用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法

摘要

本发明公开了一种用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法，底层芯片(2)粘接在基板(1)上，上层芯片(3)通过银胶或合金工艺粘接在底层芯片(2)，叠加的上层芯片(3)形成悬臂，上层芯片(3)的I/O焊盘(4)通过微小引线(8)与基板的引脚连接，实现IC封装互连，在键合过程中通过施加高频超声能(5)和键合压力(6)将互连焊球焊接到芯片焊盘(4)上，超声能和键合压力是通过微小焊接劈刀(9)传递能量，在所述的焊盘(4)底层与所述的上层芯片(3)之间设置一层柔性聚合物(7)。本发明减小键合过程冲击，使得多形态能量在键合界面平稳响应、界面结合充分，从而有效地提高悬臂键合的键合强度和SiP封装可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法。

背景技术

微电子封装对集成电路(IC)产品的体积、性能、可靠性质量、成本等都有重要影响，IC成本的40％是用于封装的，而IC失效率中超过25％的失效因素源自封装，影响着电子产品整机高性能微小型化发展的大趋势。随着IC向系统集成方向发展，近年来采用系统级封装(SiP)技术思路解决IC系统集成快速进入市场，系统级封装(SiP)是在原来置放一片裸晶的标准封装“内部”堆叠多片不同功能和不同工艺的裸晶在一起，借助金属线键合的互连，构成一个IC系统。

目前，SiP的形式可说是千变万化，就芯片的排列方式而言，SiP可能是2D平面或是利用3D堆叠，或是多芯片封装以有效缩减封装面积，或是二者结合，这些3D封装类型中，发展最快的是叠层裸芯片封装。叠层裸芯片封装有两种叠层方式：一种是金字塔式，从底层向上裸芯片尺寸越来越小；另一种是悬梁式，叠层的裸芯片尺寸一样大。

悬梁式叠层需要在悬梁上实现I/O互连键合，悬臂键合因键合过程悬臂端芯片下面处于无支撑状态，当悬臂键合施加压力、超声时，悬臂端受到压力和超声的瞬间冲击，影响悬梁键合能量的有效施加，降低键合强度，实验测试表明悬臂键合点的键合强度比常规键合强度降低20％，甚至导致芯片破脆、芯片裂纹，其键合可靠性受到严重影响，需要探索新的工艺技术实现高强度、高可靠悬臂键合，是SiP系统集成封装发展迫切需要解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种减小键合过程冲击，使得多形态能量在键合界面平稳响应，从而有效地提供悬臂键合的键合强度和SiP封装可靠性的用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法，底层芯片粘接在基板上，上层芯片通过银胶或合金工艺粘接在底层芯片，叠加的上层芯片形成悬臂，上层芯片的I/O焊盘通过微小引线与基板的引脚连接，实现IC封装互连，在键合过程中通过施加高频超声能和键合压力将互连焊球焊接到芯片焊盘上，超声能和键合压力是通过微小焊接劈刀传递能量，在所述的焊盘底层与所述的上层芯片之间设置一层柔性聚合物。

采用上述技术方案的用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法，针对SiP悬臂键合过程的压力/超声冲击和非稳定状态，采用增加柔性层封装，即在IC芯片的键合点键合层下制作一层柔性聚合物，减小键合过程冲击，使得多形态能量在键合界面平稳响应，从而有效地提供悬臂键合的键合强度和SiP封装可靠性，推动SiP系统集成封装技术的发展。本发明的优点和积极效果：采用悬臂柔性层键合，提高悬臂键合强度和键合质量。柔性键合对普通键合也有积极作用，可使键合过程的能量平稳传递，具有普遍的应用价值。

综上所述，本发明是一种减小键合过程冲击，使得多形态能量在键合界面平稳响应，从而有效地提高悬臂键合的键合强度和SiP封装可靠性的用于微电子系统级封装的堆叠芯片悬臂柔性层键合的方法。

附图说明

图1是堆叠芯片悬臂柔性层键合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，2×4mm的芯片形成SiP系统集成封装，如图1，2×4mm的芯片叠加集成IC，底层芯片2粘接在基板1上，上层芯片3通过银胶或合金工艺粘接在底层芯片2，叠加的上层芯片3形成悬臂，上层芯片的I/O焊盘4通过微小引线8如金线、铜线或铝线与基板的引脚连接，实现IC封装互连，其连接是通过超声键合，在键合过程中通过施加高频超声能5和键合压力6将互连焊球焊接到芯片焊盘4上，超声能5和键合压力6是通过微小焊接劈刀9传递能量，在焊盘4底层和上层芯片3之间制作一层柔性聚合物7，柔性聚合物7使得键合的冲击减小，使得键合过程的超声能平稳传递，提高悬臂键合强度和连接质量。

从图1可以看出键合载荷的施加引起悬臂芯片产生冲击，从而导致键合界面能量传递不连续，影响瞬间超声能的传递和转化，降低键合强度和焊接可靠性。本发明通过在焊盘4底层和上层芯片3之间制作一层柔性聚合物7，柔性聚合物7使得键合的冲击减小，使得键合过程的超声能平稳传递，从而提高悬臂键合强度和连接质量。