本發(fā)明涉及一種三維堆疊芯片的多層引線鍵合方法，可實現(xiàn)集成電路領(lǐng)域高密度芯片堆疊封裝，屬于三維集成封裝。

背景技術(shù)：

1、高密度多層引線鍵合技術(shù)通過在基板上堆疊多層芯片進(jìn)行鍵合實現(xiàn)更高的信號和電源密度，堆疊主要類型有金字塔形堆疊、懸臂式堆疊、并列堆疊等。如圖4、5、6所示，傳統(tǒng)的堆疊鍵合方式主要有兩種，一種是將芯片堆疊，引線第一焊點在芯片上，第二焊點全部落在基板平面上；另一種是管殼設(shè)計成臺階狀，第二焊點分別落在臺階上。第一種引線鍵合絲的跨度隨著堆疊層數(shù)和焊盤數(shù)量增加而增大，最多堆疊兩層，即超過合適的工藝窗口，影響產(chǎn)品互連的可靠性。第二種設(shè)計成臺階式的管殼良率較低，工藝難度增加，成本較高，不利于大批量生產(chǎn)?，F(xiàn)階段集成電路朝著小型化、高密度、高復(fù)雜度的方向發(fā)展，導(dǎo)致芯片堆疊層數(shù)越來越多，傳統(tǒng)的引線鍵合方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)發(fā)展階段的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有堆疊方式帶來的堆疊層數(shù)不超過三層的限制問題，提供一種低成本的芯片三維堆疊多層引線鍵合方法，實現(xiàn)鍵合弧高穩(wěn)定控制，提升引線鍵合良率，增加產(chǎn)品合格率。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，包括：

3、制作用于封裝的轉(zhuǎn)接板；

4、對制作好的轉(zhuǎn)接板進(jìn)行切割形成切割單元；

5、對切割后的轉(zhuǎn)接板進(jìn)行解膠分選；

6、將符合要求的新轉(zhuǎn)接板，根據(jù)電路排布將阻容感器件與解膠分選后的轉(zhuǎn)接板上的切割單元進(jìn)行粘接或燒結(jié)；

7、將新轉(zhuǎn)接板和芯片粘接或燒結(jié)在基板上，并進(jìn)行固化；

8、設(shè)置鍵合機參數(shù)，并根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行引線鍵合編程；

9、利用全自動鍵合機完成引線鍵合，并進(jìn)行產(chǎn)品封裝。

10、所述轉(zhuǎn)接板厚度為0.15mm-0.6mm；形狀包括矩形、方形、圓形、橢圓形、拇指型；制作材料采用硅或陶瓷或氮化鋁或氧化鋁或玻璃。

11、所述轉(zhuǎn)接板兩面金屬化鍍層選取為au、al、ni/pb/au，金屬化厚度設(shè)計為2μm-3μm。

12、所述轉(zhuǎn)接板上設(shè)置電路連接過孔，大小為0.1mm-0.2mm；所述電路連接過孔距轉(zhuǎn)接板邊緣距離為1mm-1.5mm。

13、所述轉(zhuǎn)接板制作過程為：以硅或陶瓷或氮化鋁或氧化鋁或玻璃作為基板材料，采用激光刻蝕或濕法腐蝕的方法打孔得到兩面通孔，在通孔轉(zhuǎn)接板基礎(chǔ)上采用二步金屬種子層方法，即首先進(jìn)行等離子表面活化，然后通過磁控濺射鍍膜，實現(xiàn)表面金屬連續(xù)全覆蓋；然后進(jìn)行真空濕法活化、利用化學(xué)鍍銅反應(yīng)原理實現(xiàn)孔內(nèi)側(cè)壁金屬種子層連續(xù)全覆蓋，同時實現(xiàn)表面與孔內(nèi)側(cè)壁金屬種子層連續(xù)全覆蓋，通過脈沖電鍍填實最后完成轉(zhuǎn)接板兩面金屬化。

14、所述對制作的轉(zhuǎn)接板進(jìn)行切割，形成切割單元，包括：用uv膜/藍(lán)膜將轉(zhuǎn)接板粘接在6/8/12英寸崩環(huán)上，使用全自動砂輪劃片機按照設(shè)計間隔選用0.1mm-0.6mm厚度刀片將設(shè)計制作得到的拼板轉(zhuǎn)接板進(jìn)行切割，形成切割單元。

15、所述對切割后的轉(zhuǎn)接板進(jìn)行解膠分選，包括：對轉(zhuǎn)接板進(jìn)行清洗后，放入uv解膠機中進(jìn)行解膠，解膠時間30～50s，解膠后利用全自動晶粒分選機將轉(zhuǎn)接板單元進(jìn)行分選，得到符合要求的新轉(zhuǎn)接板。

16、將新轉(zhuǎn)接板和芯片粘接或燒結(jié)在基板上，包括：將新轉(zhuǎn)接板使用并列或金字塔形堆疊方式，芯片使用金字塔形或懸臂式堆疊，利用環(huán)氧導(dǎo)電膠或焊料片將對應(yīng)的芯片和轉(zhuǎn)接板粘接或燒結(jié)在基板對應(yīng)的平面層區(qū)域位置上。

17、固化時的溫度為100℃-150℃，固化時間1.5-2.5小時。

18、所述設(shè)置鍵合機參數(shù)，包括引線數(shù)量及引線材料、引線弧高種類、引線鍵合方式、引線鍵合順序。

19、所述引線鍵合方式包括楔形焊或球型焊，引線鍵合順序為按低弧度引線至高弧度引線，短投影引線至長投影引線，按同一時鐘方向進(jìn)行鍵合引線順序排布。

20、進(jìn)行引線鍵合編程時，設(shè)置相鄰引線弧度間距設(shè)置應(yīng)在100μm-300μm之間，兩點間鍵合引線投影距離最大不超過引線材料直徑的100倍。

21、進(jìn)行產(chǎn)品封裝，封裝方式包括平行封焊、激光縫焊、熔封焊、儲能焊、灌封、塑封。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

23、1、本發(fā)明方法可使芯片堆疊層數(shù)超過三層，多功能芯片封裝后縮小體積，提高集成度；

24、2、本發(fā)明可在高密度轉(zhuǎn)接板上放置阻容感等無源器件及有源芯片，降低互聯(lián)距離，提高布線密度；

25、3、本發(fā)明方法采用高密度轉(zhuǎn)接板方式提高平面層三層及三層以上芯片堆疊后鍵合可靠性及穩(wěn)定性；

26、4、本發(fā)明方法中的高密度轉(zhuǎn)接板采用硅、陶瓷等材料制作，操作工序簡單、開發(fā)成本低，可適應(yīng)于工業(yè)化三維集成封裝大批量產(chǎn)品的定制生產(chǎn)

技術(shù)特征：

1.一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接板厚度為0.15mm-0.6mm；形狀包括矩形、方形、圓形、橢圓形、拇指型；制作材料采用硅或陶瓷或氮化鋁或氧化鋁或玻璃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接板兩面金屬化鍍層選取為au、al、ni/pb/au，金屬化厚度設(shè)計為2μm-3μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接板上設(shè)置電路連接過孔，大小為0.1mm-0.2mm；所述電路連接過孔距轉(zhuǎn)接板邊緣距離為1mm-1.5mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接板制作過程為：以硅或陶瓷或氮化鋁或氧化鋁或玻璃作為基板材料，采用激光刻蝕或濕法腐蝕的方法打孔得到兩面通孔，在通孔轉(zhuǎn)接板基礎(chǔ)上采用二步金屬種子層方法，即首先進(jìn)行等離子表面活化，然后通過磁控濺射鍍膜，實現(xiàn)表面金屬連續(xù)全覆蓋；然后進(jìn)行真空濕法活化、利用化學(xué)鍍銅反應(yīng)原理實現(xiàn)孔內(nèi)側(cè)壁金屬種子層連續(xù)全覆蓋，同時實現(xiàn)表面與孔內(nèi)側(cè)壁金屬種子層連續(xù)全覆蓋，通過脈沖電鍍填實最后完成轉(zhuǎn)接板兩面金屬化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述對制作的轉(zhuǎn)接板進(jìn)行切割，形成切割單元，包括：用uv膜/藍(lán)膜將轉(zhuǎn)接板粘接在6/8/12英寸崩環(huán)上，使用全自動砂輪劃片機按照設(shè)計間隔選用0.1mm-0.6mm厚度刀片將設(shè)計制作得到的拼板轉(zhuǎn)接板進(jìn)行切割，形成切割單元。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述對切割后的轉(zhuǎn)接板進(jìn)行解膠分選，包括：對轉(zhuǎn)接板進(jìn)行清洗后，放入uv解膠機中進(jìn)行解膠，解膠時間30～50s，解膠后利用全自動晶粒分選機將轉(zhuǎn)接板單元進(jìn)行分選，得到符合要求的新轉(zhuǎn)接板。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，將新轉(zhuǎn)接板和芯片粘接或燒結(jié)在基板上，包括：將新轉(zhuǎn)接板使用并列或金字塔形堆疊方式，芯片使用金字塔形或懸臂式堆疊，利用環(huán)氧導(dǎo)電膠或焊料片將對應(yīng)的芯片和轉(zhuǎn)接板粘接或燒結(jié)在基板對應(yīng)的平面層區(qū)域位置上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，固化時的溫度為100℃-150℃，固化時間1.5-2.5小時。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述設(shè)置鍵合機參數(shù)，包括引線數(shù)量及引線材料、引線弧高種類、引線鍵合方式、引線鍵合順序。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，所述引線鍵合方式包括楔形焊或球型焊，引線鍵合順序為按低弧度引線至高弧度引線，短投影引線至長投影引線，按同一時鐘方向進(jìn)行鍵合引線順序排布。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，進(jìn)行引線鍵合編程時，設(shè)置相鄰引線弧度間距設(shè)置應(yīng)在100μm-300μm之間，兩點間鍵合引線投影距離最大不超過引線材料直徑的100倍。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，其特征在于，進(jìn)行產(chǎn)品封裝，封裝方式包括平行封焊、激光縫焊、熔封焊、儲能焊、灌封、塑封。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種三維堆疊芯片多層引線鍵合封裝方法，通過選擇硅或陶瓷或氮化鋁或氧化鋁或玻璃等材料作為基板材料，設(shè)計制作得到轉(zhuǎn)接板，使用全自動砂輪切割機將轉(zhuǎn)接板進(jìn)行切割，將切割后的轉(zhuǎn)接板單元根據(jù)需求與阻容感等無源器件或有源芯片結(jié)合降低互聯(lián)距離，并使用導(dǎo)電膠或焊料與鍵合區(qū)域連接，最終通過引線與鍵合點位置實現(xiàn)電路互聯(lián)。本發(fā)明通過使用轉(zhuǎn)接板的方式，將鍵合位置相互抬高后實現(xiàn)多層錯位堆疊，降低高度落差的鍵合難度和相互的工藝干涉，可解決多層引線鍵合互連密度問題和芯片堆疊后多種引線線弧穩(wěn)定性控制問題。

技術(shù)研發(fā)人員：劉國瑋,魏猛,田英,梅駿修,陳乙瑋,羅令,李娟
受保護的技術(shù)使用者：四川航天電子設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30