專利名稱：倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及內(nèi)存芯片的封裝結(jié)構(gòu)，特別涉及一種利用Flipchip技術(shù)封裝內(nèi)存芯片的倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
我們所使用的每一條內(nèi)存，其實(shí)是由數(shù)量龐大的集成電路組合而成，只不過這些電路，都是需要最后打包完成，這類將集成電路打包的技術(shù)就是所謂的封裝技術(shù)。封裝也可以說是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，對(duì)于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。
在我們的計(jì)算機(jī)里，CPU需要嚴(yán)格地封裝，內(nèi)存條也同樣不可怠慢，對(duì)于常見的內(nèi)存條而言，我們實(shí)際看到的體積和外觀并不是真正的內(nèi)存的大小和面貌，那一個(gè)一個(gè)整齊排列的小黑塊即內(nèi)存芯片經(jīng)過打包封裝后的成果。對(duì)于內(nèi)存這樣以芯片為主的產(chǎn)品來說，封裝技術(shù)不僅保證芯片與外界隔離，防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電學(xué)性能下降；而且封裝技術(shù)的好壞還直接關(guān)系到與芯片連接的PCB(印刷電路板)的設(shè)計(jì)和制造，從而對(duì)芯片自身性能的表現(xiàn)和發(fā)揮產(chǎn)生深刻的影響。
如此而言，封裝技術(shù)好比內(nèi)存的一件外衣，而內(nèi)存品質(zhì)在這里則是典型的“以貌取人”，越“高檔”的外衣身價(jià)也就越高了。如同微處理器一樣，內(nèi)存條的技術(shù)也是不斷地更新。人們手中內(nèi)存條上的顆粒模樣漸漸在變，變得比以前更小、更精致。變化不僅在表面上，而且這些新型的芯片在適用頻率和電氣特性上比老前輩又有了長足的進(jìn)步。這一結(jié)晶應(yīng)歸功新型的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)所帶來的成果。
芯片的封裝技術(shù)種類實(shí)在是多種多樣，諸如DIP，PQFP，TSOP，TSSOP，PGA，BGA，QFP，TQFP，QSOP，SOIC，SOJ，PLCC，WAFERS......一系列名稱看上去都十分繁雜，其實(shí)，只要弄清芯片封裝發(fā)展的歷程也就不難理解了。芯片的封裝技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)好幾代的變遷，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，以及引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等，都是看得見的變化。
20世紀(jì)70年代時(shí)，芯片封裝流行的還是雙列直插封裝，簡稱DIP(Dualln-line Package)。DIP封裝在當(dāng)時(shí)具有適合PCB(印刷電路板)的穿孔安裝，其封裝的結(jié)構(gòu)形式也很多，包括多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP等等。但是衡量一個(gè)芯片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個(gè)比值越接近1越好。比如一顆采用40根I/0引腳塑料雙列直插式封裝(PDIP)的芯片為例，其芯片面積/封裝面積＝(3×3)/(15.24×50)＝1∶86，離l相差很遠(yuǎn)。不難看出，這種封裝尺寸遠(yuǎn)比芯片大不少，說明封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。
到了80年代出現(xiàn)的內(nèi)存第二代封裝技術(shù)以TSOP為代表，它很快為業(yè)界所普遍采用，到目前為止還保持著內(nèi)存封裝的主流地位。TSOP是英文Thin SmallOutline Package的縮寫，意即薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的一個(gè)典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引腳，如SDRAM內(nèi)存的集成電路兩側(cè)都有引腳，SGRAM內(nèi)存的集成電路四面都有引腳。TSOP適合用SMT技術(shù)(表面安裝技術(shù))在PCB(印刷電路板)上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時(shí)，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時(shí)，引起輸出電壓擾動(dòng))減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。改進(jìn)的TSOP技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于SDRAM內(nèi)存的制造上，不少知名內(nèi)存制造商如三星、現(xiàn)代、Kingston等目前都在采用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行內(nèi)存封裝。
隨著以CPU為主的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的總體大幅度提升趨勢(shì)，人們對(duì)于內(nèi)存的品質(zhì)和性能要求也日趨苛刻。為此，人們要求內(nèi)存封裝更加緊致，以適應(yīng)大容量的內(nèi)存芯片，同時(shí)也要求內(nèi)存封裝的散熱性能更好，以適應(yīng)越來越快的核心頻率。毫無疑問的是，進(jìn)展不太大的TSOP等內(nèi)存封裝技術(shù)也越來越不適用于高頻、高速的新一代內(nèi)存的封裝需求，新的內(nèi)存封裝技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生了。
為滿足發(fā)展的需要，在原有封裝方式的基礎(chǔ)上，又增添了新的方式——球柵陣列封裝，簡稱BGA(Ball Grid Array Package)。BGA封裝技術(shù)有這樣一些特點(diǎn)I/O引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距并不小，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少；寄生參數(shù)減小，信號(hào)傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。不過BGA封裝仍然存在著占用印刷電路板面積較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提高內(nèi)存芯片與印刷電路板的互連性，增大封裝芯片與封裝面積之比，增加內(nèi)存芯片的散熱能力。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)存芯片和印刷電路板，其特征是內(nèi)存芯片與印刷電路板之間采用倒裝片式連接。內(nèi)存芯片表面長出的凸塊通過導(dǎo)電材料與印刷電路板連接，該導(dǎo)電材料為Sn63/Pb37共晶錫膏。內(nèi)存芯片與印刷電路板之間充滿填充物，其中填充物選用CIBA公司的107ND。
本實(shí)用新型的有益效果是1.優(yōu)良的電氣特性倒裝片內(nèi)互連技術(shù)沒有采用傳統(tǒng)的綁定線的方法，而是將芯片的pad與印刷電路板通過導(dǎo)電材料Sn63/Pb37共晶錫膏相連。由于縮短了芯片與基層之間的電氣連接，較之電線捆綁而言，這項(xiàng)技術(shù)提供了更優(yōu)越的電氣性能，大大減小了互連延遲，與TSOP封裝相比，具有小的電感特性和大的噪聲裕量。2.增加散熱能力由于焊點(diǎn)和印刷電路板直接連接，且接觸面積較大，所以內(nèi)存芯片在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量可以很容易地傳導(dǎo)到印刷電路板上并散發(fā)出去，大大加強(qiáng)了芯片的散熱能力。3.減小模塊面積與長度倒裝片封裝技術(shù)是一種芯片級(jí)封裝方法，可以明顯地減小芯片封裝的尺寸。相同容量的SDRAM內(nèi)存芯片，采用TSOP封裝的尺寸是11.76×22.62mm，而我們所設(shè)計(jì)的倒裝片封裝尺寸為8.8×15.3mm。這樣所設(shè)計(jì)的內(nèi)存模塊的尺寸也大大減小。4.增加內(nèi)存容量由于內(nèi)存芯片尺寸的減小，則在相同面積的內(nèi)存板上所排列的內(nèi)存芯片數(shù)量增加，提高了電路板的密度，從而增加了內(nèi)存模塊的容量。而且不需要昂貴的疊層解決方案就可以得到高容量的內(nèi)存模塊，大大降低了內(nèi)存模塊的成本。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型封裝電路圖頂層圖3為本實(shí)用新型封裝電路圖底層圖4為本實(shí)用新型封裝效果圖圖5為本實(shí)用新型內(nèi)存芯片管腳分布圖圖中1-內(nèi)存芯片，2-印刷電路板，3-凸塊，4-導(dǎo)電材料，5-填充物。
具體實(shí)施方式
參見圖1，倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)存芯片1和印刷電路板2，其特征是內(nèi)存芯片1與印刷電路板2之間采用倒裝片式連接。內(nèi)存芯片1表面長出的凸塊3通過導(dǎo)電材料4與印刷電路板連接，該導(dǎo)電材料為Sn63/Pb37共晶錫膏。內(nèi)存芯片1與印刷電路板2之間充滿填充物5。其中填充物5選用CIBA公司的107ND，從圖1中可看出，不同容量的SDRAM/DDR內(nèi)存芯片被倒轉(zhuǎn)，直接在芯片表面長出所謂金色的凸塊(SolderBump)通過導(dǎo)電材料Sn63/Pb37共晶錫膏與印刷電路板相連，這樣既減小了芯片與印刷電路板的互連尺寸，又增加機(jī)械穩(wěn)定性，同時(shí)也使芯片與基層的熱膨脹系數(shù)CTE相匹配。印刷電路板的底部采用球狀管腳與內(nèi)存PCB板焊接。其封裝的電路圖如圖2、圖3所示。圖4顯示了倒裝片的封裝及外面的球體，我們以256Mb(32×8Mb)的DDR內(nèi)存芯片封裝為例，如圖4左部所示，DRAM芯片被組裝在一個(gè)BT基層上。圖4右部所示的是JEDEC標(biāo)準(zhǔn)配置的60球FBGA。數(shù)據(jù)位X8的內(nèi)存芯片的管腳分布如圖5所示。
權(quán)利要求1.倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)存芯片和印刷電路板，其特征是內(nèi)存芯片與印刷電路板之間采用倒裝片式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)，其特征是內(nèi)存芯片表面長出的凸塊通過導(dǎo)電材料與印刷電路板連接，內(nèi)存芯片與印刷電路板之間充滿填充物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)，其特征是該導(dǎo)電材料為Sn63/Pb37共晶錫膏。
專利摘要本實(shí)用新型涉及內(nèi)存芯片的封裝結(jié)構(gòu)，特別涉及一種利用Flipchip技術(shù)封裝內(nèi)存芯片的倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)。解決了已有的內(nèi)存芯片封裝中存在的封裝不夠緊致、散熱效果不佳、占用印刷電路板面積較大等缺陷。技術(shù)解決方案是倒裝片式封裝內(nèi)存芯片的結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)存芯片和印刷電路板，其特征是內(nèi)存芯片與印刷電路板之間采用倒裝片式連接。內(nèi)存芯片表面長出的凸塊通過導(dǎo)電材料與印刷電路板連接，該導(dǎo)電材料為Sn63/Pb37共晶錫膏。內(nèi)存芯片與印刷電路板之間充滿填充物。倒裝片式的封存結(jié)構(gòu)主要用于各類芯片的封存。
文檔編號(hào)H01L21/60GK2591771SQ0228821
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者謝鐵琴 申請(qǐng)人:華騰微電子(上海)有限公司