14， 安装腔体 13 的深度为有机基板 1 厚度的 1/6-1/2， 安装腔体底面设有半球 形凹槽 12， 半球形凹槽 12 的尺寸规格及数量与 BGA 芯片的 BGA 焊球 21 的尺寸规格及数量 相匹配， 且半球形凹槽 12 的内表面镀有金属层 ； 所述有机基板 1 的底面每平方厘米均布设 有 4-6 个用于抽真空的通孔 11。 0015 本发明封装的进一步特征在于所述等腰梯形斜面与安装腔体底面的夹角 为 115。 0016 本发明封装的进一步特征在于所述安装腔体 13 对称的两个侧面为等腰梯形斜 面， BGA 芯片 2 放入安装腔体 。
13、13 后， 该两个侧面留有塑封料流入口 14。 0017 本发明封装的进一步特征在于所述安装腔体 13 的四个侧面均为等腰梯形斜面， BGA 芯片 2 放入安装腔体 13 后， 该四个侧面均留有塑封料流入口 14。 0018 本发明封装的进一步特征还在于所述 BGA 芯片 2 放入安装腔体 13 后， 两者的上表 面水平一致。 0019 本发明封装的有机基板 1 上部中心设有的棱台状腔体 13, 之所以其四个侧面采 用等腰梯形斜面设计 ( 参见图 2)， 其因在于这种设计可以在灌封塑封料时便于塑封料流入 BGA 芯片 2 的底部， 不容易形成空洞， 避免封装后空气的存在。 0020 本发明封装。
14、的工艺原理(参见图3)是,利用抽真空产生的空气压力将BGA芯片2 牢牢吸入有机基板 1 的安装腔体 13 之内， 利用 BGA 焊球 21 与有机基板腔体内半球形凹槽 12 的接触实现电气连接。之后在注塑过程中， 利用真空的抽力将注塑材料吸到 BGA 芯片 2 之下， 利用塑封料实现 BGA 芯片的电气连接固定。 0021 本发明封装的工艺流程 ( 参见图 4) 包括 : 制造有机基板 1， 制造与 BGA 芯片 2 规 说 明 书 CN 104103607 A 4 3/4 页 5 格相匹配的安装腔体 13、 制造半球形凹槽 12、 开用于真空吸附的通孔 11、 安装 BGA 芯片 2、 检测。
15、 BGA 的连通性、 抽真空和注塑封料等步骤。其中在完成有机基板 1 制造的整个过程后， 需要将BGA芯片2安装在安装腔体13内， 并在抽真空条件下， 检测BGA芯片的连通性。 只有 通过检测才可以进行后续的工作， 如果没有通过检测则需要重复制造有机基板 1 的上述步 骤， 找出问题的原因。通过 BGA 连通性测试的 BGA 芯片 2 可以进行抽真空、 注塑封料工序， 此时需要在有机基板 1 背面一直抽真空， 利用真空的吸力将塑封料均匀引导到 BGA 焊球 21 间隙内部， 直到所有的通孔 11 被塑封料塞满为止， 即完成封装。 0022 本发明封装在有机基板 1 上设有安装腔体 13 可以降。
16、低整体 SiP 系统芯片成品的 厚度， 同时安装腔体 13 有利于通过抽真空对芯片进行吸附。本发明封装中设置一定数量均 匀对称分布用于抽真空的通孔 11， 可保证真空吸附 BGA 芯片 2 能够实现良好的电气接触。 0023 本发明封装采用精密加工工艺， 在安装腔体底面加工出半球形凹槽 12 代替传统 的 BGA 焊盘， 同时在半球形凹槽 12 上镀有金属层， 能够实现有机基板 1 与 BGA 芯片 2 的无 焊接电气连接。此外， 利用半球形凹槽 12 可增大 BGA 芯片 2 与有机基板 1 的接触面积， 并 对 BGA 芯片 2 起到固定作用， 可防止在注塑过程中 BGA 芯片 2 发生移。
17、动。 0024 本发明封装有机基板的安装腔体 13 的底面尺寸与 BGA 芯片 2 的尺寸相匹配， 且通 孔 11 的数量也与 BGA 芯片 2 的尺寸规格有关。半球形凹槽 12 的尺寸规格及数量与 BGA 芯 片的 BGA 焊球 21 的尺寸规格及数量相匹配。本发明封装的 BGA 芯片 2 在安装后， 可以实现 与有机基板 1 的平面水平一致。 0025 本发明中的塑封料的种类及注塑工艺、 金属层种类及加工工艺均采用现有技术， 本发明未述及之处均适用于现有技术。 0026 下面给出本发明封装的具体实施例。具体实施例仅用于详细描述本说明， 不构成 对本申请权利要求保护范围的限制。 0027 实。
18、施例 1 0028 本实施例采用 77mm 的 BGA 芯片 2， BGA 芯片上的 BGA 焊球 21 的直径为 0.25mm， 与此相匹配的有机基板安装腔体 13 的尺寸为 77mm， 安装腔体 13 的四个侧面均为等腰梯 形斜面， 等腰梯形斜面与安装腔体底面的夹角 为 105， 安装腔体 13 深度为有机基板 1 厚度的 1/6， 有机基板底面设有 2 个通孔 11， 且通孔呈均匀对称分布， 安装腔体底面的半球 形凹槽 12 的直径为 0.25mm， 半球形凹槽 12 内表面镀有金属锡层。 0029 实施例 2 0030 本实施例采用 1515mm 的 BGA 芯片 2， BGA 芯片上。
19、的 BGA 焊球 21 的直径为 0.5mm， 与此相匹配的有机基板安装腔体 13 的尺寸为 1515mm， 安装腔体 13 对称的两个侧面均为 等腰梯形斜面， 等腰梯形斜面与安装腔体底面的夹角 为 115， 安装腔体 13 深度为有机 基板 1 厚度的 1/3， 有机基板底面设有 6 个通孔 11， 且通孔呈均匀对称分布， 安装腔体底面 的半球形凹槽 12 的直径为 0.5mm， 半球形凹槽 12 内表面镀有金属锡层。 0031 实施例 3 0032 本实施例采用 2020mm 的 BGA 芯片 2， BGA 芯片上的 BGA 焊球 21 的直径为 1mm， 与此相匹配的有机基板安装腔体 13 的尺寸为 2020mm， 安装腔体 13 四个侧面均为等腰梯 形斜面， 等腰梯形斜面与安装腔体底面的夹角 为 130， 安装腔体深度为有机基板厚度 的1/2， 有机基板底面设有12个通孔11， 且通孔呈均匀对称分布， 安装腔体底面的半球形凹 说 明 书 CN 104103607 A 5 4/4 页 6 槽 12 的直径为 1mm， 半球形凹槽 12 内表面镀有金属锡层。 说 明 书 CN 104103607 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104103607 A 7 2/2 页 8 图 4 说 明 书 附 图 CN 104103607 A 8 。