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三維集成高密度厚膜多芯片組件的集成方法.pdf

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三維 集成 高密度 厚膜多 芯片 組件 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210492847.7

申請日:

2012.11.28

公開號:

CN103094219B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 21/98申請日:20121128|||公開
IPC分類號: H01L21/98; H01L21/60 主分類號: H01L21/98
申請人: 貴州振華風光半導體有限公司
發明人: 楊成剛; 蘇貴東
地址: 550018 貴州省貴陽市新添大道北段238號
優先權:
專利代理機構: 貴陽中工知識產權代理事務所 52106 代理人: 劉安寧
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210492847.7

授權公告號:

103094219B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.06.12|||2013.05.08

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了三維集成高密度陶瓷厚膜多芯片組件的集成方法,方法是先制作所需多層陶瓷厚膜基片,在多層陶瓷厚膜基片上,制作厚膜導帶-阻帶網絡,小多層陶瓷基片的對外引腳制作在的同一端的端面或者兩面;然后在垂直集成的相應鍵合區形成金球;再采用厚膜混合集成的方式進行集成,在小多層陶瓷基片的正反面集成一個以上半導體芯片或片式元器件,并完成引線鍵合;最后,采用共晶、合金或漿料粘接等焊接方式將集成后的小多層陶瓷基片垂直集成在底座多層陶瓷基片上。本發明采用三維豎向垂直集成,可將一個以上半導體芯片或其他片式元器件垂直集成在同一底座多層陶瓷基片上,實現高密度三維集成,提高多芯片組件的集成度和提高應用系統的可靠性。

權利要求書

權利要求書三維集成高密度陶瓷厚膜多芯片組件的集成方法,其特征是:先按多層陶瓷厚膜基片常規工藝制作所需多層陶瓷厚膜基片,在多層陶瓷厚膜基片上,采用絲網印刷、漿料燒結、激光調阻的方式制作導帶?阻帶網絡,將所有對外進行電氣連接的引腳制作在小多層陶瓷基片的同一端的端面或者兩面;然后在每根引腳的鍵合區和底座多層陶瓷基片表面相應的鍵合區形成金球;再采用厚膜混合集成的方式進行半導體芯片或片式元器件的集成,在小多層陶瓷基片的正反面集成一個以上半導體芯片或片式元器件,并完成半導體芯片的引線鍵合;最后,采用共晶焊接、合金焊或漿料粘接的方式將集成后的小多層陶瓷基片垂直集成在底座多層陶瓷基片上。
 如權利要求1所述的方法,其特征在于所述多層陶瓷基片由多層陶瓷燒結而成,在每一層中均有金屬化通孔、導帶,內層有阻帶,表層有經激光調阻后的阻帶。
 如權利要求1所述的方法,其特征在于所述金球是采用金絲球鍵合的方法或絲網印刷后再流焊的方法形成的。
 如權利要求1所述的組件,其特征在于所述厚膜混合集成方式的厚膜是通過絲網印刷電阻漿料、金屬漿料到陶瓷基片上、再經高溫燒結的方式形成的。

說明書

說明書三維集成高密度厚膜多芯片組件的集成方法
技術領域
本發明涉及多芯片組件(簡稱MCM),具體而言,涉及陶瓷厚膜多芯片組件(簡稱MCM?C),進一步來說,涉及三維集成高密度陶瓷厚膜多芯片組件(簡稱3D?MCM?C)。 
背景技術
原有多芯片組件的集成技術中,在多層陶瓷厚膜基片(簡稱LTCC)表面采用二維平面集成技術(簡稱2D集成技術),將半導體芯片、其他片式元器件直接裝貼在多層陶瓷基片表面上,或采用三維平面垂直集成技術(簡稱3D集成技術),在2D集成技術的基礎上,將2個以上的芯片按一定的順序和粘片工藝水平垂直堆疊,再采用鍵合絲(金絲或硅鋁絲)進行引線鍵合,完成整個電氣連接,最后在特定的氣氛中將管基和管帽進行密封而成。 
原有技術存在的主要問題是:①對于二維平面集成技術,半導體芯片、其他片式元器件以最大面方向貼裝到陶瓷基片上,芯片與基片的引線鍵合從一個焊點到另一個焊點之間需要一定的跨度,再加上基片上還需要根據具體電路的要求制作必要的厚膜電阻、厚膜電容、厚膜電感等,因此,基片表面的芯片貼裝數量有限,芯片集成效率受基片面積的影響,芯片集成度難以提高;②對于三維水平垂直集成技術,受半導體芯片面積的限制,水平堆疊的芯片數量不可能太多,一般在5層以內,且各層芯片與多層陶瓷基片表面的鍵合區進行鍵合時,一方面需要更多的鍵合區,另一方面每一層芯片表面焊點與多層陶瓷基片表面鍵合區的焊點之間進行內引線鍵合時,需要一定的跨度,其跨度從底芯片到頂層芯片逐步加大,因而,要占用較大的基片面積,從而限制集成度的進一步提升。 
經檢索,涉及多芯片組件的專利申請件有20件,但沒有涉及三維集成的多芯片組件申請件、更沒有涉及三維集成高密度的陶瓷厚膜多芯片組件的申請件。 
發明內容
 本發明的目的是提供三維集成高密度陶瓷厚膜多芯片組件的集成方法,采用三維豎向垂直集成技術,將半導體芯片、其他片式元器件的最大面與多層陶瓷基片表面進行垂直集成,從而增加多層陶瓷基片表面單位面積上可集成的芯片數、其他片式元器件數量,達到提升多陶瓷厚膜多芯片組件集成密度的目的。 
為實現上述目的,發明人提供的三維集成高密度陶瓷厚膜多芯片組件集成方法是:先按多層陶瓷厚膜基片常規工藝制作所需多層陶瓷厚膜基片,在多層陶瓷厚膜基片上,采用絲網印刷、漿料燒結、激光調阻的方式制作導帶?阻帶網絡,將所有對外進行電氣連接的引腳制作在小多層陶瓷基片的同一端的端面或者兩面;然后在每根引腳的鍵合區和底座多層陶瓷基片表面相應的鍵合區形成金球;再采用厚膜混合集成的方式進行半導體芯片或片式元器件的集成,在小多層陶瓷基片的正反面集成一個以上半導體芯片或片式元器件,并完成半導體芯片的引線鍵合;最后,采用共晶焊接、合金焊或漿料粘接的方式將集成后的小多層陶瓷基片垂直集成在底座多層陶瓷基片上。 
上述多層陶瓷基片由多層陶瓷燒結而成,在每一層中均有金屬化通孔、導帶,內層有裕量較大的阻帶,表層有經激光調阻后的阻帶。 
上述金球是采用金絲球鍵合的方法或絲網印刷后再流焊的方法形成的。 
上述厚膜混合集成方式的厚膜是通過絲網印刷電阻漿料、金屬漿料到陶瓷基片上、再經高溫燒結的方式形成的。 
發明人指出:同時在多層陶瓷基片的兩面引出引線,適用于對外進行電氣連接的引腳過多的情況。 
發明人指出:上述片式元器件是不包括半導體芯片的其它片式元器件。 
本發明有以下特點:①采用三維豎向垂直集成,可將一個以上半導體芯片或其他片式元器件垂直集成在同一底座多層陶瓷基片上,實現高密度三維集成,大大提高多芯片組件的集成度;②由于可集成更多的半導體芯片、其他片式元器件,從而可集成更多的功能,達到子系統或系統集成(簡稱SiP,即系統級封裝);③可大大減少整機應用系統使用電子元器件的數量,從而大大減小整機的體積,提高應用系統的可靠性;④由于采用高密度集成,大大縮短引線長度,可進一步提高多芯片組件的工作頻率和可靠性;⑤與原有技術相組合,結合芯片的面積大小、發熱情況,可實現靈活的集成方式,發熱量較大的芯片采用水平垂直集成,便于散熱,發熱量不大的芯片采用豎向垂直集成,便于提升集成度。本發明廣泛應用于航天、航空、船舶、精密儀器、通訊、工業控制等領域,特別適用于裝備系統小型化、高可靠的領域,具有廣闊的市場前景和應用空間。 
附圖說明
圖1為發明前的一種集成技術示意圖,圖2為發明前的另一種集成技術示意圖,圖3為本發明的三維豎向垂直集成的多層陶瓷基片的方法示意圖。  
 圖中,1為管殼底座,2為管腳,3為多層陶瓷基片,4為片式元器件, 5為半導體芯片Ⅰ,6為半導體芯片Ⅱ,7為阻帶,8為導帶/鍵合區,9為用三維平面方式垂直貼裝的芯片,10為小多層陶瓷基片,11為內引線,12為金球,13為半導體芯片Ⅲ。 
多層陶瓷基片中的虛線表示基片為多層,至少二層。 
具體實施方式
實施例: 
貴州振華風光半導體有限公司按照本發明方法生產三維豎向垂直集成的多層陶瓷基片,其結構如圖3所示,具體的生產流程為:
(1) 生瓷帶制備:配制玻璃陶瓷漿料,將玻璃陶瓷漿料在流延機上沿襯底薄膜流延成薄片,制成生瓷帶,經烘干、卷帶,備用;
(2) 裁片:根據產品基片的具體尺寸按要求進行裁片;
(3) 沖孔:各層間通過通孔及導帶進行互連。采用機械沖孔方式,制成LTCC各層的互聯通路;
(4) 填孔及導帶印刷:在LTCC陶瓷片上通過絲網印刷的方法,將金屬漿料填充到過孔內,按規定圖形印刷出導帶圖形;
(5) 阻帶印刷:在LTCC陶瓷片上通過絲網印刷的方法,將電阻漿料按規定圖形印刷出阻帶圖形;
(6) 疊片:將各層陶瓷片按照設計順序進行精確疊放。為使得陶瓷片相互緊密粘連,需把流延時預置的襯底薄膜揭除;
(7) 等靜壓:將已經精確疊放的多層陶瓷在機械高壓下進行貼合,實現緊密接觸;
(8) 切割:將靜壓之后的陶瓷片,按照模塊邊界進行切割分離;
(9) 燒結:陶瓷片切割分離后,在燒結爐中進行排膠和燒結,使瓷材硬化結構穩定;
(10) 通過絲網印刷的方法,在燒結后的多層陶瓷基片表面印刷導帶圖形和阻帶圖形,在燒結爐中進行排膠和燒結;
(11) 激光調阻:使用功率激光對通過絲網印刷制成的電阻進行精細調節,以消除絲網印刷誤差、燒結過程中的材料收縮,并適配外圍器件個體差異;
(12) 檢測:對調阻后的多層陶瓷基片(包括粘貼在底座的底座多層陶瓷基片、用于三維豎向垂直集成的多層陶瓷基片)進行外觀檢驗和電氣測試;
(13) 在底座多層陶瓷基片表面豎向垂直集成鍵合區域上,采用金絲球焊機進行金球制作;
(14) 在豎向多層陶瓷基片端面鍵合區域上,采用金絲球焊機進行金球制作;
(15) 按常規集成電路組裝工藝,在三維豎向垂直集成的多層陶瓷基片上進行半導體芯片、其他貼片元器件的組裝;
(16) 在專用夾具上對已組裝半導體芯片或其他貼片元器件的三維豎向垂直集成多層陶瓷基片進行內引線鍵合(金絲或硅鋁絲);
(17) 將底座多層陶瓷基片采用合金焊接的方式裝貼在管基上,按常規集成電路組裝工藝,進行半導體芯片、其他貼片元器件的組裝,在專用夾具上對已組裝半導體芯片或其他貼片元器件的底座陶瓷基片進行內引線鍵合(金絲或硅鋁絲);
(18) 采用漿料粘貼的方式,將已完成鍵合的三維豎向垂直集成多層陶瓷基片垂直裝貼在底座多層陶瓷基片相應的區域上;
(19) 在高純氮的保護下、在180℃左右的高溫箱中進行2小時左右的高溫燒結,將三維豎向垂直集成多層陶瓷基片與底座多層陶瓷基片有機地燒結在一起;
(20) 對功能及外觀按產品要求進行檢驗;
(21) 在高純氮的保護下、在150℃左右的爐子中進行8小時以上的高溫烘烤,將水汽徹底烘干;
(22) 封帽:在特定的環境中進行封帽,完成整個器件的集成與生產工作;
(23) 按產品工藝文件與檢驗文件,完成器件的測試、篩選、打印與包裝入庫工作。

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