[发明专利]多芯片微插拔封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微型电子封装技术领域的方法，具体是一种多芯片微插拔封装方法。

背景技术

伴随摩尔定律的电子产品高密度化发展，封装技术亦朝着高密度、微型化、多芯片以及三维尺度等方向发展，为了更为高效地缩减封装面积，发展了具有多重芯片的立体堆叠式封装结构。立体堆叠封装由两个或两个以上的芯片封装在单个器件中经电性互连而构成，可以有效地减小器件体积。堆叠封装的核心问题是层间的电性互连，常规的电性互连通过在通孔金属通道间的焊球实现。

对现有文献进行检索发现：Won Kyoung Choi在《Development of Low TemperatureBonding Using In-Based Solders》(使用In基焊料的低温键合技术)，FlectronicComponents and Technology Conference，(2008，p1294-1298)中记载了一种采用In基焊料进行芯片层间焊接的方法，利用通过调配不同金属比例可以形成高熔点的金属间化合物从而使芯片快速实现稳定的焊接结构。

尽管上述技术可以在芯片层间形成高熔点的金属间化合物但是存在以下问题：由于所形成的金属间化合物要同时具备稳定的机械连接和电连接功能，所形成的金属化合物必须为指定的高熔点金属化合物，因此在焊接层制作中必须严格控制多层金属膜的厚度比例，增加了工艺控制的复杂度；与此同时在制作过程中使用In、Ag及Sn等金属材料，使结构的材料成本变高；此外，金属间化合物一方面使连接处的电阻变大，导致层间电性互连导电性变差，另一方面复杂的材料成份导致金属间化合物内部应力变化复杂度提升，使层间连接的稳定性变差；而由于金属间化合物的熔点变高，使得器件一旦成型后的返工难度也增大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种多芯片微插拔封装方法，利用机械式的插拔方式完成机械定位，降低了对焊接层材料要求，可以实现芯片层间机械定位和整体焊接封装，插拔方法提供机械定位和整体焊接，从而使互连结构的结构稳定性和电性连接稳定性都获得了提高，最终获得具有稳定层间互连的立体电子封装解决方案。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、确定两个待封装芯片的封装位分别为上芯片和下芯片，然后在上芯片的下表面的通孔位置处依次通过光刻图形化工艺和电化学镀工艺加工获得若干凸点，在凸点外表面依次通过电化学镀工艺和薄膜沉积工艺加工获得焊接层；

所述的光刻图形化工艺和电化学镀工艺均采用Cu、Au、Zn、Ag或Ni中的一种金属；

所述的电化学镀工艺和薄膜沉积工艺均采用Cu、Au、Sn或Bi中的一种金属；

所述的凸点为倒圆柱结构，顶面圆直径在5~100μm范围内，底面圆直径在10~500μm范围内，圆柱高度在100~1000μm范围内；

所述的凸点嵌入口为通孔结构，与凸点的倒圆柱结构匹配，其入口面孔径在10~150μm范围内，出口面孔径在15~550μm范围内，能够实现凸点外表面与通孔内表面80％以上的面接触；嵌入口深度等于凸点倒圆柱高度，在100~1000μm范围内，凸点嵌入后其顶端与嵌入口底端所在平面平齐。

第二步、在下芯片的上表面的通孔位置处通过光刻图形化工艺和电镀工艺加工获得若干凸点嵌入口，在凸点嵌入口表面通过电化学镀工艺和薄膜沉积工艺加工获得焊接层；

所述的光刻图形化工艺和电镀工艺均采用Cu、Au、Zn、Ag或Ni中的一种金属；

所述的电化学镀工艺和薄膜沉积工艺均采用Cu、Au、Sn或Bi中的一种金属；

所述的凸点嵌入口的形状与凸点的形状相匹配；

所述的凸点嵌入口的窗口位置与通孔处的金属填充柱的位置相匹配。

第三步、将凸点与凸点嵌入口进行位置对准后在上芯片的上表面施加外力将凸点压进凸点嵌入口，使上芯片通孔内金属填充柱与下芯片通孔内的金属填充柱相接触以完成定位。

所述的外力是指压力范围为：10μN~10000μN，压力方向与上芯片或下芯片相垂直。

第四步、将上芯片的凸点上的焊接层与下芯片的凸点嵌入口的焊接层进行焊接，实现上芯片与下芯片的电连接。

所述的焊接是指温度区间在100℃～800℃的固体导热、气体对流或液体对流导热焊接方法。