芯片集成模块、芯片封装结构及芯片集成方法

摘要

本发明提供了一种芯片集成模块，包括管芯、无源器件及连接件，所述管芯设有管芯结合部，所述无源器件设有无源器件结合部，所述管芯的管芯结合部及无源器件的无源器件结合部相对设置，所述连接件设置于所述管芯结合部与所述无源器件结合部之间并连接于所述管芯结合部与所述无源器件结合部。本发明的芯片集成模块易于集成且成本较低；且由于管芯与无源器件互连路径更短，可提升无源器件性能。本发明还公开一种芯片封装结构及一种芯片集成方法。

说明书

技术领域

本发明涉及芯片制造领域，尤其涉及一种芯片集成模块、芯片封装结构及 芯片集成方法。

背景技术

成本、尺寸、电特性在电子产品中具有非常重要的地位，而芯片(封装后 的管芯)、外围器件以及印制电路板(PCB，Printed Circuit Board)是电子产品 的核心。其中，印制电路板的大小在很大程度上决定了电子产品的成本和尺寸。 另一方面，连接芯片和外围器件的走线长度，滤波电路与电源地之间的距离决 定着电特性，而同时器件的物理尺寸越小，电特性越好。在外围器件中，有很 大部分都是无源器件，如：电阻器，电感器，电容器。如果能用一种低成本的 方式将管芯直接与这些无源器件集成在一起，然后再通过封装将集成无源器件 后的管芯连接在印制电路板上，即可在成本、尺寸、电特性等方面提升电子产 品的性能。

现有技术中的一种无源器件与管芯的集成方法：在管芯上设置凸点下金属 (UBM，Under Bump Metallization)层，并在凸点下金属层上通过印刷或者电 镀的方式形成可钎焊凸块，然后再实现管芯与无源器件的集成。此种方法需要 额外形成UBM层，导致额外的成本。现有技术中还有一种无源器件与管芯的集 成方法：通过导电胶直接将无源器件粘在管芯上。但是此种方法在工艺实现的 过程中，容易导致粘合剂杂质残留，影响半导体封装的良率。另外，可导电粘 合剂相对于金属导电性较差，会影响集成后的无源器件的电特性。

发明内容

提供一种集成模块、芯片封装结构及芯片集成方法，易于集成且成本较低。

第一方面，提供了一种芯片集成模块，包括管芯、无源器件及连接件，所 述管芯设有管芯结合部，所述无源器件设有无源器件结合部，所述管芯的管芯 结合部及无源器件的无源器件结合部相对设置，所述连接件设置于所述管芯结 合部与所述无源器件结合部之间并连接于所述管芯结合部与所述无源器件结合 部。

在第一方面的第一种可能实现的方式中，所述管芯的管芯结合部与所述无 源器件的无源器件结合部采用金属制成。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能实现的 方式中，所述连接件采用金、银、铜、钛、镍、铝中的任意一种、或其中任意 两种或两种以上的上述金属的合金制成。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现 方式中，所述连接件采用超声焊接或热压合连接于所述管芯结合部与无源器件 结合部。

结合第一方面及第一方面的第一种至第三种可能的实现方式，在第一方面 的第四种可能的实现方式中，所述无源器件采用集成无源器件或分立无源器件。

结合第一方面及第一方面的第一种至第三种可能的实现方式，在第一方面 的第五种可能的实现方式中，所述连接件包括第一连接元件及第二连接元件， 所述第一连接元件连接于所述管芯的管芯结合部，所述第二连接元件连接于所 述无源器件的无源器件结合部，且所述第一连接元件与所述第二连接元件相互 连接。

结合第一方面及第一方面的第一种至第三种可能的实现方式，在第一方面 的第六种可能的实现方式中，所述管芯设有管芯表面，所述管芯结合部设有管 芯结合表面，所述管芯结合表面相对于所述管芯表面内凹、外凸或平齐。

结合第一方面及第一方面的第一种至第三种可能的实现方式，在第一方面 的第七种可能的实现方式中，所述无源器件设有无源器件表面，所述无源器件 结合部设有无源器件结合表面，所述无源器件结合表面相对于所述无源器件表 面内凹、外凸或平齐。

结合第一方面及第一方面的第一种至第七种可能的实现方式，在第一方面 的第八种可能的实现方式中，所述管芯结合部采用溅射或化学气相沉积形成于 所述管芯。

结合第一方面及第一方面的第一种至第七种可能的实现方式，在第一方面 的第九种可能的实现方式中，所述无源器件结合部采用电镀、溅射或化学气相 沉积形成于所述无源器件。

结合第一方面及第一方面的第一种至第七种可能的实现方式，在第一方面 的第十种可能的实现方式中，所述连接件表面设有保护层，所述保护层至少覆 盖部分所述连接件的表面。

结合第一方面的第十种可能的实现方式，在第一方面的第十一种可能的实 现方式中，所述保护层采用金、锡、铜、镍、钯或其中任意两者或两者以上的 上述金属的合金制成。

结合第一方面的第十一种可能的实现方式，在第一方面的第十二种可能的 实现方式中，所述保护层含有有机可焊性防腐剂。

结合第一方面及第一方面的第一种至第十二种可能的实现方式，在第一方 面的第十三种可能的实现方式中，所述管芯与无源器件之间设有间隙，所述管 芯与无源器件之间的间隙中填充有填充材料。

结合第一方面的第十三种可能的实现方式，在第一方面的第十四种可能的 实现方式中，所述填充材料采用填充胶。

第二方面，提供一种芯片封装结构，包括衬底及如第一方面及第一方面的 第一种至第十四种可能的实现方式中任一项所述的芯片集成模块，所述芯片集 成模块设置于所述衬底之上。

第三方面，提供一种芯片集成方法，包括以下步骤，

提供一管芯及一无源器件，所述管芯设有管芯结合部，所述无源器件设有 无源器件结合部；

设置连接件，将所述连接件连接于所述管芯结合部与所述无源器件结合部， 且所述连接件位于所述管芯结合部与所述无源器件结合部之间。

结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第一种可能的实现 方式中，

所述设置连接件时，进一步包括以下步骤，

将所述连接件形成于所述管芯结合部与所述无源器件结合部二者之中的一 个；

将所述连接件连接于所述管芯结合部与所述无源器件结合部二者之中的另 一个。

结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现 方式中，

所述设置连接件时，所述连接件采用引线键合剪切的方式形成于所述管芯 结合部与无源器件结合部二者之中的一个；且所述连接件采用超声焊接或热压 合的方式连接于所述管芯结合部与无源器件结合部二者之中的另一个。

结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现 方式中，

所述连接件包括第一连接元件及第二连接元件，所述设置连接件时，进一 步包括以下步骤，

将所述连接件的第一连接元件形成于所述管芯的管芯结合部；

将所述连接件的第二连接元件形成于所述无源器件的无源器件结合部；

将所述第一连接元件与所述第二连接元件相互连接。

本发明的芯片集成模块、芯片封装结构及芯片集成方法不需要额外的工艺 步骤来形成UBM层，易于集成且成本较低；本发明的芯片集成模块及芯片封装 结构将管芯的管芯结合部及无源器件的无源器件结合部相对设置并通过连接件 连接，从而使芯片集成模块及芯片封装结构的管芯与无源器件的互连路径更短、 缩减所述芯片集成模块及芯片封装结构的整体尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一较佳实施方式提供的芯片集成模块组装状态下的结构示 意图；

图2是本发明第一较佳实施方式提供的芯片集成模块分解状态下的结构示 意图；

图3是本发明第一较佳实施方式提供的芯片集成模块的芯片集成方法的流 程图；

图4至图6是对图3所示的芯片集成方法制备过程中的制备示意图；

图7是本发明第二较佳实施方式提供的芯片集成模块组装状态下的结构示 意图；

图8是本发明第三较佳实施方式提供的芯片集成模块组装状态下的结构示 意图；

图9是本发明第四较佳实施方式提供的芯片封装结构的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1及图2，本发明第一较佳实施方式提供一种芯片集成模块10， 包括管芯11、无源器件13及连接件15。所述管芯11与无源器件13通过连接 件15相互连接。

在本实施例中，所述管芯11可采用逻辑电路、存储器件或其它类型的电路， 其上还可进一步设置二极管、晶体管、电容器等半导体元件。所述管芯11设有 至少一个管芯结合部110。如图所述，在本实施例中，所述管芯结合部110的设 置数量为两个，所述管芯结合部110形成于所述管芯11之上并暴露于所述管芯 11外部。

所述管芯结合部110为采用片状金属制成，优选地，所述管芯结合部110 采用铝(Al)或铜(Cu)或其合金制成。可以理解的是，所述管芯结合部110 可直接形成于所述管芯11，也可在原有管芯11基础上通过各种方式将所述管芯 结合部110连接于所述原有管芯11，从而形成设有管芯结合部110的管芯11。 如所述管芯结合部110可采用溅射(sputtering)、化学气相沉积(CVD，Chemical  Vapor Deposition)等方式形成于管芯11表面，其具体形成方式在此不再赘述。

所述无源器件13可采用集成无源器件(IPD，Integrated Passive Devices)或 分立无源器件，如滤波器或各类电容器，如普通电容、多层陶瓷电容(MLCC， Multi-Layer Ceramic Capacitor)等。所述无源器件13对应各个所述管芯11的管 芯结合部110分别设有无源器件结合部130。如图2所示，在本实施例中，所述 无源器件结合部130的设置数量同样为两个。所述无源器件结合部130形成于 所述无源器件之上并暴露于所述无源器件13外部。所述无源器件结合部130为 采用片状金属制成，优选地，所述无源器件结合部130采用铝(Al)、铜(Cu) 或其合金制成。同样的，所述无源器件结合部130可采用电镀、溅射(sputtering)、 化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)等方式形成于无源器件13表 面，其具体形成方式在此不再赘述。

所述连接件15为块状，所述管芯11的管芯结合部110及无源器件13的无 源器件结合部130相对设置，所述连接件15连接于所述管芯11的管芯结合部 110及无源器件13的无源器件结合部130，且所述连接件15位于所述管芯11 的管芯结合部110及无源器件13的无源器件结合部之间，从而将所述管芯11 与所述无源器件13相互连接。在本实施例中，所述连接件15可采用金(Au)、 银(Ag)、铜(Cu)、钛(Ti)、镍(Ni)、铝(Al)或其中任意两种或两种以上 所形成的合金。可以理解的是，所述连接件15的组分中还可加入焊料，从而便 于连接件15通过焊接的方式连接于所述管芯11及无源器件13。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，所述管芯11设有管芯表面111， 所述管芯结合部110设有管芯结合表面1101。所述管芯结合表面1101相对于所 述管芯表面111内凹或外凸，或相对于所述管芯表面111平齐。

同样的，所述无源器件13设有无源器件表面131，所述无源器件结合部130 设有无源器件结合表面1301。所述无源器件结合表面1301相对于所述无源器件 表面131内凹或外凸，或相对于所述无源器件表面131平齐。

可以理解的是，所述管芯结合部110与所述无源器件结合部130可采用任 意适用方式设置或形成于所述管芯11或无源器件13。只需保证所述管芯结合部 110与所述无源器件结合部130可暴露于管芯11或无源器件13外部以便其连接 于所述连接件15即可。

组装状态下，所述管芯11的管芯结合部110与所述无源器件13的无源器 件结合部130相对设置并通过所述连接件15相互连接，从而将无源器件13集 成连接于所述管芯11。可以理解的是，所述管芯11的管芯结合部110与所述无 源器件13的无源器件结合部130及对应设置的连接件15的设置位置及数量可 根据使用及连接需求自身设置。

如图3所述，本实施例中的芯片集成模块10的芯片集成方法包括以下步骤：

步骤S1，提供一管芯11及一无源器件13，所述管芯11设有管芯结合部110， 所述无源器件13设有无源器件结合部130；

步骤S2，设置连接件15，将所述连接件15连接于所述管芯结合部110与 所述无源器件结合部130，且所述连接件15位于所述管芯结合部110与所述无 源器件结合部130之间，以使得所述管芯11与所述无源器件13相互连接。

所述步骤S2进一步包括以下步骤：

步骤S21，将所述连接件15形成于所述管芯结合部110与无源器件结合部 130二者之中的一个；在本实施例中，可将连接件15形成于管芯11的管芯结合 部110。具体的，在步骤S21中，可通过引线键合剪切的方法在管芯11表面的 管芯结合部110上形成可焊接连接件15。

如图4及图5所示，通过引线键合剪切的方法在管芯11表面的管芯结合部 110上形成可焊接连接件15时，首先通过焊线机的真空吸管101固定管芯11。 而后选用引线102，并将引线102穿过焊线机的焊接头103，通过焊接头103在 引线102末端形成一个引线球1021。移动焊线机的焊接头103，使引线球1021 接触管芯11表面的管芯结合部110。通过焊线机的焊接头103将引线球1021键 合于管芯11表面的管芯结合部110。键合引线球1021前可对管芯11提前预热。 剪切断引线102，并将所述引线球1021保留于所述管芯11的管芯结合部110以 作为连接件15。

可以理解的是，在本实施例的芯片集成方法中，所述连接件15还可先通过 引线键合剪切的方法形成于无源器件13的无源器件结合部130，其具体步骤与 上述一致，在此不再赘述。所述引线102的材质与最终形成的连接件15的材质 一致。

步骤S22，将所述连接件15连接于所述管芯结合部110与无源器件结合部 130二者之中的另一个。

进一步的，本实施例的芯片集成方法还可通过任意适用方法将已经连接于 所述管芯结合部110的连接件15连接于所述无源器件13的无源器件结合部130。

如图6所示，具体的，在本实施例中，在步骤S22中于所述管芯11的管芯 结合部110形成连接件15后，可采用超声焊接与热压合的方式将连接件15进 一步地连接于所述无源器件，从而实现管芯11与无源器件13的集成。

具体的，通过真空吸管101固定无源器件13。无源器件13使连接于管芯 11的连接件15接触所述无源器件13的无源器件结合部130，并通过超声焊接 机的焊接头施加压力及超声摩擦力于所述连接件15，从而通过热压合和超声焊 接实现连接件15与所述无源器件13的相互连接。可以理解的是，在本实施例 的芯片集成方法中，还可通过其他任意适用方法将连接件15连接于所述管芯11 与无源器件13。可以理解的是，在将所述连接件15连接于所述管芯11与无源 器件13的过程中，所述连接件15可发生一定程度的形变，其可具有任意形态 的形变后的形状。

如图7所示是本发明的第二较佳实施例的芯片集成模块20。本实施例的芯 片集成模块20与第一较佳实施例的芯片集成模块10大致相同。所述芯片集成 模块20包括管芯21、无源器件23及连接件25，所述管芯21设有管芯结合部 210，所述无源器件23设有无源器件结合部230。所述管芯21的管芯结合部210 与所述无源器件23的无源器件结合部230相对设置并通过所述连接件25相互 连接。

不同之处在于：所述连接件25表面设有保护层27，所述保护层27至少覆 盖所述连接件25的部分表面。所述保护层27可采用有机可焊性保护层27(OSP, Organic solderability preservative)。所述保护层27还可采用金(Au)、锡(Sn)、 铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)及其合金制成。本实施例中的芯片集成模块20的 芯片集成方法与第一较佳实施例大致相同，在此不再赘述。

在本实施例中，所述保护层27可通过采用具有保护层的引线形成。即，可 在通过引线键合剪切的方法在管芯21表面的管芯结合部210上形成连接件25 时，采用具有保护层27的引线，从而形成的连接件25上也具有保护层27。

进一步的，所述管芯21与无源器件23之间设有间隙，所述管芯21与无源 器件23之间的间隙中填充有填充材料29，所述填充材料29可采用底部填充胶 (underfill)，或者其它填充材料。

如图8所示是本发明的第三较佳实施例的芯片集成模块30。本实施例的芯 片集成模块30与第一较佳实施例的芯片集成模块10大致相同。

本实施例中，所述芯片集成模块30包括管芯31、无源器件33及连接件35， 所述管芯31设有管芯结合部310，所述无源器件33设有无源器件结合部330。 所述管芯31的管芯结合部310与所述无源器件33的无源器件结合部330相对 设置并通过所述连接件35相互连接。

不同之处在于：本实施例中的所述连接件35包括第一连接元件351及第二 连接元件352，所述第一连接元件351连接于所述管芯31的管芯结合部310， 所述第二连接元件352连接于所述无源器件33的无源器件结合部330，且所述 第一连接元件351与所述第二连接元件352相互连接，从而将所述无源器件33 连接集成于所述管芯31。

可以理解的是，与第一较佳实施例的芯片集成模块10相同，无源器件33 及管芯31可对应设置多组无源器件结合部330与管芯结合部310，且芯片集成 模块30可对应多组无源器件结合部330与管芯结合部310设置多对第一连接元 件351及第二连接元件352。所述第一连接元件351与第二连接元件352与第一 较佳实施例中的第一连接件15的材料相同。

可以理解的是，第二较佳实施例中所述保护层27也可部分覆盖于本实施例 中的连接件35的第一连接元件351及第二连接元件352。所述管芯31与无源器 件33之间的间隙中也可填充有填充材料39。

本实施例中的芯片集成模块30的芯片集成方法与第一较佳实施例的芯片集 成方法大致相同，包括以下步骤：

步骤S1，提供一管芯31及一无源器件33，所述管芯31设有管芯结合部310， 所述无源器件33设有无源器件结合部330；

步骤S2，设置连接件35，通过所述连接件35将所述管芯11与所述无源器 件13相互连接。

不同之处在于，在本实施例中，所述步骤S2进一步包括以下步骤：

步骤S21’，将所述连接件35的第一连接元件351形成于所述管芯31的管 芯结合部310；

步骤S22’，将所述连接件35的第二连接元件352形成于所述无源器件33 的无源器件结合部330；

步骤S23’，将所述第一连接元件351与所述第二连接元件352相互连接。 本步骤中，通过第一连接元件351与所述第二连接元件352将所述管芯11与所 述无源器件13相互连接。

在本实施例中，所述连接件35与管芯31及无源器件33相互连接的方式一 致。

如图9所示是本发明的第三较佳实施例的芯片封装结构40，包括衬底45及 设置于衬底之上的管芯集成模块50，所述管芯集成模块50与第一较佳实施例或 第二较佳实施例所述的管芯集成模块的结构大致相同，包括管芯51、无源器件 53及连接件55，所述管芯51设有管芯结合部510，所述无源器件53设有无源 器件结合部530。所述管芯51的管芯结合部510与所述无源器件53的无源器件 结合部530相对设置并通过所述连接件55相互连接。

所述芯片封装结构40还设有连接线60，所述管芯集成模块50的管芯51还 设有连接线结合部，所述连接线连接于所述连接线结合部与所述衬底45之间， 从而将管芯51引线键合于衬底45。

在本实施例中，所述衬底45可采用引线框架(lead-frame)、基板(substrate) 或诸如半导体晶圆等的半导体材料。所述衬底45上还可形成用于保护管芯集成 模块50的模塑料70。可以理解的是，管芯集成模块50可采用任意适用的现有 技术设置于所述衬底，如所述芯片封装结构40也可取消设置连接线，而通过倒 装的方式将管芯集成模块50的管芯51连接于所述衬底45。

本发明的芯片集成模块、芯片封装结构及芯片集成方法不需要额外的工艺 步骤来形成UBM层，减少了成本；且将管芯的管芯结合部及无源器件的无源器 件结合部相对设置并通过连接件连接，从而使芯片集成模块及芯片封装结构的 管芯与无源器件的互连路径更短、缩减所述芯片集成模块及芯片封装结构的整 体尺寸。且相较于较长的互连路径，较短的互连路径便于实现较佳的无源器件 性能，如当无源器件为电容器件时，较短的互连路径能更有效的实现对噪声的 滤波；当无源器件为滤波器时，由于管芯与无源器件的互连路径更短，通道寄 生更小，滤波器的带宽更容易控制。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流 程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。