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CN102842571A - 一种基于基板、锡层的wlcsp多芯片堆叠式封装件及其封装方法 - Google Patents

一种基于基板、锡层的wlcsp多芯片堆叠式封装件及其封装方法 Download PDF

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谌世广
崔梦
谢建友
刘卫东
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Abstract

本发明涉及一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件及其封装方法，属于集成电路封装技术领域。塑封体包围了基板、上层IC芯片、下层IC芯片、粘片胶、金属凸点、锡层、焊料、焊线构成了电路整体，对上层IC芯片、下层IC芯片、焊线起到了支撑和保护作用的塑封体包围了基板、锡层、焊料、金属凸点、上层IC芯片构成了电路的整体，上层IC芯片、下层IC芯片、焊线、金属凸点、焊料、锡层和基板构成了电路的电源和信号通道。本发明采用不同于以往的镀金属凸点，同时，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接，压焊时，不用打线，直接完成了芯片与管脚间的导通、互连，具有低成本、高效率的特点。

Description

一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件及其封装方法
技术领域
本发明涉及一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件及其封装方法，属于集成电路封装技术领域。
背景技术
微电子技术的迅猛发展，集成电路复杂度的增加，一个电子系统的大部分功能都可能集成在一个单芯片内(即片上系统)，这就相应地要求微电子封装具有更高的性能、更多的引线、更密的内连线、更小的尺寸或更大的芯片腔、更大的热耗散功能、更好的电性能、更高的可靠性、更低的单个引线成本等。芯片封装工艺由逐个芯片封装向圆片级封装转变，晶圆片级芯片封装技术——WLCSP正好满足了这些要求，形成了引人注目的WLCSP工艺。
晶圆片级芯片规模封装(Wafer Level Chip Scale Packaging，简称WLCSP)，即晶圆级芯片封装方式，不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测，而封装后至少增加原芯片20％的体积)，此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成一个个的IC颗粒，因此封装后的体积即等同IC裸晶的原尺寸。WLCSP的封装方式，不仅明显地缩小产品尺寸，而符合行动装置对于机体空间的高密度需求；另一方面在效能的表现上，更提升了数据传输的速度与稳定性。传统的WLCSP工艺中，采用溅射、光刻、电镀技术或丝网印刷在晶圆上进行电路的刻印。以下流程是对已经完成前道工艺的晶圆进行WLCSP封装的操作步骤：
(1)隔离层流程(Isolation Layer)
(2)接触孔流程(Contact Hole)
(3)焊盘下金属层流程(UBM Layer)
(4)为电镀作准备的光刻流程(Photolithography for Plating)
(5)电镀流程(Plating)
(6)阻挡层去除流程(Resist Romoval)
传统WLCSP制作过程复杂，对电镀和光刻的精确度要求极高，且成本较高。
发明内容
本发明是针对上述现有WLCSP工艺缺陷，提出一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件及其封装方法，采用不同于以往的化学镀金属凸点、溅射、光刻、电镀或丝网印刷工艺的镀金属凸点，同时，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接，压焊时，不用打线，直接完成了芯片与管脚间的导通、互连，本多芯片堆叠式封装件具有低成本、高效率的特点。
本发明采用的技术方案：一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件包括基板1、基板上锡层2、焊料3、金属凸点4、上层IC芯片5、粘片胶或胶膜片6、下层IC芯片7、下层IC芯片7与基板1间的焊线8、塑封体9，塑封体9包围了基板1、上层IC芯片5、下层IC芯片7、粘片胶6、金属凸点4、锡层2、焊料3、焊线8构成了电路整体，对上层IC芯片5、下层IC芯片7、焊线8起到了支撑和保护作用的塑封体9包围了基板1、锡层2、焊料3、金属凸点4、上层IC芯片5构成了电路的整体，上层IC芯片5、下层IC芯片7、焊线8、金属凸点4、焊料3、锡层2和基板1构成了电路的电源和信号通道。
所述的粘片胶6用胶膜片代换；焊线8为金线或铜线。
一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，可以按照以下步骤进行：
第一步、晶圆减薄；
晶圆减薄的厚度为50μm～200μm，粗糙度Ra 0.10mm～0.30mm；
第二步、镀金属凸点；
在整片晶圆上芯片压区金属Au或Cu表面镀2～50um金属凸点4；
第三步、划片；
150μm以上的晶圆采用普通划片工艺；厚度在150μm以下的晶圆，采用双刀划片机及其工艺；
第四步、框架对应区域镀锡；
在基板1上PAD对应区域镀上一层2～50um的锡层；
第五步、上芯
上芯时，下层IC芯片7倒过来，采用Flip-Chip的工艺，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接；上层IC芯片5采用粘片胶6与下层芯片7粘接在一起；
第六步、回流焊；
采用SMT之后的回流焊工艺，经过融锡处理，把IC芯片5压区上的金线与基板1焊接在一起；
第七步、压焊；
对上层芯片7与基板之间用焊线8进行连接压焊；
第八步、塑封、后固化、打印、产品分离、检验、包装等均与常规工艺相同；
第九步、锡化。
所述的框架采用镍钯金框架则不需要做锡化处理。
本发明的有益效果：
(1)采用镀金属凸点，不同于以往的化学镀金属凸点、溅射、光刻、电镀或丝网印刷工艺，具有低成本、高效率的特点。
(2)采用Flip-Chip的工艺，不使用DAF膜粘接，而是采用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接，压焊时，不用打线，在上芯中就已经完成了芯片与管脚间的导通、互连。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1-基板、2-基板上锡层、3-焊料、4-金属凸点、5-IC芯片、6-粘片胶、7-IC芯片、8-焊线、9-塑封体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。
如图1所示：一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件包括基板1、基板上锡层2、焊料3、金属凸点4、上层IC芯片5、粘片胶或胶膜片6、下层IC芯片7、下层IC芯片7与基板1间的焊线8、塑封体9，塑封体9包围了基板1、上层IC芯片5、下层IC芯片7、粘片胶6、金属凸点4、锡层2、焊料3、焊线8构成了电路整体，对上层IC芯片5、下层IC芯片7、焊线8起到了支撑和保护作用的塑封体9包围了基板1、锡层2、焊料3、金属凸点4、上层IC芯片5构成了电路的整体，上层IC芯片5、下层IC芯片7、焊线8、金属凸点4、焊料3、锡层2和基板1构成了电路的电源和信号通道。
所述的粘片胶6用胶膜片代换；焊线8为金线或铜线。
实施例1
一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，可以按照以下步骤进行：
第一步、晶圆减薄；
晶圆减薄的厚度为50μm，粗糙度Ra 0.10mm；
第二步、镀金属凸点；
在整片晶圆上芯片压区金属Au表面镀2um金属凸点4；
第三步、划片；
厚度在150μm以下的晶圆，采用双刀划片机及其工艺；
第四步、框架对应区域镀锡；
在基板1上PAD对应区域镀上一层2um的锡层；
第五步、上芯
上芯时，下层IC芯片7倒过来，采用Flip-Chip的工艺，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接；上层IC芯片5采用粘片胶6与下层芯片7粘接在一起；
第六步、回流焊；
采用SMT之后的回流焊工艺，经过融锡处理，把IC芯片5压区上的金线与基板1焊接在一起；
第七步、压焊；
对上层芯片7与基板之间用焊线8进行连接压焊；
第八步、塑封、后固化、打印、产品分离、检验、包装等均与常规工艺相同；
第九步、锡化。
实施例2
一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，可以按照以下步骤进行：
第一步、晶圆减薄；
晶圆减薄的厚度为130μm，粗糙度Ra 0.20mm；
第二步、镀金属凸点；
在整片晶圆上芯片压区金属Cu表面镀25um金属凸点4；
第三步、划片；
厚度在150μm以下的晶圆，采用双刀划片机及其工艺；
第四步、框架对应区域镀锡；
在基板1上PAD对应区域镀上一层25um的锡层；
第五步、上芯
上芯时，下层IC芯片7倒过来，采用Flip-Chip的工艺，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接；上层IC芯片5采用粘片胶6与下层芯片7粘接在一起；
第六步、回流焊；
采用SMT之后的回流焊工艺，经过融锡处理，把IC芯片5压区上的金线与基板1焊接在一起；
第七步、压焊；
对上层芯片7与基板之间用焊线8进行连接压焊；
第八步、塑封、后固化、打印、产品分离、检验、包装等均与常规工艺相同；
第九步、锡化。
实施例3
一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，可以按照以下步骤进行：
第一步、晶圆减薄；
晶圆减薄的厚度为200μm，粗糙度Ra 0.30mm；
第二步、镀金属凸点；
在整片晶圆上芯片压区金属Au或Cu表面镀50um金属凸点4；
第三步、划片；
150μm以上的晶圆采用普通划片工艺；
第四步、框架对应区域镀锡；
在基板1上PAD对应区域镀上一层50um的锡层；
第五步、上芯
上芯时，下层IC芯片7倒过来，采用Flip-Chip的工艺，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接；上层IC芯片5采用粘片胶6与下层芯片7粘接在一起；
第六步、回流焊；
采用SMT之后的回流焊工艺，经过融锡处理，把IC芯片5压区上的金线与基板1焊接在一起；
第七步、压焊；
对上层芯片7与基板之间用焊线8进行连接压焊；
第八步、塑封、后固化、打印、产品分离、检验、包装等均与常规工艺相同；
第九步、锡化。
实施例4
一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，镀有Au或Cu金属凸点4和锡层2，若为镍钯金框架则不用做锡化处理。

Claims (5)

1.一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件，其特征在于：包括基板、基板上锡层、焊料、金属凸点、上层IC芯片、粘片胶、下层IC芯片、下层IC芯片与基板间的焊线、塑封体；基板上与金属凸点焊接区域镀有锡层，IC芯片的压区表面镀金属凸点，金属凸点与基板上锡层采用倒装芯片的方式用焊料焊接在一起，对上层IC芯片、下层IC芯片、焊线起到了支撑和保护作用的塑封体包围了基板、锡层、焊料、金属凸点、上层IC芯片构成了电路的整体，上层IC芯片、下层IC芯片、焊线、金属凸点、焊料、锡层和基板构成了电路的电源和信号通道。
2.根据权利要求1所述的一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件，其特征在于：粘片胶用胶膜片代换。
3.根据权利要求1所述的一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件，其特征在于：焊线为金线或铜线。
4.一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，其特征在于：封装方法按照以下步骤进行：
第一步、晶圆减薄；
晶圆减薄的厚度为50μm～200μm，粗糙度Ra 0.10mm～0.30mm；
第二步、镀金属凸点；
在整片晶圆上芯片压区金属Au或Cu表面镀2～50um金属凸点；
第三步、划片；
150μm以上的晶圆采用普通划片工艺；厚度在150μm以下的晶圆，采用双刀划片机及其工艺；
第四步、框架对应区域镀锡；
在基板1上PAD对应区域镀上一层2～50um的锡层；
第五步、上芯
上芯时，下层IC芯片倒过来，采用Flip-Chip的工艺，利用焊料将芯片各凸点与框架管脚焊接；上层IC芯片采用粘片胶与下层芯片粘接在一起；
第六步、回流焊；
采用SMT之后的回流焊工艺，经过融锡处理，把IC芯片压区上的焊线与基板焊接在一起；
第七步、压焊；
对上层芯片与基板之间用焊线进行连接压焊；
第八步、塑封、后固化、打印、产品分离、检验、包装等均与常规工艺相同；
第九步、锡化。
5.根据权利要求4所述的一种基于基板、锡层的WLCSP多芯片堆叠式封装件的封装方法，其特征在于：所述的框架采用镍钯金框架则不需要做锡化处理。
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