專利名稱：用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法。
背景技術：
微電子封裝對集成電路(IC)產品的體積、性能、可靠性質量、成本等都有重要影 響，IC成本的40X是用于封裝的，而IC失效率中超過25X的失效因素源自封裝，影響著電 子產品整機高性能微小型化發(fā)展的大趨勢。隨著IC向系統(tǒng)集成方向發(fā)展，近年來采用系統(tǒng) 級封裝(SiP)技術思路解決IC系統(tǒng)集成快速進入市場，系統(tǒng)級封裝(SiP)是在原來置放一 片裸晶的標準封裝"內部"堆疊多片不同功能和不同工藝的裸晶在一起，借助金屬線鍵合的 互連，構成一個IC系統(tǒng)。 目前，SiP的形式可說是千變萬化，就芯片的排列方式而言，SiP可能是2D平面或
是利用3D堆疊，或是多芯片封裝以有效縮減封裝面積，或是二者結合，這些3D封裝類型中，
發(fā)展最快的是疊層裸芯片封裝。疊層裸芯片封裝有兩種疊層方式一種是金字塔式，從底層
向上裸芯片尺寸越來越小；另一種是懸梁式，疊層的裸芯片尺寸一樣大。 懸梁式疊層需要在懸梁上實現I/O互連鍵合，懸臂鍵合因鍵合過程懸臂端芯片下
面處于無支撐狀態(tài)，當懸臂鍵合施加壓力、超聲時，懸臂端受到壓力和超聲的瞬間沖擊，影
響懸梁鍵合能量的有效施加，降低鍵合強度，實驗測試表明懸臂鍵合點的鍵合強度比常規(guī)
鍵合強度降低20X，甚至導致芯片破脆、芯片裂紋，其鍵合可靠性受到嚴重影B向，需要探索
新的工藝技術實現高強度、高可靠懸臂鍵合，是SiP系統(tǒng)集成封裝發(fā)展迫切需要解決的關
鍵問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種減小鍵合過程沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵 合界面平穩(wěn)響應，從而有效地提供懸臂鍵合的鍵合強度和SiP封裝可靠性的用于微電子系 統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法。 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔 性層鍵合的方法，底層芯片粘接在基板上，上層芯片通過銀膠或合金工藝粘接在底層芯片， 疊加的上層芯片形成懸臂，上層芯片的1/0焊盤通過微小引線與基板的引腳連接，實現IC 封裝互連，在鍵合過程中通過施加高頻超聲能和鍵合壓力將互連焊球焊接到芯片焊盤上， 超聲能和鍵合壓力是通過微小焊接劈刀傳遞能量，在所述的焊盤底層與所述的上層芯片之 間設置一層柔性聚合物。 采用上述技術方案的用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法， 針對SiP懸臂鍵合過程的壓力/超聲沖擊和非穩(wěn)定狀態(tài)，采用增加柔性層封裝，即在IC芯 片的鍵合點鍵合層下制作一層柔性聚合物，減小鍵合過程沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界 面平穩(wěn)響應，從而有效地提供懸臂鍵合的鍵合強度和SiP封裝可靠性，推動SiP系統(tǒng)集成封 裝技術的發(fā)展。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果采用懸臂柔性層鍵合，提高懸臂鍵合強度和鍵合質量。柔性鍵合對普通鍵合也有積極作用，可使鍵合過程的能量平穩(wěn)傳遞，具有普遍的應用 價值。 綜上所述，本發(fā)明是一種減小鍵合過程沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界面平穩(wěn)響 應，從而有效地提高懸臂鍵合的鍵合強度和SiP封裝可靠性的用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆 疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法。


圖1是堆疊芯片懸臂柔性層鍵合示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。 參見圖1，2X4mm的芯片形成SiP系統(tǒng)集成封裝，如圖1， 2X4mm的芯片疊加集成 IC，底層芯片2粘接在基板1上，上層芯片3通過銀膠或合金工藝粘接在底層芯片2，疊加的 上層芯片3形成懸臂，上層芯片的I/O焊盤4通過微小引線8如金線、銅線或鋁線與基板的 引腳連接，實現IC封裝互連，其連接是通過超聲鍵合，在鍵合過程中通過施加高頻超聲能5 和鍵合壓力6將互連焊球焊接到芯片焊盤4上，超聲能5和鍵合壓力6是通過微小焊接劈 刀9傳遞能量，在焊盤4底層和上層芯片3之間制作一層柔性聚合物7，柔性聚合物7使得 鍵合的沖擊減小，使得鍵合過程的超聲能平穩(wěn)傳遞，提高懸臂鍵合強度和連接質量。
從圖1可以看出鍵合載荷的施加引起懸臂芯片產生沖擊，從而導致鍵合界面能量 傳遞不連續(xù)，影響瞬間超聲能的傳遞和轉化，降低鍵合強度和焊接可靠性。本發(fā)明通過在焊 盤4底層和上層芯片3之間制作一層柔性聚合物7，柔性聚合物7使得鍵合的沖擊減小，使 得鍵合過程的超聲能平穩(wěn)傳遞，從而提高懸臂鍵合強度和連接質量。
權利要求
一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法，底層芯片(2)粘接在基板(1)上，上層芯片(3)通過銀膠或合金工藝粘接在底層芯片(2)，疊加的上層芯片(3)形成懸臂，上層芯片(3)的I/O焊盤(4)通過微小引線(8)與基板的引腳連接，實現I C封裝互連，在鍵合過程中通過施加高頻超聲能(5)和鍵合壓力(6)將互連焊球焊接到芯片焊盤(4)上，超聲能和鍵合壓力是通過微小焊接劈刀(9)傳遞能量，其特征是在所述的焊盤(4)底層與所述的上層芯片(3)之間設置一層柔性聚合物(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微電子系統(tǒng)級封裝的堆疊芯片懸臂柔性層鍵合的方法，底層芯片(2)粘接在基板(1)上，上層芯片(3)通過銀膠或合金工藝粘接在底層芯片(2)，疊加的上層芯片(3)形成懸臂，上層芯片(3)的I/O焊盤(4)通過微小引線(8)與基板的引腳連接，實現IC封裝互連，在鍵合過程中通過施加高頻超聲能(5)和鍵合壓力(6)將互連焊球焊接到芯片焊盤(4)上，超聲能和鍵合壓力是通過微小焊接劈刀(9)傳遞能量，在所述的焊盤(4)底層與所述的上層芯片(3)之間設置一層柔性聚合物(7)。本發(fā)明減小鍵合過程沖擊，使得多形態(tài)能量在鍵合界面平穩(wěn)響應、界面結合充分，從而有效地提高懸臂鍵合的鍵合強度和SiP封裝可靠性。
文檔編號H01L21/607GK101764069SQ20101000552
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月16日 優(yōu)先權日2009年9月10日
發(fā)明者李軍輝, 王瑞山, 王福亮, 隆志力, 韓雷 申請人:中南大學