專利名稱：在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)級封裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)級封裝方法。屬電子封裝技術領域。
(二)
背景技術：
系統(tǒng)級封裝(SiP， System in Package)是指將多個具有不同功能的有源與無源元件，以及諸如微機電系統(tǒng)(MEMS)、光學(Optics)元件等其它元件組合在同一封裝中，成為可提供多種功能的單顆標準封裝的組件，形成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)。系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品內大多集成多個芯片、無源元件等，通過引線鍵合或倒裝芯片的方式將芯片的焊盤與基板上的焊盤連接起來，再通過基板上的電路線連接其它芯片、阻容或其它元器件，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的電氣連接。 由于市場對系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品的集成度要求越來越高，產(chǎn)品的外形尺寸也越來越
小，并且芯片功能也越來越復雜。很多系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品為了縮小外形尺寸、降低成本、增加
產(chǎn)品功能和提高產(chǎn)品的競爭力，大多會在封裝體內采用芯片堆疊技術，將多顆芯片進行三
維空間上的堆疊，加上磨片工藝的成熟，芯片可以磨得很薄(通常在80um以內)，這樣可以
充分利用產(chǎn)品的有效集成空間，集成更多的元件。通常，復雜的系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品中常使用載
板芯片，以引線鍵合的方式實現(xiàn)復雜的芯片堆疊結構的各芯片、芯片與其它元件的電氣連
接。然而當空間尺寸有限的封裝產(chǎn)品要求集成的芯片、無源器件等數(shù)量過多時，即使采用芯
片堆疊方法解決了平面布局面積的不足，由于堆疊后還需要引線鍵合，而引線鍵合的弧高
較高，這樣就使得總體高度超出了封裝產(chǎn)品的高度規(guī)格，使得封裝方案會無法實現(xiàn)；或者即
使芯片堆疊后引線鍵合高度在封裝產(chǎn)品的高度規(guī)格之內，但是封裝產(chǎn)品面積內的非芯片區(qū)
域仍不足以布局數(shù)量較多的無源元件、晶振等元器件，封裝方案會無法實現(xiàn)。 倒裝芯片工藝是業(yè)內常用的工藝，一般倒裝芯片工藝將芯片倒置于基板上，其所
占用的封裝面積要比引線鍵合方式小很多；在相同的封裝體積內，采用倒裝芯片工藝可以
縮小芯片所占用的空間，而芯片所占用的空間原本是在封裝體中占有大部分比例，這樣就
可以大大增加封裝產(chǎn)品的集成度，為實現(xiàn)復雜的系統(tǒng)級封裝提供更大的可行性。 可以嘗試在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的方法解決上述封裝高度不足
或封裝面積不足等封裝方案尺寸不足等弊端，但是通過目前已有的載板芯片，封裝工藝無
法實現(xiàn)，主要原因如下系統(tǒng)級封裝中常采用載板芯片，目的是通過其實現(xiàn)芯片的焊盤轉
移，從而將原本無法引線鍵合或引線鍵合較為困難的封裝產(chǎn)品變得可行。載板芯片采用晶
圓工藝制作，其表面焊盤與一般芯片的焊盤制作工藝相同，材質均為鋁金屬，如圖1(a)、圖
1 (b)所示，芯片上表面為鈍化層，在布局有焊盤的位置鈍化層有開口 ，這樣就使得芯片內部
與外界隔離。封裝工藝中鋁金屬利于引線鍵合，為成熟工藝，但是其不利于倒裝芯片焊接，
原因如下 用于采用倒裝工藝的芯片與一般的芯片有所不同，需要對其做再布線(Redistribution, RDL)工藝和制作金屬凸塊或金屬球(Bumping)工藝。再布線工藝是改變芯片原始的焊盤布局，將分布在芯片四周一個面或多個面靠近邊緣的焊盤轉移至芯片表
3面區(qū)域，并且使焊盤均勻的分布。通過金屬凸塊或金屬球工藝在再分布后的焊盤上制作金屬凸塊或金屬球；金屬凸塊或金屬球的材質業(yè)內通常采用錫或金或銅，或者其合金，再布線和制作金屬凸塊或金屬球的芯片焊盤布局如圖2(a)、圖2(b)所示。上述金屬凸塊或金屬球材質與鋁的可釬焊性差，即無法將載板芯片的鋁焊盤與倒裝芯片的金屬凸塊或金屬球實現(xiàn)焊接。 解決上述載板芯片鋁焊盤與倒裝芯片金屬凸塊或金屬球釬焊性不佳的方法是，將載板芯片的鋁焊盤進行表面處理，視倒裝芯片金屬凸塊或金屬球的材質可選表面取鍍錫或銅或金。這樣，可通過倒裝芯片工藝實現(xiàn)載板芯片與倒裝芯片的焊接。但是這會給產(chǎn)品整個封裝工藝流程帶來弊端，具體原因如下 業(yè)內封裝工藝中，無源元件是通過表面貼裝技術(Surface MountingTechnology，SMT)焊接于焊盤上，無源元件如圖3(a)、3(b)所示，基板焊盤如圖3 (c) 、3 (d)所示，無源元件和基板焊盤之間焊接結構如圖3(e)所示；倒裝芯片是通過特定的設備，將基板焊盤上涂助焊劑，然后將用于倒裝的芯片置于基板上，相應的焊盤進行對接，繼而回流，實現(xiàn)焊接，如圖4所示。倒裝芯片焊接完成后，通常會進行底部填充工藝(Under fill)，以提高可靠性。表面貼裝工藝和倒裝芯片工藝是業(yè)內成熟的封裝工藝，有專用的設備、原材料。對于載板芯片上需要倒裝芯片和貼裝無源元件的封裝產(chǎn)品，其按照現(xiàn)有的封裝設備、原材料，可能的工藝流程是無源元件表面貼裝、回流、倒裝芯片、回流，即無源元件經(jīng)歷了兩次回流。由于二次回流的高溫過程會使得焊料金屬熔化蒸發(fā)，且向四周擴散，這就相當于降低了焊盤處焊料的厚度，二次回流后會形成焊接不牢、相鄰焊盤連接等缺陷，如圖5所示，并且會降低無缺陷產(chǎn)品的可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種能將載板芯片的焊盤與倒裝芯片的金屬凸塊或金屬球實現(xiàn)焊接，同時倒裝芯片和貼裝無源元件工藝通過一次回流完成的在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)級封裝方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)
級封裝方法，所述方法包含有多顆芯片和多顆無源元件，多顆芯片中至少有一顆載板芯片
和一顆倒裝芯片，將所述多顆芯片進行三維空間上的堆疊，其特征在于所述載板芯片包含
有兩類焊盤，其中第一類焊盤為金屬凸塊或金屬球結構，用來與倒裝芯片和無源元件連接，
該金屬凸塊或金屬球結構是通過電鍍或植球的工藝直接在通常的芯片的鋁焊盤表面獲得，
第二類焊盤與通常的芯片焊盤相一致，為鋁焊盤，用以引線鍵合；在所述載板芯片的所有金
屬凸塊或金屬球焊盤上刷助焊劑，將所述倒裝芯片和無源元件通過所述金屬凸塊或金屬球
與載板芯片一次回流焊接；所述載板芯片的第一類焊盤的材質為錫、銅或金。
采用此載板芯片，結合專用的倒裝芯片與表面貼裝技術混用設備，工藝流程為載
板芯片的所有金屬凸塊或金屬球焊盤上刷助焊劑，貼裝用于倒裝的芯片以及無源元件，一
次回流焊接。此方案通過在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件，實現(xiàn)在有限封裝體內集
成多個芯片和無源元件，使原本存在空間不足的封裝方案變得可行。 本發(fā)明的有益效果是 1、載板芯片，能在其上倒裝芯片和貼裝無源元件；
2、倒裝芯片和貼裝無源元件工藝通過一次回流完成，縮短工藝流程，提高效率； 3、減小缺陷發(fā)生的概率，提高產(chǎn)品可靠性； 4、增加其它復雜的系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品方案的可行性。
(四)


圖l(a)為以往載板芯片焊盤布局俯視圖。
圖l(b)為圖l(a)的側視圖。 圖2(a)為以往再布線和制作金屬凸塊或金屬球的芯片焊盤布局俯視圖。 圖2 (b)為圖2 (a)的側視圖。 圖3(a)為以往無源元件俯視圖。 圖3 (b)為圖3 (a)的側視圖。 圖3(c)為以往基板焊盤布局俯視圖。 圖3(d)為圖3(c)的側視圖。 圖3(e)為以往無源元件表面貼裝結構示意圖。 圖4為以往倒裝芯片于基板示意圖。 圖5為以往二次回流后缺陷示意圖。 圖6(a)為本發(fā)明涉及的載板芯片焊盤布局俯視圖。 圖6(b)為圖l(a)的側視圖。 圖7 (a)為本發(fā)明在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)級封裝方法俯視 圖。 圖7(b)為圖7(a)的側視圖。
(五)
具體實施例方式
如圖7(a)和圖7(b)所示，芯片Ul、 U3面積較大，并且無源元件(Rl、 Cl、 Ll、 C2) 數(shù)量較多，在尺寸有限的封裝體內完成芯片、無源元件的布局是無法完成的。本發(fā)明涉及的 在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)級封裝方法，所述方法包含有多顆芯片(Ul、 U2、U3)和多顆無源元件(R1、C1、L1、C2)，多顆芯片中至少有一顆載板芯片U2和一顆倒裝 芯片U3，將所述多顆芯片進行三維空間上的堆疊。所述載板芯片U2包含有兩類焊盤，如圖 6(a)和圖6(b)所示，其中第一類焊盤為金屬凸塊或金屬球2結構，用來與倒裝芯片U3和無 源元件的電氣連接，該金屬凸塊或金屬球2結構是通過電鍍或植球的工藝直接在通常的芯 片的鋁焊盤3表面獲得，第二類焊盤與通常的芯片焊盤相一致，為鋁焊盤3，用來與其它芯 片(Ul、 U3)和基板1的引線鍵合，在所述載板芯片的所有金屬凸塊或金屬球焊盤上刷助焊 劑，將所述倒裝芯片U3和無源元件通過所述金屬凸塊或金屬球2與載板芯片U2 —次回流 焊接。
權利要求
一種在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)級封裝方法，所述方法包含有多顆芯片和多顆無源元件，多顆芯片中至少有一顆載板芯片和一顆倒裝芯片，將所述多顆芯片進行三維空間上的堆疊，其特征在于所述載板芯片包含有兩類焊盤，其中第一類焊盤為金屬凸塊或金屬球結構，該金屬凸塊或金屬球結構是通過電鍍或植球的工藝直接在通常的芯片的鋁焊盤表面獲得，第二類焊盤與通常的芯片焊盤相一致，為鋁焊盤；在所述載板芯片的所有金屬凸塊或金屬球焊盤上刷助焊劑，將所述倒裝芯片和無源元件通過所述金屬凸塊或金屬球與載板芯片一次回流焊接；所述載板芯片的第一類焊盤的材質為錫、銅或金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在載板芯片上倒裝芯片和貼裝無源元件的系統(tǒng)級封裝方法，所述方法包含有多顆芯片和多顆無源元件，多顆芯片中至少有一顆載板芯片和一顆倒裝芯片，將所述多顆芯片進行三維空間上的堆疊，其特征在于所述載板芯片包含有兩類焊盤，其中第一類焊盤為金屬凸塊或金屬球結構，該金屬凸塊或金屬球結構是通過電鍍或植球的工藝直接在通常的芯片的鋁焊盤表面獲得，第二類焊盤與通常的芯片焊盤相一致，為鋁焊盤；在所述載板芯片的所有金屬凸塊或金屬球焊盤上刷助焊劑，將所述倒裝芯片和無源元件通過所述金屬凸塊或金屬球與載板芯片一次回流焊接。本發(fā)明封裝方法能將載板芯片的焊盤與倒裝芯片的金屬凸塊或金屬球實現(xiàn)焊接，同時倒裝芯片和貼裝無源元件工藝通過一次回流完成。
文檔編號H01L21/60GK101777504SQ20101010191
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權日2010年1月27日
發(fā)明者李宗懌, 王新潮, 王春華, 陳一杲, 高盼盼 申請人:江蘇長電科技股份有限公司